【課件】細胞呼吸的原理和應用課件高一上學期生物人教版（2019）必修1

5.3細胞呼吸的原理和應用第五章

細胞的能量供應和利用本節(jié)聚焦1.細胞呼吸過程中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的？2.有氧呼吸與無氧呼吸各有什么特點？3.細胞呼吸原理在生產(chǎn)和生活中有哪些應用？新課引入呼吸作用的實質(zhì)是：

細胞內(nèi)的有機物氧化分解，并釋放能量，因此也叫細胞呼吸。通常酵母和面，放置一段時間后就會成為發(fā)面，發(fā)面可以用來做包子饅頭等。(1)發(fā)面中的“窟窿”是怎么產(chǎn)生的？(2)發(fā)面團里頭經(jīng)常是熱乎乎的，這說明了什么？(3)酵母菌還可以用來釀酒，說明酵母細胞能產(chǎn)生什么物質(zhì)？(4)釀米酒時為什么要密封？發(fā)面過程中產(chǎn)生了氣體。該過程中有能量的轉(zhuǎn)化。酵母菌能產(chǎn)生酒精。給酵母菌提供無氧的環(huán)境。一、細胞呼吸的方式酵母菌：單細胞真菌，真核生物，有細胞壁，在有氧和無氧條件下都能生存，屬于兼性厭氧菌。1.實驗原理：【探究·實踐】探究酵母菌細胞呼吸的方式生活現(xiàn)象：酵母菌能使葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精；酵母菌的細胞呼吸會產(chǎn)生CO2。提出問題：（1）酵母菌發(fā)酵產(chǎn)生酒精是在有氧還是在無氧條件下進行的呢？（2）酵母菌的細胞呼吸會產(chǎn)生CO2，在不同條件下產(chǎn)生的CO2是否一樣多？你還能提出哪些問題？確定實驗思路自變量：無關(guān)變量：有哪些因素可能干擾到實驗結(jié)果？(1)該實驗的自變量是什么？(2)怎樣控制有氧和無氧的條件？因變量：其他條件：怎樣保證酵母菌在整個實驗過程中能正常生活？(1)怎樣鑒定有無酒精產(chǎn)生？(2)怎樣鑒定有無CO2產(chǎn)生？怎樣比較CO2產(chǎn)生的多少？無關(guān)變量遵循相同且適宜的原則溫度、酵母菌活性、酵母菌培養(yǎng)液pH等。作出假設(shè)：酵母菌可以進行有氧呼吸和無氧呼吸。2.材料用具：實驗生物：新鮮的食用酵母菌實驗器材：天平、藥匙、吸管、氣泵、量筒、錐形瓶、試管、試管架、燒杯、玻璃導管繁殖快，細胞代謝旺盛，實驗效果明顯實驗藥品：5%的葡萄糖溶液、10%的NaOH溶液

檢驗CO2：澄清的石灰水、溴麝香草酚藍溶液

檢驗酒精：酸性重鉻酸鉀溶液3.配制酵母菌培養(yǎng)液：取20g新鮮的食用酵母菌，分成兩等份，分別放入錐形瓶A(500mL)和B(500mL)中。分別向瓶中注入240mL質(zhì)量分數(shù)為5％的葡萄糖溶液。4.組裝裝置:葡萄糖溶液先加熱煮沸、冷卻后再加入。加熱目的：殺菌、除去溶解的氧氣

