5.3细胞呼吸的原理和应用（第二课时）课件2021-2022学年高一上学期生物人教版必修1（共41张PPT）

(共41张PPT)
第五章 细胞的能量供应和利用
第3节 细胞呼吸的原理和应用-2
新人教版 必修一 分子与细胞
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。
三、无氧呼吸
1、场所：
细胞质基质
（2）第二阶段（丙酮酸不彻底氧化分解），不放能
（1）第一阶段
与有氧呼吸第一阶段完全相同
2CH3COCOOH+4[H]
2CO2+2C2H5OH
酶
2CH3COCOOH+4[H]
2C3H6O3
酶
C6H12O6
2CH3COCOOH+4[H]+少量能量
酶
2、过程：
C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量
酶
总反应式：
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+少量能量
酶
注意：无氧呼吸有且只有第一阶段释放能量，第二阶段不放能。
3、无氧呼吸的化学反应式
（1）酒精发酵：
C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量
酶
（2）乳酸发酵
1mol葡萄糖释放196.65KJ，有61.08KJ转移至ATP（2molATP)
1mol葡萄糖释放225.94KJ，有61.08KJ转移至ATP
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。
发酵
实例：大多数植物、酵母菌等。
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+少量能量(2molATP)
酶
实例：乳酸菌、高等动物、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚细胞等。
思考：（1）不同生物的无氧呼吸情况归纳
根据无氧呼吸的过程分析，无氧呼吸过程产物不同的直接原因？
（2）1mol葡萄糖在无氧呼吸（产物为乳酸）中大约能生成多
少ATP？
生物 无氧呼吸产物
植物 大多数植物细胞 酒精和CO2
马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等 乳酸
动物 骨骼肌细胞、哺乳动物成熟的红细胞等 乳酸
微生物 乳酸菌等 乳酸
酵母菌等 酒精和CO2
酶不同
2mol ATP
葡萄糖
C6H12O6
C3H4O3
C3H4O3
丙酮酸
[ H ]
ATP
O2
酒精
C2H5OH
酶1
C3H6O3
乳酸
酶2
CO2
酶
细胞质基质
A.在缺氧的条件下进行
B.需要酶的催化
C. 氧化分解有机物不彻底
D.释放出少量的能量
①概念：
②无氧呼吸特点
无氧呼吸小结
③主要场所：
细胞质基质
④总反应式：
C6H12O6
酶
2C3H6O3(乳酸)
+ 能量
+ 2CO2+能量
2C2H5OH(酒精或CH3CH2OH)
C6H12O6
酶
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。
思考与讨论
1、为什么不同的生物无氧呼吸的产物不同？
细胞质基质中所含呼吸酶的种类不同。
3、蓝藻（原核生物）没有线粒体，为什么可以进行有氧呼吸？
细胞质基质和细胞膜有与有氧呼吸有关的酶。
2、无线粒体一定不能进行有氧呼吸吗？
不一定
真核细胞：
不能，例如：哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫
原核细胞：
能，例如：好氧细菌利用细胞质基质和细胞膜完成有氧呼吸。
4、线粒体能分解葡萄糖吗？
不能
葡萄糖
+
线粒体
无反应
丙酮酸
+
线粒体
CO2＋ H２O＋能量
因为线粒体膜上含运输丙酮酸的载体蛋白，不含有运输葡萄糖的载体蛋白，葡萄糖不能进入线粒体(或线粒体内没有催化葡萄糖分解的酶)。
试管A
+酵母菌
+葡萄糖
+空气
试管B
+线粒体
+葡萄糖
+空气
试管C
+细胞质基质
+葡萄糖
+空气
葡萄糖分解，有CO2
葡萄糖不分解，无CO2
葡萄糖分解，无CO2，有丙酮酸
外膜
内膜
线粒体基质
嵴
思考与讨论
1、为什么不同的生物无氧呼吸的产物不同？
细胞质基质中所含呼吸酶的种类不同。
3、蓝藻（原核生物）没有线粒体，为什么可以进行有氧呼吸？
