【课件】细胞呼吸的原理和应用课件高一上学期生物人教版（2019）必修1

5.3细胞呼吸的原理和应用第五章

细胞的能量供应和利用本节聚焦1.细胞呼吸过程中能量是怎样转化的？2.有氧呼吸与无氧呼吸各有什么特点？3.细胞呼吸原理在生产和生活中有哪些应用？新课引入呼吸作用的实质是：

细胞内的有机物氧化分解，并释放能量，因此也叫细胞呼吸。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)发面团里头经常是热乎乎的，这说明了什么？(3)酵母菌还可以用来酿酒，说明酵母细胞能产生什么物质？(4)酿米酒时为什么要密封？发面过程中产生了气体。该过程中有能量的转化。酵母菌能产生酒精。给酵母菌提供无氧的环境。一、细胞呼吸的方式酵母菌：单细胞真菌，真核生物，有细胞壁，在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。1.实验原理：【探究·实践】探究酵母菌细胞呼吸的方式生活现象：酵母菌能使葡萄糖发酵产生酒精；酵母菌的细胞呼吸会产生CO2。提出问题：（1）酵母菌发酵产生酒精是在有氧还是在无氧条件下进行的呢？（2）酵母菌的细胞呼吸会产生CO2，在不同条件下产生的CO2是否一样多？你还能提出哪些问题？确定实验思路自变量：无关变量：有哪些因素可能干扰到实验结果？(1)该实验的自变量是什么？(2)怎样控制有氧和无氧的条件？因变量：其他条件：怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？(1)怎样鉴定有无酒精产生？(2)怎样鉴定有无CO2产生？怎样比较CO2产生的多少？无关变量遵循相同且适宜的原则温度、酵母菌活性、酵母菌培养液pH等。作出假设：酵母菌可以进行有氧呼吸和无氧呼吸。2.材料用具：实验生物：新鲜的食用酵母菌实验器材：天平、药匙、吸管、气泵、量筒、锥形瓶、试管、试管架、烧杯、玻璃导管繁殖快，细胞代谢旺盛，实验效果明显实验药品：5%的葡萄糖溶液、10%的NaOH溶液

检验CO2：澄清的石灰水、溴麝香草酚蓝溶液

检验酒精：酸性重铬酸钾溶液3.配制酵母菌培养液：取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A(500mL)和B(500mL)中。分别向瓶中注入240mL质量分数为5％的葡萄糖溶液。4.组装装置:葡萄糖溶液先加热煮沸、冷却后再加入。加热目的：杀菌、除去溶解的氧气

冷却目的：防止高温杀死酵母菌。B酵母菌培养液澄清石灰水接橡皮球(或气泵)A酵母菌培养液澄清石灰水10%NaOHB瓶先反应一段时间，然后再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶。为什么？消耗完B瓶中的O2，确保酵母菌在无氧条件下进行呼吸。5.实验过程：将两组装置放到25―30℃地环境中培养8―10h。保证有充足的O2，提供有氧环境。除去空气中原有的CO2，防止空气中的CO2对实验结果造成干扰。该温度时酵母菌中的酶活性较高，生命活动旺盛，细胞呼吸较强。6.实验现象：条件检测CO2条件澄清石灰水溴麝香草酚蓝溶液有氧无氧变混浊快，且程度大变混浊慢，且程度小由蓝变绿再变黄时间短由蓝变绿再变黄时间长溴麝香草酚蓝溶液条件检测酒精条件重铬酸钾--浓硫酸溶液有氧无氧从A、B中各取2mL酵母菌培养液的滤液，分别注入1、2号试管中；分别滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液，振荡并观察溶液的颜色变化。葡萄糖也能与酸性重铬酸钾发生颜色反应，因此，应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。不变（仍为橙色）橙色变为灰绿色7.实验结论：条件检测CO2检测酒精条件澄清石灰水溴麝香草酚蓝溶液重铬酸钾--浓硫酸溶液有氧无氧酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸；在有氧条件下，通过细胞呼吸产生水和大量的CO2；在无氧条件下通过细胞呼吸产生酒精和少量的CO2。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。对比实验是科学探究中常用的方法之一。对比实验将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。科学家根据大量的实验结果得出结论：细胞呼吸分为有氧呼吸无氧呼吸二、有氧呼吸1.场所：细胞质基质；线粒体（主要）内膜和线粒体基质中含有多种酶有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖，但不唯一（脂肪、蛋白质）。利用葡萄糖进行有氧呼吸的化学反应式可以简写为：C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量酶2.呼吸底物：热能（散失）合成ATP3.有氧呼吸的三个阶段：C6H12O62C3H4O3+4[H]+少量能量酶第1阶段：场所：细胞质基质2C3H4O3+6H2O6CO2+20[H]+少量能量酶第2阶段：场所：线粒体基质24[H]+6O2