冷卻目的：防止高溫殺死酵母菌。B酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水接橡皮球(或氣泵)A酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水10%NaOHB瓶先反應一段時間，然后再連接盛有澄清石灰水的錐形瓶。為什么？消耗完B瓶中的O2，確保酵母菌在無氧條件下進行呼吸。5.實驗過程：將兩組裝置放到25―30℃地環(huán)境中培養(yǎng)8―10h。保證有充足的O2，提供有氧環(huán)境。除去空氣中原有的CO2，防止空氣中的CO2對實驗結(jié)果造成干擾。該溫度時酵母菌中的酶活性較高，生命活動旺盛，細胞呼吸較強。6.實驗現(xiàn)象：條件檢測CO2條件澄清石灰水溴麝香草酚藍溶液有氧無氧變混濁快，且程度大變混濁慢，且程度小由藍變綠再變黃時間短由藍變綠再變黃時間長溴麝香草酚藍溶液條件檢測酒精條件重鉻酸鉀--濃硫酸溶液有氧無氧從A、B中各取2mL酵母菌培養(yǎng)液的濾液，分別注入1、2號試管中；分別滴加0.5mL溶有0.1g重鉻酸鉀的濃硫酸溶液，振蕩并觀察溶液的顏色變化。葡萄糖也能與酸性重鉻酸鉀發(fā)生顏色反應，因此，應將酵母菌的培養(yǎng)時間適當延長以耗盡溶液中的葡萄糖。不變（仍為橙色）橙色變?yōu)榛揖G色7.實驗結(jié)論：條件檢測CO2檢測酒精條件澄清石灰水溴麝香草酚藍溶液重鉻酸鉀--濃硫酸溶液有氧無氧酵母菌在有氧和無氧條件下均能進行細胞呼吸；在有氧條件下，通過細胞呼吸產(chǎn)生水和大量的CO2；在無氧條件下通過細胞呼吸產(chǎn)生酒精和少量的CO2。設(shè)置兩個或兩個以上的實驗組，通過對結(jié)果的比較分析，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，也叫相互對照實驗。對比實驗是科學探究中常用的方法之一。對比實驗將B瓶先反應一段時間，然后再連接盛有澄清石灰水的錐形瓶。科學家根據(jù)大量的實驗結(jié)果得出結(jié)論：細胞呼吸分為有氧呼吸無氧呼吸二、有氧呼吸1.場所：細胞質(zhì)基質(zhì)；線粒體（主要）內(nèi)膜和線粒體基質(zhì)中含有多種酶有氧呼吸最常利用的物質(zhì)是葡萄糖，但不唯一（脂肪、蛋白質(zhì)）。利用葡萄糖進行有氧呼吸的化學反應式可以簡寫為：C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量酶2.呼吸底物：熱能（散失）合成ATP3.有氧呼吸的三個階段：C6H12O62C3H4O3+4[H]+少量能量酶第1階段：場所：細胞質(zhì)基質(zhì)2C3H4O3+6H2O6CO2+20[H]+少量能量酶第2階段：場所：線粒體基質(zhì)24[H]+6O2

12H2O+大量能量酶第3階段：場所：線粒體內(nèi)膜易錯提醒：在細胞呼吸中氧化型的輔酶Ⅰ(NAD+)，轉(zhuǎn)化成還原型輔酶Ⅰ(NADH)

，就是此處的[H]。氧氣不是第二階段的反應物，但若沒有氧氣，丙酮酸不能進入線粒體。4.有氧呼吸過程示意圖［H］O2H2O［H］CO2少量能量丙酮酸H2O大量能量少量能量丙酮酸[H]與O2結(jié)合NAD+NADH線粒體基質(zhì)線粒體內(nèi)膜（1）三個階段所需要的酶相同嗎？水的生成與消耗分別在哪個階段？哪個階段產(chǎn)生的[H]最多？[H]在什么場所被利用？（3）用18O（無放射性）標記O2，18O最早會在哪些物質(zhì)中？若時間夠長，還有哪些物質(zhì)中會出現(xiàn)18O？（2）分析反應中C、H、O原子的轉(zhuǎn)移路徑，并在反應式中標出氧元素的轉(zhuǎn)移途徑。酶C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量（4）依據(jù)教材93思考討論第1題，計算有氧呼吸的能量轉(zhuǎn)化效率？不同點：燃燒：將有機物中能量迅速釋放，能量全部轉(zhuǎn)化為光能和熱能。有氧呼吸：有機物中的能量緩慢有序釋放出來；（5）葡萄糖在體外能夠燃燒，與有氧呼吸相比有什么異同？有氧呼吸逐級釋放能量，對于的意義？使有機物中的能量逐步轉(zhuǎn)移到ATP中，保證能量得到充分的利用，有利于維持細胞的相對穩(wěn)定狀態(tài)。葡萄糖的燃燒相同點：二者都釋放能量，產(chǎn)物主要都是水和二氧化碳。5.有氧呼吸的定義細胞在氧的參與下，通過多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機物徹底氧化分解，產(chǎn)生二氧化碳和水，釋放能量，生成大量ATP的過程。思考1：原核生物無線粒體，能否進行有氧呼吸？思考2：脂肪作為有氧呼吸的底物時，反應過程有何特點？脂肪作為底物時，因C、H比例比較高，單位質(zhì)量的耗氧量多，放能多、產(chǎn)水多。需氧型原核生物的有氧呼吸場所在細胞質(zhì)基質(zhì)和細胞膜上。三、無氧呼吸兩個階段都在細胞質(zhì)基質(zhì)1.場所：2.過程：4[H]2C2H5OH(酒精）+2CO2酶酶2C3H6O3（乳酸）少量能量2丙酮酸酶C6H12O6C6H12O6酶2C3H6O3(乳酸)+少量能量C6H12O6酶2C2H5OH(酒精)+2CO2

