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(共49张PPT)
第1课时 细胞呼吸的方式和有氧呼吸
第3节 细胞呼吸的原理和应用
第5章　细胞的能量供应和利用
人教版（2019）必修1 分子与细胞
（一）生命观念
1.能从“能量转换与物质代谢”的视角，理解有氧呼吸是细胞“分解有机物、释放能量、合成ATP”的核心代谢途径，阐释“葡萄糖→丙酮酸→CO +H O”的物质变化与“能量释放→ATP合成”的能量转换逻辑；
2.能结合“有氧呼吸与无氧呼吸的产物差异”“细胞呼吸与生命活动的能量供应”等实例，认同“细胞呼吸是生命活动能量供应的基础”，理解“细胞通过调节呼吸方式适应环境变化”的稳态机制。
（二）科学思维
1.能通过“有氧呼吸三阶段反应式”的拆解，构建“酶促反应链”的模型（如“第一阶段：葡萄糖→丙酮酸+少量ATP；第二阶段：丙酮酸+H O→CO +少量ATP；第三阶段：[H]+O →H O+大量ATP”），掌握“从微观反应到宏观过程”的模型建构方法；
2.能对比“有氧呼吸”与“无氧呼吸”的反应式、场所、能量释放差异，归纳“有氧呼吸是高效产能方式，无氧呼吸是应急供能途径”的规律，提升“分类比较”与“系统归纳”的思维方法。
教学目标
（三）科学探究
1.能通过解读“探究酵母菌细胞呼吸方式”的经典实验，提取关键变量（有氧/无氧条件、CO 产生量、酒精检测），分析“实验设计如何验证细胞呼吸类型”，掌握“对照实验”与“单一变量原则”的应用；
2.能结合“有氧呼吸各阶段能量释放数据”（如“第三阶段释放能量占总能量的90%以上”），推理“氧气参与第三阶段是高效产能的关键”，提升“基于数据推理本质”的逻辑能力。
（四）社会责任
1.能结合“有氧运动促进细胞呼吸供能”“无氧呼吸产物（乳酸/酒精）积累导致疲劳或中毒”等案例，理解“细胞呼吸原理对运动、健康的影响”，增强“用科学知识指导健康生活”的意识；
2.能联系“农作物通风增产”“果蔬保鲜降低呼吸消耗”“酿酒/发面利用无氧呼吸”等生产实践，认同“细胞呼吸研究对农业、食品工业的现实价值”，树立“用科学服务社会”的责任意识。
教学目标
教学重点
1.能够概述有氧呼吸过程中物质与能量的变化，理解有氧呼吸的过程与意义：明确有氧呼吸的三个阶段（场所、反应物、产物、能量释放），理解“氧气参与第三阶段与[H]结合生成水，是高效产能的关键”；
2.细胞呼吸的类型对比：从反应式、场所、能量释放、产物四个维度，对比“有氧呼吸（彻底氧化，产能多）”与“无氧呼吸（不彻底氧化，产能少）”的差异，掌握“细胞呼吸方式与生物生存环境的适配性”。
教学重难点
教学难点
1.突破“三阶段是独立反应”的误区，理解“第一阶段产生的丙酮酸是第二阶段的底物，第二阶段产生的[H]是第三阶段的反应物”，掌握“酶促反应链的连续性”逻辑；
2.“无氧呼吸的两种类型与生物适配性”：需明确“动物/人细胞无氧呼吸产乳酸，植物/微生物无氧呼吸产酒精+CO ”，理解“不同生物无氧呼吸产物的差异是长期进化的结果”，避免“所有生物无氧呼吸产物相同”的片面认知；
3.“探究酵母菌细胞呼吸方式的实验设计逻辑”：学生需理解“设置有氧组与无氧组对照”“用澄清石灰水/溴麝香草酚蓝检测CO ”“用重铬酸钾检测酒精”的原理，掌握“实验现象→结论推导”的严谨性，避免“混淆有氧/无氧条件的实验操作”。
教学重难点
酿葡萄酒
呼吸作用
细胞呼吸
酵母菌在什么条件下使葡萄糖发酵产生酒精？
酵母菌在有氧和无氧的条件下产生的二氧化碳是否一样多？
发面
酵母菌细胞富含蛋白质，可以用作饲料添加剂。在培养酵母菌用作饲料添加剂时，要给培养装置通气或进行振荡，以以利于酵母菌大量繁殖。在利用酵母菌生产葡萄酒时，却需要密封发酵。
问题探讨
讨论：
1.都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？
