5.3細胞呼吸的原理和應用課件高一上學期生物人教版必修12

第3節(jié)細胞呼吸的原理和應用2024/9/25第5章細胞的能量供應和利用

問題探討1.都是培養(yǎng)酵母菌，為什么有的需要通氣，有的卻需要密封？2.為什么通氣有利于酵母大量繁殖？3.在密封發(fā)酵時，酵母菌將有機物轉(zhuǎn)化為酒精對它自身有什么意義？

呼吸作用的實質(zhì)是細胞內(nèi)的有機物氧化分解，并釋放能量，因此也叫細胞呼吸。一、細胞呼吸的方式一、細胞呼吸的方式實驗：探究酵母菌細胞呼吸的方式

酵母菌：單細胞真菌，真核生物，有細胞壁，在有氧和無氧條件下都能生存，屬于兼性厭氧菌。生長周期短，增值速度快，主要為出芽生殖。（1）提出問題

酵母菌在有氧條件下產(chǎn)生的氣體是CO2嗎？

酵母菌在無氧條件下的產(chǎn)物是什么？（2）作出假設

酵母菌在有氧條件下產(chǎn)生CO2。

酵母菌在無氧條件下產(chǎn)生酒精和CO2。（3）設計實驗確定實驗目的自變量是什么因變量是什么細化如何控制自變量如何檢測因變量控制無關(guān)變量控制哪些可能影響實驗結(jié)果的因素寫出具體做法方法步驟材料用具等設計實驗的思路（3）設計實驗自變量:因變量:細胞呼吸的產(chǎn)物有無氧氣CO2酒精如何控制自變量？有氧條件：無氧條件：A組：通入空氣B組：密封如何檢測因變量？CO2的檢測通入澄清石灰水溴麝香草酚藍溶液（渾濁程度）（藍→綠→黃的時間）酒精的檢測：酸性條件下的重鉻酸鉀（橙色→灰綠色）無關(guān)變量:除自變量外，對實驗結(jié)果造成影響的可變因素如培養(yǎng)液的濃度、溫度、pH、營養(yǎng)條件、酵母菌的活性、CO2等除自變量以外，還有哪些因素會影響實驗結(jié)果？總結(jié)：無關(guān)變量遵循相同且適宜的原則活動：搭建實驗裝置氣泵ABCDE運用以上元件分別搭建有氧呼吸和無氧呼吸裝置有氧呼吸裝置：甲同學E-A-D；乙同學：E-C-A-D無氧呼吸裝置：甲同學B-D；乙同學：E-B-D步驟一：配制酵母菌培養(yǎng)液P91A組B組（4）進行實驗:實驗步驟思考：（1）葡萄糖溶液需要煮沸的目的：為了滅菌，避免其他微生物的呼吸作用對實驗產(chǎn)生干擾（2）葡萄糖溶液需要煮沸再冷卻后放入錐形瓶的原因是：防止酵母菌被殺死酵母菌培養(yǎng)液配置：取20?g新鮮的食用酵母菌均分為兩份，分別放入錐形瓶A（500?mL）和錐形瓶B（500?mL）中，分別向兩瓶中注入240?mL質(zhì)量分數(shù)為5%的葡萄糖溶液。（3）酵母菌的培養(yǎng)時間應適當延長的原因是：葡萄糖也能與酸性重鉻酸鉀發(fā)生顏色變化，應將酵母菌的培養(yǎng)時間適當延長以耗盡溶液中葡萄糖。A實驗組(有氧情況下)B實驗組(無氧情況下)排除空氣中的CO2干擾鑒定CO2B瓶應封口后放置一段時間，再連接的原因？酵母菌將瓶中的氧氣消耗完步驟二：檢測的CO2生成（4）進行實驗:A實驗組(有氧情況下)B實驗組(無氧情況下)步驟三：檢測的酒精生成（2）0.5mL重鉻酸鉀的濃硫酸溶液A組B組橙色橙色（1）2ml酵母菌培養(yǎng)液濾液灰綠色（4）進行實驗:不用濃鹽酸，因為高價鉻會氧化負一價的氯離子酵母菌培養(yǎng)液本身有顏色2024/9/25A實驗組(有氧情況下)B實驗組(無氧情況下)