＋

少量能量3.反應式：動物、蛔蟲、乳酸菌；馬鈴薯塊莖、甜菜塊根、玉米胚。植物、酵母菌微生物的無氧呼吸也叫發(fā)酵。熱能（散失）合成ATP熱能（散失）合成ATP4.定義：細胞在沒有氧氣參與的情況下，葡萄糖等有機物不徹底地氧化分解，釋放少量能量的過程。思考3：哪種無氧呼吸會產(chǎn)生氣體？場所在

？無氧呼吸兩個階段都產(chǎn)能嗎？思考4：1mol葡萄糖分解成乳酸時，放出196.65kJ的能量，61.08kJ的能量儲存在ATP中，其余以熱能形式散失。1mol葡萄糖通過乳酸發(fā)酵可形成多少mol的ATP？能量轉(zhuǎn)換效率是多少？為什么無氧呼吸釋放的能量比有氧呼吸少？無氧呼吸是有機物不徹底的氧化分解，未釋放的能量儲存在酒精或乳酸中。1）骨骼肌中的糖原是

，骨骼肌細胞無氧呼吸的產(chǎn)物是

，它的積累會導致肌肉酸脹乏力，過段時間酸痛感會消失，原因是什么？肌細胞無氧呼吸產(chǎn)生的乳酸，乳酸能在肝臟中再次轉(zhuǎn)化為葡萄糖。2）利用酵母菌生產(chǎn)葡萄酒時,酒精含量不會一直增加,當達到12%—16%時,發(fā)酵就停止了,為什么？酵母菌無氧呼吸產(chǎn)生了酒精，酒精的積累會殺死酵母菌細胞，使發(fā)酵停止。3）無氧呼吸對細胞的生命活動有沒有積極意義？當氧氣供應不足或機體對能量需求非常大時，無氧呼吸可產(chǎn)生少量的能量供生命活動利用，保證機體正常生命活動的進行。細胞呼吸定義意義細胞呼吸是指有機物在細胞內(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。

所有的生物生存，都離不開細胞呼吸釋放的能量。⑴為生物體提供能量。⑵是生物體代謝樞紐。蛋白質(zhì)、糖類和脂質(zhì)的代謝，都可以通過細胞呼吸過程聯(lián)系起來。真核生物有氧呼吸和無氧呼吸的比較呼吸方式有氧呼吸無氧呼吸場所條件分解產(chǎn)物能量ATP產(chǎn)生階段相同點真核生物有氧呼吸和無氧呼吸的比較呼吸方式有氧呼吸無氧呼吸場所細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體細胞質(zhì)基質(zhì)條件氧氣、多種酶無氧、多種酶分解產(chǎn)物葡萄糖徹底氧化分解為CO2和H20（無機物）葡萄糖的不徹底氧化分解，形成乳酸或酒精、CO2能量釋放大量能量釋放少量能量，大部分能量儲存在乳酸或酒精中ATP產(chǎn)生階段三個階段均產(chǎn)生ATP僅在第一階段產(chǎn)生ATP相同點

第一階段完全相同。實質(zhì)相同：都是氧化分解有機物，釋放能量。（1）不同生物無氧呼吸產(chǎn)物不同，甚至同一生物不同組織細胞無氧呼吸的產(chǎn)物都有所不同，你認為原因是什么？細胞中的酶不同。（3）現(xiàn)在地球上絕大多數(shù)生物的呼吸方式是有氧呼吸，為什么？有氧呼吸釋放能量的效率比無氧呼吸高得多，所以有氧呼吸得到較大發(fā)展，成為主要方式。（2）真核生物的有氧呼吸一定與

