细胞呼吸的原理和应用高中生物人教版必修1

第五章

细胞的能量供应和利用

第3节细胞呼吸的原理和应用发酵生产葡萄酒的车间问题探讨

通气让酵母菌进行有氧呼吸,有利于酵母菌快速繁殖;密封让酵母菌进行无氧呼吸,产生酒精。有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放能量多，为细胞增殖提供充足的动力。密封发酵时，酵母菌将有机物分解为酒精时，也能为自身的生命活动提供少量能量。1、都是培养酵母菌，为什么有的通气有的需要

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自身有什么意义？

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。讨论任务一、细胞呼吸的方式呼吸作用的实质是细胞内有机物的氧化分解，并释放出能量，因此也叫细胞呼吸实质：类型：有氧呼吸无氧呼吸（主要形式）1.呼吸作用与细胞呼吸2.探究酵母菌细胞呼吸的方式①酵母菌结构：单细胞的真菌，是

生物；代谢类型：

；繁殖方式：主要是

生殖；真核兼性厌氧型出芽（无性）(2)实验原理②作出假设：在无氧条件下使葡萄糖发酵产生酒精和CO2。在有氧条件下产生的CO2比在无氧条件下多。3、怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？2、怎样鉴定有无酒精产生？怎样鉴定有无CO2产生？

如何比较CO2产生的多少？1、怎样控制有氧和无氧条件？问题细化：实验思路：分别给酵母菌提供有氧和无氧的条件，一段时间后检测其产物是否含酒精或CO2分析变量自变量:因变量:无关变量:细胞呼吸的条件细胞呼吸的产物有氧无氧影响实验结果的可变因素（温度、葡萄糖溶液浓度、酵母菌活性等）酒精、CO2通气密封相同且适宜设计实验解决问题：1、怎样控制有氧和无氧条件？请设计出简易实验装置并思考：

有氧条件

装置连接

无氧条件

装置连接2）B瓶为什么要封口放置一段时间，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶？接气泵A10%NaOH酵母菌培养液澄清石灰水B酵母菌培养液澄清石灰水1）NaOH的作用是什么？思考：吸收通入空气中CO2，排除空气中CO2的干扰。让酵母菌耗尽瓶内O2，造成无氧环境，确保产物是无氧呼吸产生的2、怎样鉴定有无酒精产生？怎样鉴定有无CO2产生？

如何比较CO2产生的多少？（1）检测CO2

（2）检测酒精：3、怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？

在酵母菌生长的适宜温度下进行试验，以保证酵母菌高效活性①使澄清石灰水变浑浊（根据浑浊程度检测CO2产生的多少）②溴麝香草酚蓝：蓝→变绿→再变黄

（根据其变黄色时间的长短，检测CO2产生的多少）

酒精+重铬酸钾（浓硫酸溶液）：橙色→灰绿色(1)配制酵母菌培养液：酵母菌+葡萄糖溶液

取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A（500mL）和锥形瓶B（500mL）中，分别向瓶中注入240mL质量分数为5%的煮沸冷却后的葡萄糖溶液。煮沸：灭菌、除去葡萄糖溶液中的氧气。4.进行实验为什么葡萄糖溶液需要煮沸后冷却再加入？思考讨论：冷却：避免高温杀死酵母菌。酵母菌(2)实验装置：4.进行实验讨论：D动一动手---将实验中的有氧装置和无氧装置连通好①

有氧组：

；无氧组：

。澄清的石灰水CADBD②

分析此实验中如何控制无关变量？控制有氧和无氧条件的方法？酵母菌培养液A酵母菌培养液B10%的NaOHC接气泵有氧一组不断通入空气，以保证反应始终在有氧条件下进行。无氧一组密封，先反应一段时间消耗掉培养液中的氧气，确保CO2来自无氧呼吸。无关变量有酵母菌培养液的浓度和体积、培养时间、澄清石灰水的量等。

(3)检测CO2的生成CO2多少：1.通入澄清的石灰水：

澄清→浑浊2.溴麝香草酚蓝水溶液：

蓝→绿→黄A10%NaOH酵母菌培养液澄清石灰水接橡皮球（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B酵母菌培养液澄清石灰水澄清的石灰水浑浊程度溴麝香草酚蓝水溶液变黄时间4.进行实验(4)酒精的检测：橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精发生反应：橙色

