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第4节 细胞呼吸为细胞生活提供能量
第1课时
第4节 细胞呼吸为细胞生活提供能量
1.设计并实施实验方案，探究酵母菌的呼吸方式，说出细胞呼吸的类型
2.概述需氧呼吸概念及反应过程。阐明有氧呼吸过程中物质与能量的变化
【学习目标】
细胞呼吸与我们通常所说的呼吸是两个不同但又有关系得概念。
呼吸是指人体从周围环境中吸入空气，利用其中的氧气，呼出二氧化碳的气体交换过程。细胞呼吸是指在细胞内进行的将糖类等有机物分解成无机物或者小分子有机物，并且释放出能量的过程。
在气体交换过程中获得的氧气通过血液循环运送到身体的各个细胞，供细胞在有氧条件下分解有机物，有机物分解时产生的二氧化碳则通过气体交换排出体外。
气体交换过程与细胞呼吸有什么关系呢？细胞呼吸是在细胞的什么部位进行的呢？细胞呼吸对细胞生活的意义又是什么？
酵母菌属于真菌，广泛分布于自然界中，尤其在葡萄等水果和蔬菜上更多。酵母菌与我们的生活有着密切的关系。在我们的生活以及食品、制药工业中，利用酵母菌的不同呼吸方式可以获得我们所需要的不同产物，如面包、馒头、各种酒类以及酒精等。
活动：探究酵母菌的呼吸方式
细胞呼吸的本质是糖等有机物的氧化分解
酵母菌在有氧与无氧环境中都能生活。不同的氧环境中，酵母菌的呼吸方式是不同的，呼吸所产生的产物不同，产生的能量也有差异。
制作馒头
酿酒
酵母菌细胞呼吸可产生CO2
酵母菌细胞呼吸可产生酒精
酵
母
菌
1.酵母菌在有氧或者无氧环境中进行呼吸的产物是什么？
2.酵母菌在有氧或者无氧环境中进行的呼吸具有什么特点？
目的要求
（1）选择实验材料与器具。
（2）确定实验操作步骤与方法。
（3）确定观察与记录实验现象的方式。
设计活动方案
活动：探究酵母菌的呼吸方式
分析变量
自变量：
因变量：
无关变量：
细胞呼吸的条件
细胞呼吸的产物
有氧
无氧
酒精、CO2
给酵母菌提供有氧和无氧的条件，一段时间后检测其产物是否含酒精或二氧化碳
反应物的量、反应时间、pH、温度、酵母菌的活性
相同且适宜
活动：探究酵母菌的呼吸方式
A
B
C
D
运用以上元件分别搭建
有氧呼吸装置：
无氧呼吸装置：
质量分数10%NaOH溶液
酵母菌培养液
澄清的石灰水
酵母菌培养液
E
橡皮球
（或气泵）
甲同学 E-A-D；乙同学 ：E-C-A-D
甲同学 B-D；乙同学 ：A-D
吸收空气中的CO2
检测CO2的产生
接橡皮球
（或气泵）
质量分数10%NaOH溶液
酵母菌培养液
澄清的石灰水
酵母菌培养液
澄清的石灰水
A
B
①如何比较CO2产生的多少？
②B瓶应封口放置一段时间后,再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶,这是为什么？
根据石灰水的浑浊程度
可以让酵母菌消耗完瓶中原有氧气，创造无氧环境。
橙色的重铬酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应
CO2的检测
使溴麝香草酚蓝水溶液：
酒精的检测
澄清→浑浊
蓝→绿→黄
橙色→灰绿
酵母菌细胞呼吸产物检测:
通入澄清的石灰水：
澄清石灰水：
有氧呼吸与无氧呼吸都产生CO2，且有氧呼吸产生的更多。
溴麝香草酚蓝水溶液:
都变浑浊，有氧呼吸装置比无氧呼吸的更浑浊，时间更快。
有氧呼吸装置比无氧呼吸的变色时间短
蓝
绿
黄
CO2的检测及结论
结论：