12H2O+大量能量酶第3阶段：场所：线粒体内膜易错提醒：在细胞呼吸中氧化型的辅酶Ⅰ(NAD+)，转化成还原型辅酶Ⅰ(NADH)

，就是此处的[H]。氧气不是第二阶段的反应物，但若没有氧气，丙酮酸不能进入线粒体。4.有氧呼吸过程示意图［H］O2H2O［H］CO2少量能量丙酮酸H2O大量能量少量能量丙酮酸[H]与O2结合NAD+NADH线粒体基质线粒体内膜（1）三个阶段所需要的酶相同吗？水的生成与消耗分别在哪个阶段？哪个阶段产生的[H]最多？[H]在什么场所被利用？（3）用18O（无放射性）标记O2，18O最早会在哪些物质中？若时间够长，还有哪些物质中会出现18O？（2）分析反应中C、H、O原子的转移路径，并在反应式中标出氧元素的转移途径。酶C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量（4）依据教材93思考讨论第1题，计算有氧呼吸的能量转化效率？不同点：燃烧：将有机物中能量迅速释放，能量全部转化为光能和热能。有氧呼吸：有机物中的能量缓慢有序释放出来；（5）葡萄糖在体外能够燃烧，与有氧呼吸相比有什么异同？有氧呼吸逐级释放能量，对于的意义？使有机物中的能量逐步转移到ATP中，保证能量得到充分的利用，有利于维持细胞的相对稳定状态。葡萄糖的燃烧相同点：二者都释放能量，产物主要都是水和二氧化碳。5.有氧呼吸的定义细胞在氧的参与下，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，生成大量ATP的过程。思考1：原核生物无线粒体，能否进行有氧呼吸？思考2：脂肪作为有氧呼吸的底物时，反应过程有何特点？脂肪作为底物时，因C、H比例比较高，单位质量的耗氧量多，放能多、产水多。需氧型原核生物的有氧呼吸场所在细胞质基质和细胞膜上。三、无氧呼吸两个阶段都在细胞质基质1.场所：2.过程：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.反应式：动物、蛔虫、乳酸菌；马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚。植物、酵母菌微生物的无氧呼吸也叫发酵。热能（散失）合成ATP热能（散失）合成ATP4.定义：细胞在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物不彻底地氧化分解，释放少量能量的过程。思考3：哪种无氧呼吸会产生气体？场所在

？无氧呼吸两个阶段都产能吗？思考4：1mol葡萄糖分解成乳酸时，放出196.65kJ的能量，61.08kJ的能量储存在ATP中，其余以热能形式散失。1mol葡萄糖通过乳酸发酵可形成多少mol的ATP？能量转换效率是多少？为什么无氧呼吸释放的能量比有氧呼吸少？无氧呼吸是有机物不彻底的氧化分解，未释放的能量储存在酒精或乳酸中。1）骨骼肌中的糖原是

