细胞呼吸的原理和应用高一上学期生物人教版必修1

葡萄美酒夜光杯，欲饮琵琶马上催。醉卧沙场君莫笑,古来征战几人回。《凉州词》唐.王翰葡萄美酒夜光杯，欲饮琵琶马上催。醉卧沙场君莫笑,古来征战几人回。第三节细胞呼吸的原理和应用酵母菌的电镜照片

酵母菌是一类单细胞真菌，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。酵母菌

呼吸作用发生在细胞内，因此又叫细胞呼吸。

酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。一细胞呼吸的方式第三节细胞呼吸的原理和应用【探究·实践】探究酵母菌细胞呼吸的方式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。（1）酵母菌发酵产生酒精是在有氧条件下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？观察的项目和次数要事先计划好，并做好记录。观察现象提出问题作出假设设计实验进行实验得出结论、交流讨论根据自己已有的知识和生活经验，针对所提出的问题作出假设，如：（1）酵母菌在无氧条件下产生酒精。（2）酵母菌在有氧条件下比在无氧条件下产生的CO2多。根据以上疑问，你还能作出哪些假设？方法步骤确定实验思路设计实验步骤预期实验结果一细胞呼吸的方式第三节细胞呼吸的原理和应用【探究·实践】探究酵母菌细胞呼吸的方式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该实验的自变量是什么？怎样控制有氧和无氧的条件？该实验对照如何设计？属于哪种方式？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？怎样鉴定有无酒精产生？怎样鉴定有无CO2产生？怎样比较CO2产生的多少？一细胞呼吸的方式第三节细胞呼吸的原理和应用【探究·实践】探究酵母菌细胞呼吸的方式实验结果及结论A装置中石灰水混浊程度大于B装置。（或A装置中溴麝香草酚蓝水溶液的变黄时间比B装置短。）装A锥形瓶培养液的试管不会出现灰绿色，装B锥形瓶培养液的试管橙色的重铬酸钾会变成灰绿色。A装置B装置A锥形瓶酵母菌培养液的滤液B锥形瓶酵母菌培养液的滤液结论：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。细胞呼吸有氧呼吸无氧呼吸包括科学家根据大量的实验结果得出结论一细胞呼吸的方式第三节细胞呼吸的原理和应用【探究·实践】探究酵母菌细胞呼吸的方式细胞呼吸类型内膜外膜线粒体1.有氧呼吸的场所细胞质基质＋细胞质基质（一）有氧呼吸的过程探究二有氧呼吸电镜照片葡萄糖不变无荧光葡萄糖减少丙酮酸生成

微弱荧光葡萄糖减少CO2

生成大量荧光线粒体细胞质基质细胞质基质线粒体等量的葡萄糖、氧气、荧光素和荧光素酶123实验一：破碎细胞，得到不同组分（一）有氧呼的过程探究（第一阶段）（1）对比1号、2号试管，分析葡萄萄分解的场所在哪里？产物有什么？对比2号、3号试管，如何解释3号试管中没有丙酮酸？小组讨论，得出推论：推论1：葡萄糖不能在线粒体中分解推论2：葡萄糖在细胞质基质中分解，生成丙酮酸和少量的能量推论3：丙酮酸在线粒体中分解生成CO2和大量能量ATP酶氧化荧光素发出荧光激活荧光素荧光素O2

尝试写出：发生在细胞质基质中的化学反应式第一阶段：C6H12O6

→2C3H4O3＋4[H]＋少量能量酶推论2：葡萄糖在细胞质基质中分解，生成丙酮酸和少量的能量信息1：细胞质基质中，葡萄糖在酶的催化下还能生成[H]，即氧化型辅酶Ⅰ(NAD+)转化为还原型辅酶Ⅰ（NADH)，还原型辅酶Ⅰ（NADH）可以用一种十分简化的方式表示:[H]。C6H12O6C3H4O3思考讨论：丙酮酸在线粒体中分解生成CO2和大量能量。这一过程到底在线粒体膜上还是线粒体基质中进行的？2?14丙酮酸不变无荧光5丙酮酸减少CO2