橙色重铬酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应，变成灰绿色
检测酒精的方法
有氧呼吸不产生酒精，无氧呼吸产生酒精。
结论：
接橡皮球
（或气泵）
A
B
有氧气条件下进行有氧呼吸，产生大量二氧化碳，不产生酒精；
无氧条件下进行无氧呼吸，产生了少量二氧化碳，同时也产生了酒精。
实验结论
酵母菌
呼吸作用的类型
有氧呼吸
无氧呼吸
实验结果分析
对比实验（相互对照实验）
设置两个或两个以上的实验组，通过对几个实验组结果的分析比较，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验叫作对比实验。
本实验中哪个是对照组，哪个是实验组？
接橡皮球
（或气泵）
质量分数10%NaOH溶液
酵母菌培养液
澄清的石灰水
酵母菌培养液
澄清的石灰水
实验组
实验组
有同学认为，在有氧呼吸实验装置中10％的NaOH溶液不能完全吸收空气中的CO2，以致可能对实验结果有干扰，你同意吗？你如何避免这种可能性的发生，以保证实验更严谨？
质量分数为10%NaOH溶液
酵母菌
培养液
澄清
石灰水
A
气泵
E
C
D
质量分数为10%NaOH溶液
澄清
石灰水
澄清
石灰水
D
气泵
E
C
酵母菌
培养液
D
A
验证空气中的CO2是否完全被吸收
有氧呼吸
对于绝大多数生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式，这一过程必须有氧的参与。有氧呼吸的主要场所是线粒体。
外膜
①
内膜
②
嵴
③
向内折叠
④
基质
目的
增大膜面积，从而扩大酶的附着面积。
含有
酶、DNA、RNA等物质
指导合成部分蛋白质
1.有氧呼吸的主要场所——线粒体
线粒体平面示意图
酶
2C3H4O3
+6H2O
6CO2
+20[H]
+4[H]
C6H12O6
2丙酮酸(C3H4O3）
酶
24[H]
+6O2
12H2O
酶
细胞质基质
少量能量
线粒体基质
线粒体内膜
场所：
物质变化：
产能情况：
少量能量
场所：
物质变化：
产能情况：
少量能量
场所：
物质变化：
产能情况：
糖酵解
2.有氧呼吸的三个阶段反应式
有氧呼吸 场所 反应物 产物 释能
第一阶段
第二阶段
第三阶段
有氧呼吸三个阶段的比较
细胞质基质
主要是葡萄糖
丙酮酸、[H]
少量
丙酮酸、水
CO2、[H]
少量
[H]、O2
H2O
大量
线粒体基质
线粒体内膜
请根据分步反应式写出总反应式,用箭头画出反应物中C、H、O三种元素的去向：
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
细胞在 的参与下，通过 的催化作用，把葡萄糖等有机物 ，产生 ，释放能量，生成大量ATP的过程。
氧
多种酶
彻底氧化分解
二氧化碳和水
请根据总反应式，总结有氧呼吸的概念：
有氧呼吸的能量转化效率大约是多少，这些能量大约能使多少ADP转化为ATP？
其余1892.72kJ主要以热能的形式散失掉。
1mol葡萄糖释
放能量2870kJ
有977.28kJ转移至ATP能量效率高达34％，使32molADP转化为ATP。
3.能量转化：
思考讨论
有氧呼吸的能量利用有什么特点？
①有氧呼吸过程温和，常温常压，多种酶的催化。
②释放的能量大部分以热能的形式散失，小部分储存在ATP中。
③有机物中的能量逐步释放，保证有机物中的能量得到充分利用。
能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定。