，骨骼肌细胞无氧呼吸的产物是

，它的积累会导致肌肉酸胀乏力，过段时间酸痛感会消失，原因是什么？肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，乳酸能在肝脏中再次转化为葡萄糖。2）利用酵母菌生产葡萄酒时,酒精含量不会一直增加,当达到12%—16%时,发酵就停止了,为什么？酵母菌无氧呼吸产生了酒精，酒精的积累会杀死酵母菌细胞，使发酵停止。3）无氧呼吸对细胞的生命活动有没有积极意义？当氧气供应不足或机体对能量需求非常大时，无氧呼吸可产生少量的能量供生命活动利用，保证机体正常生命活动的进行。细胞呼吸定义意义细胞呼吸是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。

所有的生物生存，都离不开细胞呼吸释放的能量。⑴为生物体提供能量。⑵是生物体代谢枢纽。蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来。真核生物有氧呼吸和无氧呼吸的比较呼吸方式有氧呼吸无氧呼吸场所条件分解产物能量ATP产生阶段相同点真核生物有氧呼吸和无氧呼吸的比较呼吸方式有氧呼吸无氧呼吸场所细胞质基质、线粒体细胞质基质条件氧气、多种酶无氧、多种酶分解产物葡萄糖彻底氧化分解为CO2和H20（无机物）葡萄糖的不彻底氧化分解，形成乳酸或酒精、CO2能量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ATP产生阶段三个阶段均产生ATP仅在第一阶段产生ATP相同点

第一阶段完全相同。实质相同：都是氧化分解有机物，释放能量。（1）不同生物无氧呼吸产物不同，甚至同一生物不同组织细胞无氧呼吸的产物都有所不同，你认为原因是什么？细胞中的酶不同。（3）现在地球上绝大多数生物的呼吸方式是有氧呼吸，为什么？有氧呼吸释放能量的效率比无氧呼吸高得多，所以有氧呼吸得到较大发展，成为主要方式。（2）真核生物的有氧呼吸一定与

（填细胞器名称）有关，哺乳动物成熟的红细胞进行

呼吸，原因是

。

人体细胞呼吸作用产生CO2的场所是

。

酵母菌细胞呼吸作用产生CO2的场所是

。物质变化：有机物彻底氧化分解→无机物；能量变化：有机物中稳定的化学能→ATP中活跃的化学能、热能。条件：氧的参与、多种酶催化特点：有机物的彻底氧化分解物质变化：有机物不彻底氧化分解→无机物、无机物；能量变化：有机物中稳定的化学能→ATP中活跃的化学能、热能。条件：无氧的参与特点：有机物的不彻底氧化分解问题探讨：

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。(1)都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？(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？四、细胞呼吸原理的应用密封有酒味水淹烂根稻田定期排水利用乳酸菌制作酸奶中耕松土生产青霉素、味精、食醋等花盆中需及时松土透气用透气的纱布包扎伤口提倡慢跑水果储藏水果储存米酒制作2．（2020年山东省高考生物试卷（新高考)·12）我国的酿酒技术历史悠久，古人在实际生产中积累了很多经验。《齐民要术》记载：将蒸熟的米和酒曲混合前需“浸曲发，如鱼眼汤，净淘米八斗，炊作饭，舒令极冷”。意思是将酒曲浸到活化，冒出鱼眼大小的气泡，把八斗米淘净，蒸熟，摊开冷透。下列说法错误的是（

）A．“浸曲发”过程中酒曲中的微生物代谢加快B．“鱼眼汤”现象是微生物呼吸作用产生的CO2释放形成的C．“净淘米”"是为消除杂菌对酿酒过程的影响而采取的主要措施D．“舒令极冷”的目的是防止蒸熟的米温度过高导致酒曲中的微生物死亡五、细胞呼吸方式的判断1.根据反应物和产物：消耗O2且产生H2O：无O2的吸收和CO2的释放：无O2的吸收但有CO2的释放：定为产生酒精的无氧呼吸。一定存在有氧呼吸。但不确定是否存在无氧呼吸。定为产生乳酸的无氧呼吸。当CO2：O2=1时：当CO2：O2＞1时：当CO2：

