5.3细胞呼吸原理和应用课件【知识精讲精研】高一上学期生物人教版必修1

本节聚焦:细胞呼吸过程中能量是怎样转化的？有氧呼吸与无氧呼吸各有什么特点？细胞呼吸原理在生产和生活中有哪些应用？必修1/第5章/细胞的能量供应和利用/第3节细胞呼吸的原理和应用

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。

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？发酵生产葡萄酒的车间

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物产生酒精。

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。

讨论

2.为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？发酵生产葡萄酒的车间

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。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。呼吸作用的实质:呼吸作用的实质是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。也叫细胞呼吸。一、细胞呼吸的方式酵母菌是一种单细胞真菌，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。酵母菌代谢类型同化类型异化类型自养型异养型需氧型厌氧型兼性厌氧型细胞呼吸是否都需要氧？生物在有氧和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸呢？一、细胞呼吸的方式探究酵母菌细胞呼吸的方式实验目的分析有氧和无氧条件下酵母菌细胞的呼吸情况。酵母菌在有氧和无氧条件下细胞呼吸的产物是否相同？有氧/无氧条件下都可以产生酒精吗？有氧/无氧条件下都可以产生CO2吗？提出问题探究酵母菌细胞呼吸的方式作出假设假设酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸。有氧条件下产生CO₂，无氧条件下产生酒精；有氧、无氧条件都能产生酒精和CO₂；有氧、无氧条件下都能产生CO₂，有氧条件下产生的CO₂多，无氧条件下能产生酒精。等等设计实验探究酵母菌细胞呼吸的方式实验原理1.通入澄清的石灰水：2.溴麝香草酚蓝溶液：3.CO2多少：澄清→浑浊蓝→绿→黄CO2的检测：石灰水浑浊程度或由蓝→绿→黄所需时间长短橙色的重铬酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应：橙色→灰绿色酒精的检测：设计实验探究酵母菌细胞呼吸的方式有氧呼吸和无氧呼吸装置：质量分数为10%NaOH溶液酵母菌培养液澄清石灰水澄清石灰水酵母菌培养液接橡皮球或气泵将B瓶先反应一段时间，然后再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶有氧一组不断通入空气（氧气）以保证反应始终在有氧条件进行。无氧一组先反应一段时间消耗掉培养液中的氧气以保证反应在无氧条件下进行。问题1.如何实现严格的有氧和无氧条件？设计实验探究酵母菌细胞呼吸的方式有氧呼吸和无氧呼吸装置：质量分数为10%NaOH溶液酵母菌培养液澄清石灰水澄清石灰水酵母菌培养液接橡皮球或气泵将B瓶先反应一段时间，然后再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶问题2.A瓶前通过含NaOH溶液的目的是什么？去除空气中CO2，保证澄清石灰水变浑浊是酵母菌有氧条件产生CO2所致。设计实验探究酵母菌细胞呼吸的方式有氧呼吸和无氧呼吸装置：质量分数为10%NaOH溶液酵母菌培养液澄清石灰水澄清石灰水酵母菌培养液接橡皮球或气泵将B瓶先反应一段时间，然后再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶问题3.B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的目的？消耗掉B瓶中的氧气，确保通过澄清石灰水的CO2是无氧呼吸产生的。设计实验自变量:因变量:无关变量:细胞呼吸的条件(有无氧气)细胞呼吸的产物(酒精、CO2)

