细胞呼吸的原理和应用高一上学期生物人教版（2019）必修1

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，要给培养装置通气和进行振荡，以利于酵母菌大量繁殖，再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？

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。

在有氧条件下,酵母菌分解营养物质释放的能量多,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。为自己的生命活动提供少量能量。问题探讨：细胞呼吸：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。（课本90页画线）细胞呼吸的方式是什么呢？

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？让我们通过实验来进行探究一、细胞呼吸的方式探究：酵母菌细胞呼吸的方式

酵母菌是一种单细胞真菌，它与人类的生活息息相关。做馒头、面包，酿酒等，都是利用酵母菌的呼吸作用。特点：在有氧和无氧的条件下都能生存；取材方便、易生存。通过课本91页参考案例我们可以提出以下问题：酵母菌在什么条件下产生酒精?酵母菌在不同条件下是否都能产生CO2？产生的CO2是否一样多?酵母菌在无氧条件下产生酒精酵母菌在不同条件下都产生的CO2，且有氧条件下产生的CO2比无氧条件下多探究：酵母菌细胞呼吸的方式1、提出问题：2、作出假设：3、设计实验：3、设计实验：（1）实验思路：把酵母菌分成两组，分别控制提供无氧和有氧的条件，然后检测其产生的产物是否含酒精、并对比其二氧化碳产生量的多少。（3）怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？（2）如何去控制有氧和无氧的条件通气条件提供有氧条件；密封条件提供无氧条件。（4）怎样鉴定有无酒精的产生？怎样鉴定有无二氧化碳的产生？如何比较二氧化碳产生的多少？把温度控制在适宜酵母菌生长的温度条件下，并提供生长所需的营养物质（煮沸冷却的葡萄糖溶液）。①二氧化碳的鉴定：二氧化碳可使澄清的石灰水变混浊；也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄

混浊程度混浊时间3、设计实验：（4）怎样鉴定有无酒精的产生？怎样鉴定有无二氧化碳的产生？如何比较二氧化碳产生的多少？②酒精的鉴定：橙色的重铬酸钾(K2Cr2O7)溶液，在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色将酵母菌的培养时间适当延长，以耗尽溶液中的葡萄糖，再往酵母菌培养液的滤液中加入含重铬酸钾的浓硫酸溶液。有氧呼吸装置无氧呼吸装置有何作用？吸收空气中的CO2，而不吸收O2。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。确保通入澄清石灰水中的CO2是由无氧呼吸产生的4、实验步骤：出现灰绿色无变化较慢变浑浊，混浊程度浅条件澄清石灰水混浊程度（酸性）重铬酸钾变色情况有氧无氧较快变浑浊，混浊程度深5、实验结果分析：②在有氧的条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳条件澄清石灰水/出现的时间重铬酸钾--浓硫酸溶液有氧无氧无变化出现灰绿色①酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸，均能产生二氧化碳③在无氧的条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精和少量的二氧化碳细胞呼吸分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型较快变混浊，混浊程度深较慢变混浊，混浊程度浅6、实验结论：1．为探究酵母菌细胞呼吸的方式，某研究小组利用图中a、b、c、d装置进行实验。下列叙述错误的是（

）A．若探究厌氧呼吸可选择的装置及连接顺序为d→bB．若探究需氧呼吸可选择的装置及连接顺序为c→b→a→bC．可在b瓶中加入酸性重铬酸钾用于检测是否产生酒精D．不能通过装置中的b瓶是否变浑浊来判断呼吸方式C1.主要场所：线粒体2.线粒体的内膜和基质中含有多种有氧呼吸的相关酶。3.内膜向内折叠形成嵴，使内膜表面积大大增加。有氧呼吸是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，生成大量ATP的过程。二、有氧呼吸酶C6H12O6

＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖，其化学反应式可以简写成：C6H12O6

2C3H4O3+4[H]+少量能量酶有氧呼吸过程细胞质基质有氧呼吸的全过程非常复杂，可以概括为三个阶段，每个阶段的化学反应都有相应的酶催化。第一阶段：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。[H]指的是还原型辅酶Ⅰ（NADH）[H]是其简写形式第一阶段的反应式可以写为：场所：细胞质基质不需要氧的参与1.热能形式散失（大部分）2.合成ATP（少部分）2mol酶2C3H4O3+6H2O

6CO2+20[H]+少量能量线粒体基质不需要氧的参与有氧呼吸过程第二阶段：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。场所：线粒体基质第二阶段的反应式可以写为：1.热能形式散失（大部分）2.合成ATP（少部分）2mol24[H]+6O212H2O+大量能量酶线粒体内膜需要氧的参与有氧呼吸过程第三阶段：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。场所：线粒体内膜第三阶段的反应式可以写为：1.热能形式散失（大部分）2.合成ATP（少部分）28mol葡萄糖丙酮酸酶少量能量[H]细胞质基质[H]酶水少量能量二氧化碳氧气大量能量酶水线粒体基质线粒体内膜ABCDE有氧呼吸过程图解：C6H12O62C3H4O3酶6CO24[H]能量2ATP热能量2ATP热酶6H2O20[H]12H2O6O2酶能量34ATP热线粒体细胞质基质②①③有氧呼吸过程示意图：有氧呼吸

