5.3细胞呼吸的原理和应用（第1课时）-高一上学期生物人教版必修一课件

第5章细胞的能量供应与应用第3节细胞呼吸的原理和应用第1课时光合作用呼吸作用呼吸作用人、动物、真菌、多数细菌等绿色植物能量ADP+Pi+ATP

酶化能合成硝化细菌ATP合成：什么是呼吸作用？

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，释放出能量并产生ATP的过程。一、细胞呼吸的方式呼吸＝细胞呼吸？“呼吸”是指生物体或细胞吸入氧气和呼出二氧化碳的过程≠

细胞呼吸是否都需要氧？2024/4/3问题探讨

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。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，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少量能量。发酵生产葡萄酒的车间细胞新陈代谢的类型同化作用类型自养型异养型异化作用类型需氧型厌氧型同化作用（合成代谢）：生物体把从外界环境中摄取的营养物质转变成自身的组成物质，并储存能量如光合作用异化作用（分解代谢）：同时，生物体又把组成自身的一部分物质加以分解，释放出其中的能量，并把代谢的最终产物排出体外如呼吸作用光能自养型化能自养型(硝化细菌）兼氧型

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。酵母菌的电镜照片实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式实验原理提出问题作出假设酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是什么?有氧条件下产生CO2无氧条件下产生CO2+酒精怎样控制有氧和无氧的条件？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？怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？设计实验实验思路：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二氧化碳。通入空气隔绝空气酸性重铬酸钾澄清石灰水溴麝香草酚蓝溶液相同且适宜1.通入澄清的石灰水：2.使溴麝香草酚蓝溶液：酒精的检测：CO2的检测：澄清→浑浊蓝变绿再变黄+酒精酸性重铬酸钾灰绿色橙色的重酪酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应，变成灰绿色③如何保证酵母菌在整个实验过程中正常生活？条件适宜（25～35℃，）给予充足的养料（葡萄糖溶液）设计实验CO2多少：澄清的石灰水浑浊程度溴麝香草酚蓝水溶液变黄时间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；搭建有氧呼吸和无氧呼吸装置；培养、观察、检测、记录气泵ABCDE运用以上元件分别搭建有氧呼吸和无氧呼吸装置有氧呼吸装置：无氧呼吸装置：E-C-A-DB-D进行实验将培养液煮沸冷却的目的：去除培养液中的O2，杀死培养液中的杂菌通过含NaOH溶液的目的：去除空气中的CO2，保证澄清石灰水变浑浊是酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。B瓶应封口放置一段时间的目的：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。新鲜的食用酵母菌（10g）+5%葡萄糖溶液（240ml)通气密封进行实验实验结果检测二氧化碳产生情况条件澄清石灰水/出现的时间有氧无氧溴麝香草酚蓝溶液变混浊/快变混浊/慢蓝色→绿色→黄色蓝色→绿色→黄色实验结论：有氧呼吸与无氧呼吸都产生CO2，且有氧呼吸产生的更多条件重铬酸钾－浓硫酸溶液有氧无氧出现灰绿色不出现灰绿色有氧呼吸不产生酒精，无氧呼吸产生酒精。提示：葡萄糖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。刚加入重铬酸钾一段时间以后实验结果实验结论：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/快变混浊/慢无变化出现灰绿色酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生

和

；在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生

，还产生

。大量CO2酒精少量CO2水观察结果分析结论实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式1、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？酵母菌培养液气泵质量分数为10%的NaOH溶液澄清的石灰水澄清的石灰水进一步探究2、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？酵母菌培养液澄清的石灰水石蜡油或植物油密封进一步探究3、用酸性重铬酸钾检测时，有氧和无氧装置产生的颜色反应几乎一样。可能原因是什么？①有氧呼吸装置实验操作中可能供氧不足，导致部分酵母菌进行无氧呼吸产生少量酒精②有氧和无氧组葡萄糖未消耗完所致，重铬酸钾是强氧化剂，酵母菌培养液中的葡萄糖是还原性糖，同样也可以被重铬酸钾氧化，其颜色反应与酒精相同。注意：葡萄糖（具有还原性）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。进一步探究1、酵母菌在有氧和无氧条件下进行细胞呼吸的产物是否相同？为什么只检测CO2并不能确定酵母菌的呼吸方式？