檢測指標條件

澄清石灰水渾濁程度/溴麝香草酚藍變黃時間長短（檢測二氧化碳）重鉻酸鉀--濃硫酸溶液是否變成灰綠色(檢測酒精)有氧無氧變混濁／快無變化變混濁／慢出現(xiàn)灰綠色(5)實驗結(jié)果:得出結(jié)論:1.酵母菌在有氧和無氧條件下均能進行細胞呼吸。2.在有氧的條件下，產(chǎn)生大量的CO2。3.在無氧的條件下，產(chǎn)生少量的CO2和酒精。若使用酸性重鉻酸鉀檢測時，有氧和無氧顏色反應一樣，可能原因是什么？有氧裝置中供氧不足，導致部分酵母菌進行無氧呼吸產(chǎn)生酒精。重鉻酸鉀是強氧化劑，葡萄糖是還原糖，也可能是葡萄糖未耗盡所致。思考：探究酵母菌細胞呼吸的方式，這個實驗是不是對照實驗？設置兩個或兩個以上的實驗組，通過對結(jié)果的比較分析，來探究某種因素對實驗對象的影響，這樣的實驗叫做對比實驗，也叫相互對照實驗。特點：這些實驗組的結(jié)果都是事先未知的C二、有氧呼吸1.概念：2.反應的主要場所：線粒體外膜內(nèi)膜嵴基質(zhì)（液態(tài)）細胞在氧的參與下，通過多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機物徹底氧化分解，產(chǎn)生二氧化碳和水，釋放能量，生成大量ATP的過程。內(nèi)膜的某些部位向線粒體的內(nèi)腔折疊形成嵴，嵴使內(nèi)膜的表面積大大增加。線粒體的內(nèi)膜上和基質(zhì)中含有許多種與有氧呼吸有關(guān)的酶。有氧呼吸的過程探索二、有氧呼吸根據(jù)圖解和教材寫出各階段分反應式及場所。思考：第一階段：第二階段：第三階段：(細胞質(zhì)基質(zhì))(線粒體基質(zhì))(線粒體內(nèi)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總反應式：C6H12O6+6H2O+6O2

→6CO2+12H2O+能量酶3.過程：2丙酮酸（C3H4O3）細胞質(zhì)基質(zhì)線粒體基質(zhì)線粒體內(nèi)膜C6H12O6

主動運輸C6H12O6

酶少量能量4[H]

2丙酮酸6H2O酶20[H]

6CO2

少量能量6O2

[H]與O2結(jié)合

12H2O大量能量場所：細胞質(zhì)基質(zhì)物質(zhì)變化：產(chǎn)能情況：少量能量場所：線粒體基質(zhì)物質(zhì)變化：產(chǎn)能情況：少量能量酶2C3H4O3

+6H2O6CO2+20[H]

+4[H]

C6H12O62丙酮酸（C3H4O3）酶場所：線粒體內(nèi)膜物質(zhì)變化：產(chǎn)能情況：大量能量24[H]+6O212H2O酶C6H12O6

+6O2+12H2O+能量+6H2O6CO2酶總反應式:物質(zhì)變化：有機物（葡萄糖）→無機物（CO2+H2O）能量變化：2870kJATP977.28kJ熱能散失有機物中穩(wěn)定的化學能→熱能散失+ATP中活躍的化學能C6H12O6

+6O2+12H2O+能量+6H2O6CO2酶總反應式:1、C原子的運動軌跡C6H12O62C3H4O36CO

2+4[H]

C6H12O62C3H4O3（丙酮酸）酶酶2C3H4O3

+6H2O6CO2+20[H]

24[H]+6O212H2O酶C6H12O6

+6O2+12H2O+能量+6H2O6CO2酶總反應式:2、H原子的運動軌跡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酶總反應式:3、O原子的運動軌跡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個丙酮酸1、O原子的運動軌跡（丙酮酸）C6H12O6→2個丙酮酸→6CO2C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量酶2、C原子的運動軌跡（丙酮酸）C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量酶3、H原子的運動軌跡（丙酮酸、NADH）（NADH）2個丙酮酸4[H]C6H12O66H2O→12[H]12H2O→8[H]C6H12O6

