高一上学期生物人教版（2019）必修一5.3 细胞呼吸的原理和利用 课件（35张）

(共35张PPT)
第五章 细胞的能量供应和利用
5.3 细胞呼吸的原理和应用
？
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。
1、都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？
2、为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？
3、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？
通气可以给酵母菌提供呼吸需要的氧气，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。
在有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放的能量多，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。
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。
呼吸： 机体与环境之间O2和CO2交换的过程。
对比
呼吸和呼吸作用的区别
一、细胞呼吸的概念：
二、细胞呼吸的方式：
细胞呼吸是否都需要氧？生物在有氧和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸呢？
呼吸作用的实质是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量，因此也叫细胞呼吸。
1、实验原理：酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌
探究·实践 教材P90
探究酵母菌细胞呼吸的方式
一、细胞呼吸的方式
2、实验装置：
3、装置分析：
1：甲组和乙组是用于检测酵母细胞的什么呼吸方式？
2：质量分数为10%的NaOH的作用是什么？
甲组检测酵母细胞的有氧呼吸，乙组检测无氧呼吸
吸收空气中的CO2，排除空气中CO2的干扰。
探究·实践 教材P91
装置分析：
3：澄清石灰水的作用是什么？还有什么方法检测CO2的生成量？
检测酵母细胞呼吸产生的CO2的量（根据浑浊程度检测CO2产生的多少）
溴麝香草酚蓝水溶液也可用于检测CO2 ：蓝→变绿→再变黄（根据其变黄色时间的长短，检测CO2产生的多少）
还可以用CO2传感器来检测
探究·实践 教材P90
装置分析：
4：怎么检测是否有酒精生成，应该取哪个锥形瓶中的样品？
5：B瓶为何要封口一段时间后再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶？
酒精+酸性重铬酸钾：橙色→灰绿色
应该取A瓶和B瓶中的样品进行检测是否有酒精生成
使酵母菌消耗瓶内的氧气，造成无氧环境，确保产物是无氧呼吸的产生的
观察项目 有氧装置 无氧装置
澄清石灰水变浑浊程度
溴麝香草酚蓝水溶液颜色变化时间
酸性重铬酸钾检验情况
4、实验结果与分析
浑浊程度高
浑浊程度低
颜色变化时间短
颜色变化时间长
无颜色变化
橙色→灰绿色
5、实验结论
进行无氧呼吸，会产生少量CO2和酒精。
酵母细胞进行有氧呼吸，会产生大量CO2；
2、对比实验：
设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验叫做对比实验，也叫相互对照实验。
拓展：实验类型
1、对照实验
二、有氧呼吸
1、主要场所：
线粒体
具有内、外两层膜，内膜的某些部位向线粒体的内腔折叠形成嵴，嵴使内膜的表面积大大增加。
嵴的周围充满了液态的基质，称为线粒体基质。
线粒体的内膜上和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶。
2、有氧呼吸的化学反应式
C6H12O6 + 6H2O + 6O2
酶
6CO2 + 12H2O + 能量
外膜
内膜
嵴
基质
3、有氧呼吸的过程（三个阶段详解）
第一阶段：
①场所：
②物质变化与能量变化
细胞质基质
葡萄糖
丙酮酸+[H]+少量能量
酶
能量
热能(大部分)
能量+ADP+Pi→ATP
→
→
有机物中稳定化学能
→
→
热能
[H]和ATP中活跃化学能
H+ + NAD+ → NADH(即[H])
①场所：
②物质变化与能量变化
线粒体基质
丙酮酸+H2O
CO2+[H]+少量能量
酶
有机物中稳定化学能
→
→
热能
[H]和ATP中活跃化学能
能量
热能(大部分)
能量+ADP+Pi→ATP
→
→
H+ + NAD+ → NADH(即[H])
第二阶段：
第三阶段：
①场所：
②物质变化与能量变化
线粒体内膜
[H]+O2
H2O+大量能量
酶
[H]中活跃化学能
→
→
热能
ATP中活跃化学能
能量
热能(大部分)
能量+ADP+Pi→ATP
→
→