易错提示

不相同。因为有氧和无氧条件下均可产生CO2。2、如何确定酵母菌通过细胞呼吸产生的CO2量的多少？3、如何确定酵母菌通过无氧呼吸产生的酒精的多少？根据石灰水变浑浊的程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短。根据重铬酸钾变成灰绿色所需时间的长短。4、鉴定酒精时为什么酵母菌培养液要过滤？酵母菌培养液本身具有颜色且不透明，可能会对颜色反应产生遮盖和干扰科学方法对比实验（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(1)起对照作用的是_____号试管。(2)能形成对比实验是__________号试管。对照实验、对比实验12、3、4比较过氧化氢在不同条件下的分解如何检测汽车司机是否喝了酒？具体做法：让司机呼出的气体直接接触到用硫酸处理过的重铬酸钾，如果呼出的气体中含有酒精，重铬酸钾会变成灰绿色的硫酸铬．1.如图是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置。下列说法正确的是A.两个装置均需要在黑暗条件下进行B.在装置乙的Ⅲ中可检测到有酒精生成C.装置乙中的Ⅱ应先封口放置一段时间，再与Ⅲ连接D.装置甲中NaOH溶液的作用是吸收Ⅰ中的CO2√小试牛刀（1）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）B瓶中澄清的石灰水还可用代替，根据其水溶液变成（颜色）的时间长短，可以检测酵母菌培养液中的产生CO2情况。（3）一段时间后，在A、D中取少量培养液，滴加溶液检测酒精的存在，若存在酒精，会出现的颜色变化为。C→（B）→A→BD→B溴麝香草酚蓝溶液黄色酸性重铬酸钾橙色变为灰绿色2.某生物兴趣小组想探究：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～D）所示，请分析作答：23概念：细胞内的有机物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。外膜内膜DNA/RNA核糖体嵴基质1、线粒体的结构和功能（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二、细胞呼吸资料一科学家提取了新鲜的动物肝脏组织，研磨离心后获取了细胞质基质(作为A组)和线粒体(作为B组)以及细胞匀浆(其中既有细胞质基质又有线粒体，作为C组)。分别向三组材料中加入等量的葡萄糖，检测葡萄糖含量的变化，实验结果如图。一）有氧呼吸1.有氧呼吸场所分析A组B组C组细胞质基质线粒体细胞匀浆加入等量葡萄糖

从图中你能够得出有氧呼吸的场所在哪里吗？葡萄糖可以在细胞质基质中分解；葡萄糖不能在线粒体中直接分解；线粒体促进了葡萄糖的分解。一）有氧呼吸2.有氧呼吸第一阶段分析(1)阅读下列资料，回答细胞质基质为葡萄糖的分解提供了什么物质？资料二科学家发现酵母汁液(主要成分是细胞质基质)能够发酵(分解)葡萄糖，但将酵母汁液加热到50℃以上，便会失效。酵母汁液经过透析(除去小分子物质)以后，也失去了发酵能力。细胞质基质为葡萄糖的分解提供了酶和小分子物质。一）有氧呼吸(2)阅读拓展资料：资料三细胞质基质中的一种小分子物质——NAD＋(氧化型辅酶Ⅰ)，实际上是电子和氢离子的载体，能够与葡萄糖氧化过程中脱下来的氢离子和电子结合，形成NADH(还原型辅酶Ⅰ)。NADH在后续的反应中还会解离出电子和氢离子，使得电子和氢离子能够继续用于后续的反应。而NAD＋则可以重新结合新的电子和氢离子。由于NADH携带了电子和氢离子，因此具有较强的还原性，通常可以把它简化为[H]请完善下面有氧呼吸第一阶段图解。NADHATP丙酮酸一）有氧呼吸第一阶段：葡萄糖的初步分解C6H12O62丙酮酸4[H]能量2ATP热量细胞质基质酶①细胞质基质物质变化（反应式）：C6H12O6酶2C3H４O３+4[H]+能量场所：（少量）一）有氧呼吸[H]是NADH的简写。NADH：还原型辅酶Ⅰ，NAD+：氧化型辅酶Ⅰ。思考：葡萄糖能进入线粒体吗？线粒体外膜是否有葡萄糖载体？①线粒体膜上没有运输葡萄糖的载体，葡萄糖不能进入线粒体；②线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。3.有氧呼吸第二阶段分析(1)资料四使用超声波将线粒体破碎，分离线粒体膜状结构和线粒体基质，加入等量的丙酮酸、荧光素和荧光素酶，一段时间后，检测各试管变化情况。一）有氧呼吸①②③丙酮酸量不变丙酮酸减少，有CO2生成丙酮酸减少，有CO2生成线粒体膜状结构线粒体基质线粒体膜状结构和基质1、丙酮酸分解发生在什么部位，生成了什么？2、③号试管为什么有较强荧光出现？丙酮酸在线粒体基质中分解，产生CO2释放少量能量线粒体基质分解丙酮酸后，在线粒体膜状结构继续发生反应释放大量能量(2)请结合资料，完善有氧呼吸第二阶段的简化图解。资料五克雷布斯以鸽子飞行肌为材料，实验证明在多种酶作用下，丙酮酸在线粒体中被激活、氧化生成CO2和H2O，且丙酮酸在相关脱羧酶的作用下脱[H]，该过程没有O2参与。利维和施利曼等利用低速离心等方法分离出线粒体的外膜和内膜，科学家在线粒体基质发现有脱羧酶存在，通过分析以上资料，推测丙酮酸在线粒体基质中分解生成CO2的同时还伴随什么物质的生成？一）有氧呼吸第二阶段：丙酮酸彻底分解C6H12O62丙酮酸4[H]能量2ATP热量细胞质基质酶①酶②6H2O20[H]能量6CO22ATP热量线粒体基质物质变化（反应式）：场所：酶2C3H４O３6CO2+20[H]+能量+6H2O（少量）一）有氧呼吸4.有氧呼吸第三阶段分析资料六超声波震碎线粒体之后，内膜自然卷成了颗粒朝外的小囊泡，这些小囊泡具有氧化[H]的功能。当用胰蛋白酶处理后，这些小囊泡不再具有氧化[H]的功能；当把这些小颗粒装上去之后，小囊泡重新具有了氧化[H]的功能。这些小颗粒被证实是一系列线粒体内膜上的酶。通过分析以上资料，推测线粒体内膜上发生了怎样的反应？[H]被谁氧化？一）有氧呼吸C6H12O62丙酮酸4[H]能量2ATP热量酶①酶②6H2O20[H]能量2ATP热量6CO2细胞质基质第三阶段：[H]的氧化线粒体内膜物质变化（反应式）：场所：酶24[H]+12H2O+能量6O2（大量）6O2酶③12H20能量34ATP热量一）有氧呼吸一）有氧呼吸有氧呼吸

