5.3细胞呼吸的原理和应用 2022-2023学年高一上学期生物人教版（2019）必修一

5.2

细胞呼吸的原理和应用驱动生命活动的直接能源物质是什么？回忆旧识合成ATP所需的能量来源于哪里？动物和人绿色植物用作吸呼呼吸作用光合作用ADP+Pi+能量ATPATP合成酶细胞呼吸主要指细胞内

等有机物氧化分解，并释放能量的过程。糖类、脂质、蛋白质人们通常酵母和面，放置一段时间后就会成为发面，发面可以用来做包子馒头等。1.发面中的“窟窿”是怎么产生的？2.发面中有什么味道，这个味道是怎么来的？为什么早期却没有出现？3.发面团里头经常是热乎乎的，这说明了什么？问题探讨探究·实践思考：酵母菌是常用来研究细胞呼吸作用的材料，为什么呢？生活中有哪些应用？

酵母菌是单细胞真菌，是异养兼性厌氧型生物，能将糖发酵成酒精和二氧化碳，在有氧和无氧条件下都能够存活，常用来酿酒、面粉发酵。一、细胞呼吸的方式：提出问题作出假设无氧CO2+酒精产生CO2有氧产生问题：酵母菌什么条件下产生CO2,什么条件下产生酒精？同学们给出的答案可能有：有氧条件下产生CO2，无氧条件下产生酒精；有氧条件下产生酒精，无氧条件下产生CO2；有氧条件下和无氧条件下都产生酒精和CO2；…根据已有的知识和生活经验，针对所提出的问题作出假设。探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式根据自己已有的知识和经验，针对所提出的问题作出假设。如果已有知识和经验较少怎么办？如何作出假设？观察实验查阅资料探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式无氧CO2+酒精产生CO2有氧产生问题：酵母菌什么条件下产生CO2,什么条件下产生酒精？问题：怎样设置实验来对所提出的假说进行验证？提出问题作出假设设计实验探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式1.确定实验目的自变量是什么？因变量是什么？2.细化：如何控制自变量如何检测因变量3.控制无关变量：控制那些可能影响实验结果的因素4.写出具体做法：方法步骤设计实验有氧/无氧条件是否产生CO2/酒精通气/密封用澄清石灰水（溴麝香草酚蓝）、重铬酸钾溶液检测无关变量保持相同且适宜探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式B酵母菌培养液活动：搭建实验装置C质量分数为10%的NaOH溶液A酵母菌培养液D澄清的石灰水气泵E运用以上装置分别搭建有氧呼吸和无氧呼吸装置?探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式有氧呼吸装置无氧呼吸装置A酵母菌培养液B酵母菌培养液探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式活动：搭建实验装置C质量分数为10%的NaOH溶液D澄清的石灰水气泵E运用以上装置分别搭建有氧呼吸和无氧呼吸装置?探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式有氧呼吸装置无氧呼吸装置A酵母菌培养液B酵母菌培养液气泵EC质量分数为10%的NaOH溶液D澄清的石灰水D澄清的石灰水思考：1、锥形瓶A、B中除了酵母菌还有需加入什么营养物质？

2、锥形瓶C的作用是什么?3、锥形瓶B为什么要放置一段时间后连接D瓶？NaOH溶液的作用是除去空气中的CO2，以保证D瓶中使澄清石灰水变浑浊的CO2是由酵母菌有氧呼吸产生的。5%葡萄糖溶液5%葡萄糖溶液刚封口的时候，锥形瓶中有氧气，本实验探究的是无氧呼吸，所以应先把氧气消耗完，确保通入澄清石灰水中的CO2是无氧呼吸产生的。探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式无氧CO2+酒精产生CO2有氧产生问题：酵母菌什么条件下产生CO2,什么条件下产生酒精？问题：怎样设置实验来对所提出的假说进行验证？提出问题作出假设设计实验进行实验探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式实验步骤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、观察澄清石灰水的状态并记录。探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式无氧CO2+酒精产生CO2有氧产生问题：酵母菌什么条件下产生CO2,什么条件下产生酒精？问题：怎样设置实验来对所提出的假说进行验证？提出问题作出假设设计实验进行实验分析结果得出结论探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式观测结果：1、检测CO2的产生情况根据石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短。溴麝香草酚蓝水溶液遇CO2的变色过程探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式刚加入重铬酸钾

ABAB灰绿色A:有氧条件下酵母菌培养液；B:无氧条件下酵母菌培养液橙色重铬酸钾的浓硫酸溶液观测结果：2、检测酒精的产生情况一段时间以后思考：能不能直接将重铬酸钾滴加进酵母菌培养液进行检测？探究·实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式提出问题作出假设设计实验进行实验分析结果得出结论1、酵母菌在有氧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，产生少量二氧化碳，同时也产生酒精。科学方法讨论：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）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。实验组实验组批判性思维：实验装置的改进

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？A酵母菌培养液气泵EC质量分数为10%的NaOH溶液D澄清的石灰水D澄清的石灰水

