第5章 细胞的能量供应和利用 第3节 细胞呼吸的原理和应用 第1课时 细胞呼吸的方式、有氧呼吸(共34张PPT)

(共34张PPT)
第3节　细胞呼吸的原理和应用
第1课时　细胞呼吸的方式、有氧呼吸
2019版生物学必修1 《分子与细胞》
同步课件
学习目标
1.通过设计和实施运用控制变量法探究酵母菌细胞呼吸的方式的实验,总结细胞呼吸的类型。
2.通过对有氧呼吸相关实验的资料分析,阐明有氧呼吸过程中物质与能量的变化。
3.通过分析有氧呼吸的具体过程,能从结构与功能观角度阐明线粒体适于进行有氧呼吸的原理。
4.通过探究酵母菌细胞呼吸的方式,培养科学分析和推理的能力、树立实事求是的科学态度。
问题探究·知识生成
新知探究一　细胞呼吸的方式
建立概念·达成素养
问题探究
1.实验原理
(1)酵母菌是一种单细胞真菌(真核生物),在有氧和无氧条件下都能生存,属于 ,酵母菌呼吸作用可以产生酒精、CO2等。
(2)CO2可以使澄清的石灰水变混浊,也可以使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。根据石灰水变混浊的程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的 .
,可以检测酵母菌培养液中CO2的产生情况。
兼性厌氧菌
时间
长短
(3)橙色的 溶液在酸性条件下与乙醇(酒精)发生化学反应,变成灰绿色。
2.实验选材
新鲜的食用酵母菌
3.实验流程
(1)提出问题:酵母菌使葡萄糖发酵产生酒精是在有氧还是在无氧条件下进行的 酵母菌在有氧和无氧条件下分解等量葡萄糖产生的CO2是否一样多
(2)作出假设:针对上述问题,根据已有的知识和生活经验(如酵母菌可用于酿酒、发面等)作出合理的假设。
重铬酸钾
(3)设计并进行实验:
①酵母菌培养液的配制:取20 g新鲜的食用酵母菌,分成两等份,分别放入锥形瓶A(500 mL)和锥形瓶B(500 mL)中→分别向瓶中注入240 mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。
②检测CO2的产生,装置如图所示。
③检测酒精的产生:从A、B两瓶中各取2 mL酵母菌培养液的滤液,分别注入编号为1、2的两支干净的试管中。向试管中分别滴加0.5 mL溶有0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液并轻轻振荡试管,观察溶液颜色的变化。
问题(1):A装置中为什么用气泵间歇性地通入空气
提示:保证酵母菌有充足的氧气进行有氧呼吸。
问题(2):质量分数为10%的NaOH溶液的作用是什么
提示:NaOH溶液的作用是除去空气中的CO2,以保证第三个锥形瓶中澄清石灰水变混浊是由酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。
问题(3):为什么要将B瓶封口放置一段时间后,再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶
提示:B瓶刚封口,锥形瓶中有氧气,酵母菌进行有氧呼吸,所以需将开始产生的CO2排掉,一段时间后,B瓶中的氧气消耗完,再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶,可确保是无氧呼吸产生的CO2通入澄清的石灰水。
问题(4):配制酵母菌培养液时,将葡萄糖溶液先煮沸再冷却后加入锥形瓶,这是为什么
提示:煮沸是为了除去其他杂菌,防止其他杂菌的干扰;冷却后再加入锥形瓶是防止高温将酵母菌杀死。
(4)实验结果:
①甲、乙两装置中澄清的石灰水都变混浊,但 装置中混浊程度高、反应速率快。
②2号试管中溶液由 ,1号试管中溶液 。
(5)实验结论:
①甲装置中澄清的石灰水变混浊,但其滤液不能使 ,可见有氧条件下,酵母菌分解葡萄糖生成大量 ,却没有 产生。
②乙装置中澄清的石灰水也变混浊,但没有甲装置中的混浊程度高;酵母菌滤液能够使橙色的酸性重铬酸钾溶液变成灰绿色,说明在无氧条件下,酵母菌将葡萄糖分解成 。
甲
橙色变成灰绿色
不变色
重铬酸钾溶液变色
二氧化碳
酒精
酒精和少量CO2
问题(5):在探究酵母菌的细胞呼吸方式过程中,能否以CO2的产生为检测指标来确定酵母菌的细胞呼吸方式 分析原因。
提示:不能。酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都产生CO2,故不能以CO2的产生为指标确定细胞呼吸方式,应以酒精的产生为指标,因为酵母菌只有进行无氧呼吸时才能产生酒精。
问题(6):在探究酵母菌的细胞呼吸方式过程中,对比实验是如何体现的 实验结果是已知的还是未知的
提示:设置有氧和无氧两种条件,通过对产物的比较分析,探究有、无氧气对酵母菌呼吸方式的影响。实验结果是未知的。
检测CO2是否产生及生成速率
(1)使用溴麝香草酚蓝溶液不仅可判断CO2的生成,还可通过 .