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有氧呼吸三个阶段的比较一）有氧呼吸C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量酶

定义：有氧呼吸是指细胞在____的参与下，通过________的催化作用，把_________等有机物______氧化分解，产生_____________，释放_____，生成________的过程。多种酶氧葡萄糖彻底二氧化碳和水大量ATP能量①物质变化：②能量转化：有机物(葡萄糖)→无机物(CO2+H2O)思考：反应式中的能量能否写成ATP？为什么？不能！有机物中稳定的化学能→+热能ATP中活跃的化学能一）有氧呼吸有氧呼吸释放的能量大部分以热能形式散失，少部分能量存储在ATP中2.与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐级释放能量的，这对生物体来说具有什么意义？课本P93思考·讨论意义：保证有机物中的能量得到充分利用。①可使有机物中的能量逐步转移到ATP中；②能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定。特点：反应过程

，多步反应，

释放能量，有相当一部分储存在

中。温和ATP逐步1.1mol葡萄糖彻底氧化分解，释放能量2870kJ。其977.28kJ储存在ATP分子中。则转化效率为

，这些能量能使

ADP转化为ATP.34%32mol32molATP第1阶段:2mol第2阶段:2mol第3阶段:28mol1.下列分别属于有氧呼吸的第几阶段：①产生CO2的阶段（）②产生H2O的阶段（）③氧气参与的阶段（）④产生ATP的阶段（

）⑤产生ATP最多的阶段（）二三三一、二、三三2.产物H2O和CO2

中的O分别来自什么物质？H2O的O来自氧气CO2的O来自葡萄糖和水练一练(1)葡萄糖是有氧呼吸最常利用的物质，但不是唯一的物质。(2)认为葡萄糖进入线粒体被彻底氧化分解是错误的——葡萄糖需在细胞质基质中先分解为丙酮酸，丙酮酸再进入线粒体分解。(3)能量不可写成ATP——有氧呼吸的能量大部分以热能形式散失，其余的能量转移到ATP中。(4)真核细胞的有氧呼吸必须有线粒体参与——没有线粒体的真核细胞只能进行无氧呼吸(如蛔虫的细胞、哺乳动物成熟红细胞等)。(5)好氧细菌无线粒体，利用细胞质和细胞膜完成有