【课件】5.3细胞呼吸的原理和应用课件2022-2023学年高一上学期生物人教版必修1

第3节细胞呼吸的原理和应用一、细胞呼吸的概念：是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成CO2或其他物质，释放出能量并生成ATP的过程。【注意】呼吸≠呼吸作用氧化分解有机物，释放能量实质：细胞内+有机物+水CO2能量呼吸作用（本质）呼吸现象和呼吸作用O2O2呼吸（现象）呼吸器官血液循环血液循环呼吸器官CO2气体运输+0１细胞呼吸的方式资料一：蒸馒头之前，我们要先发面。若用30℃的温水把买来的干酵母粉化开，用它发面，几个小时后面团会逐渐膨大，用手抠开里面，会发现面团里面变成蜂窝一样，有许多孔隙。你知道这些孔隙是怎么形成的吗？资料二：工业生产中，利用麦芽、葡萄糖、粮食和酵母菌以及发酵罐等酿制啤酒。在酿制的早期需要向发酵罐中通入氧气，而后期必须隔绝氧气，以产生酒精，同时发酵装置需要定期排放气体。结合上述对氧气条件的控制，你能得到什么启发吗？酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。.探究·实践探究酵母菌细胞呼吸的方式实验提出问题进行实验验证假设、形成结论作出假设探究酵母菌细胞的呼吸方式探究·实践提出问题：根据对生活中对酵母菌了解或者查阅资料，提出问题。做出假设：酵母菌在有氧条件下产生CO2，在无氧条件下产生酒精。同学们给出的答案可能有：有氧条件下产生CO2，无氧条件下产生酒精；有氧条件下产生酒精，无氧条件下产生CO2；有氧条件下和无氧条件下都产生酒精和CO2；有氧、无氧条件下都产生CO2，无氧条件下产生酒精；…探究·实践设计实验：自变量？因变量？如何控制自变量如何检测因变量控制那些可能影响实验结果的因素方法步骤材料用具等细化确定实验目的控制无关变量写出具体做法探究·实践设计实验：自变量因变量有氧/无氧条件是否产生CO₂/酒精通气/密闭CO2的检测：澄清石灰水：澄清石灰水变浑浊（浑浊程度）溴麝香草酚蓝溶液：蓝→变绿→再变黄（时间）酒精的检测：酸性重铬酸钾溶液：橙色→灰绿色相同且适宜无关变量影响温度、pH等探究·实践设计实验：有氧呼吸装置：搭建实验装置接气泵或橡皮球A10%NaOH酵母菌培养液澄清石灰水通入空气，以保证O2的充分供应。探究·实践设计实验：有氧呼吸装置：搭建实验装置接气泵或橡皮球A10%NaOH酵母菌培养液澄清石灰水去除空气中CO2，排除空气中的CO2对实验结果的干扰保证澄清石灰水变浑浊是酵母菌有氧条件产生CO2所致。探究·实践设计实验：有氧呼吸装置：搭建实验装置接气泵或橡皮球A10%NaOH酵母菌培养液澄清石灰水方法步骤①.配制酵母菌溶液思考1：葡萄糖溶液需要煮沸，目的是？思考2：煮沸的葡萄糖溶液需冷却后再加入锥形瓶，原因是：杀死葡萄糖溶液中的细菌，排除其他微生物对实验结果的影响（杀菌）；加热煮沸后可排出溶液中的O2（除O2）。防止温度过高将酵母菌杀死。探究·实践设计实验：有氧呼吸装置：搭建实验装置接气泵或橡皮球A10%NaOH酵母菌培养液澄清石灰水检测CO2的产生。探究·实践设计实验：无氧呼吸装置：搭建实验装置将B瓶先反应一段时间，然后再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶。为什么？酵母菌培养液澄清石灰水消耗掉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。在有氧呼吸装置中添加装有澄清石灰水的锥形瓶，以检测进入酵母菌培养液中的气体CO2是否除尽。在无氧呼吸装置的酵母菌培养液的表层滴加适量的植物油或石蜡油，可以完全隔绝O2以提供严格的无氧环境。改进实验装置1.4有氧呼吸装置图接橡皮泵质量分数为10%的NaOH溶液酵母菌培养液澄清的石灰水酵母菌培养液澄清的石灰水无氧呼吸装置图澄清的石灰水油层科学方法对比实验设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较，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，也叫相互对照实验。对比实验也是科学探究中常用的方法之一。该实验有对照组吗？探究·实践实验方法步骤①称取等量的两份食用酵母菌（10g）②配制质量分数为5%葡萄糖溶液作为酵母菌的培养液；③搭建如图的有氧呼吸（左）和无氧呼吸（右）装置；④培养、观察、检测、记录。