【生物課件】細胞呼吸的原理和應用課件2023-2024學年高一上學期生物人教版必修1

5.3

細胞呼吸的原理和應用驅(qū)動生命活動的直接能源物質(zhì)是什么？回憶舊識合成ATP所需的能量來源于哪里？動物和人綠色植物用作吸呼呼吸作用光合作用ADP+Pi+能量ATPATP合成酶呼吸：

機體與環(huán)境之間O2和CO2交換的過程。對比呼吸和呼吸作用的區(qū)別細胞呼吸細胞呼吸的方式：

細胞呼吸是否都需要氧？生物在有氧和無氧條件下是否都能進行細胞呼吸呢？是指有機物在細胞內(nèi)經(jīng)過一系列的氧化分解，生成CO2或其他產(chǎn)物，釋放出能量并生成ATP的過程。也稱呼吸作用。探究·實踐思考：酵母菌是常用來研究細胞呼吸作用的材料，為什么呢？生活中有哪些應用？

酵母菌是單細胞真菌，是異養(yǎng)兼性厭氧型生物，能將糖發(fā)酵成酒精和二氧化碳，在有氧和無氧條件下都能夠存活，常用來釀酒、面粉發(fā)酵。一、細胞呼吸的方式：提出問題作出假設無氧CO2+酒精產(chǎn)生CO2有氧產(chǎn)生問題：酵母菌什么條件下產(chǎn)生CO2,什么條件下產(chǎn)生酒精？同學們給出的答案可能有：有氧條件下產(chǎn)生CO2，無氧條件下產(chǎn)生酒精；有氧條件下產(chǎn)生酒精，無氧條件下產(chǎn)生CO2；有氧條件下和無氧條件下都產(chǎn)生酒精和CO2；…根據(jù)已有的知識和生活經(jīng)驗，針對所提出的問題作出假設。探究·實踐：探究酵母菌細胞呼吸的方式探究·實踐：探究酵母菌細胞呼吸的方式無氧CO2+酒精產(chǎn)生CO2有氧產(chǎn)生問題：酵母菌什么條件下產(chǎn)生CO2,什么條件下產(chǎn)生酒精？問題：怎樣設置實驗來對所提出的假說進行驗證？提出問題作出假設設計實驗探究·實踐：探究酵母菌細胞呼吸的方式1.確定實驗目的自變量是什么？因變量是什么？2.細化：如何控制自變量如何檢測因變量3.控制無關變量：控制那些可能影響實驗結(jié)果的因素4.寫出具體做法：方法步驟設計實驗有氧/無氧條件是否產(chǎn)生CO2/酒精通氣/密封用澄清石灰水（溴麝香草酚藍）、重鉻酸鉀溶液檢測無關變量保持相同且適宜探究·實踐：探究酵母菌細胞呼吸的方式B酵母菌培養(yǎng)液活動：搭建實驗裝置C質(zhì)量分數(shù)為10%的NaOH溶液A酵母菌培養(yǎng)液D澄清的石灰水氣泵E運用以上裝置分別搭建有氧呼吸和無氧呼吸裝置?探究·實踐：探究酵母菌細胞呼吸的方式有氧呼吸裝置無氧呼吸裝置A酵母菌培養(yǎng)液B酵母菌培養(yǎng)液氣泵EC質(zhì)量分數(shù)為10%的NaOH溶液D澄清的石灰水D澄清的石灰水思考：1、錐形瓶A、B中除了酵母菌還有需加入什么營養(yǎng)物質(zhì)？

