5.3细胞呼吸原理的应用 课(共49张PPT)件高中人教版生物必修一

(共49张PPT)
5.3
细胞呼吸的原理和应用
C6H12O6 + 6H2O + 6O2
6CO2
+ 12H2O
+能量
酶
我们在运动后常会肌肉发酸，为什么？
酵母菌为什么能将葡萄糖制成酒？果酒制作的原理是？
加入乳酸菌后，牛奶为什么会变成酸奶？
泡菜制作成功后为什么是酸的，制作原理是？
均在无氧条件下，细胞进行了无氧呼吸，产生了酒精或者乳酸。
PART 01
无氧呼吸
C6H12O6
+能量（少量）
2C3H4O3 +
4[H]
2C2H5OH（酒精）+2CO2
2C3H6O3（乳酸）
酶
第一阶段：
第二阶段：
C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量
酶
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+少量能量
酶
2C3H4O3 +
4[H]
2C3H4O3 +
4[H]
酶
酶
总反应式：
与有氧呼吸第一阶段完全相同
1、场所：
细胞质基质
2、过程：
（丙酮酸不彻底氧化分解），不放能
注意：无氧呼吸有且只有第一阶段释放能量，第二阶段不放能。
无氧呼吸
Anaerobic Respiration
3、无氧呼吸的化学反应式
（1）酒精发酵：
C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量
酶
（2）乳酸发酵
问：同样是分解葡萄糖，为何无氧呼吸只能释放少量能量？
发酵
实例：高等植物、酵母菌、苹果果实等。
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+少量能量(2molATP)
酶
实例：乳酸菌、高等动物、高等植物的某些器官
（马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚细胞）等。
无氧呼吸
Anaerobic Respiration
注意：同一生物的不同器官无氧呼吸呼吸产物可能不同（马铃薯的块茎、甜菜的块根、玉米胚——乳酸， 这些植物的其他部位——酒精）
无氧呼吸
Anaerobic Respiration
与有氧呼吸相比，无氧呼吸是一个将有机物________氧化分解, 并释放出 的过程
不彻底
少量能量
（教材P94）无论是分解成酒精和二氧化碳或者是转化成乳酸，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。
注意：
场所：细胞质基质
葡萄糖中稳定的化学能→ATP中活跃的化学能+热能+存留在酒精或乳酸中
少部分
大部分
扩展：为什么无氧呼吸第二阶段不产生ATP，但要进行第二阶段反应呢？
无氧呼吸
Anaerobic Respiration
细胞质基质中，NAD+的数量是有限的。NADH必须通过某种方式重新转变成NAD+，这样无氧呼吸才能持续下去
思考与讨论
1、为什么不同的生物无氧呼吸的产物不同？
①直接原因:催化反应的酶不同 ②根本原因:控制酶合成的基因不同
有与有氧呼吸有关的酶。
2、无线粒体一定不能进行有氧呼吸吗？
不一定
真核细胞：
不能，例如：哺乳动物成熟的红细胞、蛔虫
原核细胞：
能，例如：蓝藻利用细胞质基质和细胞膜完成有氧呼吸。
无氧呼吸
Anaerobic Respiration
C6H12O6
能量（少）
12H2O + 能量(多）
酶
酶
能量（少）
酶
细胞质基质
线粒体
散失
散失
散失
34ATP
①
②
③
[H]少
2丙酮酸
2ATP
6CO2
6H2O
[H] 多
2ATP
6O2
2酒精+2CO2 +能量
酶
2乳酸+能量
酶
有氧呼吸和无氧呼吸过程有何异同
有氧呼吸 无氧呼吸
场所
条件
反应物
终产物
【H】的产生阶段
ATP的产生阶段
释放能量多少
有机物分解程度
共同点 细胞质基质、线粒体
细胞质基质
氧气、酶、适宜温度
无氧、酶、适宜温度
葡萄糖、水、O2
葡萄糖
CO2 、 H2O
乳酸 / 酒精和CO2
第1、2阶段
第1阶段
多
少（大部分能量储存在乳酸或酒精中）
不彻底
1.过程:第一阶段完全相同。2.条件:都需要多种酶的催化。
3.本质:都是氧化分解有机物，释放能量，生成ATP。
第1、2、3阶段
第1阶段
彻底
4.有氧呼吸与无氧呼吸的比较
无氧呼吸
Anaerobic Respiration
PART 02
细胞呼吸的概念和意义
1、概念（P94）：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。所有生物的生存，都离不开细胞呼吸释放的能量。
细胞呼吸的概念
（1）为生物体提供能量
细胞呼吸
能
量
热能
散失
能量
转移
ATP
ADP
Pi
能
量
细胞分裂
生长发育
主动运输
肌肉收缩
神经冲动的传导
C6H12O6
CO2＋H2O