探究·实践结果与分析CO2的检测和观察有氧装置澄清石灰水变浑浊，出现时间快；无氧装置澄清石灰水变浑浊，出现时间慢。酒精的检测溶有重铬酸钾的浓硫酸溶液+A装置的酵母菌培养液的滤液+B装置的酵母菌培养液的滤液变成灰绿色不变灰绿色探究·实践实验结论1.酵母菌在有氧和无氧条件下都进行细胞呼吸;2.在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量CO23.在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精和少量CO2细胞呼吸有氧呼吸无氧呼吸包括02有氧呼吸主要场所2.1主要场所线粒体简笔图双层膜（外膜、内膜）内膜向内折叠形成嵴，基质（DNA、RNA核糖体）内有呼吸作用有关的酶外膜内膜嵴核糖体DNA线粒体基质结构有氧呼吸的主要场所，提供细胞生命活动所需能量，是细胞的“动力车间”功能化学反应式2.2有氧呼吸化学反应式C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量酶2.3有氧呼吸过程有氧呼吸过程第一阶段C6H12O62丙酮酸C3H4O3酶4[H]ATP热能能量线粒体场所：细胞质基质①C6H12O6酶+4[H]+能量2C3H4O3（少量）有氧呼吸过程第一阶段小分子NAD+是电子和H+的载体通常将NADH简化为[H]，读作还原氢；是氧化型辅酶Ⅰ转化成还原型辅酶Ⅰ的过程。2.3有氧呼吸过程NAD+NADHNAD+2.3有氧呼吸有氧呼吸过程第二阶段线粒体6CO220[H]②酶6CO2+20[H]+能量2C3H4O3+6H2O（少量）2丙酮酸酶6H2OATP热能能量C3H4O3场所：线粒体基质有氧呼吸过程第三阶段线粒体6CO220[H]②C6H12O62丙酮酸酶4[H]①酶6H2OATP热能能量ATP热能能量C3H4O3酶12H2O+能量24[H]+6O2（大量）12H2O6O2酶③ATP热能大量能量场所：线粒体内膜2.3有氧呼吸过程C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量酶2.3有氧呼吸过程有氧呼吸概念：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。在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放2870kJ的能量，可使977.28kJ的能量储存在ATP中，其余的能量则以热能的形式散失掉了。请你计算一下，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？思考·讨论转化效率34％；1molATP水解释放出30.54kJ，合成也是需要吸收30.54kJ，所以约使32molADP转化为ATP，其余1892.72kJ主要以热能的形式散失掉。能量变化：有机物中稳定的化学能→热能散失+ATP中活跃的化学能热能葡萄糖CO2+H2O能量ADP＋PiATP用于各项生命活动2870kJ约40％（体温的来源）1mol葡萄糖彻底氧化分解，共释放2870kJ/mol的能量，其中一部分以热能形式散失(约60%)；另一部分转移到ATP中(977.28kJ/mol，约40%)储存，约形成32个ATP。有氧呼吸的能量转化值：可使有机物中的能量逐步转移到ATP中；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。思考·讨论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？①有氧呼吸过程温和，常温常压，多种酶的催化。②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。③释放的能量大部分以热能的形式散失，小部分储存在ATP中。有氧呼吸特点：线粒体膜上没有葡萄糖载体；线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。思考·讨论为什么线粒体不能直接氧化分解葡萄糖？原因是：含有与有氧呼吸有关的酶思考:原核生物（如蓝藻、硝化细菌等）没有线粒体，但也能进行有氧呼吸的原因及场所是?场所是：细胞质和细胞膜内表面03无氧呼吸细胞质基质无氧呼吸1.