2、錐形瓶C的作用是什么?3、錐形瓶B為什么要放置一段時間后連接D瓶？NaOH溶液的作用是除去空氣中的CO2，以保證D瓶中使澄清石灰水變渾濁的CO2是由酵母菌有氧呼吸產(chǎn)生的。5%葡萄糖溶液5%葡萄糖溶液剛封口的時候，錐形瓶中有氧氣，本實驗探究的是無氧呼吸，所以應先把氧氣消耗完，確保通入澄清石灰水中的CO2是無氧呼吸產(chǎn)生的。探究·實踐：探究酵母菌細胞呼吸的方式無氧CO2+酒精產(chǎn)生CO2有氧產(chǎn)生問題：酵母菌什么條件下產(chǎn)生CO2,什么條件下產(chǎn)生酒精？問題：怎樣設置實驗來對所提出的假說進行驗證？提出問題作出假設設計實驗進行實驗探究·實踐：探究酵母菌細胞呼吸的方式實驗步驟稱取等量的兩份食用酵母菌（10g）；配制質(zhì)量分數(shù)為5%葡萄糖溶液作為酵母菌的培養(yǎng)液；搭建如圖的有氧呼吸（左）和無氧呼吸（右）裝置；培養(yǎng)、觀察澄清石灰水的狀態(tài)并記錄。探究·實踐：探究酵母菌細胞呼吸的方式無氧CO2+酒精產(chǎn)生CO2有氧產(chǎn)生問題：酵母菌什么條件下產(chǎn)生CO2,什么條件下產(chǎn)生酒精？問題：怎樣設置實驗來對所提出的假說進行驗證？提出問題作出假設設計實驗進行實驗分析結(jié)果得出結(jié)論探究·實踐：探究酵母菌細胞呼吸的方式觀測結(jié)果：1、檢測CO2的產(chǎn)生情況根據(jù)石灰水混濁程度或溴麝香草酚藍水溶液變成黃色的時間長短。溴麝香草酚藍水溶液遇CO2的變色過程探究·實踐：探究酵母菌細胞呼吸的方式剛加入重鉻酸鉀

ABAB灰綠色A:有氧條件下酵母菌培養(yǎng)液；B:無氧條件下酵母菌培養(yǎng)液橙色重鉻酸鉀的濃硫酸溶液觀測結(jié)果：2、檢測酒精的產(chǎn)生情況一段時間以后探究·實踐：探究酵母菌細胞呼吸的方式提出問題作出假設設計實驗進行實驗分析結(jié)果得出結(jié)論1、酵母菌在有氧條件下進行有氧呼吸，產(chǎn)生大量二氧化碳，不產(chǎn)生酒精；2、酵母菌在無氧條件下進行無氧呼吸，產(chǎn)生少量二氧化碳，同時也產(chǎn)生酒精?？茖W方法討論：本實驗中哪個是對照組，哪個是實驗組？對比實驗（相互對照實驗）設置兩個或兩個以上的實驗組，通過對幾個實驗組結(jié)果的分析比較，來探究某種因素對實驗對象的影響，這樣的實驗叫作對比實驗。實驗組實驗組實驗小結(jié)科學探究的一般過程：提出問題作出假設設計實驗進行實驗得出結(jié)論觀察實驗資料：自變量因變量無關變量有氧呼吸的過程二、有氧呼吸C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量外膜內(nèi)膜DNA/RNA核糖體嵴增大膜面積分布有氧呼吸的酶1、主要場所：線粒體基質(zhì)2、總反應式分布有氧呼吸的酶以葡萄糖為例，有氧呼吸過程總共分為幾個階段？每個階段的反應過程是怎樣的？發(fā)生場所在哪里？能量的產(chǎn)生情況如何？CO2在哪個階段產(chǎn)生？O2在哪個階段被消耗？分析產(chǎn)物CO2中“O”的來源，以及反應物O2中“O”的去向。二、有氧呼吸二、有氧呼吸（1）第一階段：C6H12O62丙酮酸酶4[H]能ATP熱線粒體細胞質(zhì)基質(zhì)①葡萄糖的初步分解C6H12O6酶+4[H]+能量場所：細胞質(zhì)基質(zhì)2C3H4O3（少量）二、有氧呼吸（2）第二階段：線粒體6CO2能ATP熱20[H]②丙酮酸徹底分解酶6CO2+20[H]+能量場所：線粒體基質(zhì)2C3H4O3+6H2O（少量）C6H12O62丙酮酸酶4[H]能ATP熱細胞質(zhì)基質(zhì)①酶6H2O二、有氧呼吸（3）第三階段：12H2O6O2酶能ATP熱細胞質(zhì)基質(zhì)③[H]的氧化酶12H2O+能量場所：線粒體內(nèi)膜24[H]+6O2（大量）線粒體6CO2能ATP熱20[H]②C6H12O62丙酮酸酶4[H]能ATP熱①酶6H2O有氧呼吸過程2.1能+6H2O酶C6H12O6

