5.3细胞呼吸的原理和应用课件高一上学期生物人教版必修12

第3节细胞呼吸的原理和应用2024/9/25第5章细胞的能量供应和利用

问题探讨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？

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。一、细胞呼吸的方式一、细胞呼吸的方式实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式

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。生长周期短，增值速度快，主要为出芽生殖。（1）提出问题

酵母菌在有氧条件下产生的气体是CO2吗？

酵母菌在无氧条件下的产物是什么？（2）作出假设

酵母菌在有氧条件下产生CO2。

酵母菌在无氧条件下产生酒精和CO2。（3）设计实验确定实验目的自变量是什么因变量是什么细化如何控制自变量如何检测因变量控制无关变量控制哪些可能影响实验结果的因素写出具体做法方法步骤材料用具等设计实验的思路（3）设计实验自变量:因变量:细胞呼吸的产物有无氧气CO2酒精如何控制自变量？有氧条件：无氧条件：A组：通入空气B组：密封如何检测因变量？CO2的检测通入澄清石灰水溴麝香草酚蓝溶液（浑浊程度）（蓝→绿→黄的时间）酒精的检测：酸性条件下的重铬酸钾（橙色→灰绿色）无关变量:除自变量外，对实验结果造成影响的可变因素如培养液的浓度、温度、pH、营养条件、酵母菌的活性、CO2等除自变量以外，还有哪些因素会影响实验结果？总结：无关变量遵循相同且适宜的原则活动：搭建实验装置气泵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：甲同学E-A-D；乙同学：E-C-A-D无氧呼吸装置：甲同学B-D；乙同学：E-B-D步骤一：配制酵母菌培养液P91A组B组（4）进行实验:实验步骤思考：（1）葡萄糖溶液需要煮沸的目的：为了灭菌，避免其他微生物的呼吸作用对实验产生干扰（2）葡萄糖溶液需要煮沸再冷却后放入锥形瓶的原因是：防止酵母菌被杀死酵母菌培养液配置：取20 g新鲜的食用酵母菌均分为两份，分别放入锥形瓶A（500 mL）和锥形瓶B（500 mL）中，分别向两瓶中注入240 mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。（3）酵母菌的培养时间应适当延长的原因是：葡萄糖也能与酸性重铬酸钾发生颜色变化，应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中葡萄糖。A实验组(有氧情况下)B实验组(无氧情况下)排除空气中的CO2干扰鉴定CO2B瓶应封口后放置一段时间，再连接的原因？酵母菌将瓶中的氧气消耗完步骤二：检测的CO2生成（4）进行实验:A实验组(有氧情况下)B实验组(无氧情况下)步骤三：检测的酒精生成（2）0.5mL重铬酸钾的浓硫酸溶液A组B组橙色橙色（1）2ml酵母菌培养液滤液灰绿色（4）进行实验:不用浓盐酸，因为高价铬会氧化负一价的氯离子酵母菌培养液本身有颜色2024/9/25A实验组(有氧情况下)B实验组(无氧情况下)

检测指标条件

澄清石灰水浑浊程度/溴麝香草酚蓝变黄时间长短（检测二氧化碳）重铬酸钾--浓硫酸溶液是否变成灰绿色(检测酒精)有氧无氧变混浊／快无变化变混浊／慢出现灰绿色(5)实验结果:得出结论:1.酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸。2.在有氧的条件下，产生大量的CO2。3.在无氧的条件下，产生少量的CO2和酒精。若使用酸性重铬酸钾检测时，有氧和无氧颜色反应一样，可能原因是什么？有氧装置中供氧不足，导致部分酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。重铬酸钾是强氧化剂，葡萄糖是还原糖，也可能是葡萄糖未耗尽所致。思考：探究酵母菌细胞呼吸的方式，这个实验是不是对照实验？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，这样的实验叫做对比实验，也叫相互对照实验。特点：这些实验组的结果都是事先未知的C二、有氧呼吸1.概念：2.反应的主要场所：线粒体外膜内膜嵴基质（液态）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。内膜的某些部位向线粒体的内腔折叠形成嵴，嵴使内膜的表面积大大增加。线粒体的内膜上和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶。有氧呼吸的过程探索二、有氧呼吸根据图解和教材写出各阶段分反应式及场所。思考：第一阶段：第二阶段：第三阶段：(细胞质基质)(线粒体基质)(线粒体内膜)C6H12O62C3H4O3+4[H]+少量能量酶2C3H4O3+6H2O6CO2+20[H]+少量能量酶24[H]+6O212H2O+大量能量酶丙酮酸丙酮酸总反应式：C6H12O6+6H2O+6O2

→6CO2+12H2O+能量酶3.过程：2丙酮酸（C3H4O3）细胞质基质线粒体基质线粒体内膜C6H12O6

主动运输C6H12O6

酶少量能量4[H]