NADH →H+ + NAD+
有氧呼吸 场所 反应物 产物 释能
第一阶段
第二阶段
第三阶段
4、小结 有氧呼吸三个阶段的比较
细胞质基质
主要是葡萄糖
丙酮酸
[H]
少量
丙酮酸、H2O
CO2、[H]
少量
[H]、O2
H2O
大量
线粒体基质
线粒体内膜
5、与有机物体外燃烧相比的特点：
（1）有氧呼吸过程温和；
（2）有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放；
（3）释放出的能量有相当一部分储存在ATP中。
教材P93 思考·讨论
2、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？
保证有机物中的能量得到最充分的利用，主要表现在两个方面：可以使有机物中的能量逐步地转移到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。
教材P93思考·讨论
1、在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出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。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？
有氧呼吸的能量转化效率大约为34%。结合上一节所学内容，1molATP分子的高能键含有30.54KJ的能量，因此，1mol葡萄糖能够使32molADP分子转化为ATP分子。
6、有氧呼吸的定义
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。
我们在运动后常会肌肉发酸，为什么？
加入酵母后，为什么能制作酒？果酒制作的原理是？
加入乳酸菌后，牛奶为什么会变成酸奶？
泡菜制作成功后为什么是酸的，制作原理是？
均在无氧条件下，细胞进行了无氧呼吸，产生了酒精 或者 乳酸。
H2O →[H] →H2O
O2 →H2O
C6H12O6 →丙酮酸→CO2
丙酮酸→[H] →H2O
[H] →H2O
C6H12O6
C：
H：
O：
7、有氧呼吸过程中的C、H、O的来龙去脉：
C6H12O6 →丙酮酸
H2O
CO2
三、无氧呼吸
1、场所：
细胞质基质
（2）第二阶段
（1）第一阶段
与有氧呼吸第一阶段完全相同
2丙酮酸+4[H]
2CO2+2酒精（C2H5OH）
酶
2丙酮酸+4[H]
2乳酸（C3H6O3）
酶
葡萄糖
丙酮酸+[H]+少量能量
酶
实例：大多数植物、酵母菌等。
实例：乳酸菌、高等动物、马铃薯块茎、甜菜块根等。
细胞质基质
2、过程：
3、无氧呼吸的化学反应式
（1）高等植物（水稻、苹果等）的无氧呼吸：
C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量
酶
（2）高等动物和人的无氧呼吸：
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+少量能量
酶
4、无氧呼吸概念：
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，就是无氧呼吸。
酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫发酵（酒精发酵或乳酸发酵）。
四、有氧呼吸与无氧呼吸的比较
有氧呼吸
无氧呼吸
不同点
相同点
场所
条件
产物
能量变化
联系
实质
细胞质基质、线粒体
细胞质基质
需氧、酶、适宜温度
不需氧、需酶、适宜温度
CO2、H2O
酒精和CO2 或 乳酸
释放大量能量
释放少量能量
分解有机物，释放能量，合成ATP
反应的第一阶段完全相同
大部分能量储存在乳酸或酒精中
五、细胞呼吸的概念和意义
（1）为生物体提供能量
（2）生物体代谢的枢纽
O　　　　　　　 NH2
　　 ‖　　　　　　　 ▕
CH3—C—COOH→CH3—CH—COOH
例：丙酮酸
丙氨酸
细胞呼吸
能
量
热能
散失
能量
转移
ATP
ADP
Pi
能
量
细胞分裂
生长发育
主动运输
肌肉收缩
神经冲动的传导
C6H12O6
CO2＋H2O
1、概念：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。
2、细胞呼吸的意义
六、影响细胞呼吸的因素
1、温度：
应用：贮存水果时，适当降低温度，可降低与细胞呼吸有关酶的活性，而延长保存时间。
温度通过影响呼吸作用相关酶的活性来影响呼吸作用
植物呼吸作用最适温度在25-30℃
2、O2浓度：
（1）对有氧呼吸：
O2是有氧呼吸所必需的，但O2会抑制无氧呼吸。
（2）对无氧呼吸：
限制因素：酶活性和数量
曲线分析：随着O2浓度升高，有氧呼吸速率增加；但O2浓度升高到一定程度后，受到酶活性和数量限制，有氧呼吸速率不再变化。
曲线分析：随着O2浓度升高，无氧呼吸速率不断下降，最终下降为零。
②图中点的含义
Q点：
P点及以后：
C点：
R点：
B点：
.
