生物人教版（2019）必修1 5.3细胞呼吸的原理和应用（共46张ppt）

(共46张PPT)
5.3 细胞呼吸的原理和应用
（第一课时）
第五章 细胞的能量供应和利用
01 探究酵母菌呼吸作用的方式
02 有氧呼吸
03 无氧呼吸
04 本节内容总结
探究·实践
01 探究酵母菌细胞呼吸的方式
细胞呼吸的实质：
呼吸作用的实质（不是定义）是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。也称为细胞呼吸。
细胞呼吸与燃烧的异同？
细胞呼吸与呼吸运动是否是同一概念？
剧烈氧化与缓慢氧化
不是，呼吸作用是在细胞内进行的代谢过程，呼吸运动是高等动物与外界进行气体交换的生理过程。
酵母菌酿酒过程中，既需要有氧环境，也需要无氧环境，其在有氧和无氧环境下，是否都能进行呼吸作用？产物有何不同？
实验分析
1.选材：
20g 酵母菌（单细胞真菌）分成两等份
01 探究酵母菌细胞呼吸的方式
①
②
③
④
⑤
⑦
⑧
⑨
⑥
酵母菌在营养充足、环境适宜时进行出芽生殖；营养匮乏，环境恶劣时进行孢子生殖。环境适宜时，生长周期短，增殖速度快，适合本实验
2、试剂：质量分数为5%的葡萄糖溶液
处理：要先煮沸再冷却至室温。目的：①排出氧气②消灭其他微生物
3、检测试剂
（1）检测CO2
选用试剂：澄清石灰水（遇二氧化碳变浑浊）
溴麝香草酚蓝水溶液（BTB）
特性（原理）：（PH≥7：蓝→6＜PH＜7：绿→PH＜6：黄）
(随CO2浓度的增加，溶液PH逐渐减小，颜色由蓝变绿再变黄)
（2）检测酒精
选用试剂：酸性重（chong）铬酸钾（K2Cr2O7）溶液
原理：酸性重铬酸钾溶液与酒精反应，溶液颜色由橙色变为灰绿色
实验分析
01 探究酵母菌细胞呼吸的方式
实验分析
3、反应装置
使进入A瓶的空气先经过NaOH处理，排除空气中CO2对实验结果的干扰（如何验证/改进？）
封口放置一段时间（氧气耗尽）再连接石灰水
如何排除空气中氧气的干扰？
01 探究酵母菌细胞呼吸的方式
实验分析
4、实验现象
(1)检验CO2
a、澄清石灰水的浑浊程度
01 探究酵母菌细胞呼吸的方式
比较浑浊
较浑浊
CO2多
CO2少
拓展提升
b、溴麝香草酚蓝溶液(BTB)检测CO2
初始状态
蓝色PH≥7
加入A瓶滤液
黄色PH＜6
加入B瓶滤液
绿色6＜PH＜7
CO2多
CO2少
(2)检验酒精：
酸性重铬酸钾溶液检验酒精的有无
A中无酒精产生，B中产生酒精
01 探究酵母菌细胞呼吸的方式
实验分析
5、实验结论：
1、酵母菌在有氧和无氧情况下均可以进行细胞呼吸。
2、在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量二氧化碳。
3、在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量二氧化碳。
科学家根据大量实验结果得出结论：细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。
01 探究酵母菌细胞呼吸的方式
归纳总结
01 探究酵母菌细胞呼吸的方式
自主探究
02 有氧呼吸
1.场所：
a.真核细胞：细胞质基质和线粒体（主要场所为线粒体）
b.原核细胞：细胞质基质
2、线粒体适于有氧呼吸的结构特点：
①双层膜结构，其中，[ ] 向内凹陷形成[ ] ，嵴上分布有[ ] ，基粒中含有有氧呼吸有关的酶。嵴使 ，
大大增加，进而增加了有氧呼吸面积。
②嵴周围充满了液态[ ] ，基质中含有[ ] 、 、[ ] 和有氧呼吸有关的酶，同时，线粒体自身也可合成一部分有氧呼吸有关的酶。
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