通气可以给酵母菌提供呼吸需要的氧气，利于酵母菌进行旺盛的细胞分裂；密封则是避免空气进入，便于酵母菌在无氧条件下分解有机食产生酒精。
酵母菌细胞富含蛋白质，可以用作饲料添加剂。在培养酵母菌用作饲料添加剂时，要给培养装置通气或进行振荡，以以利于酵母菌大量繁殖。在利用酵母菌生产葡萄酒时，却需要密封发酵。
问题探讨
讨论：
2.为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？
在有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放能量多，这些能量可以为酵母菌细胞进行物质代谢和细胞分裂提供充足的动力。
酵母菌细胞富含蛋白质，可以用作饲料添加剂。在培养酵母菌用作饲料添加剂时，要给培养装置通气或进行振荡，以以利于酵母菌大量繁殖。在利用酵母菌生产葡萄酒时，却需要密封发酵。
问题探讨
讨论：
3.在密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精对它自身有什么意义？
密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精的同时，能为自己的生命活动提供少量能量。
酵母菌是一类单细胞真菌，它与人类的生活息息相关。做馒头、面包，酿酒等，都是利用酵母菌的呼吸作用。呼吸作用的实质是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量，因此也叫细胞呼吸。
细胞呼吸
【提出问题】
细胞呼吸是否一定需要氧？
生物在有氧和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸呢？
>
<
目标一
细胞呼吸的方式
活动1
探究酵母菌细胞呼吸的方式
酵母菌在什么条件下使葡萄糖发酵产生酒精？
酵母菌在有氧和无氧的条件下产生的二氧化碳是否一样多？
①提出问题
②作出假设
③设计实验
④进行实验
⑤分析结果
得出结论
⑥表达交流
同学们作出的假设可能有：
无氧条件下产生酒精，无氧条件下产生的CO2多；
有氧条件下产生酒精，无氧条件下产生的CO2多；
无氧条件下产生酒精，有氧条件下产生的CO2多；
有氧条件下和无氧条件下都产生酒精，有氧条件下产生的CO2 多；
…
自变量
因变量
有氧/无氧条件
CO2产生的多少/酒精
通气/密封
用澄清石灰水、重铬酸钾溶液检测
细化：
CO2能使澄清
石灰水变浑浊
酒精能使酸性重铬
酸钾溶液由橙色变灰绿色
活动1
探究酵母菌细胞呼吸的方式
③设计实验
学生活动：搭建实验装置
B
酵母菌培养液
C
质量分数为10%的NaOH溶液
A
酵母菌培养液
D
澄清的
石灰水
运用以上装置分别搭建有氧呼吸和无氧呼吸装置
气泵
E
有氧呼吸装置：甲同学 E-A-D；乙同学 ：E-C-A-D
无氧呼吸装置：甲同学 B-D；乙同学 ：B-D
活动1
探究酵母菌细胞呼吸的方式
③设计实验
控制无关变量
空气中的二氧化碳
让空气先通过NaOH溶液
温度
置于相同适宜温度下
营养物质
给予相同的适量营养
思考：还有哪些因素会影响实验结果？
活动1
探究酵母菌细胞呼吸的方式
③设计实验
相同且适宜
称取等量的两份食用酵母菌（10g）；
配制质量分数为5%葡萄糖溶液作为酵母菌的培养液；
搭建如图的有氧呼吸（左）和无氧呼吸（右）装置；
培养、观察、检测、记录
活动1
探究酵母菌细胞呼吸的方式
④进行实验
二氧化碳产生情况
活动1
探究酵母菌细胞呼吸的方式
⑤实验结果
刚加入重铬酸钾
A
B
A
A: 有氧条件下酵母菌培养液；B: 无氧条件下酵母菌培养液
B
两支试管均为橙色
活动1
探究酵母菌细胞呼吸的方式
⑤实验结果
一段时间以后
活动1