温度、PH等(相同且适宜)探究酵母菌细胞呼吸的方式该实验中变量分析：进行实验酵母菌培养液的配制取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入A、B两锥形瓶(500mL)中。分别向瓶中注入240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。进行实验探究酵母菌细胞呼吸的方式CO2的检测和观察1.通入澄清的石灰水：蓝→绿→黄；有氧呼吸比无氧呼吸所需时间长短。有氧装置澄清石灰水变浑浊，出现时间快；无氧装置澄清石灰水变浑浊，出现时间慢。2.通入溴麝香草酚蓝溶液：组装实验装置及培养：按图组装实验装置，需氧装置中间歇性通气约50min，在25～35℃的环境中培养8～10h。进行实验探究酵母菌细胞呼吸的方式酒精的检测橙色的重铬酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应：橙色→灰绿色注意：因为葡萄糖也能与酸性重铬酸钾发生颜色变化。因此，应将酵母菌的培养时间适当延长以消耗尽溶液中的葡萄糖。1.各取2mL酵母菌培养液的滤液注入2支干净的试管中；2.向试管中分别滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液，振荡、观察。现象：有氧呼吸装置中不变灰绿色；无氧装置中变灰绿色。得出结论探究酵母菌细胞呼吸的方式1.酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸；2.在有氧条件下，通过细胞呼吸产生大量的CO2；3.在无氧条件下，通过细胞呼吸产生酒精和少量的CO2。实验装置改进

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？质量分数为10%NaOH溶液酵母菌培养液澄清石灰水接橡皮球或气泵澄清石灰水验证空气中的CO2是否完全被吸收。对比实验概念：设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，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，也叫相互对照实验。施加实验因素处理的，且实验结果未知。实验组：在“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中，需要设置有氧和无氧两种条件来探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式，这两个实验组的结果都是事先未知的，通过对比可以看出氧气条件对细胞呼吸的影响。对比实验也是科学探究中常用的方法之一。举例：细胞呼吸：有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成CO2或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。有氧呼吸：细胞在_______的参与下，通过_________的催化作用，把_________等有机物_________________，产生______和_______，释放________，生成___________的过程。氧多种酶葡萄糖能量彻底氧化分解大量ATPCO2H2O

细胞呼吸包括有氧呼吸和无氧呼吸。细胞呼吸分类：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。二、有氧呼吸酶C6H12O6

＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量二、有氧呼吸线粒体结构：（1）线粒体增大膜面积的方式：

。（2）线粒体增大膜面积的意义：

。（3）有氧呼吸的酶分布在：

。（4）线粒体的功能：

。内膜向内折叠成嵴增大有氧呼吸酶的附着位点线粒体内膜和线粒体基质进行有氧呼吸的主要场所外膜内膜嵴线粒体基质二、有氧呼吸有氧呼吸过程:将有氧呼吸划分为三个阶段，每一阶段都需要酶催化，并有ATP生成。1个分子的葡萄糖分解成2分子的丙酮酸，产生少量[H]，并且释放出少量的能量。这一阶段不需要氧的参与，是在细胞质基质中进行的。2C3H4O3+4[H]+少量能量C6H12O6酶[H]指的是还原型辅酶Ⅰ（NADH）第一阶段1.热能形式散失（大部分）2.合成ATP（少部分）少量能量二、有氧呼吸有氧呼吸过程:[H]指的是还原型辅酶Ⅰ（NADH）丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和[H]，并释放出少量的能量。这一阶段不需要氧的参与，是在线粒体基质中进行的。2C3H4O3+6H2O20[H]+6CO2+少量能量酶第二阶段1.热能形式散失（大部分）2.合成ATP（少部分）少量能量二、有氧呼吸有氧呼吸过程:[H]指的是还原型辅酶Ⅰ（NADH）上述两个阶段产生的[H]，经过一系列的化学反应，与氧结合形成水，同时释放出大量的能量。这一阶段需要氧的参与，是在线粒体内膜上进行的。第三阶段24[H]+6O212H2O+大量能量酶1.热能形式散失（大部分）2.合成ATP（少部分）大量能量归纳：有氧呼吸过程C6H12O62C3H4O32C3H4O3+4[H]+少量能量C6H12O6酶细胞质基质少量能量场所：物质变化：产生能量：第一阶段：场所：物质变化：产生能量：第二阶段：6CO2+20[H]+少量能量2丙酮酸+6H2O酶线粒体基质少量能量场所：物质变化：产生能量：第三阶段：线粒体内膜酶12H2O+大量能量24[H]+6O2大量能量6H2O6CO24[H]20[H]6O212H2O有氧呼吸场所反应物产物释能是否需氧第一阶段第二阶段第三阶段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]、O2H2O大量线粒体基质线粒体内膜否否是有氧呼吸三个阶段的比较二、有氧呼吸线粒体膜上没有葡萄糖载体；线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。思考1.为什么线粒体不能直接氧化分解葡萄糖？思考2.原核生物（如蓝藻、硝化细菌等）没有线粒体，但也能进行有氧呼吸的原因及场所是?原因：含有与有氧呼吸有关的酶；场所：细胞质和细胞膜内表面。二、有氧呼吸二、有氧呼吸有氧呼吸中各元素原子的运动轨迹C6H12O6+6H2O+6O2

