生物人教版（2019）必修1 5.3细胞呼吸原理的应用（共58张ppt）

(共58张PPT)
第3节 细胞呼吸的原理和应用
呼吸作用不是呼吸
1.概念：
2.实质：
一. 细胞呼吸
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，释放出能量并产生ATP的过程。
细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。
【注意】呼吸≠细胞呼吸
呼吸作用不是呼吸
一. 细胞呼吸的方式
酵母菌是一种单细胞真菌（真核生物），其在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。
探究酵母菌细胞呼吸的方式
1.实验材料：
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
探究酵母菌细胞呼吸的方式
提出问题
作出假设
解决问题：
1、怎样控制有氧和无氧条件？
有氧条件
无氧条件
1）NaOH的作用是什么？
吸收通入空气中CO2，排除空气中CO2的干扰。
解决问题：
有氧条件
无氧条件
2）B瓶为什么要封口放置一段时间，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶？
让酵母菌耗尽瓶内O2，造成无氧环境，确保产物是无氧呼吸产生的
2、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？
（1）检测CO2
①使澄清石灰水变浑浊（根据浑浊程度检测CO2产生的多少）
溴麝香草酚蓝水溶液
②溴麝香草酚蓝：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）
（2）检测酒精：
3、怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？
在酵母菌生长的适宜温度下进行试验，以保证酵母菌高效活性
酒精+重铬酸钾（浓硫酸溶液）：橙色→灰绿色
有氧实验组
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
无氧实验组
设计实验
提出问题
作出假设
进行实验
分析结果
得出结论
自变量：氧气的有无
因变量：产生CO2的多少和酒精的有无
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，探究某种因素对实验对象的影响
CO2的检测
条件 澄清的石灰水的变化的时间 酸性重铬酸钾溶液
A组(有氧)
B组(无氧)
变浑浊，速度快
无变化
变浑浊，速度慢
出现灰绿色
设计实验
提出问题
作出假设
进行实验
分析结果
得出结论
（1）酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸：
产生大量的H2O和CO2
（2）在无氧条件下进行无氧呼吸：
产生酒精，同时也产生少量的CO2
设计实验
提出问题
作出假设
进行实验
分析结果
得出结论
讨论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。
培养酵母菌
酵母菌发酵
问题探讨
培养酵母菌
酵母菌发酵
讨论2：为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？
问题探讨
在有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放能量多，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.
培养酵母菌
酵母菌发酵
讨论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。
思考：通过以上的学习，你知道酵母菌的培养和酵母菌发酵的运用了什么原理吗？
外膜
内膜
DNA/RNA
核糖体
嵴
基质
（1）内膜向内折叠形成嵴,大大增加了线粒体的内膜表面积
（2）内膜和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶。
