5.3细胞呼吸的原理和应用(共38张PPT)

(共38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
酵母菌细胞富含蜜当质，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。
思考：
1、都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？
通气又利于酵母菌进行旺盛的细胞分裂；密封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？
释放的能量多，能为酵母菌的代谢和繁殖提供充足的动力
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？
能为酵母菌自身提供少量能量
一、细胞呼吸
酵母菌是一类单细胞真菌，它与人类的生活息息相关。做馒头、面包，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的有机物氧化分解，并释放能量，因此也叫细胞呼吸。
细胞呼吸是否都需要氧？生物在有氧和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸呢？
二、探究酵母菌细胞呼吸的方式
实验原理
酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式
提出问题
有一位同学知道酵母菌能使葡萄糖发酵产生酒精，但是不清楚这一过程是在有氧还是在无氧条件下进行的；另一位同学知道酵母菌的细胞呼吸会产生CO2，但是不知道不同条件下产生的CO2，是否一样多。
提出假设
有氧条件下产生CO2，无氧条件下产生酒精；
有氧条件下产生酒精，无氧条件下产生CO2；
有氧条件下和无氧条件下都产生酒精和CO2；
有氧、无氧条件下都产生CO2，无氧条件下产生酒精等
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
实验目的：
探究酵母菌的细胞呼吸方式
自变量
因变量
有氧/无氧条件
是否产生CO2/酒精
通气/密封
用澄清石灰水、重铬酸钾溶液检测
细化：
CO2能使澄清石灰水变浑浊
酒精能使酸性重铬酸钾溶液由橙色变灰绿色
其它量保持一致
控制无关变量
空气中的二氧化碳
让空气先通过NaOH溶液
温度
置于相同适宜温度下
营养物质
给予相同的适量营养
思考：还有哪些因素会影响实验结果？
无关变量的相同且适宜原则
实验步骤
称取等量的两份食用酵母菌（10g）；
配制质量分数为5%葡萄糖溶液作为酵母菌的培养液；
搭建如图的有氧呼吸（左）和无氧呼吸（右）装置；
培养、观察、检测、记录
检测酒精的方法：
各取2mL酵母培养液的滤液，分别注入2支干净的试管中。向试管中分别滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液（质量分数为95%~97%），并轻轻震荡，使其混合均匀。观察试管中溶液的颜色变化
实验结论
（1）酵母菌在有氧气条件下进行有氧呼吸，产生大量二氧化碳，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。
注意：
（1）尽量在酵母菌生长的最适温度下进行实验，以保证酵母菌有较高的活性
（2）葡萄糖溶液需煮沸杀菌，然后冷却到常温，才能加入酵母菌
（3）让空气间歇性地通过3个锥形瓶，既能保证O2充分供应，又能排除空气中CO2对实验的干扰
（4）质量分数为10%的NaOH溶液用于除去空气中的CO2
（5）B瓶封口一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，原因是B瓶封口后，锥形瓶中的空气中还有CO2和O2，让酵母菌将这部分O2消耗尽
本实验用到了对比实验，那什么是对比实验？
设置两个或两个以上的实验组，通过对几个实验组结果的分析比较，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验叫作对比实验。
科学家根据大量实验结果得出结论：
细胞呼吸分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型
那有氧呼吸和无氧呼吸是怎样进行的呢？呼吸过程中产生了哪些东西呢？
三、有氧呼吸
对于绝大多数生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式，这一过程必须有氧的参与。有氧呼吸的主要场所是线粒体。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峭，峭便内膜的表面积大大增加。嶙的周围充满了液态的基质。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。