概念：细胞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。2.场所：无氧呼吸最常用物质3.1无氧呼吸过程场所：细胞质基质物质变化：产能情况：少量能量场所：细胞质基质物质变化：产能情况：无+4[H]C6H12O62C3H4O3（丙酮酸）酶第一阶段第二阶段[H]丙酮酸葡萄糖乳酸酒精+CO2少量能量酶2C3H4O3+4[H]2C3H6O3（乳酸）或酶2C3H4O3+4[H]2C2H5OH（酒精）+CO2酶的不同，决定了丙酮酸被还原的产物不同。C6H12O6酶2C3H6O3（乳酸）+少量能量例：高等动物（如肌细胞）、乳酸菌、高等植物的某些器官（马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等（马吃甜玉米））。C6H12O6酶2C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量酒精发酵例：大多数植物（如水稻根、苹果果实）、酵母菌。无氧呼吸的总反应式3.2注：微生物的无氧呼吸叫做发酵。但工业上的发酵并非完全无氧，比如醋酸发酵。乳酸发酵极少部分储存在ATP中无氧呼吸中的能量利用：无氧呼吸分解有机物不彻底，释放的能量很少。有机物中稳定的化学能大部分储存在未完全分解的有机物（酒精或乳酸）中释放少量的能量大部分以热能的形式散失(1)细胞内葡萄糖分解成丙酮酸和[H]的反应，只发生在细胞有氧时(　　)(2)人体在剧烈运动时所需的能量由乳酸分解提供(　　)(3)无氧呼吸的终产物是丙酮酸(　　)(4)无氧呼吸不需要O2的参与，该过程最终有[H]的积累(　　)××××常考基础诊断CHANGKAOJICHUZHENDUAN有氧呼吸和无氧呼吸的比较(学历案21页）呼吸方式有氧呼吸无氧呼吸不同点场所氧气参与分解程度产物能量ATP生成阶段相同点线粒体（主）和细胞质基质细胞质基质需要不需要CO2＋H2O乳酸或酒精＋CO2热能（主）＋储存在ATP中的化学能乳酸/酒精中的化学能（主）＋热能＋储存在ATP中的化学能彻底氧化分解不彻底氧化分解第一、第二、第三阶段第一阶段第一阶段完全相同，包括反应过程和反应场所反应实质相同，都能氧化分解有机物，释放能量3.3细胞呼吸意义为生物体的生命活动提供能量生物体代谢的枢纽。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。04影响呼吸作用的因素影响细胞呼吸的内因—酶的种类和数量1.1注：第一种情况是由于遗传物质不同引起的；第二、三种情况是由于基因的选择性表达引起的。1.不同生物，细胞呼吸速率不同。如：阴生植物﹤阳生植物，旱生植物﹤水生植物2.同一个体在不同发育时期，细胞呼吸速率不同。如：老年人﹤青年人，幼苗、开花期>成熟期3.同一个体的不同器官，细胞呼吸速率不同。如：肝脏细胞﹥皮肤细胞，生殖器官>营养器官是否有线粒体；酶的种类数量活性。如：蛔虫、乳酸菌只有与无氧呼吸有关的酶影响细胞呼吸的外界因素2.0呼吸速率：指单位时间内呼吸作用消耗的反应物的量或生成物的产生量。影响有氧呼吸的外界因素：C6H12O6+6H2O+6O2酶6CO2+12H2O+能量反应物自由水量氧气浓度条件温度产物水的散失CO2浓度影响细胞呼吸的外部因素：C6H12O6+6H2O+6O2酶6CO2+12H2O+能量温度温度、氧气、二氧化碳、水影响呼吸作用的环境因素水氧气二氧化碳主要1、温度：温度通过影响酶的活性来影响呼吸强度。温度呼吸速率应用：①零上低温储存蔬菜和水果；②大棚栽培作物在夜间和阴天适当降温。外部因素的影响：温度酶活性最适温度2、O2的含量：O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。O2浓度CO2的释放量无氧呼吸PCO2的释放量O2浓度有氧呼吸OP有氧呼吸饱和点（约为20%）无氧呼吸消失点（约为10%）BRACO2浓度CO2的释放量O无氧呼吸消失点P有氧呼吸无氧呼吸产生的CO2量无氧呼吸和有氧呼吸释放的CO2量相等只进行有氧呼吸的点AB=BCCO2产生量最少CO2释放总量QD无氧呼吸有机物消耗最少。只进行无氧呼吸；同时进行有氧呼吸和无氧呼吸；只进行有氧呼吸；无氧呼吸生成的CO2总量。①O2浓度＝0时，②0<O2浓度<10%时，③O2浓度≥10%时，④O2浓度＝5%时，①中耕松土促进植物根部有氧呼吸；②酿酒时先通氧气再密封；③低氧储存粮食、水果和蔬菜。