细胞呼吸
呼吸方式
需氧呼吸
酶
C6H12O6
＋
6H2O
＋ 6O2
6CO2
＋12H2O
＋ 能量
葡萄糖
酶
2丙酮酸
少量能量
4〔H〕
+
+
6O2
12H2O
酶
大量能量
24〔H〕
+
+
一：细胞溶胶
三：线粒体内膜
二：线粒体基质
6CO2
6H2O
酶
2丙酮酸
少量能量
20〔H〕
+
+
+
探究酵母菌的呼吸方式
厌氧呼吸
1.酿酒、做馒头、做面包等都离不开酵母菌的呼吸作用。关于“探究酵母菌细胞呼吸方式”实验的叙述错误的是( )
A.酵母菌属于兼性厌氧菌，便于用来研究细胞呼吸的不同方式
B.橙色的重铬酸钾溶液变为灰绿色表明细胞呼吸产生了酒精
C.可用溴麝香草酚蓝溶液是否变色来判断酵母菌的呼吸方式
D.实验中需控制的无关变量有温度、pH、培养液的浓度及体积等
答案：C
解析：酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式，A正确；橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色，B正确；溴麝香草酚蓝溶液用于检测二氧化碳，由于酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生二氧化碳，因此不能用溴麝香草酚蓝溶液是否变色来判断酵母菌的呼吸方式，C错误；该实验的自变量是有氧和无氧条件，温度、pH、培养液的浓度及体积等为无关变量应控制相同且适宜，D正确。
2.下图为探究酵母菌细胞呼吸的方式（试管内上部空间有充足的氧气）的改进装置。下列相关叙述正确的是( )
A.上述实验是对比实验，甲为对照组，乙为实验组
B.两个装置中酵母菌产生CO2的场所相同，都可检测到pH下降
C.若X为溴麝香草酚蓝，则乙装置中溶液先变成黄色
D.实验开始后即可以加入酸性重铬酸钾检测酒精是否产生
答案：C
解析：上述实验是对比实验，甲、乙均为实验组，A错误；两个装置中酵母菌产生CO2的场所不相同，甲中酵母菌产生二氧化碳的场所是细胞质基质，乙中酵母菌产生二氧化碳的场所是线粒体基质，两个装置都可检测到pH下降，B错误；乙装置中酵母菌有氧呼吸产生的二氧化碳比甲装置中酵母菌无氧呼吸产生的二氧化碳多，若X为溴麝香草酚蓝，则乙装置中溶液先变成黄色，C正确；由于葡萄糖也能与酸性重铬酸钾溶液发生颜色翻译，因此实验结束后才可以加入酸性重铬酸钾检测酒精是否产生，D错误。
3.酵母菌在密闭容器内以葡萄糖为底物的呼吸速率变化过程如图所示。已知酸性重铬酸钾遇到葡萄糖也能变成灰绿色。下列叙述正确的是( )
A.0-6h间容器内压强不断增大、O2剩余量不断减少
B.6-8h间容器内CO2量不断增加、水的生成量不断减小
C.8h时用酸性重铬酸钾检测，溶液呈灰绿色即可验证酵母菌厌氧呼吸产生乙醇
D.8-10h间酵母菌细胞呼吸释放的能量大部分用于ATP的合成
答案：B
解析：0～6h间，酵母菌只进行需氧呼吸，消耗的氧气和释放的二氧化碳相等，容器内压强不变，A错误；6-8h间，酵母菌同时进行厌氧呼吸和需氧呼吸，需氧呼吸不断减弱，二氧化碳的含量不断增加、水的生成量不断减小，B正确；酸性重铬酸钾遇到葡萄糖也能变成灰绿色，8h时用酸性重铬酸钾检测，溶液呈灰绿色，不能说明酵母菌厌氧呼吸产生乙醇，C错误；8-10h间，酵母菌只进行厌氧呼吸，酵母菌细胞呼吸释放的能量大部分以热能的形式散失，D错误。
第2课时
第4节 细胞呼吸为细胞生活提供能量
【学习目标】
1.比较需氧呼吸和厌氧呼吸的异同，概述细胞呼吸的概念及意义
