生物人教版（2019）必修1 5.3细胞呼吸的原理和应用课件（共44张ppt）

(共44张PPT)
细胞呼吸的原理和应用
酵母菌
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
资料分析
在利用酵母菌生产葡萄酒时，却需要密封发酵。
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。
产生CO2
产生酒精
问题：酵母菌什么条件下产生CO2,什么条件下产生酒精？
酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧型微生物。酵母菌利用葡萄糖进行细胞呼吸，呼吸产物不相同。
酵母菌是一种单细胞真菌，它与人类的生活息息相关，做面包、馒头、酿酒等，都是利用酵母菌的呼吸作用。
呼吸作用的实质是细胞内有机物的氧化分解，并释放出能量，因此也叫细胞呼吸
细胞呼吸是否一定需要氧？
生物在有氧和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸呢？
提出问题
作出假设
酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是什么
有氧条件下产生CO2，无氧条件下产生CO2+酒精
一、探究酵母菌细胞呼吸的方式
怎样控制有氧和无氧的条件？
怎样鉴定有无酒精产生？
怎样鉴定有无CO2产生？如何比较CO2产生的多少？
设计实验
取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别装入锥形瓶A、B中，分别注入240ml质量分数为5%的葡萄糖溶液
实验组
组A：有氧呼吸组
组B：无氧呼吸组
对比实验
1．对比实验
设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验叫对比实验，也叫相互对照实验。理解对比实验的关键点是“设置两个或两个以上的实验组”，这些实验组之间互为对比实验。
2．对比实验与对照实验的比较
对照实验不仅包括对照组和实验组的对照，还包括多个实验组之间的对比(即通常说的相互对照实验)。所以，是对比实验，就一定是对照实验，因为它符合单一变量原则，但是，对照实验不一定是对比实验，因为它还可能是对照组与单个实验组之间的对照
进行实验
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）
酒精、CO2
通气
密封
相同且适宜
★注意事项
①甲组中通过含NaOH溶液的目的是什么？
去除空气中CO2 ，保证澄清石灰水变浑浊是酵母菌有氧条件产生CO2所致。
②B瓶应封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的目的是什么？
消耗掉B瓶中的氧气，确保通过澄清石灰水的CO2是无氧呼吸产生的。
③A、B培养瓶中加入煮沸后冷却的葡萄糖溶液，加热煮沸的目的是什么？
除去溶液中的氧气，避免对自变量的影响。
杀死葡萄糖溶液中可能存在的杂菌，避免对实验结果的干扰。
④A装置中用气泵间歇性地通入空气的目的是什么？
保证酵母菌有充足的氧气，以进行有氧呼吸。
产物鉴定
CO2的检测
酒精的检测
使澄清石灰水变浑浊（根据浑浊程度检测CO2产生的多少）
溴麝香草酚蓝溶液：蓝→绿→黄
（根据其变黄色时间的长短，检测CO2产生的多少）
酒精+重铬酸钾（浓硫酸溶液）：橙色→灰绿色
注意：检测时需要等培养液中葡萄糖耗尽再进行。
因为葡萄糖能和酸性重铬酸钾反应
如何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．
分析结果
条件 澄清石灰水/出现的时间 重铬酸钾--浓硫酸溶液
有氧
无氧
变混浊／快
不变灰绿色
变混浊／慢
出现灰绿色
酵母菌在有氧和无氧条件下都进行细胞呼吸。
在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量CO2