应用：外部因素氧气浓度Oabc细胞呼吸有氧呼吸无氧呼吸CO2释放量R思考：氧气浓度为R，有氧呼吸与无氧呼吸的CO2释放量相等吗？消耗的葡萄糖相等吗？C6H12O6酶2C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量酶产生CO2相等时，有氧呼吸与无氧呼吸消耗葡萄糖比例为1：3。消耗葡萄糖相等时，有氧呼吸与无氧呼吸产生CO2比例为3：1。无氧呼吸：有氧呼吸：外部因素水分水作为有氧呼吸的反应物和介质影响细胞呼吸的速率。曲线分析含水量呼吸速率O在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，当含水过多时，呼吸速率减慢，甚至死亡。应用①粮食在收仓前要进行晾晒处理；②干种子萌发前进行浸泡处理。作物栽培中，合理灌溉。(1)机理：CO2是细胞呼吸的产物，对细胞呼吸具有抑制作用。(3)应用：适当增加CO2浓度(或充入N2)，有利于水果和蔬菜的保鲜，抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。(2)曲线分析：CO2浓度作为呼吸抑制剂，抑制细胞呼吸，CO2浓度越高，抑制作用越明显。CO2浓度低温低氧湿度适中细胞呼吸原理的应用05思考·讨论思考讨论以下问题，展示学习成果：为什么被锈钉扎伤或伤口很深时，需要注射破伤风疫苗，且用透气的创可贴或纱布包扎伤口？避免厌氧病原菌的繁殖避免破伤风芽胞杆菌进行无氧呼吸而大量繁殖，引起破伤风。思考·讨论思考讨论以下问题，展示学习成果：花盆里土壤板结后，需及时松土。抑制无氧呼吸产生酒精，防止植物烂根；松土增加氧气浓度，根细胞有氧呼吸增强，产生更多的能量，吸收更多的无机盐；有利于土壤中好氧微生物生长繁殖，有利于土壤有机物分解，从而有利于植物吸收利用无机盐。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。讨论：都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？通气可以给酵母菌提供呼吸作用需要的氧气，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。发酵生产葡萄酒的车间问题探讨讨论：为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？在有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放能量多，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。焖缸发酵讨论：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？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。思考·讨论思考讨论以下问题，展示学习成果：粮食入仓前常需晾晒。减少含水量，降低细胞呼吸，减少有机物的消耗。低温、低氧、干燥储存种子。思考·讨论思考讨论以下问题，展示学习成果：低温、低氧储存水果。鲜果保存时常往包装袋中冲入适量CO2（或氮气）。抑制有氧呼吸，减少有机物的消耗。适当增加CO2的浓度，抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。思考·讨论思考讨论以下问题，展示学习成果：提倡慢跑。避免因剧烈运动导致氧的不足，使肌细胞因无氧呼吸产生大量乳酸，使肌肉酸胀乏力。有氧运动是指人体细胞充分获得氧的情况下所进行的体育锻炼。人体细胞通过有氧呼吸可以获得较多的能量。相反，百米冲刺等无氧运动，是人体细胞在缺氧条件下进行的高速运动。无氧运动中，肌细胞因氧不足，要靠乳酸发酵来获取能量。因为乳酸能够刺激肌细胞周围的神经末梢，所以人会有肌肉酸胀乏力的感觉。细胞呼吸方式判断06.细胞呼吸的类型的判断“三看法”若需消耗氧气，则一定存在有氧呼吸；若产物有水，则一定存在有氧呼吸；若产物中有酒精或乳酸，则一定有无氧呼吸；若产物中有二氧化碳，则要依据物质的量的关系来讨论。细胞呼吸产物不同是由于催化反应的酶的种类不同，根本原因在于控制酶合成的基因不同。看反应物、产物.