細胞呼吸的原理和應用課件-高一上學期生物人教版（2019）必修1

1.5.3細胞呼吸的原理和應用人們通常用酵母和面，放置一段時間后就會成為發(fā)面，發(fā)面可以用來做包子饅頭等。為了促進發(fā)面，有時還會向其中加入一點蔗糖。發(fā)面時，早期并沒有酒味，而后期會有酒味。發(fā)面中的“窟窿”是怎么產(chǎn)生的？發(fā)面一段時間會有酒味，你知道酒味是怎么來的嗎？為什么早期卻沒有酒味呢？發(fā)面團里是熱乎乎的，這說明了什么？問題探討呼吸作用的實質是細胞內(nèi)有機物的氧化分解，并釋放能量，因此也叫做細胞呼吸探究酵母菌細胞呼吸的方式酵母菌是單細胞真菌，有氧無氧條件下均能生存，屬兼性厭氧菌1.5.3.1細胞呼吸的方式過渡：酵母菌在有氧和無氧條件下細胞呼吸的產(chǎn)物是否相同？學習本節(jié)內(nèi)容前，我們對兩組實驗結果均是未知的，都屬于實驗組。通過設置兩個或兩個以上的實驗組，通過對結果的比較分析，來探究某種因素與實驗對象的關系——對比試驗。對比試驗接氣泵或橡皮球A10%NaOH酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水將B瓶先反應一段時間，然后再連接盛有澄清石灰水的錐形瓶B酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水有氧條件無氧條件該實驗的自變量是氧氣。接氣泵或橡皮球A10%NaOH酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水如何實現(xiàn)對自變量的控制？實驗自變量是什么？有氧一組不斷通入空氣（氧氣）以保證反應始終在有氧條件進行。無氧一組先反應一段時間消耗掉培養(yǎng)液中的氧氣以保證反應在無氧條件下進行。將B瓶先反應一段時間，然后再連接盛有澄清石灰水的錐形瓶B酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水可用澄清石灰水（變渾濁）或溴麝香草酚藍（藍→綠→黃）檢測CO2的生成。將B瓶先反應一段時間，然后再連接盛有澄清石灰水的錐形瓶B酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水怎樣檢測CO2？接氣泵或橡皮球A10%NaOH酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水怎樣檢測酒精？酒精的生成可以用酸性重鉻酸鉀進行檢驗（橙色→灰綠色）。將B瓶先反應一段時間，然后再連接盛有澄清石灰水的錐形瓶B酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水3倍速酸性重鉻酸鉀1mL接氣泵或橡皮球A10%NaOH酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水問題：這是在控制什么變量？接氣泵或橡皮球A10%NaOH酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水將B瓶先反應一段時間，然后再連接盛有澄清石灰水的錐形瓶B酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水有氧條件無氧條件提示1：澄清石灰水變渾濁（CaCO3）后，如果再通入過量CO2，又會變澄清（CaHCO3）。提示2：新配的溴麝香草酚藍（BTB）是弱堿性的（藍色），通入CO2后pH逐漸降低，BTB變色。提示3：葡萄糖能和酸性重鉻酸鉀反應（慢一些），故檢測時需要等培養(yǎng)液中葡萄糖耗盡再進行。