场所

反应物

产物释能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、H2OCO2、[H]少量[H]、O2H2O大量线粒体基质线粒体内膜①场所：细胞质基质、线粒体(主要)②能量去向：

一部分以热能形式散失另一部分转移到ATP中(1892.72kJ/mol,约65.9%)(977.28kJ/mol,约34.1%)用途？恒温动物：用于保持体温释放能量多，转化效率高，能量逐级释放能量利用特点：有氧呼吸三个阶段的比较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。32ATP热能（3）有氧呼吸总反应式111有氧呼吸中的元素转移①有氧呼吸的生成物CO2和H2O分别产生于有氧呼吸的第几阶段？②有氧呼吸的生成物CO2中的C和O分别来自哪里？有氧呼吸的生成物H2O中的O从何而来？③有氧呼吸过程中哪几个阶段有[H]产生？其去向？④有氧呼吸过程中哪几个阶段有ATP产生？最多的是哪一个阶段？C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量酶在剧烈运动后的第二天早上，肌肉发酸，为什么?肌细胞进行了无氧呼吸三、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。一般是指细胞在无氧的条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物不彻底氧化分解，产生酒精或乳酸等中间产物，释放少量能量，生成少量ATP的过程无氧呼吸概念场所：细胞质基质

无氧呼吸的过程可以大致分为两个阶段。C6H12O6

2C3H4O3+4[H]+少量能量酶细胞质基质无氧呼吸过程第一阶段：过程与有氧呼吸第一阶段完全相同场所：细胞质基质其反应是为：1.热能形式散失（大部分）2.合成ATP（少部分）2mol丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳，或转化成乳酸。

无氧呼吸过程第二阶段：①产生酒精的无氧呼吸酶的不同，决定了丙氨酸被还原的产物不同场所：都在细胞质基质反应式：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。总反应式：C6H12O62C2H5OH+2CO2+少量能量酶此过程不产生能量丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳，或转化成乳酸。

无氧呼吸过程第二阶段：②产生乳酸的无氧呼吸酶的不同，决定了丙氨酸被还原的产物不同场所：都在细胞质基质反应式：适用生物或组织：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。总反应式：2C3H6O3(乳酸)2C3H4O3+4[H]

酶此过程不产生能量C6H12O62C3H6O3+少量能量酶发酵指微生物的无氧呼吸(酒精发酵、乳酸发酵)3.同样是分解葡萄糖，为何无氧呼吸只能释放少量能量？无氧呼吸是不彻底的氧化分解，葡萄糖分子中的大部分能量还存留在酒精或乳酸中2.能否根据是否产生CO2来判断有氧呼吸和无氧呼吸？1.人体细胞进行无氧呼吸是否产生了CO2？不会，人体是进行产生乳酸的无氧呼吸。不能。因为产生酒精的无氧呼吸也会产生二氧化碳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。有氧呼吸与无氧呼吸比较判断细胞呼吸方式的依据2．2023年第七届“多彩贵州”自行车联赛已拉开帷幕，运动员们在激烈角逐时骨骼肌细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，会使肌肉酸胀乏力。在此过程中，无氧呼吸的产物是（

）A．二氧化碳和水 B．二氧化碳和酒精C．乳酸 D．酒精C3．下列关于真核细胞的需氧呼吸与厌氧呼吸的叙述，正确的是（

）A．在氧化分解等质量葡萄糖的整个过程中，厌氧呼吸产生的ATP比需氧呼吸产生的多B．细胞的厌氧呼吸在细胞溶胶和线粒体内膜上进行C．细胞的需氧呼吸与厌氧呼吸过程中都会产生丙酮酸D．细胞的需氧呼吸第二阶段与厌氧呼吸第二阶段都会产生ATPC1.为生物体的生命活动提供能量。2.为体内其他化合物的合成提供原料。细胞呼吸产生的丙酮酸可以作为合成脂肪、非必需氨基酸的原料。四、细胞呼吸的意义包扎伤口时需要选用透气的消毒纱布或创可贴等。原理：增加通气量，增加氧气含量，抑制破伤风杆菌等厌氧菌的无氧呼吸，从而抑制其繁殖。五、细胞呼吸原理的应用利用麦芽、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，可以促进酵母菌的有氧呼吸，有利于菌种繁殖，增加酵母菌数量；后期密封，促进酵母菌的无氧呼吸产生酒精。花盆土壤板结后，空气不足影响根系生长，需及时松土透气。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。五、细胞呼吸原理的应用生活中提倡慢跑等有氧运动原理：有氧运动能避免肌细胞因为供氧不足而进行无氧呼吸产生大量乳酸，使得肌肉酸胀乏力。4．关于细胞呼吸在生产和生活中的应用，下列叙述错误的是（