在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精和少量CO2
得出结论
二、有氧呼吸
1．主要场所——线粒体
外膜
内膜
DNA/RNA
嵴
增大膜面积
分布有氧呼吸的酶
2.有氧呼吸的过程
C6H12O6
2丙酮酸
酶
4[H]
能量
2ATP
热
线粒体
细胞质基质
①
葡萄糖的初步分解
场所：细胞质基质
第一阶段
C6H12O6
酶
2C3H4O3
+4[H]
+能量(少)
[H]指的是氧化型辅酶Ⅰ(NAD＋)转化成的还原型辅酶Ⅰ(NADH)。
C6H12O6
2丙酮酸
酶
4[H]
能量
2ATP
热
线粒体基质
细胞质基质
①
酶
6H2O
20[H]
6CO2
能量
ATP
热
②
2C3H4O3
酶
6CO2
+20[H]
+能量(少)
第二阶段
丙酮酸彻底分解
场所：线粒体基质
C6H12O6
2丙酮酸
酶
4[H]
能量
ATP
热
线粒体基质
细胞质基质
①
酶
6H2O
20[H]
6CO2
能量
ATP
热
②
6O2
③
酶
12H2O
能量
ATP
热
线粒体内膜
第三阶段
24[H]+6O2
酶
12H2O
+能量(多)
场所：线粒体内膜
[H]的氧化
有氧呼吸
第一阶段：
C6H12O6
2C3H4O3
+4[H]
+少量能量
酶
细胞质基质
第二阶段：
2C3H4O3
+6H2O
6CO2
+20[H]
+少量能量
酶
线粒体基质
第三阶段：
24[H]
+6O2
12H2O
+大量能量
酶
线粒体内膜
葡萄糖的初步水解
丙酮酸彻底分解
[H]氧化
指细胞在氧的参与下，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。
3.有氧呼吸的概念
C6H12O6 + 6H2O + 6O2
酶
12H2O + 6CO2 + 能量
（合成38ATP)
如果用同位素18O来分别标记A组的葡萄糖中的O和B组中的18O2，试分析A、B两组中的18O最终会出现在哪种产物中。
能量变化
1mol的葡萄糖彻底氧化分解的能量为2870KJ，其中977.28KJ（约34%）左右的能量储存在 中，另一部分（约66%）以 形式散失。
ATP
热能
★注意事项
糖类(葡萄糖)必须分解成丙酮酸后才能进行有氧呼吸的第二、三阶段
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)。
[名师点拨]　关注细胞呼吸过程中的几个易错点
(1)有氧呼吸的反应式中箭头不能写成等号，能量不能写成ATP。
(2)葡萄糖是有氧呼吸最常利用的物质，但不是唯一的物质。
(3)[H]是一种十分简化的表示方式，这一过程实际上是氧化型辅酶I (NAD＋)转化成还原型辅酶I (NADH)。
(4)有氧呼吸的三个阶段都需要不同的酶来催化。
(5)原核生物没有线粒体，但是也可进行有氧呼吸，场所是细胞质基质和细胞膜。
(6)产生CO2的不只是有氧呼吸，酒精发酵过程中也有CO2的产生。
(7)有氧呼吸过程中产生的水和反应物中的水其来源和去向不同，所以不是同一分子的水。
1.无氧呼吸的过程及场所
三、无氧呼吸
葡 萄 糖
丙 酮 酸
[H]
少量能量
酶
酶
酒精（C2H5OH）+ CO2
乳酸（C3H6O3）
酶
细胞质基质
（酵母菌、大多数高等植物细胞）
（动物及马铃薯块茎、
甜菜块根细胞、乳酸菌等）
①
②
☆与有氧呼吸第一阶段相同
葡萄糖的初步分解
C6H12O6
酶
2C3H4O3 +4 [H] + 少量能量
（丙酮酸）
场所：细胞质基质
①
丙酮酸不彻底分解
场所：细胞质基质
2C3H4O3 +4 [H]
酶
2C3H6O3（乳酸）
2C2H5OH（酒精）
+2CO2
②
1.无氧呼吸的过程及场所
2.无氧呼吸的反应式
酶
酶
C6H12O6
2C2H5OH（酒精）+ 2CO2 + 能量（少量）
C6H12O6
2C3H6O3（乳酸）+ 能量（少量）
①产生酒精（大多数植物、酵母菌）