探究酵母菌细胞呼吸的方式
⑤实验结果
观察项目 有氧装置 无氧装置
澄清石灰水变浑浊程度
溴麝香草酚蓝溶液颜色变化时间
重铬酸钾检验情况（酸性条件）
浑浊程度高
浑浊程度低
颜色变化时间短
颜色变化时间长
无颜色变化
橙色→灰绿色
活动1
探究酵母菌细胞呼吸的方式
⑥实验结论
1.酵母菌在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；
2.酵母菌在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。
科学方法
本实验中哪个是对照组，哪个是实验组？
对比实验（相互对照实验）
活动1
探究酵母菌细胞呼吸的方式
本实验的两组都是实验组
　　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。
1.如图是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，下列相关叙述正确的是
A.装置甲为对照组，装置乙为实验组
B.B瓶应封口放置一段时间后再连通下一个锥形瓶
C.可用溴麝香草酚蓝溶液检测是否有酒精产生
D.通过检测是否有CO2产生可确定酵母菌细胞呼吸的方式
√
解析　该实验为对比实验，甲组和乙组都是实验组，相互对照，A错误；
橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与乙醇(酒精)发生反应，变成灰绿色，C错误；
酵母菌有氧和无氧呼吸都产生CO2，不能通过检测是否有CO2产生确定酵母菌细胞呼吸的方式，D错误。
2.如图为酵母菌细胞呼吸实验的示意图，下列相关叙述正确的是
A.取酵母菌培养液加斐林试剂后出现砖红色沉淀
B.实验中增加酵母菌数量不能提高酒精最大产量
C.物质a可使溴麝香草酚蓝溶液的颜色由蓝变黄再变绿
D.试剂甲为酸性条件的重铬酸钾溶液，葡萄糖不能与之反应发生颜色变化
√
解析　取酵母菌培养液加入斐林试剂后，需要水浴加热才能出现砖红色的沉淀，A错误；
由于培养液中葡萄糖含量一定，因此增加酵母菌数量不能提高酒精最大产量，B正确；
物质a为CO2，CO2可使溴麝香草酚蓝溶液的颜色由蓝变绿再变黄，C错误；
试剂甲能检测酒精，为酸性重铬酸钾溶液，颜色由橙色变为灰绿色，葡萄糖也能与之反应发生颜色变化，D错误。
>
<
目标一
有氧呼吸
资料1　将酵母菌细胞破碎后进行离心处理，获得上清液(细胞质基质)和沉淀物(线粒体)两部分，与未离心处理过的酵母菌培养液分别放入3支试管中，往3支试管中分别加入等量的氧气、葡萄糖、荧光素和荧光素酶，一段时间后，检测各试管中的变化情况。
组别 自变量 实验结果
1号 线粒体 葡萄糖的量不变，没有荧光
2号 细胞质基质 葡萄糖的量减少，有丙酮酸生成，微弱荧光出现
3号 线粒体和细胞质基质 葡萄糖的量减少，有CO2生成以及较强荧光出现
活动2
有氧呼吸的过程分析——有氧呼吸的场所分析
(1)荧光素和荧光素酶的作用是什么？
荧光素和荧光素酶的作用是检测ATP含量的多少。
(2)分析实验结果，物质发生了什么变化，这些变化发生在哪个位置？能量又有怎样的变化？
葡萄糖在细胞质基质中被分解成了丙酮酸，并且有少量ATP生成；在线粒体内丙酮酸被分解产生了CO2，并且有大量ATP生成。
活动2
有氧呼吸的过程分析——有氧呼吸的场所分析
资料2　科学家发现酵母汁液(主要成分是细胞质基质)能够发酵(分解)葡萄糖，但将酵母汁液加热到50 ℃以上，便会失效。酵母汁液经过透析(除去小分子物质)以后，也失去了发酵能力。
　提供了酶和小分子物质。
活动2
有氧呼吸的过程分析——有氧呼吸第一阶段分析
根据以上资料分析，细胞质基质为葡萄糖的分解提供了什么物质？