内膜
②
③
嵴
④
基粒
内膜表面积
⑥
基质
⑤
DNA
RNA
⑦
核糖体
分部探究
葡萄糖的初步分解
C6H12O6
酶
2C3H4O3 + 4 [H] + 能量
（丙酮酸 CH3COCOOH）
场所：细胞质基质
①
丙酮酸和水彻底分解
酶
6CO2 +20 [H] + 能量
场所：线粒体基质
②
2C3H4O3
（丙酮酸）
[H]的氧化
酶
12H2O + 能量
场所：线粒体内膜
③
24[H] + 6O2
+ 6H2O
（少量ATP +热量）
（少量ATP+热量）
（大量ATP+热量）
[H]：一种高能物质—还原型辅酶I（NADH）的简单表述，可以理解为蕴含大量能量的还原氢，极易与氧气发生氧化反应，释放大量能量。
02 有氧呼吸
模型构建
C6H12O6
①
少量能量
ATP
热量
2C3H4O3
酶
4[H]
细胞质基质
6CO2
酶
6H2O
20[H]
线粒体基质
少量能量
ATP
热量
②
12H2O
大量
能量
ATP
热量
③
6O2
酶
线粒体内膜
02 有氧呼吸
名师点睛
1mol葡萄糖含有的能量为2870Kj，经有氧呼吸彻底氧化分解，977.54Kj能量储存在ATP中，其余能量以热量形式散失（形成1molATP需要消耗能量30.54Kj）。
请计算：1mol葡萄糖有氧呼吸可产生多少ATP，能量利用率为多少？
977.54÷30.54=32个
977.54÷2870=34%
有氧呼吸能量的去向：
02 有氧呼吸
名师点睛
02 ATP与ADP的相互转化
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
（ATP+热量）
1、C、H、O的来源于去向？
2、能量的来源与去向？
有机物中稳定的化学能被释放，大部分以热量形式散失或维持体温，少量用来合成ATP（活跃的化学能）
3、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
大量ATP
自主探究
无氧呼吸过程共分两步：第一步和有氧呼吸第一步相同即：
（大部分高等植物、 酵母菌）
（马铃薯块茎、甜菜块根玉米胚及动物细胞）
葡萄糖的初步分解
C6H12O6
酶
2C3H4O3 +4 [H] +能量
（丙酮酸）
场所：细胞质基质
①
（少量ATP +热量）
②
酶
+ 2CO2
2C3H4O3 + 4[H]
2C2H5OH
（酒精）
2C3H4O3 + 4[H]
酶
2C3H6O3
（乳酸）
（丙酮酸）
（丙酮酸）
场所：细胞质基质
无氧呼吸第二步分为两种类型：
类型一：
类型二：
03 无氧呼吸
无氧呼吸只在第一步反应中形成少量ATP,第二步反应不产生ATP
深入探究
03 无氧呼吸
1mol的葡萄糖所含能量大约2870kJ的能量，氧化分解成乳酸以后，释放出196.65kJ的能量，其中61.08KJ能量用来合成ATP，请计算1mol葡萄糖能产生多少ATP
一部分以热能形式散失，另一部分储存在不彻底的氧化分解产物酒精或乳酸中。
2丙酮酸
（C3H4O3）
C6H12O6
酶
少量能量
4[H]
酶
酶
2酒精（C2H5OH）+2CO2
2乳酸（C3H6O3）
细胞质基质
不彻底氧化分解
1mol葡萄糖 196.65KJ能量
135.57KJ( 热能）
61.08KJ(储存在ATP中)
61.08KJ ÷ 30.54KJ ≈ 2 mol ATP
1mol的葡萄糖所含能量大约2870kJ的能量，氧化分解成乳酸以后，释放出196.65kJ的能量，其中61.08KJ能量用来合成2molATP。其余能量的去处？
一部分以热能形式散失，另一部分储存在不彻底的氧化分解产物酒精或乳酸中。
2丙酮酸
（C3H4O3）
