第5章第3节 细胞呼吸的原理和应用(共54张PPT)-2023-2024学年高一生物人教版必修一课件

(共54张PPT)
第3节 细胞呼吸的原理和应用第5章 细胞的能量供应和利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。
呼吸作用
一、细胞呼吸的方式
实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
酵母菌：单细胞真菌，真核生物，有细胞壁，在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。
（1）提出问题
酵母菌在有氧条件下产生的气体是CO2吗？
酵母菌在无氧条件下的产物是什么？
（2）作出假设
酵母菌在有氧条件下产生CO2。
酵母菌在无氧条件下产生酒精和CO2。
（3）设计实验
设计实验的思路
（3）设计实验
自变量:
因变量:
细胞呼吸的产物
有无氧气
CO2
酒精
如何控制自变量？
有氧条件：
无氧条件：
A组：通入空气
B组：密封
如何检测因变量？
CO2的检测
通入澄清石灰水
溴麝香草酚蓝溶液
（浑浊程度）
（蓝→绿→黄的时间）
酒精的检测：
酸性条件下的重铬酸钾
（橙色 → 灰绿色）
无关变量:
除自变量外，对实验结果造成影响的可变因素
如培养液的浓度、温度、pH、营养条件、酵母菌的活性、CO2等
除自变量以外，还有哪些因素会影响实验结果？
总结：无关变量遵循相同且适宜的原则
（4）实验步骤
思考：
（1）葡萄糖溶液需要煮沸的目的：
为了灭菌，避免其他微生物的呼吸作用对实验产生干扰
（2）葡萄糖溶液需要煮沸再冷却后放入锥形瓶的原因是：
防止酵母菌被杀死
酵母菌培养液配置：取20 g新鲜的食用酵母菌均分为两份，分别放入锥形瓶A（500 mL）和锥形瓶B（500 mL）中，分别向两瓶中注入240 mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。
（3）酵母菌的培养时间应适当延长的原因是：
葡萄糖也能与酸性重铬酸钾发生颜色变化，应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中葡萄糖。
（5）实验装置
甲、乙两个装置，哪个是有氧装置，哪个是无氧装置？
有氧装置
无氧装置
甲装置：
将装置甲连通橡皮球的目的：
保证O2的充分供应。
通过含NaOH溶液的目的：
去除空气中的CO2，保证澄清石灰水变浑浊是酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。
（5）实验装置
乙装置：
B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：
消耗完B瓶中的O2，确保通过澄清石灰水的CO2是无氧呼吸产生的。
（6）实验结果
酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸。
有氧条件下产生大量CO2
无氧条件下产生酒精和少量CO2
酵母菌呼吸
作用的类型
有氧呼吸
无氧呼吸
思考：
探究酵母菌细胞呼吸的方式，这个实验是不是对照实验？
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，这样的实验叫做对比实验，也叫相互对照实验。
特点：这些实验组的结果都是事先未知的
二、有氧呼吸
1.概念：
2.反应的主要场所：
线粒体
外膜
内膜
嵴
基质
（液态）
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。
内膜的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加。
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。
3.过程：
2丙酮酸
（C3H4O3）
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
C6H12O6
主动
运输
C6H12O6
酶
少量能量
4[H]
2丙酮酸
6H2O
酶
20[H]
6CO2
少量能量
6O2
[H]与
O2结合
12H2O
大量能量
场所：
细胞质基质
物质变化：
产能情况：
少量能量
场所：
线粒体基质
物质变化：
产能情况：
少量能量
酶
2C3H4O3
+6H2O
6CO2
+20[H]
+4[H]
C6H12O6
2丙酮酸
（C3H4O3）
酶
场所：
线粒体内膜
物质变化：
产能情况：
大量能量
24[H]
+6O2
12H2O
酶
C6H12O6
+ 6O2
+12H2O
+能量
+ 6H2O
6CO2
酶
总反应式:
物质变化：
有机物（葡萄糖）→ 无机物（CO2+H2O）
能量变化：
2870kJ
ATP
977.28kJ
热能散失
有机物中稳定的化学能 → 热能散失+ATP中活跃的化学能
C6H12O6
+ 6O2
+12H2O
+能量
+ 6H2O
6CO2
酶
总反应式:
1、C原子的运动轨迹
C6H12O6
2C3H4O3
6CO 2
+4[H]
C6H12O6
2C3H4O3
（丙酮酸）
酶
酶
2C3H4O3
+6H2O