+6O2+12H2O+能量+6H2O6CO2酶總反應式:物質(zhì)變化：有機物（葡萄糖）→無機物（CO2+H2O）能量變化：2870kJATP977.28kJ熱能散失有機物中穩(wěn)定的化學能→熱能散失+ATP中活躍的化學能思考討論（書本P93）1.在細胞內(nèi)，1mol葡萄糖徹底氧化分解可以釋放出2870KJ的能量，可以使977.28KJ左右的能量儲存在ATP中，其余的能量則以熱能的形式散失掉了。請計算一下，有氧呼吸的能量轉(zhuǎn)化效率大約是多少，這些能量大約能使多少ADP轉(zhuǎn)化為ATP？大約34%32molADP轉(zhuǎn)化為ATP2.與燃燒迅速釋放能量相比，有氧呼吸是逐級釋放能量的，這對于生物體來說具有什么意義？可以使有機物中的能量逐步地轉(zhuǎn)移到ATP中；能量能夠緩慢有序地釋放，有利于維持細胞的相對穩(wěn)定狀態(tài)。①有氧呼吸過程溫和，常溫常壓，多種酶的催化。②釋放的能量大部分以熱能的形式散失，小部分儲存在ATP中。③有機物中的能量逐級釋放；保證有機物中的能量得到充分利用。有氧呼吸的特點2024/9/252024/9/252024/9/252024/9/252024/9/252024/9/25C2024/9/2513422024/9/25××××××××2024/9/25三、無氧呼吸1.概念：細胞在無氧條件下，通過酶的催化作用把葡萄糖等有機物分解成不徹底的氧化產(chǎn)物，釋放少量能量，生成少量ATP的過程。（大多數(shù)細菌和真菌，動物局部細胞在缺氧時進行無氧呼吸）2.過程：2丙酮酸（C3H4O3）C6H12O6

酶少量能量4[H]

酶酶2酒精（C2H5OH）+2CO22乳酸（C3H6O3）細胞質(zhì)基質(zhì)3.總反應式:C6H12O6

+2CO2酶2C2H5OH+少量能量C6H12O6

（乳酸）酶2C3H6O3+少量能量3.總反應式:C6H12O6

+2CO2酶2C2H5OH+少量能量C6H12O6

（乳酸）酶2C3H6O3+少量能量像酵母菌、乳酸菌等微生物的無氧呼吸叫做發(fā)酵，根據(jù)發(fā)酵產(chǎn)物不同，產(chǎn)生酒精的叫作酒精發(fā)酵，產(chǎn)生乳酸的叫作乳酸發(fā)酵。196.65KJ，僅有61.08KJ儲存在ATP中不同的生物無氧呼吸的方式不同，請將下面生物進行分類：①甜菜塊根②玉米的根毛細胞③馬鈴薯塊莖④人體劇烈運動時的部分肌肉細胞⑤酵母菌⑥乳酸菌

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

類型比較項目

場所第一階段細胞質(zhì)基質(zhì)第二、三階段線粒體細胞質(zhì)基質(zhì)條件O2、酶、適宜溫度無O2、酶、適宜溫度產(chǎn)物CO2和H2OCO2、酒精或乳酸釋放能量較多（三個階段均合成ATP）較少(第一階段合成ATP)有氧呼吸無氧呼吸4.有氧呼吸與無氧呼吸之間的區(qū)別：分解程度徹底不徹底不同點過程實質(zhì)第一階段反應完全相同分解有機物，釋放能量，合成ATP相同點意義為生物體的各項生命活動提供能量5.細胞呼吸的意義（1）為生物體的生命活動提供能量。絕大多數(shù)生命活動的所需要的能量（ATP）都是來源于細胞呼吸。因此，細胞呼吸是ATP的主要來源。（2）生物體代謝的樞紐，為生物體其他化合物的合成提供原料。細胞呼吸產(chǎn)生的丙酮酸可以作為合成脂肪、非必需氨基酸的原料。非糖物質(zhì)代謝形成的某些產(chǎn)物與細胞呼吸中間產(chǎn)物相同，這些物質(zhì)可以進一步形成葡萄糖。釀酒的時候，為什么早期通氣，后期密封？早期通氣：促進酵母菌有氧呼吸，為其進行物質(zhì)代謝和細胞分裂提供充足的動力，有利于菌種的繁殖后期密封：促進酵母菌無氧呼吸，有利于產(chǎn)生酒精思考：影響細胞呼吸的外界因素：C6H12O6+6H2O+6O2酶6CO2+12H2O+能量溫度溫度、氧氣、二氧化碳、水四、影響呼吸作用的環(huán)境因素水氧氣二氧化碳①O2濃度＝0時，只進行無氧呼吸。②0＜O2濃度＜b點（10%）時，同時進行有氧呼吸和無氧呼吸。③O2濃度≥b點（10%）時，只進行有氧呼吸。④O2濃度為a點（5%）時，有機物消耗最少，利于儲存糧食、水果。氧氣（1）曲線分析由曲線可知，O2是有氧呼吸所必需的，且O2對無氧呼吸有抑制作用。（2）應用①生產(chǎn)上常利用適當降低氧氣濃度等能夠抑制細胞呼吸、減少有機物消耗的原理來延長蔬菜、水果的保鮮時間。②中耕松土增加根的有氧呼吸有利于礦質(zhì)離子的吸收。還可以抑制無氧呼吸產(chǎn)生酒精，防止植物爛根。③在醫(yī)療上選用透氣的消毒紗布或松軟的“創(chuàng)可貼”包扎傷口，可抑制厭氧病原菌的繁殖。2.溫度（1）溫度主要通過影響呼吸酶的活性，進而影響呼吸作用。在一定的溫度范圍內(nèi)，呼吸強度隨著溫度的升高而增強；但超過一定的溫度，酶的活性下降，甚至會變性失活，從而使呼吸作用減弱直至停止。（2）應用①生產(chǎn)上常利用這一原理在低溫下貯存蔬菜、水果。②在大棚蔬菜的栽培過程中夜間適當降溫，降低細胞呼吸，減少有機物的消耗，提高產(chǎn)量。③溫水和面發(fā)酵快。3.二氧化碳（1）CO2是細胞呼吸的最終產(chǎn)物，積累過多會抑制細胞呼吸的進行。（2）應用：適當增加CO2濃度，有利于水果和蔬菜的保鮮。4.水分（1）在一定范圍內(nèi)，細胞呼吸速率隨含水量的增加而加快，隨含水量的減少而減慢。（2）應用①糧食在收倉儲存之前要進行晾曬，甚至烘干，減少水分，以減弱細胞呼吸，減少有機物的消耗。②干種子在萌發(fā)時，要浸泡以增強代謝。影響細胞呼吸的內(nèi)部因素：四、影響呼吸作用的環(huán)境因素五、細胞呼吸方式的探究無氧呼吸有氧呼吸有氧呼吸有氧呼吸無氧呼吸有氧呼吸無氧呼吸有氧呼吸無氧呼吸