C6H12O6
酶
少量能量
4[H]
酶
酶
2酒精（C2H5OH）+2CO2
2乳酸（C3H6O3）
细胞质基质
不彻底氧化分解
1mol葡萄糖 196.65KJ能量
135.57KJ( 热能）
61.08KJ(储存在ATP中)
61.08KJ ÷ 30.54KJ ÷ 1molATP ≈ 2molATP
转化效率
61.08KJ ÷ 196.65KJ × 100% ≈ 31%
1、无氧呼吸总反应式：
C6H12O6
酶
2C3H6O3＋少量能量(少量ATP+热量)
2C2H5OH＋2CO2＋少量能量(少量ATP+热量)
C6H12O6
酶
3、场所：
2、能量去向：
葡萄糖无氧呼吸只产生少量能量，形成少量ATP,大部分能量储存在酒精或乳酸中。
只在细胞质基质中进行
细胞在无氧的条件下，葡萄糖等有机物经不完全分解，释放出少量能量的过程就是无氧呼吸。
4、无氧呼吸的定义
归纳总结
发酵：酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫发酵。产生酒精的叫做酒精发酵，产生乳酸的叫做乳酸发酵。
特例：醋酸发酵制醋是有氧呼吸。
03 无氧呼吸
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，叫做细胞呼吸。是异化作用（将细胞自身物质转化为
非己成分）的重要方式。
2、意义：
a、所有生物的生存都离不开细胞呼吸释放的能量。
b、细胞呼吸是生物代谢的枢纽：①代谢的中间产物可转化为甘油、氨基酸，
进一步合成脂肪、蛋白质等非糖类物质②非糖物质（脂肪、蛋白质）代谢形成
的某些产物（甘油、氨基酸）可转化为葡萄糖，参与呼吸作用 因此，蛋白质、
糖类和脂质的代谢，均可通过细胞呼吸联系起来
1、细胞呼吸的概念：
归纳总结
03 无氧呼吸
对比学习
03 无氧呼吸
项目 有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 场所
条件
产物
能量
相同点 联系 实质 意义 细胞质基质和线粒体
始终在细胞质基质
需氧、酶
不需氧、需酶
6CO2、12H2O
酒精和CO2或乳酸
热量+大量（32ATP）
少量热量+少量（2ATP）
第一阶段从葡萄糖分解为丙酮酸阶段完全相同
分解有机物，释放能量，合成ATP
为生物体的各项生命活动提供能量
分解彻底
分解不彻底
04 本节内容总结
无氧呼吸
5.3 细胞呼吸的原理和应用
（第二课时）
第五章 细胞的能量供应和利用
03 呼吸作用的影响因素及应用
02 细胞呼吸测定装置
04 本节内容总结
01 细胞呼吸类型的判断
课前检测
01 细胞呼吸类型的判断
请回忆上节课的内容并完成以下问题：
⑴有H2O生成的一定是 ,有C02生成的可能是有氧呼吸，也可能是产生 的无氧呼吸，但一定不是产生 的无氧气呼吸;
(2)不同生物的无氧呼吸的产物可能不同，其直接原因是催化反应的 不同，根本原因是控制酶合成的 不同；
⑶无氧呼吸只释放少量能量，其余能量储存在分解不彻底的氧化产物
或 中，还有部分能量以热能形式散失；
(4)水稻等植物长期水淹后烂根是因为无氧呼吸产的 对细胞有毒害作用;玉米种子烂胚是因为无氧呼吸产生的 对细胞有毒害作用。
有氧呼吸
酒精
乳酸
酶
DNA
酒精
乳酸
酒精
乳酸
⑸无线料体的真核细胞或生物只能进 呼吸，如哺乳动物成熟红细胞、蛔虫等。
⑹葡萄糖不能进入线粒体，葡萄糖分解为丙酮酸只发生在 ;
⑺有氧呼吸在线粒体中进行的是第 、 阶段，不是全过程；
⑻原核生物无线粒体，但有些原核生物仍可进行有氧呼吸，如蓝藻、硝化细菌、好氧细菌等;原核生物的有氧呼吸发生在 和
⑼有氧呼吸三个阶段都释放能量产生ATP,而无氧呼吸只在第 阶段释放能量产生ATP.
