5.3细胞呼吸的原理和应用（第一课时）课件2021-2022学年高一上学期生物人教版必修1（共44张PPT）

(共44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-1
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？
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。
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细胞分裂提供充足的动力。
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。
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？
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。
呼吸作用是有机物在细胞内“缓慢燃烧”，不像体外燃烧那么剧烈。
“呼吸”是指人和动物与外界进行的交换气体的过程，是指呼吸动作。而“呼吸作用”是指细胞内有机物分解并释放能量的过程 。
【注意】呼吸≠呼吸作用
“呼吸”是“呼吸作用”的前提和基础，没有呼吸过程吸入的氧气，就不能进行呼吸作用；而“呼吸作用”是“呼吸”的继续。
有机物：含有碳并且可以燃烧产生二氧化碳的物质。
细胞内
+ 有机物
+ 水
CO2
能 量
呼吸作用（本质）
呼吸现象和呼吸作用
O2
O2
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
+
酿制啤酒中，利用麦芽、葡萄糖、粮食和酵母菌以及发酵罐等。在酿制的早期需要向发酵罐中通入氧气，而后期必须隔绝氧气，以产生酒精，同时发酵装置需要定期排放出气体。
一、探究：酵母菌细胞呼吸的方式
酵母菌是一种单细胞真菌，其在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此用来研究细胞呼吸的不同方式。
结合上述对氧气条件的控制，你能得到什么启发？
细胞膜
细胞质
细胞核
细胞壁
液泡
事例1：馒头和面包里面都有一个个的小孔，都很松软，是因为发面时加入酵母菌，酵母菌细胞呼吸产生了CO2 ， CO2受热膨胀。
事例2：酿酒过程中，酵母菌进行细胞呼吸产生了酒精。
1.实验原理：
酵母菌细胞呼吸以葡萄糖作为底物时，通过测定在有氧条件和无氧条件下细胞呼吸的产物，来确定细胞呼吸作用的类型。
2.实验方法：
对比试验:设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素与实验现象的关系。这样的实验叫做对比实验，也叫相互对照实验。一般有多个实验结论。
一、探究：酵母菌细胞呼吸的方式
对照实验设置实验组和对照组，一般有一个实验结论。
拓展：
一、探究：酵母菌细胞呼吸的方式
3、提出问题
酵母菌在有氧和无氧的环境下均能呼吸吗 呼吸产物分别是什么？
4、作出假设
酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸，细胞呼吸的产物可能有CO2和酒精。
实验思路
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（温度、葡萄糖溶液浓度、酵母菌活性等）
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。
设计实验
根据实验需要，理清实验步骤
１、配制培养液
２、控制有氧、无氧环境
3 、如何检测因变量
4 、限制好无关变量
A组：有氧装置
B组：无氧装置
酒精和CO2
结合对实验材料的选择和处理，探讨以下问题：
(1)配制酵母菌培养液时为什么要用新鲜的食用酵母菌？
新鲜的酵母菌繁殖快，细胞代谢旺盛，实验效果明显。
(2)为什么要把装置放置在25℃～35℃的环境下培养？
在25 ℃～35 ℃的条件下，酵母菌中酶的活性最高，生命活动最旺盛，细胞呼吸明显，可保证实验效果。
(3)实验用时长，可通过以下处理缩短实验现象出现的时间
在课前活化酵母细胞，即将干酵母加入30—35℃的温水中放置0.5~1h。
在配制酵母菌与葡萄糖的混合液时，用35~40℃的水配制，并在35~40℃的水溶液中完成反应。
探究·实践 教材P90
一、探究：酵母菌细胞呼吸的方式
1、实验装置：
间歇式通入空气的目的:保证酵母菌有充足的氧气，以进行有氧呼吸。
10g酵母菌+240mL质量分数为5%葡萄糖溶液
怎样保证酵母菌在整个实验中能正常生活？
适宜的条件：水、温度、营养物质
注意：质量分数为5%葡萄糖溶液要先煮沸杀菌，煮沸的目的是杀菌和除去溶液中的氧，冷却到常温才可以加入酵母菌，否则高温会杀死酵母菌。排除其他微生物对实验结果的干扰。
探究·实践 教材P90
一、探究：酵母菌细胞呼吸的方式
2、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？
甲组检测酵母细胞的有氧呼吸，乙组检测无氧呼吸。
2）：质量分数为10%的NaOH的作用是什么？
吸收空气中的CO2，排除空气中CO2的干扰。
无氧呼吸装置
有氧呼吸装置
CO2的检测
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（根据澄清石灰水的浑浊程度检测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