①图中各段的含义：
区段QRP: 区段OBP :
面积OQP:
只进行无氧呼吸
只进行有氧呼吸
既进行有氧呼吸；
又进行无氧呼吸
CO2生成量最少
CO2生成量（有氧=无氧）
CO2总生成量
O2吸收量（即有氧呼吸CO2生成量）
无氧呼吸CO2生成量
（3）对既有有氧呼吸又有无氧呼吸的：
3、水分：
4、CO2：CO2为呼吸作用产物，会抑制呼吸作用。
在一定范围内，自由水含量越多，代谢越旺盛，细胞呼吸越强。
但是水含量过多的时候，导致无氧呼吸。
应用：适当灌溉；促进呼吸作用，又要防止无氧呼吸产生酒精导致根腐烂。
应用：增加CO2浓度，降低O2浓度有良好的保鲜效果。
氧气浓度增加，无氧呼吸受抑制
P
＝
4.
.
R
此时有氧呼吸较弱，无氧呼吸受抑制，有机物的消耗最少
一样多
1/3　
所绘曲线应能表现下降趋势，并经过Q、B以及P点在X轴上的投影点。如图(虚线)所示：
.
七、细胞呼吸原理的应用
选用“创可贴”等敷料包扎伤口，既为伤口敷上了药物，又为伤口创造了疏松透气的环境、避免厌氧病原菌的繁殖，从而有利于伤口的痊愈。
酵母菌是兼性厌氧微生物。酵母菌在适宜的通气、温度和pH等条件下，进行有氧呼吸并大量繁殖；在无氧条件下则进行酒精发酵。
对于板结的土壤及时松土透气，可以促进根细胞有氧呼吸，有利于根系的生长和对无机盐的吸收。此外还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，促使这些微生物对有机物的分解，从而有利于植物对无机盐的吸收。
物质的储存：（1）储存粮食：适宜的低温，低氧，干燥（水分很少）；（2）储存水果、蔬菜：适宜的低温，低氧，适宜的湿度。
较深的伤口里缺少氧气，破伤风芽孢杆菌适合在这种环境中生存并大量繁殖。所以，伤口较深或被锈钉扎伤后，患者应及时请医生处理。
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。
教材P95思考·讨论
2.生活和生产中还有哪些应用细胞呼吸原理的实例？试再举一两例加以说明。
（1）清晨给鱼塘增氧
（2）提倡晚跑、慢跑
（3）鲶鱼效应
经过一晚上水生生物呼吸作用，消耗水体溶解氧；清晨增氧供鱼有氧呼吸。
经过白天植物光合作用，制造氧气，傍晚氧气含量最高，慢跑进行有氧呼吸
水中沙丁鱼的大量运动，增加水体溶解氧，供沙丁鱼呼吸作用
（4）酸奶泡菜制作
乳酸菌进行无氧呼吸，产生乳酸。
二、拓展应用
1、松土透气可以使根细胞进行充分的有氧呼吸，从而有利于根系的生长和对无机盐的吸收，促进作物生长，吸收更多的CO2，缓解全球气候变暖现象；增强根系的水土保持能力；避免根细胞由于无氧呼吸产生酒精对根系造成的伤害。此外，松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，促使这些微生物对土壤有机物的分解，为植物生长提供更多的CO2，也有可能导致局部大气CO2浓度上升。松土不当，可能伤害植物根系；要根据不同植物、植物不同的生长阶段等，采取不同的松土方法。
课后练习P96
二、拓展应用
2、有氧呼吸第一阶段与无氧呼吸第一阶段完全相同，都不需要氧气，都与线粒体无关。联想到地球的早期以及原核细胞的结构，可以大胆作出这样的推测：在生物进化史上先出现无氧呼吸，而后才出现有氧呼吸。继而推测，地球早期的单细胞生物只进行无氧呼吸。体内骨骼肌细胞保留进行无氧呼吸的能力，可以理解为漫长的生物进化史在人类身上留下的印记，同时也可以理解为人体在进行长跑等剧烈运动时，在供氧不足的情况下，骨骼肌细胞保留一定的无氧呼吸来供能，有一定的适应意义。
课后练习P96