无氧
细胞质基质
二、 三
细胞质基质
细胞膜
一
课前检测
01 细胞呼吸类型的判断
自主探究
01 细胞呼吸类型的判断
方式一：根据反应物和产物判断
（1）消耗O2的一定是
（2）产生H2O的一定是
（3）有H2O参与的一定是
（4）有酒精或乳酸产生的一定是
（5）无CO2产生的，只进行产生 的无氧呼吸
（6）产生乳酸不产生CO2 ,只进行产生 的无氧呼吸
（7）产生乳酸和CO2既进行产生 的无氧呼吸,又进行 （8）不消耗02,但产生CO2 ,只进行产生 的无氧呼吸
有氧呼吸
有氧呼吸
有氧呼吸
无氧呼吸
乳酸
乳酸
乳酸
有氧呼吸
酒精
产生酒精的无氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸两种方式，一种生物体只能进行其中一种，不会同时出现。
深入探究
方式二：根据消耗氧气和生成二氧化碳的量来判断
01 细胞呼吸类型的判断
计量方式：我们将呼吸作用CO2释放量和O2吸收量的比值计为RQ（呼吸熵）
即：RQ（呼吸熵）RQ= V CO2释放 / V O2吸收
C6H12O6 +6H2O +6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
C6H12O6
酶
2C3H6O3 ＋ 少量能量
2C2H5OH＋ 2CO2 ＋ 少量能量
C6H12O6
酶
关于RQ，我们记住两个数值：1 和 4/3
定量分析
01 细胞呼吸类型的判断
在以葡萄糖和酵母菌为呼吸底物的情况下
①无CO2产生：
②不耗O2，产生CO2：
③RQ=1： 呼吸或既有 呼吸又有产生 的无氧呼吸
④RQ>1： 。
⑤底物为葡糖糖时， （会/不会）出现 RQ < 1.
a．若RQ＝ ，有氧呼吸＝无氧呼吸；
b．若RQ= 4/3，有氧呼吸＜无氧呼吸；
c．若RQ= 4/3，有氧呼吸＞无氧呼吸。
有氧
既有有氧呼吸又有产生酒精的无氧呼吸
4/3
＞
＜
产乳酸的无氧呼吸
产酒精的无氧呼吸
有氧
乳酸
不会
测定装置
02 细胞呼吸的测定装置
分析：装置一中，NaOH作用为吸收装置中 ，则装置体积变化V1为 的体积，即V1= ；装置二中体积变化V2为 的体积减去 的体积，即V2= . 呼吸熵RQ= / 。
呼吸作用释放的CO2
有氧呼吸消耗Q2
VQ2
呼吸作用释放的CO2
有氧呼吸消耗Q2
VCQ2-VQ2
(V1+V2)
V1
素养提升
02 细胞呼吸的测定装置
空白对照组
1、本实验中无关变量有哪些？该如何控制？
环境温度设置为室温，大气压强保持不变，种子数量和生理状况保持一致
2、本实验有无改进之处？（如何证明上述无关变量保持不变？）
煮熟的种子
深入探究
02 细胞呼吸的测定装置
装置一不会右移，装置二不会左移，为什么？
拓展延伸
呼吸作用强度如何衡量？
有机物在生物体内的呼吸作用实质是将有机物（一般为葡糖糖）通过不同途径（有氧或无氧）氧化分解，最终产物是二氧化碳和水。
若用有机物消耗量进行测定，则测定难度较大，且容易产生误差。我们可以根据二氧化碳的释放量来衡量呼吸作用的强度。（不考虑产生乳酸的无氧呼吸）
03 呼吸作用影响因素及应用
自主探究
03 呼吸作用影响因素及应用
（一）影响细胞呼吸的内因
遗传因素、酶的种类和数量
1.不同生物，细胞呼吸速率不同。
如：阴生植物﹤阳生植物，旱生植物﹤水生植物
2.同一个体在不同发育时期，细胞呼吸速率不同。
如：老年人﹤青年人，幼苗、开花期>成熟期
3.同一个体的不同器官，细胞呼吸速率不同。
如：肝脏细胞﹥皮肤细胞，生殖器官>营养器官
合作探究
（二）影响细胞呼吸的外界因素
温度、氧气、二氧化碳、水
通过影响呼吸酶的活性，进而影响呼吸作用。
1.温度
应用：
1、冰箱肉类冷冻储存，蔬果低温保鲜低温储存
2、种植大棚作物
①白天（晴朗）：适当 温（光合作用原理）
②夜间（及阴天）：适当 温（呼吸作用原理）
升
降
03 呼吸作用影响因素及应用
合作探究
2.O2浓度
CO2
释放量
释放CO2的总量
有氧呼吸
无氧呼吸
M
R
C
B
D
A
E
D
03 呼吸作用影响因素及应用
合作探究
M
R
C
B
D
A
E
D
曲线分析：（1）M点时氧气浓度为0，此时只有无氧呼吸。曲线M→B→D表示随着氧气浓度增加，无氧呼吸逐渐被抑制，D点时，无氧呼吸强度为 0 ；
（2）曲线0→B→C表示有氧呼吸逐渐增强。其中，B点为两条曲线的交点，即氧气浓度为D时，有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2相同，但消耗的葡萄糖 否 （是/否）相等，比值为