的所用时间长短来判断生成CO2的速率。
(2)使用澄清石灰水不仅可判断CO2的生成,还可通过由澄清变成混浊的
来判断生成CO2的速率。
归纳总结
由蓝变绿再
变黄
时间长短
探究酵母菌细胞呼吸的方式变式
根据检测目的不同,可细化为两个子课题:(1)在有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸产生CO2的多少。
拓展
(2)在有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸是否产生酒精。
具体分析如下:
课题名称 课题一 课题二
自变量 有氧和无氧 因变量 产生CO2的多少 酒精的有无
观察指标 ①澄清石灰水变混浊的程度。②溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄所用时间的长短 酸性重铬酸钾溶液的颜色变化
无关变量 温度、营养物质的浓度和总量等 实验结论 在有氧条件下产生的CO2多 在无氧条件下才能产生酒精
即时应用
1.为研究酵母菌细胞呼吸的方式,某生物小组制作了如图中c～f所示装置,
下列判断不合理的是(　 　)
A.连接e→d→c→d,从e左侧通气,只有第二个d中石灰水变混浊,可验证酵母菌进行了有氧呼吸
B.将f封口放置一段时间后连接f→d,d中澄清石灰水变混浊,可验证酵母菌进行了无氧呼吸
C.连接e→d→c→d,第一个d的作用是吸收空气中的CO2,第二个d中澄清石灰水变混浊,可验证酵母菌进行了无氧呼吸
D.上述两种连接方式的结果表明,酵母菌进行有氧呼吸和无氧呼吸都生成
了CO2
C
解析:连接e→d→c→d,第一个d的作用是检验空气中的二氧化碳是否被除净,且第二个d中石灰水变混浊只能说明有二氧化碳产生,不能验证酵母菌进行了无氧呼吸。
2.某同学在研究马铃薯块茎呼吸作用的产物时,设计了如下实验:取新鲜马铃薯块茎,洗净,切成碎屑。向锥形瓶中放入适量的马铃薯块茎碎屑,并向瓶中充入N2,装置示意图如图。下列说法不正确的是(　 　)
A.向锥形瓶中充入N2的目的是制造无氧环境
B.若溴麝香草酚蓝溶液不变色,则说明马铃薯块茎细胞产生了酒精
C.实验前应对马铃薯块茎碎屑消毒
D.溴麝香草酚蓝溶液也可以换成澄清的石灰水
B
解析:向锥形瓶中充入N2的目的是制造无氧环境,使马铃薯块茎进行无氧呼吸;由于酒精发酵过程产生二氧化碳,如果溴麝香草酚蓝溶液不变色,则说明马铃薯块茎细胞进行无氧呼吸的产物不是酒精和二氧化碳;为了消除马铃薯块茎碎屑上微生物的呼吸作用对实验结果的影响,实验前对马铃薯碎屑应该进行消毒处理;溴麝香草酚蓝溶液可以换成澄清的石灰水。
新知探究二　有氧呼吸
问题探究
活动:阅读教材P92～93,回答下列问题。
问题(1):线粒体是有氧呼吸的主要场所,试从结构与功能相适应的角度,说明线粒体与有氧呼吸相适应的结构特点有哪些
提示:从膜结构上分析,线粒体的内膜向内折叠形成嵴,大大增加了线粒体的内膜表面积。从酶的附着上分析,线粒体的内膜上和基质中含有多种与有氧呼吸有关的酶。
问题(2):请分析有氧呼吸的过程,完善下表。
丙酮酸
线粒体基质
H2O
CO2
少量
线粒体内膜
[H]
大量
问题(3):请写出有氧呼吸的总反应式,并结合有氧呼吸的过程标出O元素反应前后的去向。
提示:
问题(4):葡萄糖等有机物在体外能够燃烧,有氧呼吸和物质燃烧相比有什么异同
提示:两者都能释放能量,主要产物都是水和二氧化碳,不同点在于有氧呼吸是在温和条件下,在酶的催化下逐步释放有机物中的能量,相当一部分能量储存到ATP中;物质燃烧是点燃后剧烈释放有机物中的能量,能量全部以光能和热能的形式释放,不产生ATP。
