5.3细胞呼吸的原理及应用课件2021-2022学年高一上学期生物人教版必修1（71张PPT）

(共71张PPT)
第五章细胞的能量供应和利用
细胞呼吸的原理和应用
第三节
1. 描述线粒体适于进行有氧呼吸的结构。
2. 说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同，阐明细
胞呼吸的实质。
3. 探讨细胞呼吸在生产和生活中的应用。
4. 进行酵母菌细胞呼吸方式的探究。
学习目标
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，需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
1、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需要的氧气，有利于酵母菌进行繁殖；
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。
讨 论
2、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的能量多，这些能量可以为酵母菌细胞进行物质代谢和繁殖提供充足的动力。
讨 论
3、在密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精，对他自身有什么意义？
在密封发酵时，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。
细胞呼吸是否一定需要氧呢？
细胞呼吸的方式有哪些？
酵母菌是一类单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，是一种兼性厌氧菌。
因此，酵母菌适合用来研究细胞呼吸的不同方式。
实验材料：
酵母菌
探究 实践：探究酵母菌细胞呼吸的方式
思考：酵母菌有什么用处呢？
做馒头、面包，酿酒等，都是利用了酵母菌的呼吸作用。
探究过程
提出问题
1、酵母菌在有氧条件下生成什么？
2、酵母菌在无氧条件下生成什么？
作出假设
酵母菌在无氧条件下会产生酒精，在有氧条件下会产生CO2
设计实验
材料：酵母菌
用具：
方法步骤：
设计实验的思路
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。
②.检测CO2的产生：
溴麝香草酚蓝溶液
（浑浊程度）
（蓝→绿→黄的时间）
通入澄清石灰水
呼吸装置：
有氧装置
无氧装置
酵母菌培养液
澄清的石灰水
有氧装置
吸收空气中的CO2，排除空气中的CO2 对实验结果的干扰。
检测CO2的产生。
通入空气，以保证O2的充分供应。
是否完美？
有氧呼吸装置改进
质量分数为10%的NaOH溶液
酵母菌培养液
澄清的石灰水
接橡皮泵
澄清的石灰水
以检测进入酵母菌培养液中的气体CO2是否除尽。
目的是使酵母菌先将瓶中的O2 消耗完，确保通入澄清石灰水中的CO2是酵母菌无氧呼吸产生的。
B 瓶应封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶。
无氧装置
酵母菌培养液
澄清的石灰水
③.检测酒精的产生：
橙色的重铬酸钾（K2Cr2O7)在浓硫酸酸化条件下，与乙醇反应变成灰绿色
葡萄糖也能与酸性重铬酸钾发生颜色变化，因此，应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。
注意：
橙色
→
灰绿色
条件 澄清石灰水/出现的时间 酸性重铬酸钾
有氧
无氧
变混浊／快
不变灰绿色
变混浊／慢
出现灰绿色
实验现象
初 始
相同时间后
有氧
无氧
澄清石灰水
实验结论
细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。
酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。
在有氧条件下产生大量CO2和水，无氧条件下产生酒精和少量CO2。
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。
特点：这些实验组的结果都是事先未知的。
图是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置。正确的是（ ）
A.两个装置均需要在黑暗条件下同时进行
B.在装置乙Ⅲ处取液体检测是否有酒精生成
C.装置甲中NaOH的作用是吸收Ⅰ处的CO2
D.应让装置乙中Ⅱ先放置一会儿再与Ⅲ连接
√
图为探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置。正确的是（）
A.实验自变量为温度
B.实验因变量为CO2的多少
C.空气泵泵入的气体应先除去O2
D.乙、丙两试管加入干酵母后应煮沸冷却除去CO2
√
细胞质基质：进行有氧呼吸第一阶段
线粒体（主要）：进行有氧呼吸第二、三阶段
有氧呼吸
1.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CO2和水，释放能量，生成大量ATP的过程。
2.场所：
有氧呼吸最常用物质
线粒体
2丙酮酸
（C3H4O3）
细胞质基质
线粒体
基 质
线粒体内膜
C6H12O6
主动
运输
C6H12O6
酶