O2＜1时：2.根据物质的量关系（CO2的释放量

与O2的吸收量）：只进行有氧呼吸；或进行有氧呼吸，同时进行产生乳酸的无氧呼吸。两类呼吸并存，差值为无氧呼吸量。可能存在脂肪的氧化分解。呼吸熵判断（以葡萄糖为底物时）呼吸熵RQVCO2VO2=①若RQ=1：只进行有氧呼吸。(或同时进行产生乳酸的无氧呼吸)②若RQ>1：则既有有氧呼吸，又有无氧呼吸（产酒精）。③若RQ<1：呼吸底物有可能含有脂肪等非糖物质，脂肪中C、H含量高，氧化分解时耗氧量大。VCO2-VO2=无氧呼吸产生CO2的量（1）内因(遗传因素)1.呼吸速率（呼吸强度）：

一定温度下，单位重量活细胞(组织)在单位时间内O2吸收、CO2释放量或有机物的消耗量,可反应代谢活动的强弱。影响因素：规律呼吸速率大小不同种类的植物水生植物

>旱生植物

；阳生植物

>

阴生植物同一植物不同生长发育时期幼苗期、开花期

>

成熟期同一植物的不同器官生殖器官

>

营养器官（2）外因(环境因素)六、细胞呼吸速率的影响因素（1）O2对无氧呼吸有抑制作用，对有氧呼吸有促进作用；1.O2浓度对细胞呼吸的影响外因(环境因素)有氧呼吸时纵轴还可以表示：O2的吸收量或CO2的释放量若为产生酒精的无氧呼吸，纵轴还可以表示：单位时间内酒精生成量或CO2的释放量（2）绝大多数植物非绿色器官或酵母菌的呼吸速率受氧气浓度影响曲线图：O2浓度＝0时，只进行无氧呼吸。0＜O2浓度＜C时，同时进行有氧和无氧呼吸。O2浓度≥C时，只进行有氧呼吸。F点的含义：

有氧呼吸与无氧呼吸释放的CO2量相等。有机物消耗最少的点：

E点,其对应横轴B点所示的O2浓度，最适宜组织器官的储藏。（F点为AD的中点）应用：中耕松土，保证根细胞正常有氧呼吸，有利于肥料的吸收。无氧发酵过程需严格控制无氧环境。低氧储存粮食、水果和蔬菜。2.温度对细胞呼吸的影响①解读：温度通过影响

而影响细胞呼吸速率。

细胞呼吸的最适温度一般在25℃～35℃之间。酶的活性②应用大棚栽培在夜间和阴天适当降温以降低呼吸作用消耗的有机物。零上低温储存食品（冰箱）。温水和面发得快。3.CO2浓度：①原理：CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会_____(填“促进”或“抑制”)细胞呼吸的进行。抑制②应用：

在蔬菜和水果保：增加CO2浓度（或充入氮气），抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。4.水（自由水/结合水）旺盛①解读：一定范围内，细胞中自由水含量越多，代谢越

，细胞呼吸越强。②应用：粮食储存要晒干：降低自由水含量，降低细胞呼吸强度，减少有机物的消耗。干种子萌发前要进行浸泡处理。水果、蔬菜储存时保持一定的湿度。易错归纳：（1）细胞呼吸受多因素综合影响。（2）在物质的储存时（抑制呼吸作用，减少有机物的消耗）种子贮藏或果蔬保鲜需要：低温、低氧、增加CO2浓度。保持干燥保持一定湿度零上低温不能无氧种子萌发时吸水和呼吸方式的变化曲线(1)第Ⅰ阶段，种子的吸水方式为吸胀吸水，依靠的是种子内的

物质；呼吸速率也随

。(2)第Ⅱ阶段，是吸水停滞期，此时种子内无中央大液泡；细胞产生CO2的量要比消耗O2的量大得多，说明在此期间主要进行

。(3)在

长出后可大量吸水，此时吸水方式为

，由于胚根突破种皮，增加了O2的进入量，种子以

为主。教材96页思维训练。

关于真核细胞线粒体的起源，科学家提出了一种解释：约十几亿年前，有一种真核细胞吞噬了原始的需氧细菌，被吞噬的细菌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获取丙酮酸，宿主细胞从需氧细菌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