归纳总结
(1)有氧呼吸的概念
有氧呼吸是指细胞在氧的参与下,通过多种酶的催化作用,把 等有机物彻底氧化分解,产生 ,释放能量,生成大量ATP的过程。
(2)有氧呼吸过程中物质和能量的变化
①各反应物参与的阶段:葡萄糖在第一阶段参与,H2O在第 阶段参与,O2在第 阶段参与。
②各生成物产生的阶段:[H]在第一阶段和第二阶段产生,CO2在第 阶段产生,H2O在第 阶段产生。
③能量变化的特点:三个阶段都释放能量,但大量的能量在第 阶段释放。
二氧化碳和水
葡萄糖
二
三
二
三
三
有氧呼吸中[H](NADH)和ATP的来源和去路分析
拓展
物质 来源 去路
[H] (NADH) 有氧呼吸: C6H12O6和H2O 有氧呼吸:
与O2结合生成水
ATP 有氧呼吸: 三个阶段都产生 用于各项生命活动
即时应用
3.线粒体是有氧呼吸的主要场所。下列关于线粒体结构和功能的叙述,正确的是(　 　)
A.有氧呼吸酶主要分布在线粒体的外膜、内膜和基质中
B.线粒体可在有氧条件下将葡萄糖氧化分解为CO2和水
C.线粒体内膜向内折叠形成嵴可显著增大膜面积
D.能进行有氧呼吸的细胞都含有线粒体
解析:有氧呼吸的第一阶段是在细胞质基质中完成的,将葡萄糖分解成为丙酮酸;丙酮酸进入线粒体进行有氧呼吸的第二阶段和第三阶段,这两个阶段分别是在线粒体的基质和内膜上完成的;线粒体内膜向内折叠形成嵴可显著增大膜面积;原核细胞虽然没有线粒体,但是有些原核细胞具有和有氧呼吸有关的酶,也可以进行有氧呼吸,如硝化细菌等。
C
4.有氧呼吸全过程中的物质变化可分为三个阶段:
①C6H12O6→丙酮酸+[H]
②丙酮酸+H2O →CO2+[H]
③[H]+O2→H2O
下列与此过程相关的叙述中,正确的是(　 　)
A.第③阶段反应极易进行,不需要酶的催化
B.第②阶段无ATP生成,第③阶段形成较多的ATP
C.第①②阶段的中间产物能为其他化合物的合成提供原料
D.第①阶段在线粒体中进行
解析:有氧呼吸的任何一个阶段都需要酶的催化,都有ATP产生;第③阶段产生ATP最多;第①②阶段能产生多种中间产物,为合成其他化合物提供原料;第①阶段在细胞质基质中进行。
C
联系实际·素养落实
[科技情境]
线粒体自噬与感染类疾病有关。某研究组发现单增李斯特菌通过诱导吞噬细胞发生线粒体自噬反应来促进自身的存活,为抗感染治疗提供了新的思路。在对李斯特菌进行深入研究时还发现,李斯特菌可以产生名为溶血素O的蛋白质,这种蛋白质可以造成细胞线粒体损伤,进而诱导线粒体自噬。
知识迁移·培养能力
探究:(1)溶血素O的蛋白质的形成有内质网和高尔基体的加工吗 为什么
提示:没有,李斯特菌是原核生物,没有内质网和高尔基体。
(2)线粒体的功能是什么 李斯特菌有线粒体吗
提示:有氧呼吸的主要场所,是细胞的“动力车间”。没有。
课堂小结
完善概念图 关键语句
1.酵母菌是单细胞真菌,代谢类型为兼性厌氧型。
2.CO2可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。
3.在酸性条件下,橙色的重铬酸钾溶液与酒精反应变成灰绿色。
随堂反馈
1.下列关于探究酵母菌细胞呼吸的方式实验的叙述中,错误的是(　 　)
A.通入空气组和未通入空气组之间形成相互对照
B.可用乳酸菌替代酵母菌来探究细胞的两种呼吸方式
C.可用溴麝香草酚蓝溶液变黄时间的长短来判断CO2生成的快慢
D.根据放出的气体能否使澄清的石灰水变混浊,无法确定酵母菌的呼吸方式
B