细胞呼吸的类型的判断“三看法”不消耗O2，释放CO2无CO2释放CO2释放量等于O2的吸收量CO2释放量大于O2的吸收量酒精产生量等于CO2量酒精产生量小于CO2量看物质的量的关系（呼吸底物以葡萄糖为例）只进行无氧呼吸只进行产生乳酸的无氧呼吸或细胞已死亡只进行有氧呼吸既进行有氧呼吸，又进行酒精发酵；多余的CO2来自酒精发酵只进行产生酒精的无氧呼吸既进行有氧呼吸，又进行酒精发酵；多余的CO2来自有氧呼吸注意：脂肪进行有氧呼吸时消耗O2的量≠产生CO2的量。脂肪与葡萄糖相比含H量高，因此有氧呼吸消耗O2量大于产生CO2量，同时单位质量下产生的能量也较多。酵母菌：兼性厌氧型。思考下列关于酵母菌的问题：1.消耗O2量=产生CO2量时，呼吸方式为。消耗O2量<产生CO2量时，呼吸方式为。不消耗O2，产生CO2时，呼吸方式为。2.消耗等量葡萄糖时，有氧呼吸和无氧呼吸产生CO2之比为。若产生等量的CO2，则有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖之比为。C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量(32ATP)酶C6H12O62酒精+2CO2+能量(2ATP)酶有氧呼吸无氧呼吸有氧呼吸和无氧呼吸3：11：3计算可如下分析：①若②若③若＜.细胞呼吸的类型的判断“三看法”有氧和无氧呼吸消耗葡萄糖的速率相等当CO2释放量大于O2消耗量时，细胞同时进行产生酒精的无氧呼吸和有氧呼吸两种方式，如酵母菌在不同O2浓度下的细胞呼吸。此种情况下，判断哪种呼吸方式占优势？无氧呼吸消耗葡萄糖速率大于有氧呼吸无氧呼吸消耗葡萄糖速率小于有氧呼吸.细胞呼吸的类型的判断“三看法”真核生物：有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体，无氧呼吸的场所是细胞质基质。故对真核细胞来说：有线粒体参与的是有氧呼吸，无线粒体参与的是无氧呼吸。原核生物：无线粒体，有氧呼吸和无氧呼吸都没有线粒体的参与，它们的呼吸作用发生在细胞膜和细胞质基质中。若产物中有酒精或乳酸，则一定有无氧呼吸；看反应场所细胞呼吸类型的判定1.若利用下列装置，探究某植物发芽种子的细胞呼吸类型(假设呼吸底物只有葡萄糖且不考虑外界条件的影响)装置甲中NaOH溶液的作用_______________________，红色液滴移动的距离代表____________。装置乙中红色液滴移动的距离代表__________________________。吸收细胞呼吸产生的CO2消耗O2的体积消耗O2和释放CO2的体积差值2、如果用绿色叶片作实验材料，则必须进行怎样的操作？遮光处理液滴移动法探究细胞呼吸的方式(1)探究装置：欲确认某生物的细胞呼吸方式，应设置两套实验装置，如图所示(以发芽种子为例，底物为葡萄糖)：(1)若种子进行有氧呼吸：液滴左移，左移距离可以代表该段时间内氧气的消耗量。(2)若种子进行酒精发酵：液滴不动。(3)若种子进行乳酸发酵：液滴不动。(1)若种子进行有氧呼吸：液滴不移动。(2)若种子进行酒精发酵：液滴右移，右移的距离代表该段时间内无氧呼吸释放的CO2。(3)若种子进行乳酸发酵：液滴不动。(2)实验结果与结论实验现象结论装置一液滴装置二液滴不动不动只进行产乳酸的无氧呼吸或种子已死亡不动右移只进行产生酒精的无氧呼吸左移右移进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸左移不动只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸(3)误差校正：为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置。对照装置与装置二相比，不同点是用“煮熟的种子”代替“发芽种子”，其余均相同。口诀：强碱看有氧；清水看无氧乳酸看不出；死的做对照A.通过装置1仅能探究出酵母菌是否进行有氧呼吸B.用水代替NaOH溶液设置装置2，通过装置2液滴的移动情况可以探究出酵母菌是否进行无氧呼吸C.用水代替NaOH溶液设置装置2，如果装置1中液滴左移，装置2中液滴右移，说明酵母菌既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸D.用水代替NaOH溶液设置装置2，装置2中液滴可能向左移如图是某研究性学习小组为了探究酵母菌的细胞呼吸类型而设计的实验装置(酵母菌利用葡萄糖作为能源物质)，下列有关实验装置和结果的分析，错误的是√