6CO2

+12H2O+能量酶（2）H原子运动：（1）C原子运动：（3）O原子运动：C6H12O62C3H4O36CO

2C6H12O64[H]2C3H4O3+6H2O12H2O20[H]C6H12O62C3H4O3+6H2O

6CO26O212H2O有氧呼吸的能量利用特点1.在细胞内，1mol的葡萄糖彻底氧化分解可以释放出约为2870kJ的能量，可使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?

转化效率=977.28kJ/2870kJ

=34%产生ATP的mol数=977.28kJ/30.54kJ

=32mol第1阶段：2mol第2阶段：2mol第3阶段：28mol糖类等有机物中稳定的化学能ATP中活跃的化学能和热能（大部分）

2.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？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。同有机物在生物体外的燃烧相比，有氧呼吸具有的特点有：（1）有氧呼吸过程温和；（2）有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放；（3）这些能量有相当一部分储存在ATP中。有氧呼吸的能量利用特点三、无氧呼吸除酵母菌外，还有许多细胞(如乳酸菌)能进行无氧呼吸。此外，马铃薯块茎、水稻根、苹果果实等植物器官的细胞以及动物骨骼肌的肌细胞等，除了能进行有氧呼吸外，在缺氧条件下也有进行无氧呼吸。1.场所：细胞质基质2.过程：C6H12O6酶2

C3H4O3＋4[H]＋少量能量第一阶段场所：细胞质基质与有氧呼吸第一阶段完全相同!1.热能形式散失（大部分）2.合成ATP（少部分）三、无氧呼吸第二阶段场所：细胞质基质产乳酸的无氧呼吸C6H12O62C3H6O3+少量能量酶人、动物、乳酸菌、甜菜的块根、马铃薯块茎、玉米的胚、胡萝卜的叶子等。2C3H6O3(乳酸)2C3H4O3+4[H]

酶总反应式：反应式：适用生物或组织：此过程不产生能量三、无氧呼吸第二阶段场所：细胞质基质产酒精的无氧呼吸2CO2+

2C2H5OH(酒精)2C3H4O3+4[H]

酶适用生物或组织：绝大多数植物细胞、酵母菌等。C6H12O62C2H5OH+2CO2+少量能量酶总反应式：反应式：三、无氧呼吸3.概念：细胞在_______________的情况下，葡萄糖等有机物经过________分解，释放出___________的过程。没有氧气参与不完全少量能量4.无氧呼吸过程中的能量转换：1mol葡萄糖经过无氧呼吸，释放196.65kJ的能量，其中61.08kJ储存在ATP中，其余以热能形式散失。试计算：(1)无氧呼吸消耗1mol葡萄糖能合成多少ATP(2)为什么无氧呼吸只能释放少量能量？剩余的能量都去哪了?产生ATP的mol数=61.08/30.54=2mol（第1阶段：2mol；第2阶段：0）葡萄糖的分解不彻底，还有大量的能量存留在酒精或乳酸中。归纳：无氧呼吸过程葡萄糖丙酮酸[H]