解析:探究酵母菌细胞呼吸的方式实验属于对比实验,通入空气组(有氧)和未通入空气组(无氧)相互对照;乳酸菌是厌氧菌,只能进行无氧呼吸,因此不能替代酵母菌探究细胞的两种呼吸方式;二氧化碳的含量越多,溴麝香草酚蓝溶液变黄的时间越短,故可用溴麝香草酚蓝溶液变黄时间的长短来判断CO2生成的快慢;酵母菌的有氧呼吸和无氧呼吸都产生二氧化碳,故不能用放出的气体能否使澄清的石灰水变混浊来判断酵母菌细胞的呼吸方式。
2.制作馒头、面包、米酒等,都是利用酵母菌的呼吸作用。呼吸作用的实质是(　 　)
A.合成有机物,储存能量
B.分解有机物,释放能量
C.合成有机物,释放能量
D.分解有机物,储存能量
B
解析:呼吸作用是生物的基本特征,细胞呼吸是指有机物在细胞内进行一系列的氧化分解,生成二氧化碳或其他产物,释放出能量并生成ATP的过程。在此过程中释放的能量,一部分满足自身的需要,另一部分以热能的形式散失出去。所以呼吸作用的实质是分解有机物,释放能量。
3.在有氧呼吸过程中,产生[H]最多和产生ATP最多的阶段分别是(　 　)
①第一阶段　②第二阶段　③第三阶段
A.①② B.②③
C.①③ D.③③
B
解析:有氧呼吸第一阶段,一分子葡萄糖产生少量的[H],释放少量能量,合成少量ATP;有氧呼吸第二阶段,产生大量的[H],释放少量能量,合成少量ATP;有氧呼吸第三阶段,消耗[H],释放大量能量,合成大量ATP。因此有氧呼吸第二阶段产生的[H]最多,有氧呼吸第三阶段产生的ATP最多。
4.有氧呼吸是绝大多数细胞进行呼吸的主要方式,下列关于有氧呼吸的叙述正确的是(　 　)
A.有氧呼吸每个阶段都生成ATP,第三阶段生成最少
B.有氧呼吸的每个阶段都有O2参与
C.[H]在第一、二、三阶段产生,作用是还原O2生成H2O
D.在有氧呼吸过程中,有机物中的能量是经过一系列的化学反应逐步释
放的
D
解析:有氧呼吸每个阶段都生成ATP,第三阶段生成的最多;O2只参与有氧呼吸第三阶段;[H]在第一、二阶段产生,在第三阶段消耗;细胞呼吸过程有机物中的化学能是逐步释放的。
5.对酵母菌细胞呼吸作用类型的探究是同学们感兴趣的实验,现有生物兴趣小组分别进行了如下实验,请根据题目要求回答问题。
(1)该实验的自变量是　　　　。进行有氧呼吸的实验装置是　　　　。
(2)如果实验设计中缺少了质量分数为10%的NaOH溶液,而装置A中的澄清的石灰水变混浊,则不一定说明酵母菌　　　　呼吸产生了二氧化碳,因为无法排除　　　　使澄清的石灰水变混浊的可能。
解析:(1)氧气的有无影响酵母菌的呼吸方式,根据题图,可知该实验的自变量是氧气的有无。(2)装置A如果缺少质量分数为10%的NaOH溶液,则泵入的气体中可能含有二氧化碳,会使澄清的石灰水变混浊。
答案:(1)氧气的有无　A　(2)有氧　空气中的CO2
(3)橙色的重铬酸钾(K2Cr2O7)溶液在酸性条件下与酒精发生化学反应能使溶液变成灰绿色。利用这一原理可以鉴定酒精的存在。图中从装置　　　　的酵母菌培养液取样鉴定,一定会使酸性重铬酸钾溶液变成灰绿色。如果两装置的酵母菌培养液取样鉴定都能使酸性重铬酸钾溶液变成灰绿色,则A装置产生该结果的原因是　 。
(4)装置A中的酵母菌消耗和产生气体的场所分别是　 。
(5)假如你是一名交通警察,请你设计一个简单的实验,检测汽车司机是否喝了酒。
　。
解析:(3)装置B中酵母菌进行无氧呼吸,肯定能产生酒精,使酸性的重铬酸钾溶液变成灰绿色。如果装置A中的培养液也能使酸性的重铬酸钾溶液变成灰绿色,则可能是因为氧气通入不足,酵母菌进行了无氧呼吸。(4)装置A中酵母菌进行有氧呼吸,氧气在线粒体内膜被消耗,二氧化碳在线粒体基质中产生。
答案:(3)B　通入的氧气量不足　(4)线粒体内膜、线粒体基质 (5)将司机呼出的气体直接接触到用浓硫酸处理过的重铬酸钾溶液,若溶液变成灰绿色,则说明司机喝了酒