二. 有氧呼吸
1.主要场所：
线粒体
线粒体适应于有氧呼吸的主要特点：
分布有氧呼吸的酶
2、有氧呼吸的过程
【自主学习】阅读教材P92-93
（1）有氧呼吸可分为几个阶段？
（2）各个阶段发生了什么化学反应？
（3）[H]是什么 哪些阶段会产生[H]？ [H]的去向如何？
（4）各阶段释放能量有什么特点？
（5）有氧呼吸的总反应如何表示？
（6）有机物分解释放的能量有何用途？
C6H12O6
酶
2丙酮酸
+4[H]
+能量(少)
细胞质基质
酶
6CO2
+20[H]
+能量(少)
线粒体基质
24[H]+6O2
酶
12H2O
+能量(多)
线粒体内膜
第一阶段
第二阶段
第三阶段
热能
（大部分）
ATP
热能
（大部分）
ATP
热能
（大部分）
ATP
总反应式:
C6H12O6 + 6H2O+6O2 6CO2 +12H2O+能量
酶
+6H2O
（C3H4O3）
2丙酮酸
C6H12O6
2C3H4O3
酶
4[H]
能量
少量ATP
热能
能量
少量ATP
热能
6CO2
酶
6H2O
20[H]
12H2O
6O2
酶
能量
大量ATP
热能
线粒体基质
细胞质基质
②
①
③
思考：线粒体能直接分解葡萄糖？为什么？
不能，①膜上无葡萄糖载体；②线粒体内无分解葡萄糖的酶
[H]:还原型辅酶Ⅰ
（NADH）
线粒体内膜
第一阶段 第二阶段 第三阶段
场 所 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜
反应物 葡萄糖 丙酮酸、H2O O2、[H]
生成物 丙酮酸、[H]、ATP CO2、[H]、ATP H2O、ATP
能 量 少量能量 少量能量 大量能量
1. 有氧呼吸的反应物O2 在有氧呼吸第____阶段反应。
2. 有氧呼吸的生成物CO2在有氧呼吸第____阶段产生。
3. 有氧呼吸的反应物H2O在有氧呼吸第____阶段反应。
4. 有氧呼吸的生成物H2O在有氧呼吸第____阶段产生。
三
二
二
三
3、有氧呼吸概念
4、有氧呼吸的特点（同有机物体外燃烧相比）：
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。
① 条件温和(常温、常压、一定的pH等)
③ 有相当一部分能量储存在ATP中
② 能量经过一系列的化学反应逐步释放
氧
多种酶
葡萄糖
彻底氧化分解
CO2
H2O
能量
大量ATP



34%
32mol
1.在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解，释放能2870kJ.其中977.28kJ储存在ATP分子中。则转化效率为 ，这些能量能使 ADP转化为ATP。
思考讨论---有氧呼吸的能量利用特点



有氧呼吸释放的能量大部分以热能形式散失，少部分存储在ATP中
977.28/2870=34%
1mol葡萄糖彻底氧化分解大约产生30或32个ATP
5、有氧呼吸能量利用意义：
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？
（1）有氧呼吸能更充分地利用能量
（2）有氧呼吸相对温和，能更好的在人体内进行且不损伤人体
第3节 细胞呼吸的原理和应用2
呼吸作用不是呼吸
细胞进行无氧呼吸只能产生酒精和二氧化碳吗？
细胞进行无氧呼吸的场所在哪里呢？
【自主学习】阅读课本P94~96文本
(1)真核细胞中,无氧呼吸的过程可分为几个阶段,分别发生在什么场所
(2)无氧呼吸在第几阶段有能量释放和ATP的合成,未释放的能量储存在什么物质中
(3)什么是发酵，发酵有哪几类？
三. 无氧呼吸
2丙酮酸
C6H12O6
酶
少量能量
4[H]
酶
酶
2酒精+2CO2
2乳酸
细胞质基质
1. 场所：__________
细胞质基质
2. 过程：
第一阶段:
2C2H5OH（酒精）+ 2CO2
2C3H6O3（乳酸）
酶
酶
第二阶段:
（不放能）
2、无氧呼吸的类型
酒精型
例：大多数植物（水稻、苹果等）、酵母菌
乳酸型
例：动物、乳酸菌、某些植物器官（马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚）