②产生乳酸（高等动物、乳酸菌、玉米胚、马铃薯块茎和甜菜块根等）
（3）能量变化
葡萄糖无氧呼吸都只在 释放少量的能量，其中一部分储存在 ，一部分以热能形式散失，葡萄糖中大部分能量存留在 中。
第一阶段
ATP
酒精或乳酸
推导“无氧呼吸”的概念：
无氧呼吸是指细胞在 的参与下，通过多种 的催化作用，把葡萄糖等有机物 ，产生 ，释放 ，生成 的过程。
不需要氧
酶
不彻底氧化分解
CO2和酒精或乳酸
少量能量
少量ATP
[易错提醒]
(1)无氧呼吸只在第一阶段产生少量ATP，第二阶段不产生ATP。
(2)无氧呼吸产物不同的原因：不同生物体内催化反应进行的酶的种类不同。
(3)无氧呼吸并不是必须在绝对无氧的条件下进行。有氧但氧气浓度较低的条件下同样可以进行无氧呼吸。
(4)一般动物细胞无氧呼吸产物为乳酸，植物细胞无氧呼吸产物为酒精和二氧化碳，但也有例外，如马铃薯的块茎、甜菜的块根、玉米的胚等器官，无氧呼吸产生乳酸。
3、有氧呼吸和无氧呼吸的比较
项目 有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 场所
条件
产物
能量
特点
相同点 过程
实质
意义
细胞质基质、线粒体
细胞质基质
需O2、多种酶
CO2、H2O
酒精和CO2或乳酸
大量（2870KJ/mol）
少量(196.65或225.94KJ/mol)
有机物彻底分解，能量完全释放
有机物没有彻底分解，能量没完全释放
第一阶段(葡萄糖 丙酮酸)相同
氧化分解有机物，释放能量，产生ATP
为生物体生命活动提供能量，为体内其他化合物的合成提供原料
不需O2、多种酶
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
细胞呼吸
归纳概括
呼吸作用的实质是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量
四、细胞呼吸的影响因素及应用
1.内部因素——遗传因素
遗传物质的不同，决定酶的种类和数量不同，进而影响细胞呼吸的类型、速率等。
（1）生物的细胞呼吸类型
①需氧型生物——需在氧气充足的条件下才能正常生活，如人、绝大多数动植物。
②厌氧型生物——需在无氧条件下才能正常生活，有氧时呼吸作用会受到抑制，甚至不能生长，如乳酸菌、破伤风杆菌。
③兼性厌氧型生物——在有氧条件下进行有氧呼吸，在无氧条件下进行无氧呼吸，如酵母菌。
（2）不同种类、不同生长发育时期或不同组织器官，细胞呼吸速率有差异(以植物为例)
①不同种类植物的细胞呼吸速率不同，一般旱生植物小于水生植物，阳生植物大于阴生植物。
②同一植物在不同生长发育时期呼吸速率不同，如幼苗期、开花期呼吸速率升高，成熟期呼吸速率下降。
③同一植物的不同组织器官呼吸速率不同，一般生殖器官大于营养器官。
2．影响细胞呼吸的外因——环境因素
(1)温度
①影响(如图)：细胞呼吸是一系列酶促反应，温度通过影响酶的活性而影响细胞呼吸速率。细胞呼吸的最适温度一般在25～35 ℃。
（若是水果、蔬菜保鲜则需 零上低温）
(2)氧气
①影响(如图)：O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。
对有氧呼吸：
对无氧呼吸：
限制因素：酶的活性和数量
(2)氧气
a.O2浓度＝0时，只进行无氧呼吸。
b.0＜O2浓度＜10%时，同时进行有氧
呼吸和无氧呼吸。
c.O2浓度≥10%时，只进行有氧呼吸。
d.O2浓度＝5%时，有机物消耗最少。
限制因素可能是呼吸底物的量、酶的量、酶的活性等
破伤风杆菌
乳酸
②应用
中耕松土促进植物根部有氧呼吸
无氧发酵过程需要严格控制无氧环境，O2会抑制无氧呼吸
低氧储存粮食、水果和蔬菜
选用透气消毒纱布包扎伤口，抑制 等厌氧细菌的无氧呼吸。
提倡慢跑，防止肌细胞无氧呼吸产生 。
稻田定期排水，抑制无氧呼吸产生酒精，防止酒精中毒，烂根死亡。
(3)水分
①影响(如图) 在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，随含水量的减少而减慢。当含水量过多时，呼吸速率减慢，甚至停止。
