(共58张PPT)
第3节
细胞呼吸——能量的转化和利用
随着生活水平的提高，人们越来越注重身体健康，有氧运动成了人们的首选。
人体通过什么活动吸入氧气？
细胞内
+
糖
类
+
水
O2
O2
肺的通气
（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
能
量
+
CO2
细胞呼吸
（呼吸本质）
呼吸
说明生物通过细胞呼吸将储存在有机物分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量
1.线粒体结构与细胞呼吸的关系。（生命观念）
2.分析有氧呼吸的三个阶段，及无氧呼吸与有氧呼吸的异同，理解细胞呼吸的实质。（科学思维）
3.根据实验目的，设计探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置，实施方案，观察实验结果，得出正确结论。（科学探究）
体会课堂探究的乐趣，
汲取新知识的营养，
让我们一起
吧！
进
走
课
堂
1．细胞呼吸
(1)概念：细胞呼吸主要是指____、____和______等有机物在______内氧化分解为________________，同时__________并生成______的过程。
(2)特点：细胞呼吸是连续的代谢过程，由一系列________组成，其中每一步生化反应的顺利完成都需要________参与。
(3)类型：生物细胞呼吸包括细胞________和________两类。
一、细胞有氧呼吸是大多数生物获取能量的主要途径
糖类
脂质
蛋白质
活细胞
CO2或其他物质
释放出能量
ATP
生化反应
特定的酶
有氧呼吸
无氧呼吸
细胞呼吸方式
有氧呼吸
无氧呼吸
细胞呼吸与日常生活中所说的呼吸有什么不同？
呼吸：机体与环境之间O2和CO2交换的过程
？
通过细胞呼吸与呼吸运动对比，提出问题，体现了科学探究的核心素养。
2．有氧呼吸
(1)概念：细胞有氧呼吸是指在__的参与下，细胞内的______彻
底氧化分解产生____________，同时释放能量，生成__________的
过程。细胞有氧呼吸主要发生在______内。
①第一阶段：
a.场所：___________
b.是否需要氧参与：_____________
c.生化反应：1mol葡萄糖分解形成2mol_______，同时产生_______
和少量能量。这一阶段又被称为糖酵解过程。
氧
有机物
二氧化碳和水
大量ATP
线粒体
线粒体基质
不需要氧参与
丙酮酸
少量[H]
②第二阶段：
a．场所：__________
b．是否需要氧参与：________________
c．生化反应：丙酮酸在______的催化下，先转化成__________，再形成______，______进一步分解。上述过程生成______，同时产生__________并释放________。部分__也参与了这一阶段的反应。
d．重要性：这一阶段把____、______和____等物质代谢联系起来，也是________的枢纽。
线粒体基质
不需要氧直接参与
多种酶
乙酰辅酶A
柠檬酸
柠檬酸
CO2
大量[H]
少量能量
水
糖类
蛋白质
脂肪
能量代谢
③第三阶段：
a．场所：__________
b．是否需要氧参与：____
c．生化反应：24[H]＋6O2
12H2O＋大量能量
线粒体内膜
需要
多种酶
(3)以葡萄糖为底物，细胞有氧呼吸的总反应式：
___________________________________________________。
(4)意义：细胞________是大多数生物特别是人和高等动植物获取能量的主要途径。
有氧呼吸
C6H12O6＋6H2O＋6O2
6CO2＋12H2O＋能量
酶
有氧呼吸过程
C6H12O6+6H2O+6O2
酶
6CO2+12H2O+能量
总反应式
1、有氧呼吸产生CO2中C元素、O元素分别来源于哪里?
2、有氧呼吸产生H2O中H元素、O元素分别来源于哪里?