2C3H4O3能酶

6CO2+

6O2+24[H]細胞質(zhì)基質(zhì)線粒體基質(zhì)線粒體內(nèi)膜12H2O+酶能4[H]+第一階段糖變酸葡萄糖的初步分解第二階段

丙酮酸的徹底分解你攪拌我攪拌，冒出氣泡CO2第三階段氫氧見化作純水御春寒注：這里的[H]是一種十分簡化的表示方式，這一過程實際上是指氧化型輔酶I（NAD十)轉(zhuǎn)化成還原型輔酶I(NADH)。人為將有氧呼吸劃分為三個階段有氧呼吸過程

2.2C6H12O62C3H4O3+4[H]+少量能量

（丙酮酸）酶6CO2+20[H]+少量能量酶2C3H4O3+6H2O12H2O+大量能量24[H]+6O2酶（場所：細胞質(zhì)基質(zhì)）1.葡萄糖的初步分解（場所：線粒體基質(zhì)）2.丙酮酸的徹底分解（場所：線粒體內(nèi)膜）3.[H]的氧化酶C6H12O6

＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量6CO2+20[H]+能量(少量)

2丙酮酸+6H2O酶酶12H2O+能量(大量)24[H]+6O2C6H12O6酶2丙酮酸+4[H]+能量(少量)

有氧呼吸過程小結(jié)1、有氧呼吸中哪一種物質(zhì)既是反應物又是生成物？2、有氧呼吸中吸收的O2量和釋放的CO2量有什么特點？二、有氧呼吸

細胞在

的參與下，通過多種

的催化作用，把葡萄糖等有機物徹底氧化分解，產(chǎn)生

，同時釋放能量，生成

的過程，叫做有氧呼吸。原核生物可以與有氧呼吸相關的酶、通氧氣。1.沒有線粒體可以進行有氧呼吸嗎？2.進行有氧呼吸需要什么條件？思考：O2酶CO2和水大量ATP3、有氧呼吸的概念：思考·討論1

1mol葡萄糖徹底氧化分解可以釋放出2870kJ能量，可以使977.28kJ左右的能量儲存在ATP中，其余的能量則以熱能的形式散失掉了。請你計算一下，有氧呼吸的能量轉(zhuǎn)化效率大約是多少，這些能量大約能使多少ADP轉(zhuǎn)化為ATP？其余1892.72kJ主要以熱能的形式散失掉。1mol葡萄糖釋放能量2870kJ有977.28kJ轉(zhuǎn)移至ATP能量效率高達34％，使32molADP轉(zhuǎn)化為ATP。葡萄糖的燃燒思考·討論2保證有機物中的能量得到最充分的利用，主要表現(xiàn)在兩個方面：可以使有機物中的能量逐步地轉(zhuǎn)移到ATP中；能量緩慢有序地釋放，有利于維持細胞的相對穩(wěn)定狀態(tài)。（完成探究案8）三、無氧呼吸、概念：無氧呼吸是指細胞在

條件下，通過酶的催化作用，把葡萄糖等有機物分解為

的氧化產(chǎn)物，釋放出少量能量，生成

的過程。無氧不徹底少量ATP三、無氧呼吸細胞質(zhì)基質(zhì)線粒體C6H12O6(葡萄糖)散失ATP酶[H]能量丙酮酸酶C2H5OH(酒精)CO2C3H6O3（乳酸）酶1、過程H2O[H]CO2O2H2O酶酶大量能量第一階段：細胞質(zhì)基質(zhì)酶2丙酮酸+4[H]2C3H6O3（乳酸）第二階段：細胞質(zhì)基質(zhì)酶2丙酮酸+4[H]2C2H5OH+2CO2例：動物細胞、高等植物的某些器官（如馬鈴薯塊莖、玉米胚、甜菜塊根等）例：酵母菌、絕大多數(shù)植物C6H12O62C3H4O3+4[H]+少量能量酶無氧呼吸過程（完成探究案9）3.1能酶C6H12O6

2C3H4O3+4[H]酶

2C2H5OH+2CO2細胞質(zhì)基質(zhì)