（1）實驗設計：欲確認某生物的呼吸類型，（2）實驗結(jié)果預測和結(jié)論（如下表）應設置兩套呼吸裝置，如圖所示：

5、細胞呼吸方式和細胞呼吸速率的實驗探究（1）實驗原理（2）呼吸速率的表示方式（3）實驗觀察指標（4）實驗誤差的校正（5）若換成綠色植物，還應該注意什么？5、細胞呼吸方式和細胞呼吸速率的實驗探究有氧呼吸消耗氧氣產(chǎn)生二氧化碳，NaOH吸收CO2，著色滴左移。單位時間內(nèi)氧氣的消耗量或二氧化碳的生成量著色滴左移的距離與速度設置對照實驗，如使用煮熟的種子；將種子消毒處理遮光處理課堂小結(jié)細胞呼吸常見題型一、細胞呼吸過程題二、細胞呼吸公式計算題三、有氧呼吸、無氧呼吸同時存在時的比例關(guān)系題四、酵母菌呼吸方式的實驗題一、細胞呼吸過程題123C6H12O6

（乳酸）酶2C3H6O3+少量能量例題1、用含18O的葡萄糖跟蹤有氧呼吸過程中的氧原子，18O的轉(zhuǎn)移途徑是（）

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、細胞呼吸公式計算題A.2.6A摩爾B.A摩爾C.6A摩爾D.3A摩爾例題1：酵母菌無氧呼吸產(chǎn)生A摩爾的CO2,人在正常情況下消耗同樣量的葡萄糖,可形成CO2()變式1、如果酵母菌在進行有氧呼吸和酒精發(fā)酵時，分解葡萄糖產(chǎn)生等量的CO2

那么這兩種呼吸作用所消耗葡萄糖的摩爾數(shù)之比是（）A、1：2B、1：3C、1：4D、1：6例題2：同樣消耗１mol的葡萄糖，有氧呼吸生成的ATP是無氧呼吸的（）Ａ、20倍Ｂ、16倍Ｃ、６倍多Ｄ、12.7個百分點