3、线粒体能否直接利用葡萄糖，为什么？
4、有氧呼吸哪个阶段产生能量？哪个阶段产能最多？反应式中能量能否写成ATP？
？
结合实验分析有氧呼吸的化学式，提出问题，体现了科学探究的核心素养。
1.结合线粒体的结构模式图，试从以下两个角度分析线粒体与有氧呼吸相适应的特点：
（1）从膜结构上分析。
内膜向内腔折叠形成嵴，使内膜表面积大大增加，增大了有氧呼吸酶的附着面积，为能量的释放提供了足够的空间。
（2）从有氧呼吸所需酶上分析。
内膜和基质中含有大量与有氧呼吸有关的酶，从而保证有氧呼吸的顺利进行。
C6H12O6
+
6O2
+
6H2O
6CO2
+
12H2O
+
能量
酶
化学反应式：
2.依据各个阶段的反应物和产物，写出有氧呼吸的反应方程式，并标出O原子的转移过程。
【易错提醒】
1.有氧呼吸反应式中的能量不能写成ATP，因为葡萄糖中的能量只有一部分储存在ATP中。
2.反应式前后的H2O不能去掉，因为反应过程中，在第二阶段消耗水，而第三阶段生成水。
3.反应式中间不能用等号，要用箭头。
4.反应条件“酶”不能省去。
对有氧呼吸反应式进行归纳与概括，体现了科学思维的核心素养。
有氧呼吸三个阶段需注意的四个问题
(1)三个阶段所需酶不同。
(2)CO2的产生是在第二阶段，H2O的产生在第三阶段。
(3)H2O的消耗在第二阶段，O2的消耗仅发生在第三阶段。
(4)三个阶段都有能量释放，第三阶段释放能量最多。
【归纳提升】
对有氧呼吸反应式中的注意事项进行梳理总结，体现了科学思维的核心素养。
思考总结：
(1)产生CO2的阶段＿＿＿＿＿＿＿＿
(2)产生H2O的阶段＿＿＿＿＿＿＿＿
(3)氧气参与的阶段＿＿＿＿＿＿＿＿
(4)产生ATP的阶段
＿＿＿＿＿＿＿＿
(5)产生ATP最多的阶段＿＿＿＿＿＿
(6)产生[H]的阶段＿＿＿＿＿＿＿＿
(7)消耗[H]的阶段___＿＿＿＿_____
第二阶段
第三阶段
第三阶段
每个阶段
第三阶段
第一、二阶段
第三阶段
对有氧呼吸过程进行分析归纳，体现了科学思维的核心素养。
【例1】有氧呼吸全过程的物质变化可分三个阶段：C6H12O6→丙酮酸+[H]；丙酮酸→CO2+[H]；[H]+O2→H2O，有关以上叙述正确的是（
）
A.?第③阶段反应极易进行，无需酶的催化
B.?第②阶段无ATP生成，第③阶段形成较多的ATP
C.?第①②阶段能为其他化合物的合成提供原料
D.?第①阶段与无氧呼吸的第①阶段不同
C
③是有氧呼吸的第三阶段，该阶段需要酶的催化，A错误；②是有氧呼吸的第二阶段，有ATP的生成，B错误；第一阶段和第二阶段的产物可以为其他化合物的合成提供原料，C正确；①是糖酵解阶段，该阶段有氧呼吸与无氧呼吸相同，D错误。
苹果储存久了，会
有什么气味散发出来？
剧烈运动后上肢和下肢骨骼肌往往会产生什么感觉？
？
？
对生活中的生物学现象，进行观察并提出问题，体现了科学探究的核心素养。
1．概念：在__________的条件下，细胞通过__的催化作用，把葡萄糖等______分解为____(C2H5OH)和CO2或分解为____(C3H6O3)等物质，同时释放____能量的过程，被称为无氧呼吸。
2．场所：__________。
二、细胞无氧呼吸也为生命活动提供能量
无氧或缺氧
酶
有机物
乙醇
乳酸
较少
细胞质基质
1.无氧呼吸过程：
第一阶段
第二阶段
场所
反应物
生成物
产生ATP数量
是否需氧
细胞质基质
细胞质基质
葡萄糖
丙酮酸和[H]
少量
否
丙酮酸
酒精+CO2
无
否
乳酸
阅读教材，完成下面表格
2.无氧呼吸的类型
产生酒精
产生乳酸
高等动物和人体；高等植物的某些器官(马铃薯块茎、甜菜块根)；乳酸菌等微生物
高等植物；
酵母菌等微生物
近69%的能量都以热能的形式散失掉。
1mol葡萄
糖分解为乳酸释放能量196.65kJ
有61.08kJ转移至ATP中，
能量转换效率约为31％。
3.无氧呼吸过程产生的能量
同样是分解葡萄糖，为何无氧呼吸只能释放少量能量？