）A．选择透气性好的创可贴，抑制厌氧病菌的繁殖B．大棚种植夜间适当降低温度，可以提高产量C．制作馒头时，酵母菌细胞呼吸产生CO2使面团蓬松D．在剧烈运动时，肌肉细胞只进行厌氧呼吸D5．慢跑是一种健康的有氧运动，在此过程中CO2形成发生在（

）A．需氧呼吸第三阶段B．厌氧呼吸第一阶段C．需氧呼吸第二阶段D．厌氧呼吸第二阶段C6．2023年9月29日，杭州亚运会中国游泳队以28金21银9铜的成绩完美收官。游泳运动一直以来深受人们喜爱，适量的游泳是一种有氧运动，可以维持健康和增强体质。关于游泳运动过程，下列相关叙述错误的是（）A．肌肉细胞主要通过需氧呼吸提供能量B．葡萄糖中的能量大部分转化为ATP中活跃的化学能C．肌肉细胞呼吸产生的CO2全部来自于线粒体D．肌肉细胞所产生的CO2量等于消耗的O2量B7．细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列氧化分解，生成CO2或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。下图为细胞呼吸过程简图，其中①~⑤为不同过程。下列叙述正确的是（）A．人的成熟红细胞在不同条件下能完成①4、①②③过程B．原核细胞的过程①发生在细胞质基质，真核细胞的过程③发生在线粒体基质C．酵母菌在有氧条件下会发生图中①②③过程，无氧条件下发生图中①⑤过程D．图中[H]存在的形式主要为NADPH，过程④⑤不产生ATPC1.内因（1）植物种类；不同植物种类不同，呼吸作用强度也不同。水生植物>旱生植物，阳生植物>阴生植物。（2）同一植物在不同的发育时期，其呼吸作用强度也不同。如幼苗期、开花期>成熟期。（3）同一植物不同器官，呼吸作用强度也不相同。如生殖器官>营养器官。六、影响细胞呼吸的因素2.外因（1）温度：通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸速率。与温度影响酶催化效率的曲线特征一致。如图所示：六、影响细胞呼吸的因素温度呼吸速率2.外因（2）氧气浓度：氧气促进有氧呼吸，抑制无氧呼吸六、影响细胞呼吸的因素O2浓度CO2释放量①对于无氧呼吸：随氧气浓度增加而受抑制，氧气浓度越高，抑制作用越强，氧气浓度达到一定值时，被完全抑制。

如图所示：②对有氧呼吸：在一定范围内，随着氧气浓度的增加，有氧呼吸速率增强，但当氧气浓度增加到一定值时，由于酶和底物浓度的抑制，有氧呼吸速率不再增加。

如图所示O2浓度CO2释放量绝大多数植物的非绿色器官或酵母菌受氧气浓度的影响，两种呼吸及总呼吸速率的变化曲线如图所示：1.Q点：2.C点以后：3.QRC段：4.QR段急剧减少的原因：5.RC段增加的原因：QR只产生CO2，不消耗O2，只进行无氧呼吸。OBC：QBD：产生CO2=消耗O2，只进行有氧呼吸。产生CO2>消耗O2，两种呼吸同时进行。随着氧气浓度升高，无氧呼吸受抑制，无氧呼吸强度减弱。随氧气浓度升高过程，有氧呼吸不断增强。贮存蔬菜、水果氧气浓度保持在哪里最佳？有氧呼吸释放CO2量；有氧呼吸消耗的O2量无氧呼吸释放CO2量R点，此时细胞呼吸消耗的有机物最少3.其他因素(外部因素)①二氧化碳二氧化碳是细胞呼吸的产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行。六、影响细胞呼吸的因素生活中的应用：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。3.其他因素(外部因素)①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。当含水量过多时，呼吸速率减慢。六、影响细胞呼吸的因素生活中的应用：种子晒干储存，减弱呼吸作用，减少有机物的消耗。干种子萌发可以浸泡，增强呼吸。温度氧气浓度水分影响原理

坐标曲线实践应用在

下贮存蔬菜、水果；在大棚蔬菜的栽培过程中，

，提高产量常利用

抑制细胞有氧呼吸、降低有机物消耗这一原理来延长蔬菜、水果的保鲜时间贮藏作物种子时，将种子

，以减弱细胞呼吸，减少有机物的消耗影响酶的活性决定呼吸类型和强度自由水含量较高时呼吸旺盛零上低温增加昼夜温差以减少有机物的消耗降低氧的浓度风干O2浓度CO2释放量CO2释放总量有氧呼吸a无氧呼吸呼吸最小（最佳储存点）粮食储存：水果蔬菜保鲜：低温、低氧、高CO2、干燥低温（零上）、低氧、高CO2、中等湿度六、影响细胞呼吸的因素C6H12O6+6H2