1 (有氧): 3 （无氧）
（3）曲线M→E→C表示有氧呼吸和无氧呼吸释放的总二氧化碳量。 R 点时，二氧化碳生成量最少，可以理解为此时有机物消耗最少，R点称为储存点。
03 呼吸作用影响因素及应用
联系生活
应用：
适当减少O2浓度可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。
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，造成无氧环境；
③低氧仓储粮食、水果和蔬菜。（无氧时
有机物消耗不是最低）
M
R
C
B
D
A
E
F
03 呼吸作用影响因素及应用
拓展延伸
呼吸作用曲线中的面积问题
总呼吸作用
有氧呼吸
无氧呼吸
我们将三条曲线和横轴围成的面积表示出来，如右图所示，请说明三幅图的含义：
无氧呼吸总量
有氧呼吸总量
呼吸作用总量
1、三种颜色区域面积之间有何等量关系？
D
D
D
无氧呼吸总量SMOD
有氧呼吸总量SOEF
E
F
呼吸作用总量=SMOFE
E
F
+
=
2、由上述等式能否找到三图中面积相等的两区域？
SMRC = S0RD
03 呼吸作用影响因素及应用
合作探究
3.CO2浓度：
应用：
果蔬储藏，适当增加CO2浓度，抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗,合理密植。
4.含水量：
含水量
O
呼吸速率
应用：
①粮食储藏前晒干；②干种子萌发前浸泡。
CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行。
在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快。自由水含量较高时，细胞呼吸作用旺盛。
03 呼吸作用影响因素及应用
应用举例
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。酿酒时在适宜的温度和pH等条件下，先通气，让酵母菌进行有氧呼吸，使其进行有氧呼吸并大量繁殖，数量增加；然后隔绝空气，使其发酵，产生酒精。
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（主动运输）。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。
03 呼吸作用影响因素及应用
应用举例
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。有氧运动可以避免肌肉细胞因供氧不足进行无氧呼吸而产生大量乳酸而使肌肉酸胀无力。
03 呼吸作用影响因素及应用
拓展延伸
发酵--微生物无氧呼吸在生产中的应用
谷氨酸棒状杆菌是一种好氧细菌。在有氧条件下，谷氨酸棒状杆菌能将葡萄糖和含氮物质（如尿素、硫酸铵、氨水）合成为谷氨酸。谷氨酸经过人们的进一步加工，就成为谷氨酸钠──味精。
①用谷氨酸棒状杆菌生产味精
②用醋酸杆菌生产食醋
醋酸杆菌是一种好氧细菌。在氧气充足和具有酒精底物的条件下，醋酸杆菌大量繁殖并将酒精氧化分解成醋酸。
③酸奶、泡菜制作：乳酸菌进行无氧呼吸，产生乳酸。
④医学上，利用氧气驱蛔虫。……
03 呼吸作用影响因素及应用
思维训练
关于真核细胞线粒体的起源，科学家提出了一种解释：约十几亿年前，
有一种真核细胞吞噬了原始的需氧细菌，被吞噬的细菌不仅没有被消化分
解，反而在细胞中生存下来了。
需氧细菌从宿主细胞那里获取
丙酮酸，宿主细胞从需氧细菌
那里得到丙酮酸氧化分解释放
的能量。在共同生存繁衍的过
程中，需氧细菌进化为宿主细
胞内专门进行细胞呼吸的细胞
器。
03 呼吸作用影响因素及应用
归纳总结
以下哪些证据支持这一论点，哪些不支持这一论点
1. 线粒体内存在与细菌DNA相似的环状DNA。
2. 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。
3. 真核细胞内的DNA有极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。
4. 线粒体能像细菌一样进行分裂增殖。
这一论点包含两个要点：线粒体原本是一种独立生存的细菌，后来与真核细胞共生变成细胞内的结构（一种细胞器）。
由此可见，证据1、证据3和证据4，能够支持这一论点，而证据2不支持。
03 呼吸作用影响因素及应用
对比学习
04 本节内容总结