无氧呼吸中葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中
植物和酵母菌等生物无氧呼吸反应式：
高等动物和人体，高等植物的某些器官(马铃薯块茎、甜菜块根)，乳酸菌等微生物无氧呼吸反应式：
C6H12O6→2C3H6O3(乳酸)+少量能量
酶
C6H12O6→2C2H5OH(酒精)+2CO2+少量能量
酶
【归纳提升】
1.无氧呼吸只在第一阶段释放出少量能量，生成少量ATP。无氧呼吸释放的能量少，是因为无氧呼吸过程中有机物分解不彻底，还有大量的能量储存在不彻底的氧化产物酒精或乳酸中。
2.酶的不同决定了丙酮酸还原产物的不同：大多数植物细胞无氧呼吸的产物是酒精和CO2，但是玉米的胚、马铃薯块茎和甜菜块根等细胞的无氧呼吸却产生乳酸，人体细胞、动物细胞及乳酸菌等无氧呼吸的产物是乳酸。
有氧呼吸与无氧呼吸的比较
?
有氧呼吸
无氧呼吸
不
同
点
反应条件
需要O2、相关酶等
不需要O2、需要相关酶等
反应场所
第一阶段发生在细胞质基质，第二阶段发生在线粒体基质，第三阶段发生在线粒体内膜
第一、二阶段均发生在细胞质基质
产物
CO2、H2O
乙醇和CO2或乳酸
能量转化
有机物中稳定的化学能→ATP中活跃的化学能和热能
有机物中稳定的化学能→ATP中活跃的化学能、热能、不完全氧化分解的产物乙醇或乳酸中的化学能
特点
有机物彻底氧化分解，释放大量能量
有机物不完全氧化分解，释放少量能量
相
同
点
实质
有机物氧化分解，释放能量，合成ATP的过程
意义
①细胞呼吸为生物体的生命活动提供能量来源；②产生中间代谢产物为体内其他化合物的合成提供原料；③维持恒温动物的体温
联系
有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段完全相同
【例2】（2020年全国卷Ⅰ）种子贮藏中需要控制呼吸作用以减少有机物的消耗。若作物种子呼吸作用所利用的物质是淀粉分解产生的葡萄糖，下列关于种子呼吸作用的叙述，错误的是（
）
A．若产生的CO2与乙醇的分子数相等，则细胞只进行无氧呼吸
B．若细胞只进行有氧呼吸，则吸收O2的分子数与释放CO2的相等
C．若细胞只进行无氧呼吸且产物是乳酸，则无O2吸收也无CO2释放
D．若细胞同时进行有氧和无氧呼吸，则吸收O2的分子数比释放CO2的多
D
细胞同时进行有氧和无氧呼吸，若无氧呼吸产生酒精，则吸收的氧气量小于二氧化碳的生成量。若无氧呼吸产生乳酸，则吸收氧气的量等于释放的二氧化碳的量。
3．探究酵母菌细胞呼吸的方式
(1)酵母菌细胞呼吸的方式
酵母菌
代谢类型
细胞呼吸方式
生物，在有氧和无氧条件下都能够
。
兼性厌氧
生存
有氧呼吸
无氧呼吸
酵母菌是一种单细胞真菌，是真核生物，属于兼性厌氧型生物。
(2)呼吸产物的检测
检测产物
试剂
现象
CO2
澄清石灰水
石灰水变____
CO2
________________
由蓝色变为______
酒精
酸性条件下的________溶液
橙色变____
混浊
溴麝香草酚蓝溶液
黄绿色
重铬酸钾
绿色
(3)实验结论
①酵母菌在__________条件下都能进行细胞呼吸。
②产物
有氧条件：大量的________和______
无氧条件：产生____，还产生少量的________
有氧和无氧
二氧化碳
水
酒精
二氧化碳
4．以葡萄糖为底物，则细胞无氧呼吸反应式
(1)______________________________________________。
(2)____________________________________。
5．意义：在____的条件下为生物供能。
缺氧
设计实验
提出问题
进行实验
验证假设、形成结论
作出假设
（一）提出问题
1.酵母菌在有氧还是无氧条件下进行细胞呼吸？
2.酵母菌在上述条件下细胞呼吸的产物是什么？
？
针对特定的生物学现象，进行提问，体现了科学探究的核心素养。
发面过程中，酵母菌在有氧或无氧的条件下进行呼吸作用产生CO2。
联系生活实际，尝试作出你的假设：