生成微弱荧光6丙酮酸减少CO2

生成大量荧光线粒体膜线粒体基质线粒体基质线粒体膜等量的丙酮酸、氧气、荧光素和荧光素酶（一）有氧呼吸的过程探究（第二阶段）实验二：破碎线粒体，得到不同组分（2）对比4号、5号试管，分析丙酮酸分解的场所在哪里？产物有什么？对比5号、6号试管，如何解释6号试管中形成大量荧光？推论4：丙酮酸不能在线粒体膜上分解。推论5：丙酮酸在线粒体基质中分解，生成CO2

和少量的能量。推论6：丙酮酸被分解后，在线粒体膜上发生反应合成大量能量。小组讨论，得出推论：尝试写出：发生在线粒体基质中的化学反应式第二阶段：信息2：利维和施利曼发现在线粒体基质中，某种酶可催化丙酮酸生成[H]，而这个过程需要H2O的参与，另外克雷布斯发现丙酮酸脱[H]的过程没有O2参与。推论5：丙酮酸在线粒体基质中分解，生成CO2

和少量的能量2C3H4O3＋6H2O→6CO2＋20[H]＋少量能量酶C3H4O36?2推论6：丙酮酸被分解后，在线粒体膜上发生反应合成大量能量（1）氧气参与反应发生在哪个部位？（2）内膜上的[H]来自哪里？尝试写出：发生在线粒体内膜上的化学反应式第三阶段：24[H]＋6O2→12H2O＋大量能量酶线粒体内膜细胞质基质和线粒体基质信息3：1912年至1913年，瓦勃从豚鼠肝细胞匀浆中粗提取了线粒体，发现它能消耗O2信息4：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，这些小囊泡有氧化[H]的功能，而外膜未发现此功能。（一）有氧呼吸的过程探究（第三阶段）C6H12O6→2C3H4O3＋4[H]＋少量能量酶24[H]＋6O2→12H2O＋大量能量酶2C3H4O3＋6H2O→6CO2＋20[H]＋少量能量酶第二阶段：第一阶段

：第三阶段：总反应：C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量酶（一）有氧呼吸的过程探究（总反应）模拟题提示：氧气不是第二阶段的反应物，即该阶段不需要氧气直接参与。但若没有氧气，该阶段不能持续进行，因此该阶段间接需要氧气参与。模拟题可能认为第二阶段不需要氧气参与。细胞质基质线粒体基质线粒体内膜C6H12O6C3H4O3[]HC3H4O3H2OCO2+O2H2OH+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+ADPPiATPNAD+能量H+能量H+H+H+H+H+H+e-第一阶段第二阶段第三阶段ATP热能ATP热能[]H（细胞质基质）（线粒体基质）（线粒体内膜）C6H12O6表示葡萄糖C3H4O3表示丙酮酸[H]表示还原型辅酶Ⅰ，写作NADH，可转化为氧化型辅酶Ⅰ，写作NAD+。有氧呼吸过程图解：[]H1mol葡萄糖彻底氧化分解大约能使多少molADP转化为ATP？请你计算有氧呼吸的能量转化率大约是多少？

资料（p93)：在细胞内1mol葡萄糖彻底氧化分解，可释放出2870kJ的能量，可使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;已知1molATP水解为ADP和Pi释放的能量大约为30.54kJ。有氧呼吸释放的能量去向：（二）有氧呼吸的能量利用特点1mol葡萄糖彻底氧化分解释放能量ATPADPPi977.28kJ其余的能量热能散失2870kJ用于各项生命活动维持体温977.28kJ÷30.54kJ/mol≈32mol977.28kJ÷2870kJ≈34%34%66%少部分大部分与燃烧相比，有氧呼吸具有什么特点？P93（三）有氧呼吸的概念条件：氧的参与、多种酶催化