→

灰绿色酸性重铬酸钾0.5mL提示：葡萄糖也能和酸性重铬酸钾反应，故检测时需要等培养液中葡萄糖耗尽再进行。①在AB中各取2mL酵母菌培养

液的滤液，分别注入1号、

2号干净的试管中②在1号、2号试管中各滴加

0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的

浓硫酸溶液③并轻轻振荡，观察试管中

溶液的颜色变化。方法步骤：4.进行实验汽车司机酒驾检测饮酒驾车是指车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或者等于20mg/100ml，小于80mg/100ml的驾驶行为。醉酒驾车是指车辆驾驶人员血液中的酒精含量大于或者等于80mg/100ml的驾驶行为。与社会的联系醉酒驾车危及生命！害人害己！条件

澄清石灰水浑浊程度（酸性）重铬酸钾变色情况有氧无氧④进行实验，记录现象

D瓶中混浊程度高且快E瓶变混浊不变成灰绿色变成灰绿色5、实验现象及结论结论：

酵母菌既能进行有氧呼吸，也能进行无氧呼吸。①有氧条件下，酵母菌细胞呼吸产生大量CO2

②无氧条件下，酵母菌细胞呼吸产生酒精和少量CO2。条件澄清石灰水/出现的时间重铬酸钾--浓硫酸溶液有氧无氧变混浊／快不变灰绿色变混浊／慢出现灰绿色现象：2.探究酵母菌细胞呼吸的方式《教材》P92(1)研究方法：

，即设置两个或两个以上的

，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，这样的实验也叫

。对比实验实验组相互对照实验对比实验实验组实验组实验组3.实验分析（1）本实验的自变量是

，因变量是

。（2）甲装置中用

，以保证A瓶中有氧气存在；乙中B瓶封口后，要过一段时间再连接装有澄清石灰水的锥形瓶，目的是

。（3）图甲中质量分数为10%的NaOH溶液的作用是

。有无氧气CO2产生量的多少，及是否有酒精产生橡皮球或气泵耗尽B瓶中氧气吸收空气中的CO2(1)配制酵母菌培养液时，葡萄糖溶液煮沸后，即可加入新鲜食用酵母(

)(2)如果产生的气体使澄清的石灰水变混浊，则酵母菌进行有氧呼吸(

)(3)橙色的重铬酸钾溶液在碱性条件下遇酒精变为灰绿色(

)(4)在有氧和无氧条件下的实验分别是对照组和实验组(

)6.

判断常考语句，澄清易混易错细胞呼吸有氧呼吸:产生大量二氧化碳和水无氧呼吸:产生酒精和少量二氧化碳绝大多数生物细胞呼吸的的主要形式都是有氧呼吸

酵母菌单细胞真菌，在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。温顾知新：酵母菌的呼吸方式问题:

什么是有氧呼吸？有氧呼吸主要在哪里进行呢？有氧呼吸1.主要场所：线粒体外膜内膜DNA/RNA核糖体嵴基质分布有氧呼吸的酶2.线粒体适应于有氧呼吸的主要特点：（1）线粒体内膜向内折叠形成嵴,大大增加了线粒体的内膜表面积（2）线粒体内膜和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶。C6H12O6有氧呼吸的过程2丙酮酸酶6CO24[H]少量能量少量能量酶6H2O20[H]12H2O6O2酶大量能量线粒体细胞质基质②①③三个阶段的场所和反应式第一阶段：C6H12O6酶2C3H4O3（丙酮酸）细胞质基质①第二阶段：酶6CO2+20[H]+少量能量

线粒体基质②2C3H4O3（丙酮酸）第三阶段：酶12H2O+大量能量线粒体内膜③24[H]+6O2+6H2O+4[H]+少量能量酶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)