细胞质基质和细胞膜有与有氧呼吸有关的酶。
2、无线粒体一定不能进行有氧呼吸吗？
不一定
真核细胞：
不能，例如：哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫
原核细胞：
能，例如：好氧细菌利用细胞质基质和细胞膜完成有氧呼吸。
试管A
+酵母菌
+葡萄糖
+空气
试管B
+线粒体
+葡萄糖
+空气
试管C
+细胞质基质
+葡萄糖
+空气
葡萄糖分解，有CO2
葡萄糖不分解，无CO2
葡萄糖分解，无CO2，有丙酮酸
葡萄糖
+
线粒体
无反应
丙酮酸
+
线粒体
CO2＋ H２O＋能量
因为线粒体膜上含运输丙酮酸的载体蛋白，不含有运输葡萄糖的载体蛋白，葡萄糖不能进入线粒体(或线粒体内没有催化葡萄糖分解的酶)。
4、线粒体能分解葡萄糖吗？
NO
C6H12O6
能量（少）
12H2O + 能量(多）
酶
酶
能量（少）
酶
细胞质基质
线粒体
散失
散失
散失
34ATP
①
②
③
[H]少
2丙酮酸
2ATP
6CO2
6H2O
[H] 多
2ATP
6O2
2酒精+2CO2 +能量
酶
2乳酸+能量
酶
有氧呼吸和无氧呼吸过程有何异同
有氧呼吸 无氧呼吸
场所
条件
反应物
终产物
【H】的产生阶段
ATP的产生阶段
释放能量多少
有机物分解程度
共同点
细胞质基质、线粒体
细胞质基质
氧气、酶、适宜温度
无氧、酶、适宜温度
葡萄糖、水、O2
葡萄糖
CO2 、 H2O
乳酸 / 酒精和CO2
第1、2阶段
第1阶段
多
少（大部分能量储存在乳酸或酒精中）
不彻底
1.过程:第一阶段完全相同。2.条件:都需要多种酶的催化。
3.本质:都是氧化分解有机物，释放能量，生成ATP。
第1、2、3阶段
第1阶段
四、有氧呼吸与无氧呼吸的比较
彻底
细胞呼吸方式的判定方法
1．细胞呼吸反应式中各物质间量的比例关系(以葡萄糖为呼吸底物)
(1)有氧呼吸：C6H12O6∶O2∶CO2＝1∶6∶6。
(2)无氧呼吸：C6H12O6∶CO2∶酒精＝1∶2∶2或C6H12O6∶乳酸＝1∶2。
(3)消耗等量的葡萄糖时需要的O2和产生的CO2摩尔数：
有氧呼吸需要的O2∶有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2之和＝3∶4。
(4)产生等量的CO2时消耗的葡萄糖摩尔数：
无氧呼吸∶有氧呼吸＝3∶1。
据CO2释放量和O2消耗量判断细胞呼吸状况。在以C6H12O6为呼吸底物的情况下,CO2释放量和O2的消耗量是判断细胞呼吸类型的重要依据，总结如下：
(1)没有CO2释放时,细胞只进行___________产生_________，此种情况下，容器内气体体积_________变化，如________________的无氧呼吸。
(2)不消耗O2，但产生CO2,细胞只进行__________产生_____。此种情况下容器内气体体积______,如________的无氧呼吸。
(3)CO2释放量等于O2消耗量时，细胞只进行__________，此种情况下，容器内气体体积_________，但若将CO2吸收，可引起气体体积_______。
（4）若细胞CO2释放量小于O2消耗量，说明细胞呼吸的底物不是糖类，可能是脂肪。
无氧呼吸
乳酸
不发生
无氧呼吸
酒精
增大
酵母菌
马铃薯块茎
有氧呼吸
不变
变小
细胞呼吸方式的判定方法
(5)当CO2释放量大于O2消耗量时，细胞同时进行_________________和___________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，可如下分析：
①若 ，有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖的速率____________。
②若 ，无氧呼吸消耗葡萄糖速率_________有氧呼吸。
③若 ，有氧呼吸消耗葡萄糖速率__________无氧呼吸。
酒精发酵
有氧呼吸
大于
相等
大于
C6H12O6 + 6H2O + 6O2
酶
6CO2 + 12H2O + 能量
C6H12O6
酶
2C2H5OH+ 2CO2 + 能量
C6H12O6
酶
2C3H6O3 + 能量
2、如果用绿色叶片作实验材料，则必须进行怎样的操作？
实验拓展：测定呼吸作用速率
煮熟的种子
20%NaOH5mL
设置对照组（校正装置)
