高中生物人教版（2019）必修1 5.3细胞呼吸的原理和应用（共45张ppt）

(共45张PPT)
发面
酿葡萄酒
呼吸作用的实质是细胞内有机物的氧化分解，并释放能量，因此也叫做细胞呼吸。
情境导入
发面过程中，干酵母吸水恢复活性，产生气体使面团变得松软，发面时间过长会有酒味。
葡萄洗净榨汁，至于玻璃瓶中发酵，由于酵母菌活动，发酵液中会出现气泡，逐渐有酒味。
第5章 第3节
细胞呼吸的原理和应用
思考：酵母菌什么条件下产生CO2,什么条件下产生酒精？
酵母菌
一种_______的真菌，依赖外来的有机物进行异养生活，在有氧和无氧条件下都能生存，属于___________。
兼性厌氧菌
单细胞
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
1.提出问题：
酵母菌什么条件下产生CO2,什么条件下产生酒精？
2.作出假设：
（1）有氧条件下产生CO2，无氧条件下产生酒精；
（2）有氧条件下产生酒精，无氧条件下产生CO2；
（3）有氧条件下和无氧条件下都产生酒精和CO2 ；
（4）有氧、无氧条件下都产生CO2，无氧条件下产生酒精；…
3.设计实验：
确定实验目的：
自变量是什么？
因变量是什么？
细化：
如何控制自变量
如何检测因变量
控制无关变量
控制那些可能影响实验结果的因素
写出具体做法
方法步骤
材料用具等
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
3.设计实验：
（1）自变量：
有氧/无氧条件
通气/密封
（2）因变量：
是否产生CO2/酒精
酒精的检测：
橙色的重铬酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应： 橙色→灰绿色
CO2的检测：
通入澄清的石灰水：澄清→浑浊
溴麝香草酚蓝水溶液：蓝→绿→黄
3倍速
酸性重铬酸钾1mL
（3）无关变量：
营养物质、培养温度、酵母菌活性等
思考1：这是在控制什么变量？
接气泵或
橡皮球
A
10% NaOH
酵母菌培养液
澄清石灰水
有氧条件
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
3.设计实验：
（4）实验装置：
使进入A瓶的空气先经过NaOH的处理，除去其中的CO2，保证检测出的CO2都是由酵母菌呼吸的产物，避免对实验结果产生影响。
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
3.设计实验：
思考2：将B瓶封口放置一段时间，再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶，为什么？
B
酵母菌培养液
澄清石灰水
无氧条件
（4）实验装置：
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
学习本节内容前，我们对两组实验结果均是未知的，都属于实验组。
通过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对象的关系——对比试验。
接气泵或
橡皮球
A
10% NaOH
酵母菌培养液
澄清石灰水
将B瓶先反应一段时间，然后再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶
B
酵母菌培养液
澄清石灰水
有氧条件
无氧条件
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
思考3：本实验中哪个是对照组，哪个是实验组？
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
5.实验现象：
条件 澄清石灰水/出现的时间 酸性重铬酸钾溶液
有氧
无氧
变混浊／快
不出现灰绿色
变混浊／慢
出现灰绿色
（1）酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸，产生大量的二氧化碳，不产生酒精；
（2）酵母菌在无氧条件下进行无氧呼吸，产生了少量二氧化碳，同时也产生了酒精。
6.实验结论：
注意1：
澄清石灰水变浑浊（CaCO3）后，如果再通入过量CO2，又会变澄清（CaHCO3）。
注意2：
新配的溴麝香草酚蓝（BTB）是弱碱性的（蓝色），通入CO2后pH逐渐降低，BTB变色。
注意3
葡萄糖能和酸性重铬酸钾反应（慢一些），故检测时需要等培养液中葡萄糖耗尽再进行。
将B瓶先反应一段时间，然后再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶
B
酵母菌培养液
澄清石灰水
接气泵或
橡皮球
A
10% NaOH
酵母菌培养液
澄清石灰水
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