乙醇发酵

酶

乳酸发酵

酶酒精+CO2乳酸酶第二阶段第一阶段少量能量场所：物质变化：产能情况：细胞质基质C6H12O62C3H4O3+4[H]+少量能量酶少量能量场所：细胞质基质物质变化：产能情况：无或2C3H6O3(乳酸)2C3H4O3+4[H]

酶2CO2+

2C2H5OH(酒精)2C3H4O3+4[H]酶有氧呼吸与无氧呼吸有哪些异同？请尝试设计简明的表格来比较。呼吸方式有氧呼吸无氧呼吸不同点场所条件分解产物能量ATP产生阶段相同点细胞质基质、线粒体细胞质基质氧气、多种酶无氧气、多种酶葡萄糖彻底分解为CO2和H2O葡萄糖不彻底分解，形成乳酸或酒精和CO2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有氧呼吸的三个阶段均产生ATP仅在第一阶段产生ATP第一阶段反应完全相同；两种呼吸方式实质相同，都是分解有机物，释放能量。有氧呼吸和无氧呼吸的判断方法1.既无O2的吸收也无CO2的释放，则呼吸方式为：

2.无O2的吸收有CO2的释放，则呼吸方式为：3.既有O2的吸收也有CO2

的释放，且O2吸收量=

CO2释放量，则呼吸方式为：4.既有O2的吸收也有CO2的释放，且O2吸收量＜CO2释放量，则呼吸方式为：5.若细胞O2吸收量>CO2释放量，说明：产乳酸的无氧呼吸产酒精的无氧呼吸只进行有氧呼吸或有氧呼吸与产乳酸的无氧呼吸同时进行同时进行有氧呼吸和产酒精的无氧呼吸细胞呼吸的底物不是糖类，可能是脂肪。四、细胞呼吸原理的应用包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布或“创可贴”等敷料。原理：增加通气量，抑制破伤风杆菌等厌氧菌的无氧呼吸，从而抑制其繁殖。利用麦芽、葡萄、粮食和酵母菌以及发酵罐等，在控制通气的情况下，可以生产各种酒。原理：早期通气，促进酵母菌有氧呼吸，有利于菌种繁殖；后期密封，促进酵母菌无氧呼吸产生酒精。细胞呼吸原理的应用花盆里的土壤板结后，空气不足，会影响根系生长，需要及时松土透气。细胞呼吸原理的应用原理：促进根部有氧呼吸，为主动运输提供能量，有利于矿质元素的吸收。储藏水果、粮食的仓库，往往要通过降低温度、降低氧气含量等措施，来减弱水果、粮食的呼吸作用，以延长保质期。原理：降低温度、降低氧气含量可以降低呼吸作用强度，减少有机物的消耗。细胞呼吸原理的应用破伤风由破伤风芽孢杆菌引起，这种病菌只能进行无氧呼吸。皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，病菌就容易大量繁殖。原理：避免破伤风芽胞杆菌（只能进行无氧呼吸）进行无氧呼吸而大量繁殖，引起破伤风。提倡慢跑等有氧运动的原因之一是:有氧运动能避免肌细胞因供氧不足进行无氧呼吸产生大量乳酸。乳酸的大量积累会使肌肉酸胀乏力。原理：避免肌肉细胞因供氧不足进行无氧呼吸而产生大量乳酸。细胞呼吸原理的应用讨论2.生产和生活中还有哪些应用呼吸原理的事例？试再举一两例加以说明。稻田需要定期排水。如果稻田中的氧气不足，水稻根的细胞就会进行酒精发酵，时间长了，酒精就会对根细胞产生毒害作用，使根系变黑、腐烂。提倡慢跑等有氧运动。有氧运动能避免肌肉细胞因供氧不足进行无氧呼吸产生大量的乳酸。乳酸的大量积累会使肌肉酸胀无力。指导阅读教材P95面最后一自然段：呼吸作用的原理在生产和生活中的运用。五、影响细胞呼吸的因素（3）同一植物的不同器官呼吸速率不同：1.内因——遗传因素（决定酶的种类和数量）旱生＜水生阴生＜阳生幼苗、开花期>成熟期生殖器官>营养器官（1）不同种类的植物呼吸作用强度不同：（2）同一植物在不同的生长发育时期呼吸作用强度不同：五、影响细胞呼吸的因素2.外部因素——温度温度呼吸速率温度主要通过影响酶活性来影响呼吸速率。①低温下贮存蔬菜、水果；②在大棚蔬菜的栽培过程中，增加昼夜温差，减少有机物的消耗，提高产量。解释：白天提高温度，增加光合作用，有机物积累。晚上降低温度，降低呼吸作用，减少有机物的消耗。五、影响细胞呼吸的因素3.外部因素——O2浓度氧气促进有氧呼吸，抑制无氧呼吸。O2浓度CO2释放量O2浓度CO2释放量无氧呼吸：以酒精发酵为例，无氧呼吸随O2浓度增加而受抑制，O2浓度越高，抑制作用越强，O2浓度达到一定值时，被完全抑制。有氧呼吸：在一定范围内，有氧呼吸随O2浓度增加而增加，当O2浓度达到一定值时，由于酶和底物浓度的抑制，将不再增加。无氧呼吸有氧呼吸五、影响细胞呼吸的因素3.外部因素——O2浓度O2浓度CO2释放总量ABCA：在O2浓度为零时只进行无氧呼吸；A～B：随O2浓度的升高，无氧呼吸逐渐受到抑制；而有氧呼吸还很弱，使得CO2释放总量减少。B～C：主要与有氧呼吸加强有关。C：无氧呼吸停止，只进行有氧呼吸。分析某植物种子受O2浓度的影响：