將B瓶先反應一段時間，然后再連接盛有澄清石灰水的錐形瓶B酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水接氣泵或橡皮球A10%NaOH酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水探究酵母菌細胞呼吸的方式酵母菌是單細胞真菌，有氧氧無條件下均能生存，屬兼性厭氧菌大量實驗證實，細胞呼吸可分為有氧呼吸和無氧呼吸1.5.3.1細胞呼吸的方式接氣泵或橡皮球A10%NaOH酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水將B瓶先反應一段時間，然后再連接盛有澄清石灰水的錐形瓶B酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水線粒體是有氧呼吸的主要場所1.5.3.2有氧呼吸外膜內(nèi)膜線粒體基質嵴為什么不說線粒體是有氧呼吸的場所呢？少量能量C6H12O62C3H4O3[H]2C3H4O36CO2H2O[H][H]O2H2O少量能量酶酶酶大量能量丙酮酸丙酮酸人為將有氧呼吸劃分為三個階段，每一階段都需要酶催化，并有ATP生成第一階段發(fā)生在細胞質基質第二階段發(fā)生在線粒體基質第三階段發(fā)生在線粒體內(nèi)膜1.5.3.2有氧呼吸C6H12O6→2C3H4O3＋4[H]＋少量能量酶2C3H4O3＋6H2O→6CO2＋20[H]＋少量能量酶24[H]＋6O2→12H2O＋大量能量酶差速離心+葡萄糖通入空氣+葡萄糖通入空氣葡萄糖分解，消耗O2+葡萄糖通入空氣葡萄糖分解，不消耗O2葡萄糖不分解將生化過程與細胞結構聯(lián)系起來檢測到中間產(chǎn)物丙酮酸含量的升高過程線粒體改變滲透壓，使線粒體外膜漲破，后密度梯度離心線粒體外膜線粒體基質不含外膜的線粒體+丙酮酸+丙酮酸+丙酮酸不反應不反應反應超聲波＋離心內(nèi)外膜間隙內(nèi)膜小泡（含部分基質）繼續(xù)探究+丙酮酸丙酮酸消耗，O2消耗線粒體有氧呼吸第二階段有一種比較奇葩的酶，它結合在線粒體內(nèi)膜上。該酶催化第二階段反應的部位（圈中綠色部分）在基質中

，所以第二階段反應還是發(fā)生在線粒體基質。模擬題提示：模擬題認為線粒體基質可以完成有氧呼吸第二階段。由于缺乏圖示的酶，線粒體基質實際只能進行第二階段大部分反應。線粒體內(nèi)膜線粒體基質人為將有氧呼吸劃分為三個階段，每一階段都需要酶催化，并有ATP生成第一階段發(fā)生在細胞質基質第二階段發(fā)生在線粒體基質第三階段發(fā)生在線粒體內(nèi)膜1.5.3.2有氧呼吸模擬題提示：氧氣不是第二階段的反應物，即該階段不需要氧氣直接參與。但若沒有氧氣，該階段不能持續(xù)進行，因此該階段間接需要氧氣參與。模擬題可能認為第二階段不需要氧氣參與。提示：[H]在細胞呼吸中主要是指NADH（還原型輔酶Ⅰ）。C6H12O6→2C3H4O3＋4[H]＋少量能量酶2C3H4O3＋6H2O→6CO2＋20[H]＋少量能量酶24[H]＋6O2→12H2O＋大量能量酶有氧呼吸總反應式：1.5.3.2有氧呼吸C6H12O6＋6H2O＋6O2→6CO2＋12H2O＋大量能量酶氧化還原有氧呼吸是指在氧的參與下，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1.5.2.2有氧呼吸過渡：葡萄糖在細胞內(nèi)徹底氧化分解和體外燃燒有哪些相同點和不同點呢？有氧呼吸與有機物體外燃燒的區(qū)別：有氧呼吸過程溫和有機物中的能量經(jīng)過一系列化學反應逐步釋放有氧呼吸釋放的部分能量儲存在ATP中1.5.2.2有氧呼吸有氧呼吸和有機物體外燃燒的本質是一致的，都是有機物氧化分解釋放能量的過程。在細胞內(nèi)，1mol葡萄糖徹底氧化分解可以釋放2870kJ的能量，可使977.28kJ的能量儲存在ATP中，其余的能量則以熱能的形式散失掉了。請你計算一下，有氧呼吸的能量轉化效率大約是多少，這些能量大約能使多少ADP轉化為ATP？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？