6CO2
+20[H]
24[H]
+6O2
12H2O
酶
C6H12O6
+ 6O2
+12H2O
+能量
+ 6H2O
6CO2
酶
总反应式:
2、H原子的运动轨迹
C6H12O6
4[H]
2C3H4O3+6H2O
20[H]
12H2O
+4[H]
C6H12O6
2C3H4O3
（丙酮酸）
酶
酶
2C3H4O3
+6H2O
6CO2
+20[H]
24[H]
+6O2
12H2O
酶
C6H12O6
+ 6O2
+12H2O
+能量
+ 6H2O
6CO2
酶
总反应式:
3、O原子的运动轨迹
C6H12O6
2C3H4O3+6H2O
6CO 2
+4[H]
C6H12O6
2C3H4O3
（丙酮酸）
酶
酶
2C3H4O3
+6H2O
6CO2
+20[H]
24[H]
+6O2
12H2O
酶
6O2
12H2O
C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2 6 CO2+ 12 H2O +
能量
酶
-→12H2O
C6H12O6 →
6H2O
6CO2
6O2
2个丙酮酸
1、O原子的运动轨迹
（丙酮酸）
C6H12O6
→ 2个丙酮酸
→ 6CO2
C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2 6 CO2+ 12 H2O +
能量
酶
2、C原子的运动轨迹
（丙酮酸）
C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2 6 CO2+ 12 H2O +
能量
酶
3、H原子的运动轨迹
（丙酮酸、NADH）
（NADH）
2个丙酮酸
4[H]
C6H12O6
6H2O
→12[H]
12H2O
→8[H]
C6H12O6
+ 6O2
+12H2O
+能量
+ 6H2O
6CO2
酶
总反应式:
物质变化：
有机物（葡萄糖）→ 无机物（CO2+H2O）
能量变化：
2870kJ
ATP
977.28kJ
热能散失
有机物中稳定的化学能 → 热能散失+ATP中活跃的化学能
思考 讨论（书本P93）
1.在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出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，这些能量大约能使多少ADP转化为ATP？
大约34%
32molADP转化为ATP
2.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？
可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中；
能量能够缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。
①有氧呼吸过程温和，常温常压，多种酶的催化。
②释放的能量大部分以热能的形式散失，小部分储存在ATP中。
③有机物中的能量逐级释放；保证有机物中的能量得到充分利用。
有氧呼吸的特点
三、无氧呼吸
1.概念：
细胞在无氧条件下，通过酶的催化作用把葡萄糖等有机物分解成不彻底的氧化产物，释放少量能量，生成少量ATP的过程。
2.过程：
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
3.总反应式:
C6H12O6
+2CO2
酶
2C2H5OH
+少量能量
C6H12O6
（乳酸）
酶
2C3H6O3
+少量能量
3.总反应式:
C6H12O6
+2CO2
酶
2C2H5OH
+少量能量
C6H12O6
（乳酸）
酶
2C3H6O3
+少量能量
像酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸叫做发酵，根据发酵产物不同，产生酒精的叫作酒精发酵，产生乳酸的叫作乳酸发酵。
不同的生物无氧呼吸的方式不同，请将下面生物进行分类：
①甜菜块根　②玉米的根毛细胞　③马铃薯块茎　④人体剧烈运动时的部分肌肉细胞　⑤酵母菌　⑥乳酸菌 ⑦玉米的胚　⑧苹果　 ⑨玉米的根（水淹）
产酒精、二氧化碳的②⑤⑧⑨；产乳酸的是①③④⑥⑦。
填一填：
类 型 比较项目
场所
第一阶段 细胞质基质
第二、三阶段 线粒体
细胞质基质
条件
O2、酶、适宜温度
无O2 、酶、适宜温度
产物
CO2和H2O
CO2、酒精或乳酸
释放能量
较多（三个阶段均合成ATP）
较少(第一阶段合成ATP)
有氧呼吸
无氧呼吸
4.有氧呼吸与无氧呼吸之间的区别：
分解程度
彻底
不彻底
不
同
点
过程
实质
第一阶段反应完全相同
分解有机物，释放能量，合成ATP
相同
点
意义
为生物体的各项生命活动提供能量
5.细胞呼吸的意义
（1）为生物体的生命活动提供能量。绝大多数生命活动的所需要的能量（ATP）都是来源于细胞呼吸。因此，细胞呼吸是ATP的主要来源。
（2）生物体代谢的枢纽，为生物体其他化合物的合成提供原料。细胞呼吸产生的丙酮酸可以作为合成脂肪、非必需氨基酸的原料。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。
影响细胞呼吸的因素：
C6H12O6 +6H2O +6O2