还有的同学认为，在无氧呼吸实验装置中不能保证装置内的O2已经被完全消耗完，以致可能对实验结果有干扰。你能不能避免这种可能性的发生，以保证实验更严谨？B酵母菌培养液D澄清的石灰水油层批判性思维：实验装置的改进实验小结科学探究的一般过程：提出问题作出假设设计实验进行实验得出结论观察实验资料：自变量因变量无关变量课堂检测1、下列关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验，说法不正确的是()A.酵母菌常被用作研究细胞呼吸的实验材料，其主要原因是酵母菌属于兼性厌氧生物B.在有氧呼吸的装置中，可将空气直接通人酵母菌的培养液C.酵母菌呼吸产生的CO2可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄D.酵母菌呼吸产生的酒精在酸性条件下能与橙色的重铬酸钾溶液反应变成灰绿色B2、某生物兴趣小组对酵母菌细胞呼吸方式进行探究实验。他们想探究的具体问题:酵母菌是否在有氧、无氧条件下均能产生CO2。现提供若干套(每套均有数个)实验装置如图(A-B)所示，请分析回答:(1)请根据实验目的选择装置序号，并按照实验的组装要求排序(装置可重复使用)。有氧条件下的装置序号：

;无氧条件下的装置序号:

。(2)装置中c瓶的作用是

。b瓶中澄清的石灰水还可用

代替。c→a→bd→b除去空气中的CO2溴麝香草酚蓝溶液课堂检测以葡萄糖为例，有氧呼吸过程总共分为几个阶段？每个阶段的反应过程是怎样的？发生场所在哪里？能量的产生情况如何？CO2在哪个阶段产生？O2在哪个阶段被消耗？分析产物CO2中“O”的来源，以及反应物O2中“O”的去向。二、有氧呼吸有氧呼吸的过程二、有氧呼吸C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量外膜内膜DNA/RNA核糖体嵴增大膜面积分布有氧呼吸的酶1、主要场所：线粒体基质2、总反应式分布有氧呼吸的酶二、有氧呼吸（1）第一阶段：C6H12O62丙酮酸酶4[H]能ATP热线粒体细胞质基质①葡萄糖的初步分解C6H12O6酶+4[H]+能量场所：细胞质基质2C3H4O3（少量）二、有氧呼吸（2）第二阶段：线粒体6CO2能ATP热20[H]②丙酮酸彻底分解酶6CO2+20[H]+能量场所：线粒体基质2C3H4O3+6H2O（少量）C6H12O62丙酮酸酶4[H]能ATP热细胞质基质①酶6H2O二、有氧呼吸（3）第三阶段：12H2O6O2酶能ATP热细胞质基质③[H]的氧化酶12H2O+能量场所：线粒体内膜24[H]+6O2（大量）线粒体6CO2能ATP热20[H]②C6H12O62丙酮酸酶4[H]能ATP热①酶6H2O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)

有氧呼吸过程小结1、有氧呼吸中哪一种物质既是反应物又是生成物？2、有氧呼吸中吸收的O2量和释放的CO2量有什么特点？二、有氧呼吸

细胞在

的参与下，通过多种

的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生

，同时释放能量，生成

的过程，叫做有氧呼吸。原核生物可以与有氧呼吸相关的酶、通氧气。1.没有线粒体可以进行有氧呼吸吗？2.进行有氧呼吸需要什么条件？思考：O2酶CO2和水大量ATP3、有氧呼吸的概念：思考·讨论1

1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870kJ能量，可以使977.28kJ左右的能量储存在ATP中，其余的能量则以热能的形式散失掉了。请你计算一下，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。葡萄糖的燃烧思考·讨论2保证有机物中的能量得到最充分的利用，主要表现在两个方面：可以使有机物中的能量逐步地转移到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。问题探讨酸奶发酵是乳酸菌发酵，只进行无氧呼吸，不需要氧气，所以牛奶加满，而且发酵不产生气体，排气孔封闭;米酒发酵时挖一个窝保留部分空气是为了让酵母菌进行有氧呼吸，繁殖更快，接着进行无氧呼吸，产生酒精和CO2,因此要开排气孔。家用酸奶机可以进行酸奶和米酒发酵。酸奶发酵时，牛奶要加满，盖子的排气孔要封闭。甜酒发酵时，米中间要挖一个窝，盖子留一个排气孔。试分析这是为什么呢?三、无氧呼吸细胞质基质线粒体C6H12O6(葡萄糖)散失ATP酶[H]能量丙酮酸酶C2H5OH(酒精)CO2C3H6O3（乳酸）酶1、过程H2O[H]CO2O2H2O酶酶大量能量第一阶段：细胞质基质酶2丙酮酸+4[H]2C3H6O3（乳酸）第二阶段：细胞质基质酶2丙酮酸+4[H]2C2H5OH+2CO2例：动物细胞、高等植物的某些器官（如马铃薯块茎、玉米胚、甜菜块根等）例：酵母菌、绝大多数植物C6H12O62C3H4O3+4[H]+少量能量酶三、无氧呼吸无氧呼吸释放的能量为什么比有氧呼吸少？无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量，生成少量ATP。有机物分解不彻底，还有大部分能量储存于乳酸和酒精中。三、无氧呼吸3、概念：无氧呼吸是指细胞在

