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
细胞内
CO2
呼吸作用（细胞呼吸）
O2
O2
呼吸运动
呼吸器官
血液循环
血液循环
呼吸器官
CO2
气体运输
呼吸运动和呼吸作用
______在______经过一系列的________，生成______________，释放______并生成_____的过程；
一、细胞呼吸
1.概念 P94
有机物
细胞里
氧化分解
二氧化碳或其他产物
能量
ATP
2.发生场所：___________
细胞里
3.底物：_______________________
有机物（最常利用的是葡萄糖C6H12O6）
4.实质：________________________
有机物的氧化分解，并释放能量
5.细胞呼吸的方式： P92
有氧呼吸
无氧呼吸
对于绝大多数生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式；
二、有氧呼吸
1.场所 P92
有氧呼吸的场所为_________和_______，其中，_______是有氧呼吸的主要场所；
细胞质基质
线粒体
线粒体
①_________
②_________
③_________
线粒体外膜
线粒体内膜
线粒体基质
内膜某些部位向线粒体的内腔折叠形成嵴；
嵴使内膜的表面积大大增大；
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；
葡萄糖
丙酮酸
少量能量
酶
4[H]
C6H12O6
2C3H4O3
线粒体
（1）第一阶段
C6H12O6
酶
__C3H4O3 + 4[H] + ___能量
场所：___________
2
少量
细胞质基质
[H]是一种简化的表示方式，产生[H]的过程，其实是指氧化型辅酶Ⅰ（NAD+）转化成还原型辅酶Ⅰ（NADH） P93
2.过程 P93
葡萄糖
丙酮酸
少量能量
酶
4[H]
少量能量
20[H]
6H2O
6CO2
酶
C6H12O6
2C3H4O3
线粒体
（2）第二阶段
2C3H4O3+ 6H2O
酶
20[H] +6 CO2 + ___能量
场所：___________
少量
线粒体基质
葡萄糖
丙酮酸
少量能量
酶
4[H]
少量能量
20[H]
酶
6H2O
6CO2
6O2
酶
12H2O
大量能量
C6H12O6
2C3H4O3
（3）第三阶段
24[H] + 6O2
酶
12 H2O + ___能量
场所：___________
大量
线粒体内膜
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 +12H2O + 能量
酶
场所：________________
细胞质基质和线粒体
总反应式中的H2O可以前后化简消掉吗？
不可以；
反应物中的水参与第二阶段，是第二阶段的反应物；生成物中的水是第三阶段的生成物，因此两者不能抵消；
总反应式
熟记
3.有氧呼吸的概念
有氧呼吸是指细胞在_____的参与下，通过______的_____作用，把_____等有机物__________，产生_______和____，______能量，生成_________的过程；
氧
多种酶
催化
葡萄糖
彻底氧化分解
二氧化碳
水
释放
大量ATP
4.有氧呼吸与燃烧的区别
（1）有氧呼吸过程_____；
（2）有机物的能量经过一系列的化学反应______释放；
（3）这些能量由相当一部分储存在_____中；
温和
逐步
ATP
思考、讨论
在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放2870kJ的能量，可以使977.28kJ左右的能量储存在ATP中，其余的能量则以热能的形式散失掉了。
请计算一下，有氧呼吸的能量转化效率大约是多少？这些能量大概能使多少ADP转化为ATP（每molATP水解能释放能量30.54KJ）
977.28÷2870≈34.05% 其余能量以热能形式散失
977.28÷30.54=32（mol）
因此：有氧呼吸中释放的能量大部分以热能的形式散失掉了，小部分（34.05%）储存在ATP中；
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
思考一下有氧呼吸过程中氧原子的转移途径：
葡萄糖和水中的氧都进入CO2，O2中的氧进入生成物 H2O
思考、讨论
1.让一只白鼠吸入有放射性的18O2,该白鼠体内最 先出现的含有18O的化合物是（ ）