（填細胞器名稱）有關(guān)，哺乳動物成熟的紅細胞進行

呼吸，原因是

。

人體細胞呼吸作用產(chǎn)生CO2的場所是

。

酵母菌細胞呼吸作用產(chǎn)生CO2的場所是

。物質(zhì)變化：有機物徹底氧化分解→無機物；能量變化：有機物中穩(wěn)定的化學能→ATP中活躍的化學能、熱能。條件：氧的參與、多種酶催化特點：有機物的徹底氧化分解物質(zhì)變化：有機物不徹底氧化分解→無機物、無機物；能量變化：有機物中穩(wěn)定的化學能→ATP中活躍的化學能、熱能。條件：無氧的參與特點：有機物的不徹底氧化分解問題探討：

在培養(yǎng)酵母菌用作飼料添加劑時，要給培養(yǎng)裝置通氣或進行振蕩，以利于酵母菌大量繁殖。在利用酵母菌生產(chǎn)葡萄酒時，卻需要密封發(fā)酵。(1)都是培養(yǎng)酵母菌，為什么有的需要通氣，有的卻需要密封？(2)為什么通氣有利于酵母菌大量繁殖？(3)在密封發(fā)酵時，酵母菌將有機物轉(zhuǎn)化為酒精對它自身有什么意義？四、細胞呼吸原理的應用密封有酒味水淹爛根稻田定期排水利用乳酸菌制作酸奶中耕松土生產(chǎn)青霉素、味精、食醋等花盆中需及時松土透氣用透氣的紗布包扎傷口提倡慢跑水果儲藏水果儲存米酒制作2．（2020年山東省高考生物試卷（新高考)·12）我國的釀酒技術(shù)歷史悠久，古人在實際生產(chǎn)中積累了很多經(jīng)驗?！洱R民要術(shù)》記載：將蒸熟的米和酒曲混合前需“浸曲發(fā)，如魚眼湯，凈淘米八斗，炊作飯，舒令極冷”。意思是將酒曲浸到活化，冒出魚眼大小的氣泡，把八斗米淘凈，蒸熟，攤開冷透。下列說法錯誤的是（

）A．“浸曲發(fā)”過程中酒曲中的微生物代謝加快B．“魚眼湯”現(xiàn)象是微生物呼吸作用產(chǎn)生的CO2釋放形成的C．“凈淘米”"是為消除雜菌對釀酒過程的影響而采取的主要措施D．“舒令極冷”的目的是防止蒸熟的米溫度過高導致酒曲中的微生物死亡五、細胞呼吸方式的判斷1.根據(jù)反應物和產(chǎn)物：消耗O2且產(chǎn)生H2O：無O2的吸收和CO2的釋放：無O2的吸收但有CO2的釋放：定為產(chǎn)生酒精的無氧呼吸。一定存在有氧呼吸。但不確定是否存在無氧呼吸。定為產(chǎn)生乳酸的無氧呼吸。當CO2：O2=1時：當CO2：O2＞1時：當CO2：

O2＜1時：2.根據(jù)物質(zhì)的量關(guān)系（CO2的釋放量

與O2的吸收量）：只進行有氧呼吸；或進行有氧呼吸，同時進行產(chǎn)生乳酸的無氧呼吸。兩類呼吸并存，差值為無氧呼吸量?？赡艽嬖谥镜难趸纸狻：粑嘏袛啵ㄒ云咸烟菫榈孜飼r）呼吸熵RQVCO2VO2=①若RQ=1：只進行有氧呼吸。(或同時進行產(chǎn)生乳酸的無氧呼吸)②若RQ>1：則既有有氧呼吸，又有無氧呼吸（產(chǎn)酒精）。③若RQ<1：呼吸底物有可能含有脂肪等非糖物質(zhì)，脂肪中C、H含量高，氧化分解時耗氧量大。VCO2-VO2=無氧呼吸產(chǎn)生CO2的量（1）內(nèi)因(遺傳因素)1.呼吸速率（呼吸強度）：