有氧呼吸总反应式阶段

场所

反应物

产物放能第一阶段第二阶段第三阶段有氧呼吸三个阶段的小结细胞质基质葡萄糖丙酮酸、[H]少量丙酮酸和水CO2、[H]少量[H]、O2H2O大量线粒体基质线粒体内膜4.有氧呼吸总反应式：C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量酶物质变化有机物（葡萄糖）无机物（CO2+H2O）能量变化有机物中稳定的化学能ATP中活跃的化学能+散失的热能4.有氧呼吸总反应式：C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量酶问题2:化学式前后的水分子能否抵消？如若不能，请说明理由？不能，①反应物的水是在线粒体基质中参与反应的，而产物中的水在线粒体内膜中产生；②反应物中水在有氧呼吸第二阶段被消耗，而产物水在有氧呼吸第三阶段产生。问题3:通过以上学习请你为有氧呼吸下个定义？5.有氧呼吸定义：

指细胞在氧的参与下，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，同时生成大量ATP的过程。问题4:为什么线粒体不能直接氧化分解葡萄糖？①线粒体膜上没有葡萄糖载体；②线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。有氧呼吸的能量利用特点思考.讨论问题5:1mol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？1mol的葡萄糖2870KJ少部分储存于ATP中大部分以热能形式散失释放能量977.28KJ1892.72KJ有氧呼吸的能量利用特点思考.讨论问题5: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？区别：有氧呼吸过程温和有机物中的能量经过一系列化学反应逐步释放有氧呼吸释放的部分能量储存在ATP中意义：可使有机物中的能量逐步转移到ATP中，保证能量得到最充分的利用；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定第三阶段：24【H】+6O2酶12H2O+大量能量为什么相同质量的脂肪氧化分解释放的能量比糖类多？因为脂肪中H元素的含量比糖类多，氧化分解时消耗的氧气多，生成的水多，释放的能量多——“脂4多”易错提示①反应式中的能量不能写成ATP，因为葡萄糖中的能量只有一部分储存在ATP中。②反应式前后的H2O不能消去。反应过程中，在第二阶段消耗了水，而第三阶段生成了水。③反应式中间不能用等号，要用箭头。④反应条件“酶”不能省去。⑤不要认为细胞呼吸的底物只有葡萄糖，教材只是以葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分解为例来介绍有氧呼吸过程。实战训练

（1）哪个阶段产生CO2？（2）哪个阶段有氧气参与反应？（3）哪个阶段产生能量最多？（7）能产生ATP的场所是？1.在有氧呼吸过程中细胞质基质、线粒体（5）哪个阶段产生水？（4）哪个阶段有水参与？（6）哪个阶段产生[H]最多?第二阶段第三阶段第三阶段第二阶段第三阶段第二阶段实战训练

2.概念结论速判:酵母菌在生活和生产中应用广泛,下列是关于酵母菌细胞呼吸的说法,请判断正误。(1)可以根据酵母菌有无产生CO2判断其呼吸类型。()提示:酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2。(2)酵母菌有氧呼吸的全过程都发生在线粒体。()提示:有氧呼吸第一阶段发生在细胞质基质。(3)氧气可以作为反应物参与酵母菌有氧呼吸的第二、三阶段。()提示:有氧呼吸第三阶段,氧气与[H]结合生成水,同时释放大量能量。(4)酵母菌有氧呼吸第三阶段既消耗水又产生水。()提示:有氧呼吸第二阶段消耗水,第三阶段产生水。××××A.②处发生葡萄糖的分解B.①中的O2穿过内膜耗能C.②处丙酮酸分解为CO2和H2OD.③处[H]与O2结合生成水实战训练

3.如图为线粒体的结构示意图。在相应区域中会发生的生物过程是()练一练：下图是有氧呼吸的过程图解，请依图回答：C6H12O6123O2酶酶456酶[H][H]

(1)写出长方框内1、2、3所依次代表的物质名称：

、

_____、

。(2)依次填出椭圆框内4、5、6所代表的能量的多少

、

____、

。(3)有氧呼吸的主要场所是

______，进入该场所的呼吸底物是_____。(4)用含18O的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的氧原子，18O转移的途径是_______________葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳H2O丙酮酸CO2少少大量线粒体丙酮酸储藏久的苹果为什么会释放出酒味？剧烈运动后，肌肉为什么会酸痛？产生乳酸的无氧呼吸葡萄糖2丙酮酸少量能量［H］酶2C3H6O3酶举例葡萄糖2丙酮酸少量能量［H］酶2C2H5OH＋2CO2酶产生酒精的无氧呼吸举例人和高等动物的肌细胞水稻根部细胞乳酸菌……甜菜块根、马铃薯块茎苹果果实内部细胞酵母菌……无氧呼吸细胞质基质细胞质基质二、无氧呼吸葡萄糖丙酮酸[H]少量能量