A.二氧化碳 B.水 C.丙酮酸 D.乳酸
B
2.用含O18的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的氧原子的转移途径是（ ）
A．葡萄糖→丙酮酸→水
B．葡萄糖→丙酮酸→氧
C．葡萄糖→氧→水
D．葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳
D
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅱ
Ⅲ
ⅠⅡⅢ
知识巩固：
说出有氧呼吸中的各底物和产物都分别属于哪个阶段？
2、哪个阶段有氧气参与反应？
3、哪个阶段产生ATP最多？
1、哪个阶段产生CO2？
4、有氧呼吸中ATP产生的场所？
5、分解1mol的葡萄糖需多少molO2和产生多少摩尔CO2？
细胞质基质、线粒体（主要）
都是6mol
第二阶段
第三阶段
第三阶段
思考：细胞必需有线粒体，才能进行有氧呼吸吗？
不是
例如，原核生物蓝细菌、硝化细菌等，没有线粒体，但是能进行有氧呼吸；
原因是细胞质基质中有与有氧呼吸有关的酶，其场所都是在细胞质中；但乳酸菌则不能进行有氧呼吸。
但真核生物若无线粒体，如蛔虫，则不能进行有氧呼吸（无线粒体则无相关的酶）。
易错提醒1：
思考：线粒体能分解葡萄糖吗
不能，线粒体内无分解葡萄糖的酶，不能进行第一阶段反应；只能分解丙酮酸。
练习4：下列3支试管中分别含有不同化学物质和活性酵母菌细胞制备物。在适宜温度且氧气充足的条件下，会产生CO2的试管有 （ ）
①葡萄糖+已破裂的细胞 ②葡萄糖+线粒体
③丙酮酸+线粒体
A.① ② ③ B.①②
C.①③ D.②③
C
易错提醒2：
二、无氧呼吸
1.场所：________________
细胞质基质
2.过程：
葡萄糖
丙酮酸
2C2H5OH（酒精）+2CO2
2C3H6O3 （乳酸）
酶
少量能量
4[H]
酶
另一种酶
C6H12O6
2C3H4O3
热能散失
少量ATP
***葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中；
***无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量，生成少量ATP；
***无氧呼吸过程中产生了[H]，并随之用于第二阶段，没有积累；
第二阶段：场所仍在细胞质基质
没有生物能同时进行两种无氧呼吸
与有氧呼吸完全相同
无能量释放
生物类型：植物绝大多数器官、酵母菌等微生物
C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量
酶
Ⅱ应用：酿酒工业（乙醇发酵→酵母菌进行无氧呼吸）
酒精发酵→微生物进行产生的酒精的无氧呼吸
3、产生酒精的无氧呼吸
特点：不耗氧，但会产生气体CO2
类型：人、动物、玉米胚、甜菜根、马铃薯块茎、乳酸菌等
C6H12O6 2C3H6O3 （乳酸）+少量能量
酶
应用：酸奶制作、泡菜制作（乳酸发酵→乳酸菌进行无氧呼吸）
乳酸发酵→微生物进行产生的乳酸的无氧呼吸
4、产生乳酸的无氧呼吸
特点：不耗氧，也不产生气体
在___________的情况下，______等有机物经过_____分解，释放_________的过程；
5.无氧呼吸概念：P94
没有氧气参与
葡萄糖
不完全
少量能量
与氧气关系：随着氧浓度的升高，无氧呼吸受到的抑制越强
但哺乳动物成熟的红细胞除外（无氧呼吸且不受氧气限制）
思考一（计算）：酵母菌是一种单细胞真菌，可以进行有氧呼吸，也可进行无氧呼吸，如同时进行两种呼吸，各消耗1摩尔葡萄糖，请问:①此时消耗的O2与产生的CO2之比？ ②若两种呼吸作用产生的二氧化碳相等，那消耗的葡萄糖之比应是多少？
1：3
3：4
原因：动物和人无氧呼吸不能产生酒精和二氧化碳，而是产生乳酸，在产生乳酸时没有二氧化碳的产生。
思考二：人体在剧烈运动时的呼吸方式是什么？
其中以哪种方式为主？此时消耗的O2与产生CO2之比是多少？
有氧呼吸和无氧呼吸
有氧呼吸为主
1：1
6.呼吸作用的意义 P94
①为生物体提供能量
②生物体代谢的枢纽
（细胞呼吸过程中产生的中间产物，可以转化为甘油、氨基酸等非糖物质；非糖物质代谢形成的某些产物，与细胞呼吸中间产物相同，这些物质可以进一步形成葡萄糖；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）
辨图
丙酮酸
CO2
［H］
O2
酒精
三、影响细胞呼吸的因素
1.内部因素——遗传因素
遗传因素决定酶的种类的数量，进而影响细胞呼吸的类型及速率；