生产中常利用降低氧气浓度抑制呼吸作用，减少有机物消耗来延长蔬菜、水果保鲜时间。五、影响细胞呼吸的因素4.外部因素——CO2浓度CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行。应用：适当增加CO2浓度，抑制细胞呼吸，有利于水果和蔬菜的保鲜。

果实保鲜或储藏，可向密封环境中充入CO2或N2降低呼吸消耗。地窖来贮藏大白菜、甘薯等。五、影响细胞呼吸的因素5.外部因素——水在一定范围内，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。应用①粮食在收仓储存之前要进行晾晒，甚至烘干，减少水分，以减弱细胞呼吸，减少有机物的消耗。②干种子在萌发时，要浸泡以增强代谢。运用证据和逻辑评价论点关于真核细胞线粒体的起源，科学家提出了一种解释：约几十亿年前，有一种真核细胞吞噬了原始的需氧细菌，被吞噬的细胞不仅没有被消化分解，反而在细胞中生存下来了。需氧细菌从宿主细胞那里得到丙酮酸氧化分解释放的能量。在共同生存繁衍的过程中，需氧细菌进化为宿主细胞内专门进行细胞呼吸的细胞器。以下哪些证据支持这一论点，哪些不支持这一论点？1.线粒体内存在与细菌DNA相似的环状DNA2.线粒体内的蛋白质，有少数几种由线粒体DNA指导合成，绝大多数由核DNA指导合成。3.真核细胞内的DNA有极高比例的核苷酸序列经常不表现出遗传效应，线粒体DNA和细菌的却不是这样。4.线粒体能像细菌一样进行分裂增殖。支持：___________不支持：_________1、3、42练习与应用一、概念检测1.某超市有一批过保质期的酸奶出现涨袋现象。酸奶中可能含有的微生物有乳酸菌、酵母菌等。据此分析涨袋现象的原因，判断以下解释是否合理。

（1）是乳酸菌无氧呼吸产生气体造成的。（

）

（2）如果有酒味，可能是酵母菌无氧呼吸造成的。（

）×√.

练习与应用一、概念检测2.下图表示某种植株的非绿色器官在