思考·討論人為將無氧呼吸劃分為兩個階段：第一階段發(fā)生在細胞質基質，與有氧呼吸第一階段相同第二階段發(fā)生在細胞質基質，丙酮酸和[H]在不同酶催化下形成酒精和二氧化碳，或者轉化為乳酸，該階段不生成ATP1.5.2.3無氧呼吸提示：[H]和丙酮酸等是細胞呼吸的中間代謝產(chǎn)物，而非終產(chǎn)物。細胞呼吸第一階段產(chǎn)生的[H]等物質在后續(xù)階段會被消耗掉。[H]C6H12O62C3H4O3少量能量酶丙酮酸2C2H5OH＋2CO2或2C3O6O3ATP無氧呼吸總反應式：1.5.2.3無氧呼吸C6H12O6→2C3H6O3＋少量能量酶C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋少量能量酶提示：酵母菌無氧呼吸產(chǎn)物是酒精，動物細胞無氧呼吸產(chǎn)物是乳酸。大部分植物細胞無氧呼吸產(chǎn)物是酒精，特殊部位也會生成乳酸。在沒有氧氣參與的情況下，葡萄糖等有機物經(jīng)過不完全分解，釋放少量能量的過程，就是無氧呼吸1.5.2.3無氧呼吸注意：雖然糖類和脂肪等有機物都可以作為有氧呼吸的底物，但是脂肪（主要指脂肪酸）不能直接用做無氧呼吸的底物，因此我們在劇烈運動無氧呼吸時很難達到減肥的效果。C6H12O6→2C3H6O3＋少量能量細胞呼吸釋放的能量未徹底分解產(chǎn)物中儲存的能量C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋少量能量C6H12O6＋6H2O＋6O2→6CO2＋12H2O＋大量能量葡萄糖中的能量能量守恒分析ATP熱能酶酶酶細胞呼吸是指有機物在細胞內(nèi)經(jīng)過一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他產(chǎn)物，釋放能量并生成ATP的過程細胞呼吸除了能為生物體提供能量，還是生物體代謝的樞紐。蛋白質、糖類和脂質的代謝，都可以通過細胞呼吸過程聯(lián)系起來1.5.3.4細胞呼吸及其意義核酸蛋白質多糖脂肪核苷酸氨基酸丙酮酸單糖脂肪酸糖酵解β氧化脫氨基乙酰輔酶A有氧呼吸和無氧呼吸的比較呼吸方式有氧呼吸無氧呼吸不同點場所氧氣參與分解程度產(chǎn)物能量ATP生成階段相同點線粒體（主）和細胞質基質細胞質基質需要不需要CO2＋H2O乳酸或酒精＋CO2熱能（主）＋儲存在ATP中的化學能乳酸/酒精中的化學能（主）＋熱能＋儲存在ATP中的化學能徹底氧化分解不徹底氧化分解第一、第二、第三階段第一階段第一階段完全相同，包括反應過程和反應場所反應實質相同，都能氧化分解有機物，釋放能量C6H12O6＋6H2O＋6O2→6CO2＋12H2O＋大量能量酶C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋少量能量酶模擬題提示：上述反應方程式是以葡萄糖等作為呼吸底物進行考慮的。模擬題有時不加說明默認呼吸底物是葡萄糖（如教材課后練習題）。若問題情境指明或暗示呼吸底物是脂肪等物質時（如某油料作物種子），不能使用上述反應式進行分析和計算。問題：酵母菌以葡萄糖為呼吸底物分別進行有氧呼吸和無氧呼吸，產(chǎn)生等量的CO2，無氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸消耗葡萄糖的幾倍？若酵母菌有氧呼吸的底物是脂肪酸，消耗的氧氣和產(chǎn)生的二氧化碳的物質的量還是相等的嗎？1.5.3.5細胞呼吸的原理的應用ab說明：a點對應的氧氣濃度條件下呼吸速率最低（以CO2釋放來衡量），但是此時存在無氧呼吸，而有酒味的果蔬是沒有市場的，所以選擇b點對應的氧氣濃度進行存儲，既可以減少有機物的消耗，又可以避免無氧呼吸產(chǎn)生酒精影響果蔬品質。細胞呼吸氧化分解有機物能量[O2]溫度熱ATP無氧呼吸有氧呼吸糖酵解(第一階段)第二階段第三階段線粒體細胞質基質濕度[CO2