无氧呼吸装置
有氧呼吸装置
酒精的检测
灰绿色
不变色
0.5ml溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液和2ml酵母菌滤液
滤液：酵母菌培养液本身具有颜色且不透明，可能会对颜色产生遮盖和干扰。
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？
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
这一原理可以用来检测汽车司机是否喝了酒．
具体做法：让司机呼出的气体直接接触到用硫酸处理过的重铬酸钾，如果呼出的气体中含有酒精，重铬酸钾会变成灰绿色的硫酸铬．
探究·实践 教材P90
装置分析：
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？
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
3、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
4、实验结论
进行无氧呼吸，会产生少量CO2和酒精。
酵母菌进行有氧呼吸，会产生大量CO2
酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸。
在本实验中，有一组同学在检测因变量时发现，有氧装置中的酵母菌培养液也能使酸性重铬酸钾变为灰绿色。你知道为什么吗
深入探究
氧气供应不足，部分酵母菌进行无氧呼吸。
有同学认为，在有氧呼吸实验装置中１０％的氢氧化钠溶液不能完全吸收二氧化碳，以致可能对实验结果有干扰，你同意吗？你如何避免这种可能性的发生，以保证实验更严谨？
深入探究
深入探究
有人认为：实验装置中酒精和二氧化碳的产生是葡萄糖水溶液的纯化学反应，与酵母菌无关，你如何看待这种观点？
葡萄糖溶液
葡萄糖溶液
为了控制无氧呼吸实验装置中的氧气，对酵母菌培养瓶采取用Ｔ形夹夹住橡皮管的方法进行密封处理，结果发生了锥形瓶爆裂或橡皮塞被顶脱的现象，这是为什么呢？由此说明什么问题？
酵母菌无氧呼吸产生了二氧化碳，使锥形瓶中压强增大导致爆甁或橡皮塞被顶脱。
深入探究
在实验中，有同学发现和有氧装置相连的澄清石灰水在出现浑浊后又慢慢变澄清了。因此，他觉得该实验现象不能说明酵母菌通过有氧呼吸产生了CO2。你如何看待这个问题？
先浑浊
后澄清
二氧化碳过量，与碳酸钙反应生成了碳酸氢钙。
深入探究
探究酵母菌有氧呼吸的场所
深入探究
下图为“探究酵母菌的呼吸方式”的实验装置，有关叙述正确的是(　　)
A．装置甲中NaOH溶液的作用是吸收B处的CO2
B．装置乙在E处可检测到有酒精生成
C．可根据溴麝香草酚蓝水溶液变黄的时间长短，来检测CO2的产生速率
D．若C瓶和E瓶中溶液都变混浊，不能据此判断酵母菌的呼吸方式
C
课堂小练
下图为“探究酵母菌的呼吸方式”的实验装置图，请分析：
（1）A瓶加入的试剂是 ，目的是 ________ __
（2）C瓶和E瓶加入的试剂是 ，其作用是 。
（3）图中装置有无错误之处，如果有请在图中加以改正。
（4）D瓶应封口放置一段时间后，再连通E瓶,其原因是________________________________
______________________________________________________________________________________
（5）请写出连通后D瓶中的反应式。
。
NaOH溶液
排除空气中CO2对实验结果的干扰
澄清石灰水
检测CO2的产生
放置一段时间让酵母菌将瓶中的氧气消耗完，确保通入澄清石灰水的CO2是酵母菌无氧呼吸所产生的。
C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+少量能量
酶
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。
外膜
内膜
嵴
基质
C6H12O6
2丙酮酸
酶
4[H]
能
细胞质基质
2、有氧呼吸的过程图解
①
第一阶段：
①场所：
细胞质基质
②物质变化与能量变化
C6H12O6
酶
2CH3COCOOH（C3H4O3）
+4[H]
+少量能量
H+ + NAD+ → NADH(即[H])
P93：NAD+ ：氧化型辅酶I，NADH：还原性辅酶I
能量
热能(大部分)
能量+ADP+Pi ATP
→
→
酶
有机物中稳定化学能
→
→
热能
[H]和ATP中活跃化学能
热能
ATP
C6H12O6
2丙酮酸
酶
6CO2
4[H]
能
能
酶
6H2O
20[H]
线粒体
细胞质基质
②
2、有氧呼吸的过程图解
①
①场所：
线粒体基质
②物质变化与能量变化
2CH3COCOOH
（C3H4O3）
+6H2O
酶
6CO2+20[H]
+少量能量
H+ + NAD+ → NADH(即[H])
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
第二阶段：
酶
热能
ATP
热能
ATP
C6H12O6
2丙酮酸
酶
6CO2
4[H]
能
能
酶
6H2O
20[H]
12H2O
6O2
酶
能
线粒体
细胞质基质
②
③
2、有氧呼吸的过程图解
①
①场所：
第三阶段：
线粒体内膜
②物质变化与能量变化