2丙酮酸6H2O酶20[H]

6CO2

少量能量6O2

[H]与O2结合

12H2O大量能量场所：细胞质基质物质变化：产能情况：少量能量场所：线粒体基质物质变化：产能情况：少量能量酶2C3H4O3

+6H2O6CO2+20[H]

+4[H]

C6H12O62丙酮酸（C3H4O3）酶场所：线粒体内膜物质变化：产能情况：大量能量24[H]+6O212H2O酶C6H12O6

+6O2+12H2O+能量+6H2O6CO2酶总反应式:物质变化：有机物（葡萄糖）→无机物（CO2+H2O）能量变化：2870kJATP977.28kJ热能散失有机物中稳定的化学能→热能散失+ATP中活跃的化学能C6H12O6

+6O2+12H2O+能量+6H2O6CO2酶总反应式:1、C原子的运动轨迹C6H12O62C3H4O36CO

2+4[H]

C6H12O62C3H4O3（丙酮酸）酶酶2C3H4O3

+6H2O6CO2+20[H]

24[H]+6O212H2O酶C6H12O6

+6O2+12H2O+能量+6H2O6CO2酶总反应式:2、H原子的运动轨迹C6H12O64[H]2C3H4O3+6H2O20[H]12H2O+4[H]

C6H12O62C3H4O3（丙酮酸）酶酶2C3H4O3

+6H2O6CO2+20[H]

24[H]+6O212H2O酶C6H12O6

+6O2+12H2O+能量+6H2O6CO2酶总反应式:3、O原子的运动轨迹C6H12O62C3H4O3+6H2O

6CO2+4[H]

C6H12O62C3H4O3（丙酮酸）酶酶2C3H4O3

+6H2O6CO2+20[H]

24[H]+6O212H2O酶6O212H2OC6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量酶-→12H2OC6H12O6→6H2O6CO26O22个丙酮酸1、O原子的运动轨迹（丙酮酸）C6H12O6→2个丙酮酸→6CO2C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量酶2、C原子的运动轨迹（丙酮酸）C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量酶3、H原子的运动轨迹（丙酮酸、NADH）（NADH）2个丙酮酸4[H]C6H12O66H2O→12[H]12H2O→8[H]C6H12O6

+6O2+12H2O+能量+6H2O6CO2酶总反应式:物质变化：有机物（葡萄糖）→无机物（CO2+H2O）能量变化：2870kJATP977.28kJ热能散失有机物中稳定的化学能→热能散失+ATP中活跃的化学能思考讨论（书本P93）1.在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870KJ的能量，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？大约34%32molADP转化为ATP2.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；能量能够缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。①有氧呼吸过程温和，常温常压，多种酶的催化。②释放的能量大部分以热能的形式散失，小部分储存在ATP中。③有机物中的能量逐级释放；保证有机物中的能量得到充分利用。有氧呼吸的特点2024/9/252024/9/252024/9/252024/9/252024/9/252024/9/25C2024/9/2513422024/9/25××××××××2024/9/25三、无氧呼吸1.概念：细胞在无氧条件下，通过酶的催化作用把葡萄糖等有机物分解成不彻底的氧化产物，释放少量能量，生成少量ATP的过程。（大多数细菌和真菌，动物局部细胞在缺氧时进行无氧呼吸）2.过程：2丙酮酸（C3H4O3）C6H12O6

酶少量能量4[H]

酶酶2酒精（C2H5OH）+2CO22乳酸（C3H6O3）细胞质基质3.总反应式:C6H12O6

+2CO2酶2C2H5OH+少量能量C6H12O6

（乳酸）酶2C3H6O3+少量能量3.总反应式:C6H12O6

+2CO2酶2C2H5OH+少量能量C6H12O6

（乳酸）酶2C3H6O3+少量能量像酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸叫做发酵，根据发酵产物不同，产生酒精的叫作酒精发酵，产生乳酸的叫作乳酸发酵。196.65KJ，仅有61.08KJ储存在ATP中不同的生物无氧呼吸的方式不同，请将下面生物进行分类：①甜菜块根②玉米的根毛细胞③马铃薯块茎④人体剧烈运动时的部分肌肉细胞⑤酵母菌⑥乳酸菌