资料3　细胞质基质中的一种小分子物质——NAD＋(氧化型辅酶Ⅰ)。它实际上是电子和氢离子的载体，能够与葡萄糖氧化过程中脱下来的氢离子和电子结合，形成NADH(还原型辅酶Ⅰ)。NADH在后续的反应中还会解离出电子和氢离子，使得电子和氢离子能够继续用于后续的反应。而NAD＋则可以重新结合新的电子和氢离子。由于NADH携带了电子和氢离子，因此具有较强的还原性，通常可以把它简化为[H]。
NADH
ATP
丙酮酸
根据上述资料完善简化图解。
活动2
有氧呼吸的过程分析——有氧呼吸第一阶段分析
资料4　使用超声波将线粒体破碎，分离线粒体膜状结构和线粒体基质，加入等量的氧气、丙酮酸、荧光素和荧光素酶，一段时间后，检测各试管中的变化情况。
组别 自变量 实验结果
4号 只含线粒体膜状结构 丙酮酸的量不变，没有荧光出现
5号 只含线粒体基质 丙酮酸减少，产生CO2，微弱荧光出现
6号 有线粒体膜状结构和基质 丙酮酸减少，产生CO2，较强的荧光出现
在线粒体基质中丙酮酸被分解。
推论1：丙酮酸分解发生在线粒体基质中，并且产生CO2，释放少量能量；
推论2：线粒体基质分解丙酮酸后，在线粒体膜状结构上继续发生反应合成较多的ATP。
活动2
有氧呼吸的过程分析——有氧呼吸第二阶段分析
丙酮酸是在线粒体的什么部位分解的？你从实验结果能得到什么推论？
资料5　丙酮酸在线粒体中氧化分解生成CO2和H2O。20世纪30年代，克雷布斯等科学家发现，向鸽子胸肌悬浮液中加入少量草酰乙酸(C4H4O5)或苹果酸(C4H6O5)，都能大大提高丙酮酸的氧化分解速率。
不是，因为如果草酰乙酸或苹果酸是丙酮酸分解的中间产物，那么外加的草酰乙酸和苹果酸都能够与丙酮酸分解产生的草酰乙酸和苹果酸竞争结合相应的酶，应该会降低丙酮酸的分解速率，而不是大大地提高丙酮酸的氧化分解速率。
活动2
有氧呼吸的过程分析——有氧呼吸第二阶段分析
根据以上资料分析，草酰乙酸或苹果酸是否是丙酮酸分解的中间产物？
资料6　有氧呼吸第二阶段图解
H2O
CO2
活动2
有氧呼吸的过程分析——有氧呼吸第二阶段分析
请结合资料6，完善有氧呼吸第二阶段的简化图解
资料7　超声波震碎了线粒体之后，内膜自然卷成了颗粒朝外的小囊泡。这些小囊泡具有氧化[H]的功能。当用胰蛋白酶处理囊泡外的颗粒后，这些小囊泡不再具有氧化[H]的功能。当把这些小颗粒装上去之后，小囊泡重新具有了氧化[H]的功能。这些小颗粒后被证实是一系列线粒体内膜上的酶。
在线体内膜上发生了[H]的氧化，即[H]和氧气发生反应。
活动2
有氧呼吸的过程分析——有氧呼吸第三阶段分析
通过以上资料可以确定在线粒体内膜上发生了怎样的反应？
资料8　有氧呼吸的第三阶段的反应主要有两方面：一方面前两个阶段产生[H]在线粒体基质分离为电子和氢离子，电子在线粒体内膜的蛋白复合体之间进行传递，传递过程中将氢离子由线粒体基质泵入膜间隙，使得膜间隙的氢离子浓度更高，电子失去能量后跟氢离子和氧气结合生成了水；另一方面，氢离子顺着浓度梯度又由膜间隙流回到线粒体基质，
同时推动ATP合成酶合成ATP。
活动2
有氧呼吸的过程分析——有氧呼吸第三阶段分析
H2O
O2
活动2
有氧呼吸的过程分析——有氧呼吸第三阶段分析
请结合资料8，完善有氧呼吸第三阶段反应的简化图解。
写出有氧呼吸总反应方程式并标注反应物葡萄糖、氧气、水中的氧的去向。
有氧呼吸
概念：
指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底
氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，同时生成大量ATP的过程。
对象：
是绝大多数生物细胞呼吸的主要方式
场所：
细胞质基质、线粒体（主要场所）
有氧呼吸
C6H12O6 + 6O2 + 6H2O 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