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。
发酵生产葡萄酒的车间
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作用需要的氧气，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的能量。
1.都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？
问题探讨
线粒体是有氧呼吸的主要场所。
外膜
内膜
线粒体基质
嵴
思考：为什么不说线粒体是有氧呼吸的场所呢？
大量实验证实，细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸。
______和______含有许多种与有氧呼吸有关的____。
基质中
内膜上
酶
资料1：
分离酵母菌的不同结构，分别加入相同浓度葡萄糖溶液，在其他条件均适宜的条件下，发现细胞质基质组（b组）和细胞匀浆组（c组）中，葡萄糖(C6H12O6)减少的同时，丙酮酸（C3H4O3）含量增加，而线粒体组（a组）中葡萄糖不变。
分析实验结果：
1.葡萄糖能不能被线粒体分解？
2.葡萄糖在什么位置首先被分解？生成了什么？
3.参照课本P92书写有氧呼吸第一阶段的反应式（不用配平）
二、有氧呼吸
分析实验结果：
1.葡萄糖能不能被线粒体分解？
2.葡萄糖在什么位置首先被分解？生成了什么？
3.书写有氧呼吸第一阶段的反应式？
不能
葡萄糖在细胞质基质中分解，生成丙酮酸。
+ 少量的[H] + 少量能量
C6H12O6
酶
C3H4O3
葡萄糖初步分解
场所：细胞质基质
二、有氧呼吸
资料1：
资料2：
使用超声波将线粒体破碎，分离线粒体膜状结构和线粒体基质，加入等量的丙酮酸、荧光素和荧光素酶，一段时间后，检测各试管的变化情况。
线粒体膜状结构
①
线粒体 基质
②
③
线粒体膜状结构和线粒体基质
丙酮酸的量不变;没有荧光
丙酮酸的量减少;有CO2生成，微弱荧光出现
丙酮酸的量减少;有CO2生成，较强荧光出现
实验结果分析：
1.丙酮酸分解发生在什么部位，生成了什么？
2.③号试管为什么有较强荧光出现？
3.参照课本P93写出有氧呼吸第二阶段的反应式？（不用配平）
等量的丙酮酸、荧光素和荧光素酶
二、有氧呼吸
实验结果分析：
1.丙酮酸分解发生在什么部位，生成了什么？
2.③号试管为什么有较强荧光出现？
3.写出有氧呼吸第二阶段的反应式？
资料2：
丙酮酸在线粒体基质中分解，产生CO2，释放少量能量。
线粒体基质分解丙酮酸后，在线粒体膜状结构继续发生反应释放较多的能量。
+ H2O
酶
2C3H4O3
CO2 + [H] + 少量能量
丙酮酸水解
场所：线粒体基质
二、有氧呼吸
资料3：
超声波震碎线粒体之后，内膜自然卷成了颗粒朝外的小囊泡，这些小囊泡具有氧化[H]的功能。当用胰蛋白酶处理后，这些小囊泡不再具有氧化[H]的功能；当把这些小颗粒装上去之后，小囊泡重新具有了氧化[H]的功能。这些小颗粒被证实是一系列线粒体内膜上的酶。
分析实验结果：
1.通过以上事实可以确定在线粒体内膜上发生什么样的反应？谁在氧化[H]？
2.参照课本P93写出有氧呼吸第三阶段的反应式？
二、有氧呼吸
资料3：
分析实验结果：
1.通过以上事实可以确定在线粒体内膜上发生什么样的反应？谁在氧化[H]？
2.写出有氧呼吸第三阶段的反应式？
氧化[H]的反应，氧气与[H]发生了反应。
[H]的氧化
酶
H2O +大量能量
[H] + O2
场所：线粒体内膜
二、有氧呼吸
差速离心
+葡萄糖
通入空气
+葡萄糖
通入空气
葡萄糖分解，消耗O2
+葡萄糖
通入空气
葡萄糖分解，不消耗O2
葡萄糖不分解
检测到中间产物丙酮酸含量的升高过程
线粒体
二、有氧呼吸
葡萄糖在细胞质基质中被分解为丙酮酸，线粒体无法直接利用葡萄糖
改变渗透压，使线粒体外膜涨破，后密度梯度离心
线粒体外膜
线粒体基质
不含外膜的线粒体
+丙酮酸
+丙酮酸
+丙酮酸
不反应
不反应
反应
超声波＋离心
内外膜间隙
内膜小泡
（含部分基质）
继续探究
+丙酮酸
丙酮酸消耗， O2消耗
线粒体
二、有氧呼吸
丙酮酸进入线粒体基质才被利用
少量能量
C6H12O6
2C3H4O3
[H]
2C3H4O3
6CO2
H2O
[H]
[H]
O2
H2O
少量能量
酶
酶
酶
大量能量
丙酮酸
丙酮酸
二、有氧呼吸
1.过程图解
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
线粒体外膜
2.有氧呼吸的过程：
（每一阶段都需要酶催化，并有ATP生成）
第一阶段发生在细胞质基质
第二阶段发生在线粒体基质
第三阶段发生在线粒体内膜
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
二、有氧呼吸
注意：
1.氧气不是第二阶段的反应物，即该阶段不需要氧气直接参与。但若没有氧气，该阶段不能持续进行，因此该阶段间接需要氧气参与。