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。物质变化：葡萄糖等有机物＋氧气→二氧化碳＋水＋大量ATP能量变化：释放能量特点：有机物的彻底氧化分解条件原料、条件原料特点产物能量变化产物知识归纳1、有氧呼吸三个阶段都合成ATP，因为第三阶段释放能量多，合成的ATP也多，第一阶段合成ATP不需要O2参与，第二阶段合成ATP不需要O2直接参与。归纳.总结2、线粒体是有氧呼吸的主要场所。细胞质基质、线粒体基质、线粒体内膜都含有大量与有氧呼吸有关的酶。3、线粒体吸收丙酮酸，而不会吸收葡萄糖（分解葡萄糖的酶存在于细胞质基质中）4、线粒体不是有氧呼吸的必要条件，需氧型原核生物也可进行有氧呼吸，其场所在细胞质基质和细胞膜上。5、进行无氧呼吸的真核生物（如蛔虫），细胞中无线粒体。哺乳动物成熟红细胞无线粒体，只能无氧呼吸提供能量。6、若有氧呼吸的底物是葡萄糖，则消耗O2量等于产生CO2的量；当脂肪作为底物时，因为C、H比例较高，单位质量的耗氧量多，吸收的O2量大于产生CO2的量，与糖类相比，放能多、耗氧多、产水多。三无氧呼吸第三节细胞呼吸的原理和应用无氧呼吸过程少量能量［H］乳酸C3H6O3酒精C2H5OHCO2葡萄糖C6H12O6丙酮酸C3H4O3+C6H12O6酶2C3H6O3(乳酸)+能量C6H12O6酶2C2H5OH(酒精)+2CO2

＋能量归纳总结：1.无氧呼吸在第二阶段释放能量吗？2.为什么无氧呼吸释放的能量比有氧呼吸少？3.归纳无氧呼吸的反应式。4.微生物的无氧呼吸也叫发酵。产生酒精的叫酒精发酵，产生乳酸的叫乳酸发酵。酶细胞质基质（第一阶段）酶细胞质基质（第二阶段）酒精发酵：乳酸发酵：举例说出哪些细胞是进行酒精型的无氧呼吸？哪些是乳酸型的？分解转化三无氧呼吸第三节细胞呼吸的原理和应用196.65kJ乳酸C3H6O3ATPADPPi61.08kJ其余能量(69%)热能散失葡萄糖C6H12O6说明：人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，能在肝脏中再次转化为葡萄糖。无氧呼吸能量利用的特点1mol葡萄糖不彻底氧化分解大约能产生多少molATP？请你计算无氧呼吸的能量转化率大约是多少？61.08kJ÷30.54kJ/mol≈2mol61.08kJ÷196.65kJ≈31%C6H12O6→2C3H6O3＋少量能量细胞呼吸释放的能量未彻底分解产物中储存的能量C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋少量能量C6H12O6＋6H2O＋6O2→6CO2＋12H2O＋大量能量葡萄糖中的能量ATP热能酶酶酶第三节细胞呼吸的原理和应用能量守恒分析三无氧呼吸第三节细胞呼吸的原理和应用无氧呼吸的定义定义：在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程。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