24[H]+6O2
酶
12H2O+大量能量
能量
热能(大部分)
能量+ADP+Pi ATP
→
→
酶
[H]中活跃化学能
→
→
热能
ATP中活跃化学能
热能
ATP
热能
ATP
热能
ATP
2022/4/25
2、有氧呼吸的过程图解
+6H2O
C6H12O6
酶
+4[H] + 少量能量
酶
6CO2 +20[H] + 少量能量
2CH3COCOOH
酶
12H2O + 大量能量
24[H] + 6O2
2CH3COCOOH
2、有氧呼吸的过程图解
C6H12O6+6O2 + 6H2O 6CO2+ 12H2O +能量
酶
热量
ATP
总：
1.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不能消去。反应过程中，在第二阶段消耗了水，而第三阶段生成了水。
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,且三个阶段“酶”不同，酶具有专一性。
5.不要认为细胞呼吸的底物只有葡萄糖，教材只是以葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分解为例来介绍有氧呼吸过程。
注意
2、有氧呼吸的过程图解
放射性同位素示踪法
C：
14C6H12O6 214CH3COCOOH 614CO2
O：
(1)追踪18O2的去向：
(2)追踪C6H1218O6的去向：
18O2 H218O
C6H1218O6 C3H418O3 C18O2
(3)追踪H218O的去向：
H218O C18O2
H：
C3H3COCOO3H→[H] →3H2O
[H] →3H2O
C63H12O6
②3H2O →[H] →3H2O
有氧呼吸的总反应式
C6H12O6 + 6H2O + 6*O2
酶
6CO2 + 12H2*O + 能量
二、有氧呼吸
C6H12O6 + 6H2O + 6*O2
酶
6CO2 + 12H2*O + 能量
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
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
主要是葡萄糖
丙酮酸、H2O
[H]、O2
丙酮酸、[H]
CO2、[H]
H2O
少量
少量
大量
w

共同点：
有机物的燃烧也是物质的氧化分解，燃烧和细胞呼吸有何异同？阅读课本P81页找出其异同点
燃烧：
温和条件下逐步进行
需酶的作用
能量逐步释放
都是物质的氧化分解；
都能消耗氧气产生二氧化碳；
都能释放出能量。
往往伴有剧烈的发光发热现象，高温，能量迅速全部释放。
不同点：
细胞呼吸：
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。
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。
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？
计算：
（1）有氧呼吸的能量转化效率大约是多少
（2）这些能量大约能使多少ADP转化为ATP？
（977.28KJ÷2870KJ）×100%=34%
∵1molATP水解可以释放30.54KJ/mol,所以1molADP转化为ATP需要30.54KJ/mol
的能量。
977.28KJ÷30.54KJ/mol=32mol
∴1mol葡萄糖能够使32molADP分子转化为ATP分子
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量
能量（2870kJ）
997.28KJ
其余以热能形式散失
ATP
酶
1 mol
≈32
34%
绝大多数（66%）以热能形式散失
以上反应式中的能量能否写成ATP？
⑤能量去向：
大部分以热能形式散失，另一部分转移到ATP中　
①有氧呼吸概念：
细胞在____的参与下，通过_______的催化作用，把_______等有机物_______________，产生_____和_____，释放______,生成_________的过程。
氧
多种酶
葡萄糖
CO2
H2O
能量
彻底氧化分解
许多ATP
②有氧呼吸特点
A.需要氧气
B.需要酶的催化
C.彻底氧化分解有机物
D.释放出大量的能量
③场所：
细胞质基质和线粒体
④总反应式：
　　C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+ 12H2O +能量
酶
有氧呼吸小结
主要场所：
线粒体
例题：下图是有氧呼吸的过程图解，请依图回答：
C6H12O6
1
2
3
O2
酶
酶
4
5
6
酶
[H] [H]
(1)写出长方框内1、2、3所依次代表的物质名称： 、________、 。
(2)依次填出椭圆框内4、5、6所代表的能量的多少 、________、 。
(3)有氧呼吸的主要场所是_____________，进入该场所的呼吸底物是___________。
(4)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______________________________
葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳
H2O
丙酮酸
CO2
少量
少量
大量
线粒体
丙酮酸