少量
能量
4[H]
2丙酮酸
6H2O
酶
20[H]
6CO2
少量
能量
6O2
[H]与O2结合
12H2O
大量
能量
3.过程：
4.有氧呼吸反应式：
第一阶段:
第二阶段:
第三阶段:
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
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
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
总反应式：
思考：以上反应式中的能量能否写成ATP ？
大部分以热能的形式散失
少量储存在ATP中。
不能
思考：用18O2培养酵母菌，最先在哪个物质中检测到18O？
一段时间后，在CO2中检测到了用18O，18O是怎样从18O2到CO2的？
H2O
H218O
有氧Ⅲ
有氧Ⅱ
18O2
C18O2
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这些能量，有相当一部分储存在ATP中。
5.与有机物在体外燃烧相比，有氧呼吸具有不
同的特点：
有氧呼吸和有机物体外燃烧的本质是一致的，都是有机物氧化分解释放能量的过程。
6.有氧呼吸的能量利用特点：
转化为ATP的ADP 为：977.28/30.54≈32mol
1、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？
转化效率大约是：977.28/2870≈34.05%
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？
②能量能够缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。
①可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中；
思考:葡萄糖为什么必须分解成丙酮酸后，才能进行有氧呼吸的第二、三阶段
线粒体膜上不含运输葡萄糖的载体蛋白，葡萄糖不能进入线粒体。
（或：线粒体中没有催化葡萄糖分解的酶）
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
(1)有线粒体的真核细胞(生物)一定能进行有氧呼吸，无氧条件下也可进行无氧呼吸。
线粒体和细胞呼吸的关系
(2)无线粒体的真核细胞(生物)只能进行无氧呼吸，如哺乳动物成熟的红细胞和蛔虫等。
(3)无线粒体的原核生物，有些也能进行有氧呼吸，如蓝藻、硝化细菌等，原核生物的有氧呼吸发生在细胞质和细胞膜上。
(1)有氧呼吸时，生成物H2O中的氢只来自线粒体
中丙酮酸的分解(　　)
(2)有氧呼吸第二、三阶段都能产生大量ATP(　)
(3)有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合
生成水(　　)
(4)有氧呼吸产生的能量全部储存在ATP中(　　)
常考基础诊断
CHANG KAO JI CHU ZHEN DUAN
×
×
×
×
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.无氧呼吸过程：
第一阶段:
细胞质基质
第二阶段:
细胞质基质
C6H12O6→2C3H4O3＋4[H]＋少量能量
酶
2C3H4O3＋4[H]→2C2H5OH＋2CO2
酶
2C3H4O3＋4[H]→2C3H6O3（乳酸）
酶
酶的不同，决定了丙酮酸被还原的产物不同。
4.无氧呼吸总反应式：
酒精发酵（酵母菌、大部分植物）
乳酸发酵（乳酸菌、人和动物、马铃薯块
茎、甜菜块根、玉米胚等）
C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋少量能量
酶
2C3H4O3＋6H2O→2C3H6O3＋少量能量
酶
极少部分储存在ATP中
5.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
CHANG KAO JI CHU ZHEN DUAN
有氧呼吸和无氧呼吸的区别
有氧呼吸 无氧呼吸
场所
氧气参与
分解程度
产物
能量
ATP生成阶段
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）＋ATP中的化学能
乳酸/酒精中的化学能（主）
＋热能＋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
呼吸方式
第一阶段完全相同；
反应实质相同，都能氧化分解有机物，释放能量。
有氧呼吸和无氧呼吸的联系
细胞呼吸
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。
细胞
呼吸
为生物提供能量
生物体代谢的枢纽
下列与细胞呼吸有关的叙述正确的是（ ）
A.进行无氧呼吸的细胞不含线粒体
B.乳酸菌的大量繁殖需要有氧呼吸提供能量
C.人体无氧呼吸形成酒精的过程发生在细胞质
基质中
D.糖类彻底氧化分解的产物可通过自由扩散运
出细胞
√
右表是某种植物种子在甲、乙、丙三种不同的条件下萌发，测得的气体量(相对值)的变化结果(假设细胞呼吸的底物都是葡萄糖)。下列说法正确的是
项目 CO2释放量 O2吸收量
甲 12 0
乙 8 6
丙 10 10