发面前
发面后
酵母菌密封发酵过程中无氧条件进行呼吸作用产生酒精。
联系生活实际，尝试作出你的假设：
（二）作出假设
1.酵母菌在有氧和无氧条件下均可进行细胞呼吸。
2.酵母菌在有氧条件下产生CO2和H2O，在无氧条件下产生酒精和CO2。有氧条件下细胞呼吸产生的CO2比无氧条件下多。
1.实验思路
2.分析变量
自变量:
因变量:
无关变量:
细胞呼吸的条件
细胞呼吸的产物
有氧
无氧
影响实验结果的可变因素
酒精、CO2
分别给酵母菌提供有氧和无氧的条件，一段时间后检测其产物是否含酒精或二氧化碳
（三）设计实验
有氧和无氧
鉴定酒精产生的方法
鉴定CO2产生的方法
比较CO2多少的方法
保证酵母菌在整个实验过程中正常生活的条件
——通气或密封瓶口放置一段时间
——酸性条件下酒精与重铬酸钾溶液进行反应
——通入石灰水或溴麝香草酚蓝溶液
——石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝溶液颜色变化时间
——葡萄糖溶液的量和浓度、温度、pH等
自变量
因变量
无关变量
3.探讨将葡萄糖溶液先煮沸再冷却后加入锥形瓶的原因？
（1）加热煮沸的原因。
①杀死溶液中的其他微生物，排除影响；
②排出溶液中的CO2。
（2）冷却的原因。
防止溶液温度过高将酵母菌杀死。
4.在有氧条件的装置中，质量分数为10%的NaOH溶液的作用是什么？
提示：使进入A瓶的空气先经过NaOH溶液处理，排除空气中CO2对实验结果的干扰。
？
？
对实验现象进行观察，并提出问题，体现了科学探究的核心素养。
5.观看探究酵母菌呼吸方式的视频完成下面的表格:
有氧条件
无氧条件
通入澄清石灰水
混浊程度＿
混浊程度＿
通入溴麝香草酚蓝溶液
变黄时间＿
变黄时间＿
加入酸性重铬酸钾溶液
＿＿＿＿＿
＿＿＿＿＿
不变色
绿色
高
短
低
长
6.确定酵母菌的细胞呼吸方式的指标是CO2还是酒精？试分析原因。
提示：酒精。有氧呼吸和无氧呼吸都产生CO2
，
只有无氧呼吸才能产生酒精。
？
对实验现象进行观察分析，并提出问题，体现了科学探究的核心素养。
实验结论：
3.在无氧条件下酵母菌通过细胞呼吸产生酒精和少量CO2。
1.酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。
2.在有氧条件下酵母菌通过细胞呼吸产生大量CO2。
日常生活中做馒头、酿酒都要使用酵母菌，它们分别应用了酵母菌的哪种呼吸方式呢？
？
对生活中的生物学现象进行观察，并提出问题，体现了科学探究的核心素养。
【易错提醒】
1.配制酵母菌培养液时，必须将煮沸的葡萄糖溶液冷却到常温，才可以加入酵母菌。否则，高温会杀死酵母菌。
2.探究有氧呼吸装置：让空气间歇性的依次通过3个锥形瓶，在通入A瓶之前先用氢氧化钠溶液处理，这样既能保证O2的供应，又能排除空气中的二氧化碳对实验结果的干扰。
3.探究无氧呼吸装置：锥形瓶封口放置一段时间后，再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶，其目的是先让酵母菌将瓶中的氧气消耗完，确保通入澄清石灰水中的二氧化碳来自无氧呼吸。
对实验中的注意事项进行归纳与概括，体现了科学思维的核心素养。
根据液滴移动的方向判断细胞呼吸方式的实验装置
【素养提升】
(1)装置分析：酵母菌在进行细胞呼吸时既有气体的产生又有气体的消耗，而气体量的变化会引起广口瓶中的压强变化，根据红色液滴的移动方向可判断细胞呼吸方式。
①装置甲中小烧杯加入NaOH溶液，目的是吸收细胞呼吸产生的CO2，所以装置甲液滴移动的距离代表O2的消耗量。
②装置乙中清水不能吸收O2也不能吸收CO2，则装置乙中液滴移动的距离代表CO2产生量与O2消耗量的差值。
实验过程分析：呼吸底物以葡萄糖为例，①根据反应式C6H12O6＋6O2＋6H2O
酶
6CO2＋12H2O，可知进行有氧呼吸时气体体积不变；②根据反应式C6H12O6
酶