3、无氧呼吸的概念
细胞在 条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解为 的氧化产物，释放出少量能量，生成 的过程。
无氧或氧气不足
不彻底
少量ATP
4.发酵：微生物的无氧呼吸叫做
特别注意：无氧呼吸仅第一阶段释放少量能量 ，生成少量ATP
【思考】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61KJ能量用来合成2molATP。有机物中其余能量的去处？
乳酸
酒精
1mol
葡萄糖
196.65
（kJ）
61.08kJ
2molATP
热能
乳酸或
酒精
大部分能量存留在 或 中
少量释放
呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸
不 同 点 场所
条件
产物
能量
ATP产生阶段
相 同 点 联系
实质
细胞质基质、线粒体
细胞质基质
需要O2、多种酶
不需要O2、多种酶
CO2和H2O
形成乳酸或酒精和CO2
释放大量能量
释放少量能量，大部分能量储存在乳酸或酒精
三个阶段均产生ATP
仅在第一阶段产生ATP
分解有机物，释放能量
第一阶段反应场所和过程完全相同
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，产生等量的二氧化碳，无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸消耗葡萄糖的几倍？
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是相等的吗？
C6H12O6+6H2O+6O2
酶
6CO2＋12H2O+能量
C6H12O6
2C2H5OH(酒精)
+ 2CO2+少量能量
酶
消耗的氧气>产生的二氧化碳
3倍
4、根据细胞呼吸过程中各物质之间的比例关系(以葡萄糖为底物的细胞呼吸)进行计算：
①有氧呼吸：葡萄糖∶O2∶CO2＝ 。
②无氧呼吸：
葡萄糖∶CO2∶酒精＝ ；
或葡萄糖∶乳酸＝ 。
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 。
④消耗等量的葡萄糖时，有氧呼吸消耗氧气的物质的量与有氧呼吸和无氧呼吸产生CO2摩尔数之和的比为 。
1∶6∶6
1∶2∶2
1∶2
1∶3
3∶4
现象 呼吸方式
反应物和产物 产物中有酒精或乳酸
消耗O2或产物中有H2O
物质的量的关系 O2吸收量=CO2释放量
O2吸收量O2吸收量=CO2释放量=0
O2吸收量=0，CO2释放量>0
一定存在有氧呼吸
一定存在无氧呼吸
①有氧呼吸
②有氧呼吸+乳酸发酵
有氧呼吸+酒精发酵
①乳酸发酵
②死细胞
(以葡萄糖为底物)
酒精发酵
物质的量的关系 酒精的量=CO2释放量
酒精的量酒精的量=0，CO2释放量>0
反应场所 真核细胞 均在细胞质基质
部分过程在线粒体中进行
原核细胞 只有CO2和H2O产生
有酒精或乳酸产生
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酒精发酵
有氧呼吸+酒精发酵
有氧呼吸
无氧呼吸
有氧呼吸
有氧呼吸
无氧呼吸
(以葡萄糖为底物)
（1）为生物体提供能量
（2）生物体代谢的枢纽
细胞呼吸是蛋白质、糖类和脂质代谢的枢纽
细胞呼吸意义
条件
6CO2 + 12H2O+能量
C6H12O6+ 6H2O + 6O2
反应物
产物
酶
四.细胞呼吸的影响因素
思考：若你要帮助一位农民伯伯，根据学习过的有关细胞呼吸的知识，谈一谈如何更好的储藏新鲜瓜果和干种子？影响细胞呼吸速率的因素有哪些？
含水量、O2浓度、温度（酶）、CO2浓度等
内部因素 规 律 举 例
遗传特性 不同种类植物的呼吸速率不同 旱生植物呼吸速率<水生植物
阴生植物呼吸速率<阳生植物
生长发育时期 同一植物不同发育时期呼吸速率不同 幼苗期、开花期呼吸速率上升,成熟期下降
器官不同 同一植物不同器官呼吸速率不同 生殖器官呼吸速率>营养器官
1、内部因素
（二）、外部因素
1、温度
（1）温度为什么会影响细胞呼吸？