2.[H]在细胞呼吸中主要是指NADH（还原型辅酶Ⅰ）。
二、有氧呼吸
能量转移路径：电子势能→H+浓度势能→ATP
思考：能量是如何释放的呢？
二、有氧呼吸
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
3.总反应式：
C6H12O6＋6H2O＋6O2→6CO2＋12H2O＋大量能量
酶
氧化
还原
4.概念：
指在氧的参与下，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。
思考：葡萄糖在细胞内彻底氧化分解和体外燃烧有哪些相同点和不同点呢？
（1）有氧呼吸过程温和
（2）有机物中的能量经过一系列化学反应逐步释放
（3）有氧呼吸释放的部分能量储存在ATP中
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。
5.特点（与有机物体外燃烧比）：
二、有氧呼吸
思考1：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？
二、有氧呼吸
6.能量变化：
资料：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。
有机物中稳定的化学能 → 热能散失+ATP中活跃的化学能
有氧呼吸的能量转化效率大约为34%（977.28÷2870×100%≈34%）。结合上一节所学内容，lmolATP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（977.28÷30.54=32）。
这种方式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：①可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中；②能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。
思考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？
二、有氧呼吸
分析资料：
1952年，二战后驻扎在东京的一位美国士兵虽然滴酒不沾，但也会进入醉酒的状态，难以解释的醉酒现象时常发生。
25年后，一个内科医生终于诊断出了其中的病因。原来在他的肠道里，生活着一种突变的酵母菌，这些突变酵母细胞利用摄入到人体内的糖类作为原料，通过糖酵解和乙醇发酵，制造出乙醇（酒精）。
密封有酒味
水淹烂根
定期排水
1.人为将无氧呼吸划分为两个阶段：
第一阶段：发生在细胞质基质，与有氧呼吸第一阶段相同；
第二阶段发生在细胞质基质，丙酮酸和[H]在不同酶催化下形成酒精和二氧化碳，或者转化为乳酸，该阶段不生成ATP。
注意：[H]和丙酮酸等是细胞呼吸的中间代谢产物，而非终产物。细胞呼吸第一阶段产生的 [H]等物质在后续阶段会被消耗掉。
[H]
C6H12O6
2C3H4O3
少量
能量
酶
丙酮酸
2C2H5OH＋2CO2
或
2C3O6O3
ATP
三、无氧呼吸
C6H12O6→2C3H6O3＋少量能量
酶
C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋少量能量
酶
三、无氧呼吸
2.无氧呼吸总反应式：
例：乳酸菌、动物、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等
例：酵母菌、大多数植物
微生物的无氧呼吸也叫发酵（酒精发酵和乳酸发酵）。
注意：
虽然糖类和脂肪等有机物都可以作为有氧呼吸的底物，但是脂肪（主要指脂肪酸）不能直接用做无氧呼吸的底物，因此我们在剧烈运动无氧呼吸时很难达到减肥的效果。
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。
3.概念：
三、无氧呼吸
C6H12O6→2C3H6O3＋少量能量
细胞呼吸释
放的能量
未彻底分解产物
中储存的能量
C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋少量能量
C6H12O6＋6H2O＋6O2→6CO2＋12H2O＋大量能量
葡萄糖中的能量
能量守恒分析
ATP
热能
酶
酶
酶
细胞呼吸有关计算
思考1：酵母菌以葡萄糖为呼吸底物分别进行有氧呼吸和无氧呼吸，产生等量的CO2，无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸消耗葡萄糖的几倍？
C6H12O6＋6H2O＋6O2→6CO2＋12H2O＋大量能量
酶
C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋少量能量
酶
葡萄糖：O2：CO2=1：6：6
O2：CO2=1：1