51015202530

相對濃度(％)相對值O2的吸收量CO2的釋放量P三、有氧呼吸、無氧呼吸同時存在時的比例關(guān)系題：●=有氧呼吸C02的釋放量無氧呼吸C02的釋放量（1）外界氧濃度在10％以下時，該器官的呼吸作用方式是＿＿＿＿＿＿＿。原因：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（2）該器官的CO2釋放與O2的吸收兩條曲線在P點相交后則重合為一條線，此時該器官的呼吸作用方式是＿＿，進行此種呼吸方式所用的底物是＿＿＿＿。左圖表示某種植物的非綠色器官在不同氧濃度下O2吸收量和CO2釋放量的變化。請據(jù)圖回答下列問題：有氧呼吸和無氧呼吸CO2的釋放量大于O2的吸收量有氧呼吸葡萄糖左圖表示某種植物的非綠色器官在不同氧濃度下O2吸收量和CO2釋放量的變化。請據(jù)圖回答下列問題：（3）當外界氧濃度為4～5％時，該器官CO2釋放量的相對值為0．6，而O2吸收量的相對值為0.4。此時，無氧呼吸消耗葡萄糖的相對值約相當于有氧呼吸的＿＿倍.1.5變式1：現(xiàn)有一瓶混有酵母菌和葡萄糖的培養(yǎng)液，通入不同濃度的氧氣時，其產(chǎn)生的酒精和CO2的量如圖所示。問：在O2濃度為a時A、酵母菌只進行發(fā)酵B、67％的葡萄糖用于發(fā)酵C、33％的葡萄糖用于發(fā)酵D、酵母菌停止發(fā)酵B變式2：右圖表示某綠色植物的非綠色器官在氧濃度為a、b、c、d時，CO2釋放量和O2吸收量的變化。下列相關(guān)敘述正確的是A．氧濃度為a時，最適于貯藏該植物器官B．氧濃度為b時，無氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸的5倍C．氧濃度為c時，無氧呼吸最弱D．氧濃度為d時，無氧呼吸的強度與有氧呼吸相等B1、一運動員正在進行長跑鍛練，從他的大腿肌細胞中檢測到3種化學物質(zhì)，其濃度變化如下圖。圖中P、Q、R三曲線依次代表（）

A、O2、CO2、乳酸B、乳酸、CO2、O2C、CO2、O2、乳酸D、CO2、乳酸、O2PQRB聯(lián)系生活：2、運動員在進行不同項目運動時，機體的供能方式不同，對三種運動項目的機體總需氧量，實際攝入氧量和血液中乳酸增加量進行測定，結(jié)果如下：運動項目總需氧量(升)實際攝入氧量(升)乳酸增加量馬拉松跑600589略有增加400米跑162

顯著增加100米跑80未見增加根據(jù)資料分析馬拉松跑、400米跑、100米跑運動過程中機體的主要供能方式分別是A、有氧呼吸、無氧呼吸、磷酸肌酸分解B、無氧呼吸、有氧呼吸、磷酸肌酸分解C、有氧呼吸、無氧呼吸、無氧呼吸D、有氧呼吸、磷酸肌酸分解、無氧呼吸A(即迅速形成ATP)供能3、右圖表示氧氣濃度對培養(yǎng)液中草履蟲、乳酸菌、酵母菌的細胞呼吸的影響，曲線a、b、c分別代表了（

）。A.酵母菌、草履蟲、乳酸菌

B.酵母菌、乳酸菌、草履蟲C.乳酸菌、酵母菌、草履蟲

D.草履蟲、乳酸菌、酵母菌A聯(lián)系生活：5、如果一定重量的黃豆全部萌發(fā)生成黃豆芽，黃豆芽中的有機物總量，有機物種類分別比黃豆中的（）

Ａ、多、多Ｂ、少、多Ｃ、多、少Ｄ、少、少B聯(lián)系生活：4、把小白鼠和青蛙從25℃的室溫中移至5℃的環(huán)境中，這兩種動物的需氧量會發(fā)生什么變化？A、兩種動物的耗氧量都減少B、兩種動物的耗氧量都增加C、青蛙耗氧量減少，小白鼠耗氧量增加D、青蛙耗氧量增加，小白鼠耗氧量減少C1、題型二、三綜合：豌豆發(fā)芽的早期，CO２釋放量比O２吸收量多３－４倍，這是因為種子此時的（）Ａ、無氧呼吸比有氧呼吸強Ｂ、光合作用比呼吸作用強Ｃ、有氧呼吸比無氧呼吸強Ｄ、呼吸作用比光合作用強鞏固提高：A2、題型一、二、三綜合：下圖表示某植物幼根的細胞呼吸過程中，O2的吸收量和CO2釋放量隨環(huán)境中O2濃度的變化而變化的曲線，其中XY=YZ，下列說法中正確的是A．在B點，有氧呼吸比無氧呼吸消耗的有機物多B．在B點，有氧呼吸比無氧呼吸釋放的能量多C．在A點，呼吸作用產(chǎn)物為CO2和H2OD．在C點，都釋放CO2而有氧呼吸比無氧呼吸釋放的CO2多B1.關(guān)于葉肉細胞在光照條件下產(chǎn)生ATP的描述，正確的是A．無氧條件下，光合作用是細胞A