⑦玉米的胚⑧苹果⑨玉米的根（水淹）产酒精、二氧化碳的②⑤⑧⑨；产乳酸的是①③④⑥⑦。填一填：

类型比较项目

场所第一阶段细胞质基质第二、三阶段线粒体细胞质基质条件O2、酶、适宜温度无O2、酶、适宜温度产物CO2和H2OCO2、酒精或乳酸释放能量较多（三个阶段均合成ATP）较少(第一阶段合成ATP)有氧呼吸无氧呼吸4.有氧呼吸与无氧呼吸之间的区别：分解程度彻底不彻底不同点过程实质第一阶段反应完全相同分解有机物，释放能量，合成ATP相同点意义为生物体的各项生命活动提供能量5.细胞呼吸的意义（1）为生物体的生命活动提供能量。绝大多数生命活动的所需要的能量（ATP）都是来源于细胞呼吸。因此，细胞呼吸是ATP的主要来源。（2）生物体代谢的枢纽，为生物体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。非糖物质代谢形成的某些产物与细胞呼吸中间产物相同，这些物质可以进一步形成葡萄糖。酿酒的时候，为什么早期通气，后期密封？早期通气：促进酵母菌有氧呼吸，为其进行物质代谢和细胞分裂提供充足的动力，有利于菌种的繁殖后期密封：促进酵母菌无氧呼吸，有利于产生酒精思考：影响细胞呼吸的外界因素：C6H12O6+6H2O+6O2酶6CO2+12H2O+能量温度温度、氧气、二氧化碳、水四、影响呼吸作用的环境因素水氧气二氧化碳①O2浓度＝0时，只进行无氧呼吸。②0＜O2浓度＜b点（10%）时，同时进行有氧呼吸和无氧呼吸。③O2浓度≥b点（10%）时，只进行有氧呼吸。④O2浓度为a点（5%）时，有机物消耗最少，利于储存粮食、水果。氧气（1）曲线分析由曲线可知，O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸有抑制作用。（2）应用①生产上常利用适当降低氧气浓度等能够抑制细胞呼吸、减少有机物消耗的原理来延长蔬菜、水果的保鲜时间。②中耕松土增加根的有氧呼吸有利于矿质离子的吸收。还可以抑制无氧呼吸产生酒精，防止植物烂根。③在医疗上选用透气的消毒纱布或松软的“创可贴”包扎伤口，可抑制厌氧病原菌的繁殖。2.温度（1）温度主要通过影响呼吸酶的活性，进而影响呼吸作用。在一定的温度范围内，呼吸强度随着温度的升高而增强；但超过一定的温度，酶的活性下降，甚至会变性失活，从而使呼吸作用减弱直至停止。（2）应用①生产上常利用这一原理在低温下贮存蔬菜、水果。②在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降温，降低细胞呼吸，减少有机物的消耗，提高产量。③温水和面发酵快。3.二氧化碳（1）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。（2）应用：适当增加CO2浓度，有利于水果和蔬菜的保鲜。4.水分（1）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。（2）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。影响细胞呼吸的内部因素：四、影响呼吸作用的环境因素五、细胞呼吸方式的探究无氧呼吸有氧呼吸有氧呼吸有氧呼吸无氧呼吸有氧呼吸无氧呼吸有氧呼吸无氧呼吸

（1）实验设计：欲确认某生物的呼吸类型，（2）实验结果预测和结论（如下表）应设置两套呼吸装置，如图所示：

5、细胞呼吸方式和细胞呼吸速率的实验探究（1）实验原理（2）呼吸速率的表示方式（3）实验观察指标（4）实验误差的校正（5）若换成绿色植物，还应该注意什么？5、细胞呼吸方式和细胞呼吸速率的实验探究有氧呼吸消耗氧气产生二氧化碳，NaOH吸收CO2，着色滴左移。单位时间内氧气的消耗量或二氧化碳的生成量着色滴左移的距离与速度设置对照实验，如使用煮熟的种子；将种子消毒处理遮光处理课堂小结细胞呼吸常见题型一、细胞呼吸过程题二、细胞呼吸公式计算题三、有氧呼吸、无氧呼吸同时存在时的比例关系题四、酵母菌呼吸方式的实验题一、细胞呼吸过程题123C6H12O6

（乳酸）酶2C3H6O3+少量能量例题1、用含18O的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的氧原子，18O的转移途径是（）

A．葡萄糖→丙酮酸→水B．葡萄糖→丙酮酸→氧C．葡萄糖→氧→水D．葡萄糖→丙酮酸→CO2

二、细胞呼吸公式计算题A.2.6A摩尔B.A摩尔C.6A摩尔D.3A摩尔例题1：酵母菌无氧呼吸产生A摩尔的CO2,人在正常情况下消耗同样量的葡萄糖,可形成CO2()变式1、如果酵母菌在进行有氧呼吸和酒精发酵时，分解葡萄糖产生等量的CO2

那么这两种呼吸作用所消耗葡萄糖的摩尔数之比是（）A、1：2B、1：3C、1：4D、1：6例题2：同样消耗１mol的葡萄糖，有氧呼吸生成的ATP是无氧呼吸的（）Ａ、20倍Ｂ、16倍Ｃ、６倍多Ｄ、12.7个百分点