1.不同的植物种类，呼吸速率各有不同，
如旱生植物﹤水生植物；阴生﹤阳生
2.同一植物的不同器官或组织，呼吸速率也有明显的差异
如生殖器官﹥营养器官，胚﹥胚乳
3.同一植物在不同的生长发育时期细胞呼吸速率不同
如幼苗及开花期﹥成熟及衰老期
2.外部因素——环境因素
原理：温度通过影响_________影响呼吸速率；
(1)温度
酶的活性
曲线模型：
应用：
低温储存
粮食（干燥、零下低温）
水果、蔬菜(湿润、零上低温)
种植大棚作物
白天：适当 温
夜间：适当 温
升
降
促进光合作用
降低呼吸作用
原理：
(2) O2浓度
O2是有氧呼吸所必需的，
O2对无氧呼吸过程有抑制作用；
曲线模型：
应用：
适当减少O2浓度可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。
如何看总呼吸作用强度曲线？
A
B
C
A：只进行无氧呼吸，释放较多的二氧化碳；
B：总呼吸强度最低，释放的CO2量最少；
（一般为储存的最适氧气浓度）；
C：无氧呼吸消失点（此点之后只进行有氧呼吸）；
AB段急剧下降的原因：
随着O2浓度的增加，无氧呼吸受抑制，有氧呼吸又比较弱；
原理： CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多_____细胞呼吸的进行
(3)CO2浓度
抑制
曲线模型：
应用：
在蔬菜和水果保鲜中，增加CO2浓度可抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。
原理：
(4)含水量
自由水含量较高时，细胞呼吸作用旺盛
曲线模型：
应用：
粮食储存时，应保持干燥；
种子萌发初期，吸水较多，细胞呼吸增强
四、细胞呼吸原理的应用 P95
1应用：包扎伤口时，选用透气创可贴或消毒纱布
原理：避免厌氧微生物的繁殖，有利于伤口愈合；
2应用：伤口过深或被锈钉扎伤，需及时就医？
原理：避免破伤风芽胞杆菌（只能进行无氧呼吸）进行无氧呼吸而大量繁殖，引起破伤风。
3应用：酿酒（控制通气）
原理：早期通气，有利于酵母菌进行有氧呼吸，从而快速繁殖；后期密封，有利于酵母菌进行无氧呼吸产生酒精。
4应用：农作物栽培时及时松土透气；
原理：松土可增加土壤中氧气的供应，从而促进有氧呼吸，为根对无机盐的吸收（主动运输）提供更多能量，促进了根对无机盐离子的吸收。
5应用：稻田要定期排水？
原理：避免根因无氧呼吸产生大量酒精，对细胞产生毒害作用，造成烂根。
6应用：水果、蔬菜保鲜→低温（零上）、低氧
原理：降低温度、降低氧气含量可以降低呼吸作用强度，减少有机物的消耗，延长保质期。
7应用：提倡慢跑等有氧运动？
原理：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。
五、相关计算
1.判断装置中细胞的呼吸方式
2.液滴移动法判断细胞呼吸的方式
（1）装置一烧杯内是氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的作用是吸收细胞呼吸产生的二氧化碳，所以装置一测量的是细胞呼吸消耗的氧气的量，液滴移动说明有氧气消耗，则一定有有氧呼吸；
（2）装置二烧杯内是清水，清水不能吸收气体，也不释放气体，该装置测量的是细胞呼吸释放的二氧化碳的量和消耗氧气的量的差值，液滴移动则说明有产生酒精的无氧呼吸存在；
实验结果 结论
装置一液滴 装置二液滴 不动 不动
不动 右移
左移 右移
左移 不动
只进行产生乳酸的无氧呼吸或种子死亡
只进行产生酒精的无氧呼吸
进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸
只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产生乳酸的无氧呼吸
该实验误差校正：
1.为防止微生物对实验结果的干扰，应对所测种子进行消毒处理；
2.为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，将所测的生物材料灭活(如将种子煮熟)，其他条件均不变
(1)有氧呼吸时：C6H12O6∶O2∶CO2＝_________；
(2)无氧呼吸时：C6H12O6∶CO2∶酒精＝ _________，
或葡萄糖∶CO2∶乳酸＝___________；
(3)消耗等量的C6H12O6时，无氧呼吸（酒精发酵）与有氧呼吸产生的CO2摩尔数之比为_________；
(4)消耗等量的C6H12O6时，有氧呼吸消耗的O2摩尔数与有氧呼吸和无氧呼吸产生CO2摩尔数之和的比为_________；