水果蔬菜保持一定的水分
(4)二氧化碳
①影响(如图)：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。
②应用：适当增加CO2浓度，有利于水果和蔬菜的保鲜。
1.判断方法
注：当有氧呼吸产生CO2量小于O2消耗量时，底物并不只有糖，此时可能存在脂质类物质的氧化分解，因为脂肪与葡萄糖相比，含H量高。
五、细胞呼吸方式的判断
1.判断方法
呼吸作用中各物质之间的比例关系（以葡萄糖为底物的细胞呼吸）
（1）有氧呼吸：葡萄糖∶O2∶CO2＝1:6:6
（2）无氧呼吸：葡萄糖∶CO2∶酒精＝1:2:2 ；
或 葡萄糖∶乳酸＝1:2
（3）消耗等量的葡萄糖时，无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO2摩尔数之比为 1:3
C6H12O6 + 6O2 + 6H2O 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
酶
C6H12O6
2C2H5OH（酒精）+ 2CO2 + 少量能量
有氧呼吸：
无氧呼吸：
1.判断方法
C6H12O6 + 6O2 + 6H2O 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
酶
C6H12O6
2C2H5OH（酒精）+ 2CO2 + 少量能量
有氧呼吸：
无氧呼吸：
2.比较有氧呼吸和无氧呼吸大小
C6H12O6 + 6O2 + 6H2O 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
酶
C6H12O6
2C2H5OH（酒精）+ 2CO2 + 少量能量
有氧呼吸：
无氧呼吸：
[归纳总结]
1．根据吸收氧气和释放二氧化碳的量判断细胞呼吸的方式：当O2浓度为零时，只进行无氧呼吸；当吸收的氧气和释放的二氧化碳量相等时，只进行有氧呼吸；当吸收的氧气比释放的二氧化碳量少时，有氧呼吸和无氧呼吸同时进行。
2．葡萄糖不是细胞呼吸的唯一底物，脂肪等物质也可以作为呼吸底物进行有氧呼吸，由于脂肪和糖类相比含氢多，含氧少，因此以脂肪作为呼吸底物进行有氧呼吸时，消耗的氧气要比放出的二氧化碳多。
测定组织细胞的呼吸速率
拓展
测量细胞呼吸时O2的消耗量
测量细胞呼吸时CO2释放量与O2消耗量的差值
测定原理:细胞有氧呼吸既产生CO2，又消耗O2，为测定其真实的呼吸情况，应只对其中一种气体的变化进行测定。为此，通常向装置内添加NaOH溶液或KOH溶液吸收释放的CO2。
测定指标:CO2被吸收后，装置内气体总量减少，压强减小，装置一刻度管内的小液滴向左移动。所以，可用单位时间内小液滴左移的距离代表细胞有氧呼吸消耗O2的速率。装置二刻度管内的小液滴通常向右移动，代表呼吸作用吸收的O2与释放的CO2的差值。
测定组织细胞的呼吸速率
拓展
装置三
煮沸的种子
为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置。对照装置与装置二相比，不同点是用“煮沸的种子”代替“发芽种子”，其余均相同。
实验现象-液滴移动 结　论
装置一 装置二
不动 不动 只进行产乳酸的无氧呼吸或种子已死亡
不动 右移 只进行产生酒精的无氧呼吸
左移 右移 进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
左移 不动 只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸
左移 左移 油料作物种子进行以脂肪为底物的有氧呼吸（特殊情况）
本质
应用
环境因素
意义
工业生产：酿酒、饲料
农业生产：中耕松土
健康生活：包扎伤口
为各项生命活动提供能量
氧气浓度
二氧化碳浓度
温度
水
分解有机物释放能量
葡萄糖→丙酮酸
丙酮酸→酒精或乳酸
释放能量
总结·提升