葡萄糖：酒精：CO2=1：2：2
酒精：CO2=1：1
思考2：若酵母菌有氧呼吸的底物是脂肪酸，消耗的氧气和产生的二氧化碳的物质的量还是相等的吗？
消耗的O2大于产生的CO2
呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 场所
氧气参与
分解程度
产物
能量
ATP生成阶段
相同点
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）＋储存在ATP中的化学能
乳酸/酒精中的化学能（主）
＋热能＋储存在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
第一阶段完全相同，包括反应过程和反应场所
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比较
思考：
生物在进行有氧呼吸或无氧呼吸时，均需要在细胞质基质中完成葡萄糖分解成丙酮酸的过程。请从进化的角度推测其原因。
原始地球上方原始大气的成分？
地球上最早的生物进行什么呼吸？
35亿年前蓝细菌的出现，使细胞呼吸方式发生了怎样的进化？
为何需氧型生物存在细胞呼吸第一阶段。
有氧呼吸和无氧呼吸比较
有氧呼吸的生物，如植物根在水淹的情况下能进行短暂的无氧呼吸，人在剧烈运动时，骨骼肌细胞也能进行无氧呼吸。试从生物进化的角度说明原因和意义。
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。
核酸
蛋白质
多糖
脂肪
核苷酸
氨基酸
丙酮酸
单糖
脂肪酸
糖酵解
β氧化
脱氨基
乙酰辅酶A
1.概念：
四、细胞呼吸
（1）能为生物体提供能量
2.意义：
（2）是生物体代谢的枢纽。
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。
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
C6H12O6
CO2＋H2O
问题拓展：
1.原核生物没有线粒体，可以完成有氧呼吸的全过程吗？
可以，在细胞膜和细胞质基质上进行。
2.下列生物中哪些不能够进行有氧呼吸？乳酸菌、念珠藻、变形虫、蛔虫、人的成熟红细胞
乳酸菌、蛔虫、人的成熟红细胞。
3.用酵母菌发酵酿酒，当酒精含量达到12%-16%时，发酵就停止了，为什么？
酒精达到一定浓度对酵母菌有害，会抑制酵母菌的生长和繁殖。
四、细胞呼吸
五、细胞呼吸的原理的应用
五、细胞呼吸的原理的应用
1.在酿酒业上的应用：先通气，让酵母菌进行有氧呼吸，使其数量增加；然后隔绝空气，使其发酵，产生酒精。
2.在医学上：利用氧气抑制破伤风等厌氧型细菌的繁殖。
3.农业生产中的应用：
①中耕松土，促进根系的有氧呼吸，有利于根系的生长及对矿质离子的吸收。
②贮藏蔬菜和水果，适当降低温度和氧气浓度，增加CO2的浓度。
③贮藏种子，必须降低含水量。
1.温度：
2.CO2浓度：过高CO2抑制细胞有氧呼吸。
温度/℃
呼吸速率
应用：低温保鲜
应用：增加CO2的浓度保鲜。
通过影响酶的活性而影响细胞呼吸。
六、影响细胞呼吸的因素
呼
吸
强
度
CO2浓度
4.O2浓度：
O2浓度
呼吸速率
（1）对无氧呼吸
（2）对有氧呼吸
呼吸速率
O2浓度
六、影响细胞呼吸的因素
细胞含水量
呼吸速率
酶数量的限制
环境中水含量
呼吸速率
长时间无氧呼吸供能不足
应用：种子晒干保存。
3.水：
①A点：只进行无氧呼吸（ O2含量为0）。
②AC段：两种呼吸并存（产生的CO2的量＞吸收O2的量）。
（3）绝大多数植物的非绿色器官或酵母菌的呼吸速率受氧气的影响
六、影响细胞呼吸的因素
4.O2浓度：
③Ｃ点以后：只进行有氧呼吸（产生的CO2的量=吸收O2的量）。
④Ｂ点：无氧呼吸与有氧呼吸速率相等，此时CO2的总释放量最低。D点：O2浓度超过一定值时，无氧呼吸消失。
结果预测(红色液滴移动情况) 相应结论
装置A 装置B
1
２
３
４
知识拓展
探究酵母菌细胞呼吸的类型
要通过实验探究酵母菌的细胞呼吸类型,还要同时设计另一个实验,简要说出思路
左移
不移
右移
不移
右移
左移
不移
不移
只有有氧呼吸
只有无氧呼吸
两种呼吸都有
细胞死亡
细胞呼吸
氧化分解有机物
能量
[O2]
温度
热
ATP
无氧呼吸
有氧呼吸
糖酵解
(第一阶段)
第二阶段
第三阶段
线粒体
细胞质基质
湿度
[CO2]
乳酸
乙醇和
二氧化碳
是
释放
大部分用
于生成
少部分推
动生成
分为
均涉及
若无氧则生成
若有氧则进行
发生在
发生在
外界影 响因素
下列哪些证据支持内共生学说：
线粒体内存在于细胞DNA相似的环状DNA。
线粒体内的蛋白质，有少数几种由线粒体DNA指导合成，绝大多数由核DNA指导合成。
真核细胞内的DNA具有高比例的核苷酸序列经常不表现出遗传效应，线粒体DNA和细菌的却不是这样。
线粒体能像细菌一样进行分裂增殖。
思维训练——运用证据和逻辑评价论点