2.概述影响细胞呼吸速率的因素
3.举例说明细胞呼吸原理在生产和生活中的应用
问题探讨
我们在运动后常会肌肉发酸，为什么？
加入酵母后，为什么能制作酒？果酒制作的原理是？
加入乳酸菌后，牛奶为什么会变成酸奶？
在厌氧条件下，细胞进行了厌氧呼吸，产生了酒精或者乳酸。
细胞溶胶
在无氧的条件下。
C6H12O6
2丙酮酸(2C3H4O3)
酶
4[H]
2乳酸(C3H6O3)
酶
酶
2酒精(C2H5OH)+2CO2
与需氧呼吸第一阶段完全相同
不释放能量
少能
2ATP
热能
1.条件
细胞溶胶。
2.场所
3.过程
厌氧呼吸
总反应式
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2+ 能量（少量）
酶
（1）乙醇发酵：
实例：酵母菌、大多数高等植物。
具体过程
总反应式
（2）乳酸发酵：
具体过程
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+ 能量（少量）
酶
实例：①人和动物细胞
②乳酸菌
③某些植物的特殊器官马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚。
在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程。
条件：
无氧或缺氧
场所：
细胞质基质
产物：
酒精和CO2或乳酸
4.厌氧呼吸的概念：
无氧呼吸过程示意图
5.能量转化：
葡萄糖中稳定的化学能
热能
ATP中活跃的化学能
仍储存在乳酸和酒精中
呼吸方式 需氧呼吸 厌氧呼吸
呼吸场所
条件
分解产物
能量
ATP 产生阶段
主要在线粒体内
细胞质基质
氧气、多种酶
无氧气参与，需要多种酶
彻底分解形成CO2和H2O
不彻底分解,形成酒精和CO2、乳酸
释放大量能量
释放少量能量，大部分能量储存在乳酸或酒精中
需氧呼吸三个阶段
均产生ATP
仅在第一个阶段产生ATP
共性：第一个阶段反应完全相同，并且都是在细胞质基质内进行。
需氧呼吸 与 厌氧呼吸的比较
细胞分解代谢主要利用糖类作为呼吸过程中能量的来源，也可利用脂肪和蛋白质作为能源。
①多糖
单糖
水解
糖酵解
二氧化碳和水
②脂肪
分解
甘油
脂肪酸
③蛋白质
分解
氨基酸
去氨基
有机酸
多糖
脂肪
蛋白质
生物的呼吸方式由厌氧呼吸到需氧呼吸，是进化中的一个飞跃。
在生命刚刚诞生时，地球的大气中没有氧气，那时的微生物适应在无氧的条件下生活。这些厌氧微生物体内缺乏需氧呼吸的酶类，只能在无氧的条件下生活。随着地球上绿色植物的出现，大气中出现了氧气，于是也出现了体内具有需氧呼吸酶系统的需氧微生物。需氧呼吸产生能量的效率要比厌氧呼吸产生能量的效率高得多。1个葡萄糖分子通过需氧呼吸可生成32个ATP分子，而通过厌氧呼吸只能生成2个ATP分子。因此，在进化过程中，能进行需氧呼吸的物种获得了空前的发展。
小资料：细胞呼吸出现的意义
为生物体提供能量
生物体代谢的枢纽
丙酮酸
葡萄糖
甘油
氨基酸
细胞合成代谢是各种各样的生物反应。这些反应的产物是细胞生活、生长和修复损伤所需要的物质。细胞呼吸一方面为这些合成反应提供能量，另一方面为合成反应提供碳骨架。
细胞呼吸是细胞代谢的核心
细胞质基质
C6H12O6
2丙酮酸(2C3H4O3)
少量能量（热能，2ATP）
酶
4[H]
2乳酸(C3H6O3)
酶
酶
2酒精(C2H6O)+2CO2
2丙酮酸
+6H2O
少量能量（热能+2ATP）
12H2O
6O2