遮光处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。
呼吸速率以单位时间的O2消耗量为指标。
1、若要消除物理因素引起的气体体积变化，应该怎么办？
特别提醒：
为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应将装置进行灭菌、所测种子进行消毒处理。
结果预测和结论：
a.若装置一中的液滴 ，装置二中的液滴 ，则说明种子只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸。
b.若装置一中的液滴 ，装置二中的液滴 ，则说明种子只进行产酒精的无氧呼吸。
c.若装置一中的液滴 ，装置二中的液滴 ，则说明种子既进行有氧呼吸和产酒精的无氧呼吸。
左移
不动
不动
右移
左移
右移
经典题型：液滴移动问题
结果预测和结论：
d.若装置一中的液滴 ，装置二中的液滴 ，则说明种子进行以脂肪为呼吸底物的有氧呼吸。
e.若装置一中的液滴 ，装置二中的液滴 ，则说明种子只进行产乳酸的无氧呼吸或种子已经死亡。
经典题型：液滴移动问题
左移
左移
不动
不动
下图是探究酵母菌呼吸方式的装置，下列相关叙述错误的是（ ）
A．假设装置一中的液滴左移，装置二中的液滴不动，说明酵母菌只进行有氧呼吸
B．假设装置一中的液滴不动，装置二中的液滴右移，说明酵母菌只进行无氧呼吸
C．假设装置一中的液滴左移，装置二中的液滴右移，说明酵母菌既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸
D．假设装置一中和装置二中的液滴均不移动，说明酵母菌只进行有氧呼吸或只进行无氧呼吸
　D
以下甲、乙两图都表示某植物的非绿色器官CO2释放量和O2吸收量的变化。下列相关叙述不正确的是(　　)
A．甲图中氧浓度为a时的情况对应的是乙图中的A点
B．甲图中氧浓度为b时的情况对应的是乙图中的D点
C．甲图的a、b、c、d四种浓度中c是最适合贮藏的
D．甲图中氧浓度为d时没有酒精产生
B
五、细胞呼吸的概念和意义
1、概念（P94）：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。所有生物的生存，都离不开细胞呼吸释放的能量。
1、发生场所：___________________
2、分解底物：___________________
3、呼吸产物：___________________
4、反应类型：___________________
5、能量变化：
活细胞内
生物体内有机物
例，糖类、脂质、蛋白质等
CO2、H2O等其他产物
氧化分解
有机物中的化学能 释放能量（生成ATP +热能）
五、细胞呼吸的概念和意义
（1）为生物体提供能量
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
2、细胞呼吸的意义
五、细胞呼吸的概念和意义
（2）生物体代谢的枢纽
2、细胞呼吸的意义
蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来。
（3）维持恒温动物的体温
丙酮酸
葡萄糖
甘油
氨基酸
①不同植物呼吸速率不同。
③同一植物在生长发育不同时期呼吸速率不同。
②同一植物不同器官呼吸速率不同。
如：（1）低等植物>高等植物
（2）生长快的植物>生长慢的植物
（3）草本植物>土本植物
（4）阳生大于阴生植物
(1) 生殖器官>营养器官
（2）幼嫩器官>年老器官
如生长期高于成熟期
六、影响细胞呼吸的因素----内部因素
注：
第一种情况是由于遗传物质不同引起的；遗传因素决定酶的种类和数量，进而影响呼吸的类型、速率等。
第二、三种情况是由于基因的选择性表达引起的。
6O2
酶3
12H2O
34ATP
Ⅲ
20[H]
Ⅱ
6CO2
2ATP
酶2
线粒体
C6H12O6
C3H4O3（丙酮酸）
Ⅰ
细胞质基质
酶1
4[H]
2ATP
6H2O
看图再说话：影响呼吸作用的外界因素有哪些？
氧气浓度-----原料越多促进反应
二氧化碳-----产物越多抑制反应
温度---影响酶活性
水---自由水越多代谢越快
六、影响细胞呼吸的因素----外部因素
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。大棚栽培植物有昼夜温差.