条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解为

的氧化产物，释放出少量能量，生成

的过程。无氧不彻底少量ATP2、反应总方程式:C6H12O62C3H6O3（乳酸）+少量能量酶C6H12O62C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量酶不同点有氧呼吸无氧呼吸场所条件产物能量相同联系实质细胞质基质、线粒体细胞质基质氧气、酶等酶等CO2和H2O酒精和CO2或乳酸释放大量能量释放少量能量分解有机物，释放能量第一阶段反应场所和过程完全相同小组讨论，比较有氧呼吸与无氧呼吸的异同模型构建尝试在下图画出细胞有氧呼吸简要过程（物质和能量的变化）线粒体C6H12O6细胞质基质细胞呼吸的概念和意义概念指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。意义（1）为生物体的生命活动提供能量（2）生物体代谢的枢纽（如丙酮酸）糖类葡萄糖丙酮酸有氧呼吸第二、三阶段脂肪甘油+脂肪酸蛋白质氨基酸有机酸脱氨基作用NH3β氧化若在下图装置A、B瓶的导管中分别添加两段红色的液滴甲、乙，请预测甲、乙液滴的移动情况（）A、甲左移，乙右移

B、甲右移，乙不动C、甲不动，乙右移

D、甲不动，乙右移

课堂检测例1甲乙C课堂检测

酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸：（1）若消耗了等量的葡萄糖，吸收的O2量和产生的CO2总量之比为：

。（2）若产生了等量的CO2，无氧呼吸与有氧呼吸消耗的葡萄糖的物质的量之比为：

。3:43:1例2课堂检测例3在a、b、c、d条件下，测得某植物种子萌发时CO2和O2体积变化的相对值如图所示。若底物是葡萄糖，则下列叙述中正确的是()A.a条件下，呼吸产物除CO2外还有酒精和乳酸B.b条件下，有氧呼吸消耗的葡萄糖比无氧呼吸多C.c条件下，无氧呼吸最弱D.d条件下，产生的CO2全部来自线粒体D课堂检测例4有一瓶混有酵母菌的葡萄糖培养液，当通入不同浓度的氧气时，其产生的C2H5OH和CO2的量如表所示。通过对表中数据分析可得出的结论是(

)

A.a浓度时酵母菌有氧呼吸速率等于无氧呼吸速率

B．b浓度时酵母菌有氧呼吸速率大于无氧呼吸速率

C．c浓度时有50%的葡萄糖用于酵母菌的酒精发酵

D．d浓度时酵母菌只进行有氧呼吸未进行无氧呼吸氧浓度(%)abcd产生CO2的量9mol12.5mol15mol30mol产生酒精的量9mol6.5mol6mol0molD四、细胞呼吸原理的应用为什么包扎伤口要选用透气消毒纱布或创可贴？为什么利用酵母菌酿酒要先通入一定量的无菌空气，再密封？为什么要给作物及时松土？为什么水稻要定期排水？为什么储藏水果粮食要降低温度和氧气含量等措施延长保质期？为什么皮肤伤口较深要到医院及时注射破伤风抗毒血清？为什么提倡慢跑？阅读P95的6个资料，说说细胞呼吸原理在生活生产中有哪些应用？1、选用“创可贴”等敷料包扎伤口，既为伤口敷上了药物，又为伤口创造了疏松透气的环境、避免厌氧病原菌的繁殖，从而有利于伤口的痊愈。2、酵母菌是兼性厌氧微生物。酵母菌在适宜的通气、温度和pH等条件下，进行有氧呼吸并大量繁殖；在无氧条件下则进行酒精发酵。通过降低温度和氧气含量，减弱呼吸作用避免肌细胞无氧呼吸产生大量乳酸3、松土透气，根细胞进行充分的有氧呼吸产生的能量，有利于根系的生长和根细胞通过主动运输吸收无机盐。稻田定期排水，避免根细胞由于无氧呼吸产生酒精对根系造成的伤害。4、较深的伤口里缺少氧气，破伤风芽孢杆菌（厌氧菌）适合在这种环境中生存并大量繁殖。所以，伤口较深或被锈钉扎伤后，患者应及时注射破伤风血清（抗体）。四、细胞呼吸原理的应用问题探讨01讨论：1.都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的需要密封？2.为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？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？通气可以给酵母菌提供呼吸所需要的氧气，利于酵母菌进行繁殖。密封为了避免空气进入，便于酵母菌在无氧条件下分解有机物产生酒精。在有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放的能量多，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。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能量。五、影响细胞呼吸的环境因素1温度温度呼吸速率应用：低温保存过高CO2抑制细胞呼吸应用：增加CO2的浓度保鲜O2浓度呼吸速率O2浓度呼吸速率有氧呼吸无氧呼吸CO2浓度呼吸速率影响酶的活性应用：干燥保存应用：低氧保鲜4O2浓度2CO2浓度3