细胞呼吸的意义
2、意义：
（2）生物体代谢的枢纽
细胞呼吸的意义
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。
（3）维持恒温动物的体温
丙酮酸
葡萄糖
甘油
氨基酸
PART 03
细胞呼吸的影响因素及应用
影响细胞呼吸的因素
Factors affecting cellular respiration
1 内部因素
遗传因素(决定酶的种类和数量)
①不同植物呼吸速率不同。
③同一植物在生长发育不同时期呼吸速率不同。
②同一植物不同器官呼吸速率不同。
如：（1）低等植物>高等植物
（2）生长快的植物>生长慢的植物
（3）草本植物>土本植物
（4）阳生大于阴生植物
(1) 生殖器官>营养器官
（2）幼嫩器官>年老器官
如生长期高于成熟期
注：
第一种情况是由于遗传物质不同引起的；遗传因素决定酶的种类和数量，进而影响呼吸的类型、速率等。
第二、三种情况是由于基因的选择性表达引起的。
2 外部因素
影响呼吸作用的外界因素有哪些？
影响细胞呼吸的因素
Factors affecting cellular respiration
C6H12O6 + 6H2O + 6O2
6CO2
+ 12H2O
+能量
酶
温度
呼吸速率
（1）外部因素——温度
① 低温下贮存蔬菜、水果
② 在大棚蔬菜的栽培过程中，增加昼夜温差，减少有机物的消耗，提高产量。
应
用
影响细胞呼吸的因素
Factors affecting cellular respiration
（2）外部因素——O2浓度
5
O2（%）
1.0
0.5
P
R
10
15
20
D
Q
T
O
CO2释放量
R点的含义？
R点对应O2浓度下，呼吸速率最低，有机物消耗最少。
思
考
QD：无氧呼吸速率
OPT：有氧呼吸速率
QPT：呼吸速率
影响细胞呼吸的因素
Factors affecting cellular respiration
影响细胞呼吸的因素
Factors affecting cellular respiration
(1)原理:O2是_____呼吸所必需的，
且O2对_____呼吸过程有抑制作用。
(2)曲线分析
①O2浓度＝0时，_______________。
②0___________________________。
③O2浓度≥10%时，______________。
④O2浓度＝5%时,CO2的释放量最少，
有机物消耗_____。
有氧
无氧
只进行无氧呼吸
同时进行有氧呼吸和无氧呼吸
只进行有氧呼吸
较少
利于储藏和保存
（2）外部因素——O2浓度
影响细胞呼吸的因素
Factors affecting cellular respiration
(3)对有氧呼吸：
在一定范围内,随着O2浓度增加,
有氧呼吸强度也 ,但由
于 和
,O2浓
度增加到一定程度,有氧呼吸强度
不再增加。
(4)对无氧呼吸:随着O2浓度的增加,
无氧呼吸受到的 作用加强。
增加
酶数量和酶活性
抑制
呼吸底物浓度的限制
（2）外部因素——O2浓度
影响细胞呼吸的因素
Factors affecting cellular respiration
a. 中耕松土，可增强根的呼吸作用，有利于矿质元素的吸收。
b. 在储存蔬菜、水果、粮食时，为了减少有机物消耗，应控制低氧(a点氧气浓度)环境
应
用
（2）外部因素——O2浓度
（3）外部因素——CO2浓度
5
CO2（%）
1.0
0.5
C
10
15
20
O
呼吸速率
地窖中CO2浓度高，有利于蔬菜水果的储存。
应
用
影响细胞呼吸的因素
Factors affecting cellular respiration
增加CO2的浓度可以使蔬菜水果保鲜。
影响细胞呼吸的因素
Factors affecting cellular respiration
（4）外部因素——水
细胞含水量
呼吸速率
粮食储存：
零上低温，低氧，干燥
水果蔬菜储存：
零上低温，低氧，一定湿度
土壤板结、长期水淹，出现烂根现象，需及时排水。
应
用
为什么包扎伤口要选用透气消毒纱布或创可贴？
为什么利用酵母菌酿酒要先通入一定量的无菌空气，再密封？
为什么要给作物及时松土？为什么水稻要定期排水？
为什么皮肤伤口较深要到医院及时注射破伤风抗毒血清？
为什么提倡慢跑？
阅读P95的6个资料，说说细胞呼吸原理在生活生产中有哪些应用？
细胞呼吸的应用
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。
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。
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。
拓展：发酵
利用微生物或其他生物的细胞在有氧或无氧条件下繁殖或积累其他代谢产物的过程，称为发酵。即利用微生物的细胞呼吸。