影响酶的活性
温度
呼吸速率
（1）零上低温储存蔬菜和水果
温度影响细胞呼吸的应用
（2）大棚夜间或阴雨天适当降低温度。为了降低呼吸作用消耗有机物的量，而增加农作物产量。
（3）温水和面发酵快。
（1）晒粮食的目的是？
使粮食失去自由水。
（2）水分对细胞呼吸有何影响？
在一定范围内，含水量越高，呼吸作用越强。
2.水分
呼吸速率
含水量
5
CO2（%）
1.0
0.5
C
10
15
20
呼吸速率
增加CO2的浓度对细胞呼吸有明显的抑制作用
O
地窖中CO2浓度高，有利于蔬菜水果的储存
3、CO2浓度
O2（%）
CO2释放量
CO2释放总量
有氧呼吸
只进行无氧呼吸
有氧呼吸和无氧呼吸同时存在，
有氧呼吸速率增大，无氧呼吸速率减小
5
10
15
20
1.0
0.5
无氧呼吸
①氧气浓度为0时
②氧气浓度0-10%时
4.O2浓度：（最直接影响）
细胞只进行有氧呼吸
5
10
15
20
1.0
0.5
O2（%）
CO2释放量
CO2释放总量
有氧呼吸
无氧呼吸
③氧气浓度大于10%
④ 氧气浓度为5%时
无氧呼吸减弱，有氧呼吸较弱，
细胞呼吸最弱，储存蔬菜、水果、粮食等，应控制氧气浓为5%
4.O2浓度：（最直接影响）
5
10
15
20
1.0
0.5
O2（%）
CO2释放量
CO2释放总量
有氧呼吸
无氧呼吸
⑤ 氧气浓度为10%时
无氧呼吸被完全抑制，只进行有氧呼吸，细胞呼吸即为有氧呼吸
⑥氧气浓度大于20%时
有氧呼吸速率最大，限制因素可能是呼吸底物的量、酶的量、酶的活性等
4.O2浓度：（最直接影响）
①中耕松土
可增强根的呼吸作用，有利于矿质元素的吸收。
O2浓度影响细胞呼吸的应用
②低氧储存蔬菜、水果、粮食
为了减少有机物消耗，应控制低氧(a点氧气浓度)环境
【思考】从温度、氧气浓度、水分等角度分析，水果、蔬菜以及干种子应分别储存在什么条件下？
干种子储存：低温、低氧、干燥
果蔬保鲜：低温、低氧、一定湿度
甲组测定___________，乙组测定_________________。
CO2-O2的差值
O2吸收量
甲
萌发的种子
NaOH
溶液
萌发的种子
蒸馏水
乙
五、气压法探究细胞呼吸的方式
甲
萌发的种子
NaOH
溶液
萌发的种子
蒸馏水
乙
五、气压法探究细胞呼吸的方式
①若甲组液滴________，乙组液滴________，则种子只进行以葡萄糖为底物的有氧呼吸。
左移
不动
②若甲组液滴________，乙组液滴________，则种子只进行了以葡萄糖为底物无氧呼吸。
不动
右移
甲
萌发的种子
NaOH
溶液
萌发的种子
蒸馏水
乙
五、气压法探究细胞呼吸的方式
③若甲组液滴________，乙组液滴________，则种子同时进行了以葡萄糖为底物的有氧呼吸和无氧呼吸。
左移
右移
甲
萌发的种子
NaOH
溶液
萌发的种子
蒸馏水
乙
五、气压法探究细胞呼吸的方式
④若甲组液滴________，乙组液滴________，则种子进行了以脂肪等非糖物质的为底物的有氧呼吸。
左移
左移
甲
萌发的种子
NaOH
溶液
萌发的种子
蒸馏水
乙
五、气压法探究细胞呼吸的方式
．用如图所示装置测定种子萌发时进行的细胞呼吸类型。同时关闭活塞，在 25 ℃下经过20 min 再观察红色液滴的移动情况，下列对实验结果的分析错误的是( )
A．若装置 1 液滴左移，装置 2 液滴不移动，说明种子进行了无氧呼吸
B．若装置 1 液滴左移，装置 2 液滴右移，说明种子既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸
C．若装置 1 液滴不移动，装置 2 液滴右移，说明种子只进行无氧呼吸
D．装置 2 液滴向右移动的体积
可表示细胞呼吸释放 CO2和消耗
O2的体积之差
A
六.细胞呼吸原理的运用
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。
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。
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。
六.细胞呼吸原理的运用