20[H]
+24[H]
大量能量（热能+28ATP）
6CO2
酶
酶
请比较需氧呼吸和厌氧呼吸，并完善表格。
项目 需氧呼吸 厌氧呼吸
不 同 点 条件 _____ _____
场所 (第一阶段)、 (第二、三阶段) __________
分解程度 葡萄糖被 分解 葡萄糖分解_______
产物 ___________ _________________
能量释放 _______________________ _______________________
有氧
无氧
细胞溶胶
线粒体
细胞溶胶
彻底
不彻底
CO2、H2O
乳酸或乙醇和CO2
大量，合成约32个ATP分子
少量，合成约2个ATP分子
项目 需氧呼吸 厌氧呼吸
相同点 反应条件 酶和适宜的温度 本质 氧化分解 ，释放 ，生成ATP供生命活动所需 联系 _____________ 意义 为生物体的各项生命活动提供_____ 有机物
能量
第一阶段相同
能量
请比较需氧呼吸和厌氧呼吸，并完善表格。
影响细胞呼吸的因素：
温度、 氧气含量、 CO2浓度、 含水量。
C6H12O6 +6H2O +6O2
酶
6CO2 +12H2O+能量
温度
水
氧气
二氧化碳
影响细胞呼吸的因素
1.温度 主要影响呼吸酶的活性。
①最适温度: 细胞呼吸最强。
②超过最适温度:
呼吸酶活性降低，甚至变性失活，细胞呼吸受抑制。
③低于最适温度:
呼吸酶活性下降，细胞呼吸受抑制。
应用：低温储存蔬菜和水果；大棚栽培植物有昼夜温差。
温度与细胞呼吸速率曲线图
2.CO2浓度
CO2是呼吸作用的产物，对细胞呼吸有抑制作用。
CO2浓度升高到1%～10%时，呼吸作用明显被抑制。
应用：地窖来贮藏大白菜、甘薯等。
CO2与细胞呼吸速率曲线图
3.氧气含量 直接影响呼吸速率和呼吸性质。对无氧呼吸有抑制作用。
需氧呼吸：一定范围内，有氧呼吸随氧气浓度升高而增大，但氧浓度达到一定值时，不再增加(底物的量或酶的浓度限制）。
厌氧呼吸：无氧呼吸随氧浓度增加而受抑制，氧浓度达一定值时，被完全抑制。
资料分析:下表是某植物非绿色器官(无氧呼吸产生酒精和二氧化碳) , 随氧气浓度变化 ,无氧呼吸和有氧 呼吸强度的变化。
氧气浓度(% ) 0 2. 5 5 7. 5 10 12. 5
无氧呼吸释放的CO2量 10 7 3 1 0 0
有氧呼吸释放的CO2 量 0 2 3 6 8 10
总CO2 释放量 10 9 6 7 8 10
请以氧气浓度为横坐标，CO2释放量为纵坐标，在一个坐标图中分别画出CO2释放总量、无氧呼吸CO2释放量、有氧呼吸CO2释放量
CO2
释放量
CO2释放总量
有氧呼吸
CO2释放量
无氧呼吸消失点
2.5
5
7.5
10
O2(%)
0
A
无氧呼吸
CO2释放量
C
O2浓度为零时 ,该器官的细胞呼吸方式是哪种
12.5
O2浓度为零时 ,只进行无氧呼吸
CO2
释放量
CO2释放总量
有氧呼吸
CO2释放量
无氧呼吸消失点
2.5
5
7.5
10
O2(%)
0
A
无氧呼吸
CO2释放量
C
O2浓度在 2. 5%~10% 和在 10% 以上时 ,该器官的细胞呼吸方式有什么不同
12.5
O2浓度在2.5%~10%时,进行有氧呼吸和无氧呼吸;
O2浓度在10%以上时,只进行有氧呼吸。
CO2
释放量
CO2释放总量
有氧呼吸
CO2释放量
无氧呼吸消失点
2.5
5
7.5
10
O2(%)
0
A
B
无氧呼吸
CO2释放量
P
C
Q
农作物种子的保存是不是保存在无氧环境中最好
12.5