一定溫度下，單位重量活細胞(組織)在單位時間內(nèi)O2吸收、CO2釋放量或有機物的消耗量,可反應代謝活動的強弱。影響因素：規(guī)律呼吸速率大小不同種類的植物水生植物

>旱生植物

；陽生植物

>

陰生植物同一植物不同生長發(fā)育時期幼苗期、開花期

>

成熟期同一植物的不同器官生殖器官

>

營養(yǎng)器官（2）外因(環(huán)境因素)六、細胞呼吸速率的影響因素（1）O2對無氧呼吸有抑制作用，對有氧呼吸有促進作用；1.O2濃度對細胞呼吸的影響外因(環(huán)境因素)有氧呼吸時縱軸還可以表示：O2的吸收量或CO2的釋放量若為產(chǎn)生酒精的無氧呼吸，縱軸還可以表示：單位時間內(nèi)酒精生成量或CO2的釋放量（2）絕大多數(shù)植物非綠色器官或酵母菌的呼吸速率受氧氣濃度影響曲線圖：O2濃度＝0時，只進行無氧呼吸。0＜O2濃度＜C時，同時進行有氧和無氧呼吸。O2濃度≥C時，只進行有氧呼吸。F點的含義：

有氧呼吸與無氧呼吸釋放的CO2量相等。有機物消耗最少的點：

E點,其對應橫軸B點所示的O2濃度，最適宜組織器官的儲藏。（F點為AD的中點）應用：中耕松土，保證根細胞正常有氧呼吸，有利于肥料的吸收。無氧發(fā)酵過程需嚴格控制無氧環(huán)境。低氧儲存糧食、水果和蔬菜。2.溫度對細胞呼吸的影響①解讀：溫度通過影響

而影響細胞呼吸速率。

細胞呼吸的最適溫度一般在25℃～35℃之間。酶的活性②應用大棚栽培在夜間和陰天適當降溫以降低呼吸作用消耗的有機物。零上低溫儲存食品（冰箱）。溫水和面發(fā)得快。3.CO2濃度：①原理：CO2是細胞呼吸的最終產(chǎn)物，積累過多會_____(填“促進”或“抑制”)細胞呼吸的進行。抑制②應用：

在蔬菜和水果保：增加CO2濃度（或充入氮氣），抑制細胞呼吸，減少有機物的消耗。4.水（自由水/結(jié)合水）旺盛①解讀：一定范圍內(nèi)，細胞中自由水含量越多，代謝越

，細胞呼吸越強。②應用：糧食儲存要曬干：降低自由水含量，降低細胞呼吸強度，減少有機物的消耗。干種子萌發(fā)前要進行浸泡處理。水果、蔬菜儲存時保持一定的濕度。易錯歸納：（1）細胞呼吸受多因素綜合影響。（2）在物質(zhì)的儲存時（抑制呼吸作用，減少有機物的消耗）種子貯藏或果蔬保鮮需要：低溫、低氧、增加CO2濃度。保持干燥保持一定濕度零上低溫不能無氧種子萌發(fā)時吸水和呼吸方式的變化曲線(1)第Ⅰ階段，種子的吸水方式為吸脹吸水，依靠的是種子內(nèi)的

物質(zhì)；呼吸速率也隨

。(2)第Ⅱ階段，是吸水停滯期，此時種子內(nèi)無中央大液泡；細胞產(chǎn)生CO2的量要比消耗O2的量大得多，說明在此期間主要進行

。(3)在

長出后可大量吸水，此時吸水方式為

，由于胚根突破種皮，增加了O2的進入量，種子以

為主。教材96頁思維訓練。

關(guān)于真核細胞線粒體的起源，科學家提出了一種解釋：約十幾億年前，有一種真核細胞吞噬了原始的需氧細菌，被吞噬的細菌不僅沒有被消化分解，反而在細胞中生存下來了。需氧細菌從宿主細胞那里獲取丙酮酸，宿主細胞從需氧細菌那里得到丙酮酸氧化分解釋放的能量。在共同生存繁衍的過程中，需氧細菌進化為宿主細胞內(nèi)專門進行細胞呼吸的細胞器。以下哪些證據(jù)支持這一論點