3.细胞呼吸反应式中各物质间的关系比
1:6:6
3/4
1:2:2
1:0:2
1:3
因此：
（1）若Vo2/Vco2=3/4,有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖的速率相等；
（2）若Vo2/Vco2<3/4,有氧呼吸消耗葡萄糖的速率小于无氧呼吸；
（3）若Vco2/Vo2>4/3,有氧呼吸消耗葡萄糖的速率大于无氧呼吸；
1.都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？
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？
有氧呼吸，产生能量多，利于进行分裂；无氧呼吸→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；
仍能为自己的生命活动提供少量的能量
问题探讨
酵母菌是一种单细胞真菌（真核生物），异养生活；
酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存，属于________，因此可以用来研究细胞呼吸的不同方式；
兼性厌氧菌
探究.实践——
探究酵母菌细胞呼吸的方式
1.提出问题
（1）酵母菌发酵产生酒精是在无氧条件下进行的还是再有氧条件下进行的？
（2）有氧和无氧条件下产生的CO2量是否一样多？
2.作出假设
（1）产生酒精是在无氧条件下进行的；
（2）有氧呼吸产生的CO2量比较多；
3.设计实验
（1）实验原理
①酵母菌属于_________菌；
以葡萄糖为底物时，通过测定酵母菌在有氧和无氧条件下细胞呼吸的产物，来确定酵母菌细胞呼吸的方式，以及产物类型和产物的含量；
兼性厌氧
②产物CO2和酒精的检测
检测物质 检测试剂 实验现象
CO2
酒精
澄清石灰水
变混浊（根据_________________可比较CO2的多少）
石灰水的混浊程度
溴麝香草酚蓝溶液
由___变____再变_____；
(根据_______________________________可比较CO2的多少)
蓝
绿
黄
溴麝香草酚蓝溶液变成黄色时间长短
重铬酸钾溶液
（酸性条件下）
由_____色变成_____色；
橙
灰绿
（2）实验思路——对比实验
自变量：
因变量：
氧气的有无；
产物的种类及生成量（是否有酒精产生以及CO2产生量）；
怎样控制有氧和无氧的条件？
怎样鉴定是否有酒精生成？
怎样鉴定有无CO2生成？
怎样比较CO2产生量的多少？
（3）实验步骤
①取两个锥形瓶，编号A、B，分别加入等量的5%的葡萄糖溶液以及等量的新鲜酵母菌，配制成酵母菌培养液；
④观察澄清石灰水的混浊程度；
②如图所示组装好实验装置，在A瓶两侧分别连接盛有质量分数为10%的NaOH溶液和澄清的石灰水，并用气泵或者橡皮球，使空气间歇性地依次通过三个锥形瓶（如图所示），标为装置甲；在B瓶一侧连接澄清石灰水，标为装置乙，并在连接之前将B瓶静置一段时间；
③将两个装置放置于25-35℃环境中，培养8-10h；
取两只试管，并编号1、2，分别注入2mLA、B两瓶培养液滤液，并注入等量的酸性重铬酸钾溶液，观察颜色变化；
甲组
乙组
（4）实验注意事项
②质量分数为10%的NaOH溶液的作用是什么？
③B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，为什么？
①配制酵母菌培养液时，必须先将煮沸的葡萄糖溶液冷却至常温，才可加入酵母菌，为什么？
煮沸葡萄糖溶液为了灭菌，防止其他微生物的干扰；
放至室温，防止高温杀死酵母菌；
去除空气中的CO2，排除空气中的CO2对实验的干扰；
将B瓶中的O2消耗完，确保通入澄清石灰水中的CO2均来自无氧呼吸；
甲组
乙组
④葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，所以应将酵母菌的培养时间适当_____以___________________________；
延长
耗尽溶液中的葡萄糖
（6）实验结论
②2号试管中溶液由橙色变为灰绿色，1号试管中溶液颜色无变化；
①甲乙装置中澄清的石灰水都变混浊，且甲装置中混浊程度高、反应速率快；
甲组
乙组
（5）实验结果
②在无氧条件下，酵母菌通过呼吸作用产生酒精以及少量的CO2，而有氧呼吸不产生酒精；
①酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸，在有氧条件下产生的CO2多且快；