2C3H6O3酶第一階段與有氧呼吸第一階段完全一樣第二階段丙酮酸在不同酶的催化下，分解為酒精和二氧化碳或者轉(zhuǎn)化為乳酸C6H12O6酶2C3H6O3（乳酸）+少量能量例：高等動物（如肌細胞）、乳酸菌、高等植物的某些器官（馬鈴薯塊莖、甜菜塊根、玉米胚等）。C6H12O6酶2C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量酒精發(fā)酵例：大多數(shù)植物（如水稻根、蘋果果實）、酵母菌。無氧呼吸的總反應式3.4注：微生物的無氧呼吸叫做發(fā)酵。但工業(yè)上的發(fā)酵并非完全無氧，比如醋酸發(fā)酵。乳酸發(fā)酵三、無氧呼吸無氧呼吸釋放的能量為什么比有氧呼吸少？無氧呼吸只在第一階段釋放少量能量，生成少量ATP。有機物分解不徹底，還有大部分能量儲存于乳酸和酒精中。不同點有氧呼吸無氧呼吸場所條件產(chǎn)物能量相同聯(lián)系實質(zhì)細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體細胞質(zhì)基質(zhì)氧氣、酶等酶等CO2和H2O酒精和CO2或乳酸釋放大量能量釋放少量能量分解有機物，釋放能量第一階段反應場所和過程完全相同小組討論，比較有氧呼吸與無氧呼吸的異同細胞呼吸的概念和意義概念指有機物在細胞內(nèi)經(jīng)過一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他產(chǎn)物，釋放能量并生成ATP的過程。意義（1）為生物體的生命活動提供能量（2）生物體代謝的樞紐（如丙酮酸）糖類葡萄糖丙酮酸有氧呼吸第二、三階段脂肪甘油+脂肪酸蛋白質(zhì)氨基酸有機酸脫氨基作用NH3β氧化四、細胞呼吸原理的應用為什么包扎傷口要選用透氣消毒紗布或創(chuàng)可貼？為什么利用酵母菌釀酒要先通入一定量的無菌空氣，再密封？為什么要給作物及時松土？為什么水稻要定期排水？為什么儲藏水果糧食要降低溫度和氧氣含量等措施延長保質(zhì)期？為什么皮膚傷口較深要到醫(yī)院及時注射破傷風抗毒血清？為什么提倡慢跑？閱讀P95的6個資料，說說細胞呼吸原理在生活生產(chǎn)中有哪些應用？1、選用“創(chuàng)可貼”等敷料包扎傷口，既為傷口敷上了藥物，又為傷口創(chuàng)造了疏松透氣的環(huán)境、避免厭氧病原菌的繁殖，從而有利于傷口的痊愈。2、酵母菌是兼性厭氧微生物。酵母菌在適宜的通氣、溫度和pH等條件下，進行有氧呼吸并大量繁殖；在無氧條件下則進行酒精發(fā)酵。通過降低溫度和氧氣含量，減弱呼吸作用避免肌細胞無氧呼吸產(chǎn)生大量乳酸3、松土透氣，根細胞進行充分的有氧呼吸產(chǎn)生的能量，有利于根系的生長和根細胞通過主動運輸吸收無機鹽。稻田定期排水，避免根細胞由于無氧呼吸產(chǎn)生酒精對根系造成的傷害。4、較深的傷口里缺少氧氣，破傷風芽孢桿菌（厭氧菌）適合在這種環(huán)境中生存并大量繁殖。所以，傷口較深或被銹釘扎傷后，患者應及時注射破傷風血清（抗體）。四、細胞呼吸原理的應用影響細胞呼吸的外界因素2.0呼吸速率：指單位時間內(nèi)呼吸作用消耗的反應物的量或生成物的產(chǎn)生量。影響有氧呼吸的外界因素：C6H12O6+6H2O+6O2酶

6CO2+12H2O+能量

反應物自由水量氧氣濃度條件溫度產(chǎn)物水的散失CO2濃度五、影響細胞呼吸的環(huán)境因素1溫度溫度呼吸速率應用：低溫保存過高CO2抑制細胞呼吸應用：增加CO2的濃度保鮮O2濃度呼吸速率O2濃度呼吸速率有氧呼吸無氧呼吸CO2濃度呼吸速率影響酶的活性應用：干燥保存應用：低氧保鮮4O2濃度2CO2濃度3H2O不消耗O2，只進行無氧呼吸。B點：C點之后：只進行有氧呼吸。無氧呼吸消失。APCB0510152025無氧呼吸CO2釋放量CO2生成總量有氧呼吸CO2釋放