有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖，化学反应式为：
C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O+能量
有氧呼吸的全过程可以概括为三个阶段
酶
第二阶段
场所：线粒体内膜
第三阶段
酶
12H2O +大量能量
24[H] +O2
酶
6CO2 + 20[H] +少量能量
2C3H4O3
+6H2O
场所：细胞质基质
第一阶段
葡萄糖
酶
2C3H4O3+ 4[H] +少量能量
场所：线粒体基质
葡萄糖
丙酮酸
少量ATP
[H]
CO2
H2O
少量ATP
[H]
大量ATP
H2O
有氧呼吸的主要场所：线粒体
场所：线粒体、细胞质基质
能量：
1mol葡萄糖彻底氧化分解共放出化学能2870kJ。
一部分以热能形式散失(1709kJ/mol,约60%)；
另一部分转移到ATP中(1161kJ/mol,约40%)。
有氧呼吸是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。
同有机物在生物体外的燃烧相比，有氧呼吸具有不同的特点：有氧呼吸过程温和；有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放；这些能量有相当一部分储存在ATP中。
有氧呼吸三个阶段的比较
有氧呼吸 场 所 反应物 产 物 能量
第一阶段
第二阶段
第三阶段
细胞质基质
主要是葡萄糖
丙酮酸[H]
少量
丙酮酸H2O
CO2、[H]
少量
[H]、O2
H2O
大量
线粒体基质
线粒体内膜
氧元素的来龙去脉：
ATP
热能
葡萄糖中氧原子的转移途径：
葡萄糖 丙酮酸 CO2
四、无氧呼吸
无氧呼吸的全过程，可以概括地分为两个阶段，这两个阶段需要不同酶的催化，但都是在细胞质基质中进行的。
第一个阶段与有氧呼吸的第一个阶段完全相同。第二个阶段是，丙酮酸在酶(与催化有氧呼吸的酶不同)的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳，或者转化成乳酸。无氧呼吸都只在第一阶段释放出少量的能量，生成少量ATP。葡萄糖分子中的大部分能量则存留在酒精或乳酸中。
无氧呼吸的化学反应式可以概括为以下两种：
细胞在无O2条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解为不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。
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。
思考：
有氧呼吸和无氧呼吸之间有什么异同点？
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
大量（32ATP）
少量（2ATP）
从葡萄糖分解为丙酮酸阶段相同
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
学习了有氧呼吸和无氧呼吸，知道了它们的过程，那么细胞呼吸在我们的生产生活中有哪些应用呢？
五、细胞呼吸原理的应用
六、影响细胞呼吸的因素
1、温度：
温度
呼吸速率
应用：①温室栽培增加昼夜温差
② 贮存蔬菜、水果，适当降温
无氧呼吸
CO2
释
放
速度
O2（%）
2 4 6 8 10
2．氧气浓度
有氧呼吸
细胞呼吸
O2
AB段, CO2释放急剧减少的原因：
BC段CO2释放量不断上升：
氧气增多，无氧呼吸受抑制，有氧呼吸还很弱
随氧气增多，有氧呼吸增强
B
A
C
B
A
C
O2
E
F
O
O2吸收量
CO2释放量
BE=EF表示：
有氧呼吸的CO2释放量=无氧呼吸CO2释放量
BE=EF时，有氧呼吸和无氧呼吸消耗的有机物之比？
1:3
为更有利于蔬菜运输，氧气浓度应控制在 ，
理由？ 或：调节到 点的对应浓度
5%
此时有机物的消耗最少
D
B
B
A
C
O2
D
E
O
O2吸收量
CO2释放量
OECG表示O2吸收量，还可以代表？
红线和黑线之间的阴影部分代表？
有氧呼吸CO2释放量
无氧呼吸CO2释放量
E
G
拓展 呼吸类型的判断
生物进行呼吸作用只要有CO2产生，就一定不是产生乳酸的无氧呼吸
只要有水产生，就一定是有氧呼吸
某种生物吸收的O2与放出的CO2相同，该生物进行有氧呼吸
某种生物不吸收O2，但放出CO2，该生物进行产生酒精的无氧呼吸
某生物吸收的O2比放出的CO2少，该生物既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸
课后总结
1、细胞呼吸
2、探究酵母菌细胞呼吸的方式
3、有氧呼吸
4、无氧呼吸
5、细胞呼吸原理的应用
6、影响细胞呼吸的因素
7、细胞呼吸类型的判断