有氧呼吸与无氧呼吸的比较氧气、多种酶葡萄糖彻底分解为CO2和H2O释放大量能量有氧呼吸三个阶段均产生ATP主要在线粒体内无氧气参与，需要多种酶葡萄糖的分解不彻底，形成乳酸或酒精和CO2释放少量能量，大部分能量储存在乳酸或酒精中仅在第一阶段产生ATP在细胞质基质中第一阶段反应完全相同，并且都是在细胞质基质内进行。两种呼吸作用方式实质相同，都能够分解有机物，释放能量。第三节细胞呼吸的原理和应用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。⑴为生物体提供能量。四细胞呼吸第三节细胞呼吸的原理和应用细胞呼吸是生物体代谢的枢纽细胞呼吸产生的中间产物可转化为甘油、氨基酸等非糖物质。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。蛋白质、糖类和脂质代谢，都可通过细胞呼吸过程联系起来。第三节细胞呼吸的原理和应用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。⑴为生物体提供能量。⑵生物体代谢枢纽。四细胞呼吸实质细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。水解?O2?发芽种子20%NaOH5ml发芽种子蒸馏水5ml装置1装置2实验现象结论装置1液滴装置2液滴种子已死亡只进行产生酒精的无氧呼吸只进行有氧呼吸进行有氧呼吸和产生酒精无氧呼吸实验结果预测和结论四细胞呼吸植物组织细胞呼吸方式的判定方法第三节细胞呼吸的原理和应用假定发芽的种子呼吸底物均为葡萄糖，且无氧呼吸类型为酒精型。不动不动不动右移左移右移不动左移C6H12O6＋6H2O＋6O2→6CO2＋12H2O＋能量酶C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋少量能量酶模拟题提示：上述反应方程式是以葡萄糖等作为呼吸底物进行考虑的。模拟题有时不加说明默认呼吸底物是葡萄糖（如教材课后练习题）。若问题情境指明或暗示呼吸底物是脂肪等物质时（如某油料作物种子），不能使用上述反应式进行分析和计算。问题：酵母菌以葡萄糖为呼吸底物分别进行有氧呼吸和无氧呼吸，产生等量的CO2，无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸消耗葡萄糖的几倍？若酵母菌有氧呼吸的底物是脂肪酸，消耗的氧气和产生的二氧化碳的物质的量还是相等的吗？四细胞呼吸第三节细胞呼吸的原理和应用①植物呼吸作用的指标：植物呼吸作用吸收氧气，释放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，毛细管内的水滴左移。单位时间内液滴左移的体积即是呼吸速率。②条件：整个装置必须遮光处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定（非绿色材料除外）。③为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应将装置及所测材料进行消毒处理。④对照组设置：为防止气压、温度等物理膨胀因素引起的误差，应设置对照试验，将绿色植物更换为等量的死亡的植物，其他条件均不变。⑤用富含脂肪高的种子如油料作物种子做测定实验，则液滴移动更明显(耗O2量大)植物组织细胞呼吸速率的测定方法四细胞呼吸第三节细胞呼吸的原理和应用内部因素——遗传因素（由酶的种类和数量决定）

（1）不同种类的植物细胞呼吸速率不同，如旱生植物小于水生植物。（2）同一植物在不同的生长发育时期细胞呼吸速率不同，如幼苗期、开花期细胞呼吸速率较高，成熟期细胞呼吸速率较低。（3）同一植物的不同器官细胞呼吸速率不同，如生殖器官大于营养器官。影响细胞呼吸的因素四细胞呼吸第三节细胞呼吸的原理和应用如图表示某种植株的非绿色器官在不同氧浓度下，O2的吸收量和CO2的释放量的变化。尝试写出三条线各自所代表的生命活动过程，并分析a、b、c三个点的含义。氧气浓度为a时，无氧呼吸明显抑制，有氧呼吸较弱，总的细胞呼吸速率最小，消耗有机物较少。储存蔬菜、水果、粮食等，应控制氧气浓为a(或a附近)。氧气浓度为b时，无氧呼吸被完全抑制，细胞呼吸即为有氧呼吸。氧气浓度为c时，有氧呼吸速率达到最大时的最小氧气浓度，再增加氧气浓度，呼吸速率不再增加。限制因素可能是呼吸底物的量或酶的量与酶的活性等。氧气浓度a0bc气体交换的相对值细胞呼吸有氧呼吸无氧呼吸CO2释放量O2吸收量氧气浓度、二氧化碳浓度、温度、含水量都会影响呼吸速率因素温度CO2浓度含水量影响机理影响呼吸酶的活性高浓度的CO2对细胞呼吸有明显的抑制效应在一定范围内,细胞呼吸强度随含水量的增加而增强曲线模型实践应用零上低温条件下储存种子、蔬菜、水果,大棚种植中,夜间适当降低温度适当增加CO2的浓度,可提高蔬菜和水果的保鲜效果粮食在收仓前要进行晾晒处理,干种子萌发前要进行浸泡处理氧气浓度、二氧化碳浓度、温度、含水量都会影响呼吸速率五细胞呼吸原理的应用P95第三节细胞呼吸的原理和应用细胞呼吸的原理在生活中的应用馒头、面包、泡菜等许多传统食品的制作五细胞呼吸原理的应用第三节细胞呼吸的原理和应用细胞呼吸的原理在现代发酵工业中的应用生产青霉素、味精，酿酒等五细胞呼吸原理的应用第三节细胞呼吸的原理和应用细胞呼吸的原理在农业生产上的应用中耕松土、适时排水，就是通过改善氧气供应来促进作物根系的呼吸作用，以利于作物的生长。储藏