2C2H5OH＋2CO2可知，进行无氧呼吸时气体体积增加。
(2)实验现象及结果分析
装置甲
装置乙
实验结果
红色液滴左移
红色液滴不移动
酵母菌只进行有氧呼吸
红色液滴不移动
红色液滴右移
酵母菌只进行无氧呼吸
红色液滴左移
红色液滴右移
酵母菌既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸
【例3】检测酵母菌细胞呼吸的产物，下列描述正确的是( )
A．如果产生的气体使澄清的石灰水变混浊，则酵母菌只进行有氧呼吸
B．如果产生的气体使溴麝香草酚蓝水溶液变黄色，则酵母菌只进行无氧呼吸
C．无论进行有氧呼吸还是无氧呼吸，酵母菌都能产生二氧化碳
D．酵母菌发酵时不产生气体，但其发酵液能使重铬酸钾变绿色
澄清的石灰水用于检测二氧化碳，酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生二氧化碳，因此产生的气体使澄清的石灰水变混浊，不能说明酵母菌只进行有氧呼吸；溴麝香草酚蓝水溶液也用于检测二氧化碳，因此产生的气体使溴麝香草酚蓝水溶液变黄色，不能说明酵母菌只进行无氧呼吸。
C
1．细胞呼吸是维持生物体生命活动的________。
2．细胞呼吸释放的能量，一部分以__的形式散失，一部分主要储存在______中，供给生物体的____________。
3．ATP为细胞的生命活动提供了____。
4．生物体的________，一些生物的____、发光现象，物质的________，细胞的____和生长等，都需要消耗______所提供的能量。
三、细胞呼吸产生能量的利用
基本保证
热
ATP
各种生命活动
动力
各种运动
放电
主动运输
分裂
ATP
细胞呼吸
有氧呼吸
无氧呼吸
乳酸
酒精和CO2
高等植物及酵母菌等微生物
高等动物和人体,高等植物的某些器官(马铃薯块茎、甜菜块根),乳酸菌等微生物
C6H12O6
+
6O2
+
6H2O
6CO2
+
12H2O
+
能量
酶
探究酵母菌细胞呼吸的方式
有氧呼吸
无氧呼吸
实验装置
产物检测
1.如图为线粒体的结构示意图，其中不可能发生的反应是（
）
A．②处产生[H]和CO2
B．①、②、③三处都产生ATP
C．②处消耗丙酮酸
D．③处发生[H]与O2的结合反应
B
图示中①为线粒体外膜和内膜间的空隙，②为线粒体基质，③为线粒体的内膜。丙酮酸和H2O反应产生CO2和[H]发生在线粒体基质中；线粒体中产生ATP的部位是线粒体基质和内膜；[H]与O2结合发生在有氧呼吸的第三阶段，发生场所是线粒体内膜③。
2.水稻根尖细胞呼吸过程中，若单位时间内CO2释放量与O2吸收量的比值大于1，其原因是( )
A．出现了无氧呼吸
B．分解了脂肪
C．无氧呼吸强度大于有氧呼吸
D．有氧呼吸强度大于无氧呼吸
A
水稻有氧呼吸过程中CO2释放量与O2吸收量相等，无氧呼吸过程中不吸收O2，只放出CO2。当CO2释放量与O2吸收量比值大于1时，表明同时进行有氧呼吸和无氧呼吸；由于脂肪的碳氢比例比较高，其氧化分解时CO2的释放量小于O2的吸收量，故若呼吸作用分解的底物中含有脂肪，则会出现单位时间内CO2释放量与O2吸收量比值小于1的现象，与题干不符。
3.用含18O的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的氧原子，18O转移的途径是( )
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→二氧化碳
D
根据有氧呼吸第一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸和【H】，含18O
的葡萄糖中的18O
到了丙酮酸中；再根据第二阶段是丙酮酸和水反应生成二氧化碳和【H】，含18O
的丙酮酸中的18O
到了二氧化碳中，即18O
转移的途径是：葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳。
4.