A.在甲条件下进行的是产生CO2
和乳酸的无氧呼吸
B.在乙条件下有氧呼吸消耗的葡
萄糖比无氧呼吸多
C.在丙条件下有氧呼吸强度达到了最大值
D.在乙条件下释放的CO2来自细胞质基质和线粒体
√
（1）呼吸是通过呼吸运动吸入氧气，排出二氧化碳的过程。
（2）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，释放出能量并生成ATP 的过程。
（3）呼吸运动指胸廓有节律地扩大和缩小，从而完成吸气与呼气的活动。
【易混辨析】
呼吸、细胞呼吸和呼吸运动是一回事吗
影响细胞呼吸的因素
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。
呼吸速率：
常用单位时间内葡萄糖的消耗量、O2的消耗量、CO2的生成量来表示呼吸速率的大小。
呼吸速率的表示方式：
影响细胞呼吸的因素
1.不同种类的植物，呼吸速率不同。
2.同一植物在不同的生长发育时期，呼吸速率不同。
3.同一植物的不同器官或组织，呼吸速率不同。
内部因素的影响：
酶的活性及酶的量
影响细胞呼吸的因素
外界环境因素的影响：
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
温度
水
氧气
二氧化碳
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温水和面发酵快。
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
P
CO2的释放量
O2浓度
有氧呼吸
O
P
有氧呼吸饱和点（约为20%）
无氧呼吸消失点（约为10%）
B
R
A
C
O2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=BC
CO2产生量最少
CO2释放总量
Q
D
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，
②0③O2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：
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。
3、H2O含量：水作为有氧呼吸的原料和环境影响
细胞呼吸的速率。
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。
应用：适当增加CO2浓度，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。
4、CO2含量：CO2是细胞呼吸的产物，对细胞呼
吸具有抑制作用。
A.从甲图可知细胞呼吸最旺盛时的温度是B点对应的温度
B.乙图中曲线Ⅰ表示有氧呼吸，曲线Ⅱ表示无氧呼吸
C.乙图中曲线Ⅰ表示的生理过程所利用的有机物主要是葡萄糖
D.乙图中曲线Ⅱ最终趋于平衡，可能是受到温度或呼吸酶数
量的限制
如图是外界条件对植物细胞呼吸速率的影响曲线图，以下分析错误的是
√
A.呼吸熵越大，细胞有氧呼吸越强，无氧呼吸越弱
B.B点有氧呼吸的强度大于A点有氧呼吸的强度
C.为延长水果保存的时间，最好将氧分压调至C点
D.C点以后，细胞呼吸强度不随氧分压的变化而变化
√
呼吸熵(RQ＝放出的CO2量/吸收的O2量)可作为描述细胞呼吸过程中氧气供应状态的一种指标。如图是酵母菌氧化分解葡萄糖过程中氧分压与呼吸熵的关系。以下叙述中正确的是
细胞呼吸的应用
①选用透气消毒纱布包扎伤口：
抑制厌氧微生物的增殖。
②酿酒：
；
利用了酵母菌无氧呼吸产生酒精的原理。
③做酸奶、泡菜：
利用了乳酸菌无氧呼吸产生乳酸的原理。
先通气再密封。
密封发酵。
④保存粮食：
（零上）低温、低氧、干燥环境保存。
⑤皮肤破损较深或被锈钉扎伤后及时就医：
；
防止破伤风杆菌等厌氧细菌的大量增殖。
⑥慢跑避免肌肉酸痛：
防止肌细胞无氧呼吸产生乳酸。
保存水果：
（零上）低温、低氧、一定湿度保存。
⑦中耕松土：
⑧稻田定期排水：
增加土壤中氧含量，促进根有氧呼吸。
防止根无氧呼吸产生酒精，对根有毒害作用。
(1)同一叶片在不同生长发育时期，其细胞
呼吸速率有差异(　　)
(2)严格的无氧环境有利于水果保鲜是因为
此条件下细胞呼吸分解有机物最少(　)
(3)粮食种子适宜在零上低温、低氧和中等湿
度的环境中储藏(　　)
常考基础诊断
CHANG KAO JI CHU ZHEN DUAN
√
×
×
(4)温室大棚中，可以通过夜间适当降温来提高
农作物的产量(　　)
(5)皮肤破损较深的患者，应及时到医院注射破
伤风抗毒血清(　　)
(6)剧烈运动时，氧气供应不足，肌细胞主要进
行无氧呼吸产生乳酸(　　)
常考基础诊断
CHANG KAO JI CHU ZHEN DUAN
√
√
×
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)结果结论
实验结果 结论
装置一液滴 装置二液滴 不动 不动
不动 右移
左移 右移
左移 不动
只进行产生乳酸的无氧呼吸
只进行产生酒精的无氧呼吸
进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸
(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
√