酶酶酒精+CO2乳酸酶第一阶段与有氧呼吸的第一阶段完全相同。只在第一阶段释放少量能量，生成少量ATP。两个阶段都在细胞质基质中完成大部分能量存留在酒精或乳酸中。总反应式：C6H12O62C2H5OH+

2CO2+能量（少量）酶⑴

酒精发酵实例：酵母菌、大多数高等植物实例：①人和动物细胞②乳酸菌、③马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚⑵

乳酸发酵C6H12O62C3H6O3（乳酸）+能量（少量）酶形象记忆：马吃甜玉米问题:同样是分解葡萄糖，为何无氧呼吸只能释放少量能量？葡萄糖中的能量储存在酒精/乳酸中（大部分）无氧呼吸释放出来的能量（小部分）热能散失（大部分）合成ATP（少部分）问题:通过以上学习请你为有氧呼吸下个定义？无氧呼吸总反应式：C6H12O6酶2C2H5OH+2CO2+少量能量C6H12O6酶2C3H6O3（乳酸）+少量能量例如：植物长时间水淹时、酵母菌缺氧等例如：人及动物骨骼肌细胞暂时缺氧、乳酸菌、马铃薯块茎、甜菜块根等1.概念在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全氧化分解，释放少量能量的过程，就是无氧呼吸。任务一、无氧呼吸《学案》P48

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，释放出能量并生成ATP的过程。细胞呼吸的概念项目有氧呼吸无氧呼吸不同点条件

场所

(第一阶段)、

(第二、三阶段)

分解程度葡萄糖被

分解葡萄糖分解

产物

能量释放

相同点反应条件需酶和适宜温度本质氧化分解

，释放

，生成

供生命活动所需过程第

阶段从葡萄糖到

完全相同意义为生物体的各项生命活动提供

有氧呼吸与无氧呼吸比较细胞质基质细胞质基质彻底不彻底CO2、H2OCO2+C2H5OH或C3H6O3线粒体大量少量有机物能量ATP一丙酮酸需氧气、酶无氧、酶能量细胞呼吸的意义（1）为生物体提供能量细胞呼吸能量热能散失能量转移ATPADPPi能量细胞分裂生长发育主动运输肌肉收缩神经冲动的传导C6H12O6CO2＋H2O（2）生物体代谢的枢纽丙酮酸葡萄糖甘油氨基酸易错提示1.有氧呼吸的场所并非只是线粒体：真核细胞有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体；原核细胞无线粒体，有氧呼吸在细胞质中和细胞膜上进行。2.葡萄糖分子不能直接进入线粒体被分解，必须在细胞质基质中分解为丙酮酸才能进入线粒体被分解。3.无氧呼吸只在第一阶段产生ATP，第二阶段不产生ATP，还要消耗第一阶段产生的[H]。4.人体内产生的CO2只能是有氧呼吸的产物，因为人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸，无CO2。5.无氧呼吸有机物氧化分解不彻底，还有大量能量储存在乳酸或者酒精中。6.CO2不是判断有氧呼吸是否发生的标志(1)细胞呼吸可以把蛋白质、糖类和脂质的代谢联系起来()(2)无氧呼吸过程中没有氧气参与，所以有[H]的积累()(3)水稻根、苹果果实、马铃薯块茎等植物器官的细胞无氧呼吸的产物都是酒精和二氧化碳()(4)人体产生二氧化碳的细胞呼吸方式一定是有氧呼吸()(5)和有氧呼吸相比，无氧呼吸的两个阶段释放的能量较少()(6)在有氧和无氧的条件下，葡萄糖中能量的去向都是大部分以热能的形式散失，少部分储存在ATP中()判断常考语句，澄清易混易错四、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：抑制破伤风芽孢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。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：避免破伤风芽孢杆菌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。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：1.温度：主要是通过影响呼吸酶的活性。原理：应用：低温储存夜间适当

温度

降低细胞呼吸的最适温度一般在25～35℃之间。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BRACO2浓度CO2的释放量O无氧呼吸消失点P有氧呼