不是 ,农作物种子应该保存在低氧环境中 ,既可以抑制 无氧呼吸,又能使有氧呼吸的速率较弱 ,有机物消耗最少。
Q表示的含义是什么
有氧呼吸释放的CO2量=无氧呼吸释放CO2的量
4.含水量 在一定范围内含水越多，呼吸作用越强。
在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，随含水量的减少而减慢。当含水量过多时，呼吸速率减慢，甚至死亡。
应用：种子储存应晒干，降低呼吸作用；作物栽培
中，合理灌溉。
含水量与细胞呼吸速率曲线图
细胞呼吸
呼吸方式
需氧呼吸
厌氧呼吸
酶
C6H12O6
＋
6H2O
＋ 6O2
6CO2
＋12H2O
＋ 能量
C6H12O6
2CO2
＋2C2H5OH
＋少量能量
酶
葡萄糖
酶
2丙酮酸
少量能量
4〔H〕
+
+
6O2
12H2O
酶
大量能量
24〔H〕
+
+
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+少量能量
酶
细胞溶胶
一：细胞溶胶
三：线粒体内膜
二：线粒体基质
6CO2
6H2O
酶
2丙酮酸
少量能量
20〔H〕
+
+
+
影响因素
温度
水分
CO2浓度
O2浓度
1.若以葡萄糖为呼吸底物，下列关于无氧呼吸和有氧呼吸的叙述，正确的是( )
A.消耗等量葡萄糖时，同一个细胞无氧呼吸生成的ATP量少于有氧呼吸
B.人体肌肉细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸时产生的CO2量多于消耗的O2量
C.无氧呼吸对葡萄糖的氧化分解不彻底使NADH在细胞中大量积累
D.有氧呼吸和无氧呼吸的最终目的都只是为了给生物体提供能量
答案：A
解析：消耗等量葡萄糖时无氧呼吸对葡萄糖的消耗不彻底，导致释放的能量少于有氧呼吸，无氧呼吸生成的ATP量少于有氧呼吸，A正确；人体肌肉细胞进行有氧呼吸产生CO2，进行无氧呼吸的产物是乳酸没有CO2，因此同时进行有氧呼吸和无氧呼吸时CO2生成量等于消耗的O2量，B错误；无氧呼吸第一阶段生成的NADH会在第二阶段被消耗，细胞中不会积累NADH，C错误；细胞呼吸除了能为生物体提供能量外，还是细胞代谢的枢纽，例如，在细胞呼吸过程中产生的中间产物，可转化为甘油、氨基酸等非糖物质，D错误。
2.黄豆种子在萌发过程中，某一段时间内CO2释放速率和O2吸收速率的变化趋势如图所示。下列有关叙述正确的是( )
A.在24小时之前，细胞呼吸过程均发生在细胞质基质
B.图中两条曲线的交点处A，种子细胞只进行有氧呼吸
C.A点后，可能有非糖物质参与到种子的呼吸作用过程
D.胚根长出前，种子产生的酒精量与二氧化碳释放量相等
答案：C
解析：据图可知，在12~24小时内，O2吸收量很少，有氧呼吸，而CO2释放量很多，表明此时的呼吸作用主要是无氧呼吸，细胞呼吸过程发生在细胞质基质和线粒体，A错误；曲线相交，表明O2吸收速率等于CO2释放速率，且只有在呼吸底物是糖类时才能判断只进行有氧呼吸，而黄豆萌发过程中呼吸底物有葡萄糖和脂肪等，故图中两条曲线的交点处，细胞不只进行有氧呼吸，B错误；与糖类相比脂肪含有更多的C、H，氧化分解消耗的氧气大于产生的二氧化碳，48小时后，O2的吸收速率大于CO2的释放速率是因有非糖物质参与呼吸作用，C正确；胚根长出前，黄豆种子既有无氧呼吸又有氧呼吸，产生的酒精量少于二氧化碳释放量，D错误。

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