(多选)在一定条件下，某同学利用葡萄糖溶液培养酵母菌并探究酵母菌细胞呼吸的方式。在该实验中不会出现的现象是( )
A．只有在无氧条件下酵母菌才能进行增殖并代谢产生CO2
B．酒精与重铬酸钾溶液在酸性条件下混合后，溶液出现绿色
C．CO2使溴麝香草酚蓝溶液由黄绿色变为蓝色
D．用葡萄糖溶液培养酵母菌时，培养液的温度发生变化
AC
酵母菌属于兼性厌氧生物，在有氧和无氧条件下，酵母菌都能进行增殖，A错误；酵母菌无氧呼吸产生的酒精在酸性条件下能与重铬酸钾溶液反应使其变成绿色，B正确；酵母菌细胞呼吸产生的CO2使溴麝香草酚蓝溶液由蓝色变为黄绿色，C错误；用葡萄糖溶液培养酵母菌时，酵母菌能进行有氧呼吸和无氧呼吸，都能释放出能量，使培养液的温度发生变化，D正确。
5．生物体内葡萄糖分解代谢过程的图解如下：据图回答下列问题：
（1）图中的A是
。
（2）反应①②③④中，可在人体细胞中进行的是
。
（3）粮食储藏过程中有时会发生粮堆湿度增大现象，这是因为
。
（4）利用酵母菌酿酒，无氧条件下，在酵母菌体内进行的是图中
过程。
（5）细胞呼吸释放出来的能量，一部分转变为热能而散失，另一部分储存在
中，用于生物体的各项生命活动。
本题考查了有氧呼吸和无氧呼吸过程，对于细胞有氧呼吸与无氧呼吸过程的掌握、把握知识点间的内在联系是解题的关键。
丙酮酸
①②④
种子在有氧呼吸过程中产生了水
③
ATP
6.为了探究酵母菌的细胞呼吸类型，按装置1图示装配实验材料和用具，若想得到科学
的实验结论，还必须设计装置2。下列相关叙述不正确的是( )
A.装置2中甲是等量的酵母菌培养液，乙是等量的蒸馏水
B.若装置1和2中红色液滴的移动方向相反，
则酵母菌同时进行有氧呼吸和无氧呼吸
C.若装置1中红色液滴左移，则细胞质基质
和线粒体基质都能产生[H]和ATP
D.降低实验温度，装置中红色液滴移动变慢是由于酵母菌内相关化学反应的活化能降低
装置1中向左移动，表示进行有氧呼吸，若不动，说明只进行无氧呼吸，那么装置2中甲可代表等量的酵母菌培养液，乙可代表等量的蒸馏水，A选项正确；分析装置2，若向右移动，表示进行无氧呼吸，若不动，说明只进行有氧呼吸，可见，装置1和装置2中移动方向相反，则同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，B选项正确；若装置1中左移，说明进行有氧呼吸，而有氧呼吸的第一和第二阶段均有[H]和ATP产生，其中第一和第二阶段的对应场所分别为细胞质基质和线粒体基质，C选项正确；低温会导致呼吸速率变慢的原理是低温导致呼吸酶活性降低，反应速率减慢，D选项错误。
D