酶
6CO2 +12H2O+能量
温度
温度、氧气、二氧化碳、水
四、影响呼吸作用的环境因素
水
氧气
二氧化碳
①O2浓度＝0时，只进行无氧呼吸。
②0＜O2浓度＜10%时，同时进行有氧呼吸和无氧呼吸。
③O2浓度≥10%时，只进行有氧呼吸。
④O2浓度为 5% 时，有机物消耗最少，利于储存粮食、水果。
氧气
（1）曲线分析
由曲线可知，O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸有抑制作用。
（2）应用
①生产上常利用适当降低氧气浓度等能够抑制细胞呼吸、减少有机物消耗的原理来延长蔬菜、水果的保鲜时间。
②中耕松土增加根的有氧呼吸有利于矿质离子的吸收。还可以抑制无氧呼吸产生酒精，防止植物烂根。
③在医疗上选用透气的消毒纱布或松软的“创可贴”包扎伤口，可抑制厌氧病原菌的繁殖。
2. 温度
（1）温度主要通过影响呼吸酶的活性，进而影响呼吸作用。在一定的温度范围内，呼吸强度随着温度的升高而增强；但超过一定的温度，酶的活性下降，甚至会变性失活，从而使呼吸作用减弱直至停止。
（2）应用
①生产上常利用这一原理在低温下贮存蔬菜、水果。
②在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降温，降低细胞呼吸，减少有机物的消耗，提高产量。
③温水和面发酵快。
3. 二氧化碳
（1）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。
4. 水分
（1）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。
（2）应用
①粮食在收仓储存之前要进行晾晒，甚至烘干，减少水分，以减弱细胞呼吸，减少有机物的消耗。
②干种子在萌发时，要浸泡以增强代谢。
酿酒的时候，为什么早期通气，后期密封？
早期通气：促进酵母菌有氧呼吸，为其进行物质代谢和细胞分裂提供充足的动力，有利于菌种的繁殖
后期密封：促进酵母菌无氧呼吸，有利于产生酒精
思考：
细胞呼吸方式的实验探究
（1）实验设计：欲确认某生物的呼吸类型， （2）实验结果预测和结论（如下表）
应设置两套呼吸装置，如图所示：
探究：
1、温度
①温度主要是通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸作用。
② 应用：低温下贮藏水果、蔬菜。
四、影响呼吸作用的环境因素
在O2浓度为零时只进行无氧呼吸；浓度为10%以下，既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸；浓度为10%以上，只进行有氧呼吸。
2、O2的浓度
甲：一定范围内，有氧呼吸随氧气浓度升高而增大，但氧浓度达到一定值时，不再增加(底物的量或酶的量限制）。
乙：无氧呼吸随氧浓度增加而受抑制，氧浓度达一定值时，被完全抑制。
2、O2的浓度
2、O2的浓度
在O2浓度为零时，只进行无氧呼吸；
浓度为b(10%)以下，既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸；浓度为b(10%)以上，只进行有氧呼吸。
应用：降低氧的浓度保鲜蔬菜、
水果。松土增加根的有氧呼吸等。
3、CO2浓度
CO2是呼吸作用的产物，对细胞呼吸有抑制作用。CO2浓度升高到1%～10%时，呼吸作用明显被抑制。
应用：地窖来贮藏大白菜、甘薯等。
4、水
在一定范围内，呼吸速率随含水量的增加而加快。
应用：种子在贮藏时应处于风干状态，使呼吸作用降至最低，以减少有机物的消耗。
四.细胞呼吸原理的应用
1.用透气纱布或“创可贴”包扎伤口：增加通气量，抑制破伤风芽孢杆菌等厌氧菌的无氧呼吸，从而抑制其繁殖。
2.酿酒
早期通气：促进酵母菌有氧呼吸，为其进行物质代谢和细胞分裂提供充足的动力，有利于菌种的繁殖
后期密封：促进酵母菌无氧呼吸，有利于产生酒精
3.食醋、味精制作：
向发酵罐中通入无菌空气，利于需氧型细菌（醋酸杆菌、谷氨酸棒状杆菌）的有氧呼吸，从而促进繁殖。
4.中耕松土：
促进根部有氧呼吸，为主动运输提供能量，从而有利于矿质元素的吸收；无土栽培时需要不断的通入空气，一方面促进矿质元素的吸收，另外还可以抑制无氧呼吸产生酒精，防止植物烂根。
5.储存粮食、水果：
低温、低氧（细胞呼吸强度弱，消耗的有机物少）。粮食要晒干，减少自由水，可降低呼吸作用。而水果储存要保持一定的湿度。
6.提倡有氧运动：
慢跑时肌细胞进行有氧呼吸，不会产生乳酸而导致肌肉酸痛。
7.利用酵母菌发面：
发面时，酵母菌细胞呼吸产生的CO2会使面包、馒头变得松软。
五、线粒体和叶绿体的起源—内共生起源学说
1.学说 内容：
线粒体起源于内共生的有氧呼吸的细菌；叶绿体起源于内共生的光能自养的蓝细菌，即：这两种细胞器起源于内共生于真核细胞的原核生物。
2.证据：
（1）在形态大小和结构、在化学组成
（2）线粒体、叶绿体和原核细胞中所含的DNA 均为环状分子，不含组蛋白，而真核细胞的核DNA 则为线状，并与组蛋白结合形成染色体。
（3）线粒体和叶绿体能以分裂的方式进行增殖，这与细菌的繁殖方式相似，但是它们的分裂与所在细胞的分裂不同步。
(4)叶绿体的基因组和光合系统与蓝细菌等原核生物极为相似。
课堂小结
THANKS