总反应式：
1mol的葡萄糖彻底氧化分解释放的总能量2870KJ，其中977.28kJ的能量储存
在ATP中（合32mol），大多数能量以热能形式散失掉了。
有机物中稳定的化学能
热能
ATP中活跃的化学能
能量转化：
热能
葡萄糖
CO2+H2O
能量
ADP＋Pi
ATP
用于各项生命活动
2870kJ
约34.05％
（体温的来源）
1mol葡萄糖彻底氧化分解，共释放2870kJ能量，其中一部分以热能形式散失(约65.95%)；另一部分转移到ATP中(977.28kJ，约34.05%)储存，约形成32个ATP。
有氧呼吸的能量利用特点
可使有机物中的能量逐步转移到ATP中；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。
与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐级释放能量的，这对于生物体来说具有什么意义？
①有氧呼吸过程温和，常温常压，多种酶的催化。
②有机物中的能量逐级释放，保证有机物中的能量得到充分利用。
③释放的能量大部分以热能的形式散失，小部分储存在ATP中。
有氧呼吸特点：
有氧呼吸的能量利用特点
1.图示展示有氧呼吸的过程
核心归纳
2.总反应式剖析
有氧呼吸反应式中的能量与ATP的关系：有氧呼吸各个阶段的反应式和总反应式中的能量都不能写成ATP，因为ATP并不是有氧呼吸的直接产物，只是糖类等有机物氧化分解时释放的部分能量可以用于合成ATP。
核心归纳
3.易错提醒
(1)葡萄糖是有氧呼吸最常利用的物质，但不是唯一的物质。
(2)葡萄糖不能进入线粒体，需要在细胞质基质中分解为丙酮酸和[H]后，丙酮酸才能进入线粒体中进一步分解。
(3)真核细胞中哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫中无线粒体，只能进行无氧呼吸。线粒体不是进行有氧呼吸必需的结构，如蓝细菌(原核生物)无线粒体，但能进行有氧呼吸。
核心归纳
3.在真核生物有氧呼吸的下列反应中，不在线粒体中进行的是
A.[H]与氧气生成水
B.C6H12O6分解为丙酮酸和[H]
C.丙酮酸分解为CO2和[H]
D.ADP与磷酸结合生成ATP
√
解析　[H]与氧气结合生成水，发生在线粒体内膜上，A不符合题意；
C6H12O6分解为丙酮酸和[H]，发生在细胞质基质中，B符合题意；
丙酮酸分解为CO2和[H]，发生在线粒体基质中，C不符合题意；
ADP与磷酸结合生成ATP的场所有细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜，D不符合题意。
4.有氧呼吸的第一阶段包括活化过程和放能过程。一个葡萄糖分子在第一阶段的放能过程中共生成4个ATP、2个[H]和2个丙酮酸。然而，有氧呼吸第一阶段结束时分解一个葡萄糖分子得到的是2个ATP、2个[H]和2个丙酮酸。下列叙述正确的是
A.有氧呼吸过程中葡萄糖分解释放的能量大部分储存在ATP中
B.有氧呼吸过程产生的CO2中的氧元素全部来自葡萄糖
C.有氧呼吸过程中[H]只在第一、第二阶段产生
D.用含18O的葡萄糖来追踪有氧呼吸中的氧原子，发现其转移途径是葡萄糖→丙酮酸
　→水
√
解析　有氧呼吸过程中葡萄糖分解释放的能量大部分以热能散失，少部分用于合成ATP，A错误；
有氧呼吸过程产生的CO2中的氧元素来自葡萄糖和水，B错误；
用含18O的葡萄糖来追踪有氧呼吸中的氧原子，发现其转移途径是葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳，D错误。
课堂小结
谢谢观看

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