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℃
①最适温度:细胞呼吸最强。
②超过最适温度:呼吸酶活性降低，甚至变性失活，细胞呼吸受抑制。
③低于最适温度:呼吸酶活性下降，细胞呼吸受抑制。
2、O2浓度：
（1）对有氧呼吸：
六、影响细胞呼吸的因素
O2是有氧呼吸所必需的，但O2会抑制无氧呼吸直接影响呼吸速率和呼吸性质。
（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。
（3）对既有有氧呼吸又有无氧呼吸的：
（1）O2浓度为A时，
（2）O2浓度为C时，
（3）O2浓度0-10%时，
（6）O2浓度为R时，
（4）O2浓度＞10%时，
只有无氧呼吸。
无氧呼吸消失点；
之后只进行有氧呼吸。
呼吸并存。
只进行有氧呼吸。
有氧呼吸和无氧
（5）CO2中的C来自于
有机物中的C
有机物消耗量最少。此时O2浓度为储存的最适氧气浓度。
CO2产生量最少，细胞呼吸最弱。
A
B
R
C
D
O2吸收量
（=有氧呼吸CO2释放量）
（3）对既有有氧呼吸又有无氧呼吸的：
（7）AB段：
（8）OAC面积：
氧气浓度增加，无氧呼吸受抑制。
无氧呼吸产生的 CO2总量。
A
B
R
C
D
O2吸收量
（9）若红线被实线分成两等份（BE=EF），说明什么？此时两种呼吸方式消耗的葡萄糖的比是？
说明此时有氧呼吸和无氧呼吸的产生CO2的量相等。
1：3
（10）哪个点对应的氧气浓度最有利于蔬果的贮存？为什么？（蔬菜储存条件？种子的储存条件？）
R点
细胞呼吸最弱，有机物消耗最少。
蔬菜：零上低温、低氧、适宜湿度
种子：零上低温、低氧、干燥
E
F
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。
粮油种子贮藏前风干、晾晒：减少水分，降低细胞呼吸强度 。
干种子萌发前浸泡：含水量增高，增加细胞呼吸强度。
增加CO2浓度，降低O2浓度有良好的保鲜效果。从化学平衡角度析，CO2浓度增加，呼吸速率下降。
应用：储藏粮食时适当增加CO2浓度，可抑制细胞呼吸，减少有机物消耗。
习题：种子在浸水和不浸水的情况下进行细胞呼吸都能产生（ ）
葡萄糖 B.丙酮酸 C.乳酸 D.酒精
B
提示：种子在浸水时进行无氧呼吸；
不浸水是进行有氧呼吸。
有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段相同
思考：食物的保存或保鲜有哪些常见的方法？
在储存农产品时，可以在密闭的仓库里充CO2、N2，低温，低氧，或者降低水分含量，以降低呼吸作用，减少有机物的消耗。
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
细胞呼吸的原理和应用
呼吸方式
有氧呼吸
无氧呼吸
酶
C6H12O6
＋
6H2O
＋ 6O2
6CO2
＋12H2O
＋ 能量
C6H12O6
2CO2
＋2C2H5OH
＋ 能量
酶
葡萄糖
酶
2丙酮酸
少量能量
4〔H〕
+
+
6CO2
6H2O
酶
2丙酮酸
少量能量
20〔H〕
+
+
6O2
12H2O
酶
大量能量
24〔H〕
+
+
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+少量能量
酶
细胞质基质
一：细胞质基质
三：线粒体内膜
二：线粒体基质
+
影响因素
温度
水
CO2浓度
O2浓度
1、适宜的温度条件下，在下列装置中都加入酵母（内有活酵母菌），其中适于产生酒精的装置是（　 ）
A
2、在有氧呼吸过程中，进入细胞中的氧将（ ）
①与氢结合生成水 ②与碳结合生成二氧化碳
③在线粒体中被消耗 ④在线粒体和细胞质基质中被消耗
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
A
3、有氧呼吸中产生能量最多的是（ ）
A.形成二氧化碳时 B.形成［H］时 C.形成水时 D.形成丙酮酸时
C
课堂练习
4、与有氧呼吸相比，无氧呼吸最主要的特点是（ ）
A.分解有机物 B.释放能量 C.需要酶催化 D.有机物分解不彻底
D
5、新鲜蔬菜放在冰箱的冷藏室中，可适当延长保鲜时间的原因是（ ）
A.呼吸作用减弱 B.呼吸作用加强
C.光合作用减弱 D.促进了物质的分解
A
6、在线粒体内进行的有氧呼吸的过程是（ ）
A.第一、二阶段 B.第一、三阶段
C.第二、三阶段 D.第一、二、三阶段
C
7、把小白鼠和青蛙从25℃的室温中移至5℃的环境中，这两种动物的需氧量会发生什么变化？（ ）
A．两种动物的耗氧量都减少 B．两种动物的耗氧量都增加
C．青蛙耗氧量减少，小白鼠耗氧量增加
D．青蛙耗氧量增加，小白鼠耗氧量减少
C
8、上图表示某植物的非绿色器官在氧浓度为a、b、c、d时，CO2释放量和O2吸收量的变化。下列相关叙述正确的是（ ）
A.O2浓度为a时，细胞呼吸最弱
B.O2浓度为b时，无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的3倍
C.O2浓度为c时，有氧呼吸强度与无氧呼吸强度相等
D.O2浓度为d时，该器官只进行有氧呼吸
D
8 3
6 4