51015202530

相对浓度(％)相对值O2的吸收量CO2的释放量P三、有氧呼吸、无氧呼吸同时存在时的比例关系题：●=有氧呼吸C02的释放量无氧呼吸C02的释放量（1）外界氧浓度在10％以下时，该器官的呼吸作用方式是＿＿＿＿＿＿＿。原因：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（2）该器官的CO2释放与O2的吸收两条曲线在P点相交后则重合为一条线，此时该器官的呼吸作用方式是＿＿，进行此种呼吸方式所用的底物是＿＿＿＿。左图表示某种植物的非绿色器官在不同氧浓度下O2吸收量和CO2释放量的变化。请据图回答下列问题：有氧呼吸和无氧呼吸CO2的释放量大于O2的吸收量有氧呼吸葡萄糖左图表示某种植物的非绿色器官在不同氧浓度下O2吸收量和CO2释放量的变化。请据图回答下列问题：（3）当外界氧浓度为4～5％时，该器官CO2释放量的相对值为0．6，而O2吸收量的相对值为0.4。此时，无氧呼吸消耗葡萄糖的相对值约相当于有氧呼吸的＿＿倍.1.5变式1：现有一瓶混有酵母菌和葡萄糖的培养液，通入不同浓度的氧气时，其产生的酒精和CO2的量如图所示。问：在O2浓度为a时A、酵母菌只进行发酵B、67％的葡萄糖用于发酵C、33％的葡萄糖用于发酵D、酵母菌停止发酵B变式2：右图表示某绿色植物的非绿色器官在氧浓度为a、b、c、d时，CO2释放量和O2吸收量的变化。下列相关叙述正确的是A．氧浓度为a时，最适于贮藏该植物器官B．氧浓度为b时，无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸的5倍C．氧浓度为c时，无氧呼吸最弱D．氧浓度为d时，无氧呼吸的强度与有氧呼吸相等B1、一运动员正在进行长跑锻练，从他的大腿肌细胞中检测到3种化学物质，其浓度变化如下图。图中P、Q、R三曲线依次代表（）

A、O2、CO2、乳酸B、乳酸、CO2、O2C、CO2、O2、乳酸D、CO2、乳酸、O2PQRB联系生活：2、运动员在进行不同项目运动时，机体的供能方式不同，对三种运动项目的机体总需氧量，实际摄入氧量和血液中乳酸增加量进行测定，结果如下：运动项目总需氧量(升)实际摄入氧量(升)乳酸增加量马拉松跑600589略有增加400米跑162

显著增加100米跑80未见增加根据资料分析马拉松跑、400米跑、100米跑运动过程中机体的主要供能方式分别是A、有氧呼吸、无氧呼吸、磷酸肌酸分解B、无氧呼吸、有氧呼吸、磷酸肌酸分解C、有氧呼吸、无氧呼吸、无氧呼吸D、有氧呼吸、磷酸肌酸分解、无氧呼吸A(即迅速形成ATP)供能3、右图表示氧气浓度对培养液中草履虫、乳酸菌、酵母菌的细胞呼吸的影响，曲线a、b、c分别代表了（

）。A.酵母菌、草履虫、乳酸菌

B.酵母菌、乳酸菌、草履虫C.乳酸菌、酵母菌、草履虫

D.草履虫、乳酸菌、酵母菌A联系生活：5、如果一定重量的黄豆全部萌发生成黄豆芽，黄豆芽中的有机物总量，有机物种类分别比黄豆中的（）

Ａ、多、多Ｂ、少、多Ｃ、多、少Ｄ、少、少B联系生活：4、把小白鼠和青蛙从25℃的室温中移至5℃的环境中，这两种动物的需氧量会发生什么变化？A、两种动物的耗氧量都减少B、两种动物的耗氧量都增加C、青蛙耗氧量减少，小白鼠耗氧量增加D、青蛙耗氧量增加，小白鼠耗氧量减少C1、题型二、三综合：豌豆发芽的早期，CO２释放量比O２吸收量多３－４倍，这是因为种子此时的（）Ａ、无氧呼吸比有氧呼吸强Ｂ、光合作用比呼吸作用强Ｃ、有氧呼吸比无氧呼吸强Ｄ、呼吸作用比光合作用强巩固提高：A2、题型一、二、三综合：下图表示某植物幼根的细胞呼吸过程中，O2的吸收量和CO2释放量随环境中O2浓度的变化而变化的曲线，其中XY=YZ，下列说法中正确的是A．在B点，有氧呼吸比无氧呼吸消耗的有机物多B．在B点，有氧呼吸比无氧呼吸释放的能量多C．在A点，呼吸作用产物为CO2和H2OD．在C点，都释放CO2而有氧呼吸比无氧呼吸释放的CO2多B1.关于叶肉细胞在光照条件下产生ATP的描述，正确的是A．无氧条件下，光合作用是细胞A