葡萄酒
腐乳
泡菜
酸奶
酵母菌发酵
毛霉发酵
乳酸菌发酵
乳酸菌发酵
利用酵母菌酿酒时往往先向发酵液通气，促进酵母菌的
___________，使酵母菌迅速_______，之后再控制发酵液位无氧条件，促进酵母菌的__________，从而积累酒精。
有氧呼吸
增殖
无氧呼吸
利用微生物或其他生物的细胞在有氧或无氧条件下繁殖或积累其他代谢产物的过程，称为发酵。即利用微生物的细胞呼吸。
鸡精
酱油
果醋
谷氨酸棒状杆菌发酵
米曲霉、酵母菌、乳酸菌发酵
醋酸菌发酵
拓展：发酵
典例1：如图为不同培养阶段酵母菌种群数量、葡萄糖浓度和乙醇浓度的变化曲线，请回答下列问题：
1）曲线AB段酵母菌呼吸发生的场所是_______
__________；曲线BC段酵母菌呼吸的方式是
_________________。
和线粒体
细胞质基质
有氧呼吸和无氧呼吸
2）酵母菌种群数量从C点开始下降的主要原因除葡萄糖大量消耗外，还有______________、______________。
培养液pH下降
乙醇含量过高
典例2：右图表示某绿色植物的非绿色器官在氧浓度为a、b、c、d时，CO2释放量和O2吸收量的变化。下列相关叙述正确的是( )
A.氧浓度为a时，最适
于贮藏该植物器官
B.氧浓度为b时，无氧
呼吸消耗的葡萄糖是有
氧呼吸的5倍
C.氧浓度为c时，无氧
呼吸最弱
D.氧浓度为d时，无氧
呼吸的强度与有氧呼吸相等
B
类型 应用 原理
有 氧 呼 吸 提倡有氧运动 防止无氧呼吸积累过多的乳酸而使肌肉酸胀无力
土壤松土透气 利用根的有氧呼吸，促进水和无机盐的吸收
稻田定期排水 避免产生大量酒精对细胞产生毒害作用，使其腐烂
生产醋酸、味精 利用醋酸杆菌、谷氨酸棒状杆菌的有氧呼吸
利用酵母菌发酵 酵母菌的有氧呼吸，使馒头、面包变得松软可口
无 氧 呼 吸 创可贴、包扎伤口 避免厌氧病菌的繁殖，有利于伤口的愈合
伤口过深及时治疗 避免破伤风杆菌无氧呼吸大量繁殖，引发破伤风
制作酸菜、酸奶等 利用乳酸菌无氧呼吸产生乳酸的过程
酿酒 酵母菌无氧呼吸，产生酒精
PART 04
细胞呼吸的判断方式
细胞呼吸反应式中各物质间量的比例关系(以葡萄糖为呼吸底物)
(1)有氧呼吸：
(2)无氧呼吸：
(3)消耗等量的葡萄糖时需要的O2和产生的CO2摩尔数：
(4)产生等量的CO2时消耗的葡萄糖摩尔数：
2.细胞呼吸物质关系比判断
细胞呼吸方式的判定方法
C6H12O6∶O2∶CO2＝1∶6∶6
C6H12O6∶CO2∶酒精＝1∶2∶2 或C6H12O6∶乳酸＝1∶2
有氧呼吸需要的O2∶有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2之和＝3∶4
无氧呼吸∶有氧呼吸＝3∶1
1.产物和底物判断
3.据CO2释放量和O2消耗量判断细胞呼吸状况。
细胞呼吸方式的判定方法
(1)没有CO2释放时,细胞只进行___________产生_________。
(2)不消耗O2，但产生CO2,细胞只进行__________产生_____。
(3)CO2释放量等于O2消耗量时，细胞只进行__________。
(4)若细胞CO2释放量小于O2消耗量，说明细胞呼吸的底物不是糖类,可能是脂肪
(5)当CO2释放量大于O2消耗量时，细胞 _________________________。
无氧呼吸
乳酸
无氧呼吸
酒精
有氧呼吸
有氧呼吸、酒精发酵
相等
大于
大于
B
C6H12O6 + 6H2O + 6O2
6CO2
+ 12H2O
+能量
酶
有机物
消耗量
O2
吸收量
CO2
释放量
拓展：呼吸速率的测定
如果用绿色叶片作实验材料，则必须进行怎样的操作？
煮熟的种子
20%NaOH5mL
设置对照组（校正装置)
遮光处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。
若要消除物理因素引起的气体体积变化，应该怎么办？
特别提醒：
为防止微生物呼吸对实验结果的干扰，应将装置进行灭菌、所测种子进行消毒处理。
拓展：呼吸速率的测定
结果预测和结论：
a.若装置一中的液滴 ，装置二中的液滴 ，则说明种子只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸。
b.若装置一中的液滴 ，装置二中的液滴 ，则说明种子只进行产酒精的无氧呼吸。
c.若装置一中的液滴 ，装置二中的液滴 ，则说明种子既进行有氧呼吸和产酒精的无氧呼吸。
左移
不动
不动
右移
左移
右移
经典题型：液滴移动问题
结果预测和结论：
d.若装置一中的液滴 ，装置二中的液滴 ，则说明种子进行以脂肪为呼吸底物的有氧呼吸。
e.若装置一中的液滴 ，装置二中的液滴 ，则说明种子只进行产乳酸的无氧呼吸或种子已经死亡。
经典题型：液滴移动问题
左移
左移
不动
不动
下图是探究酵母菌呼吸方式的装置，下列相关叙述错误的是（ ）
A．假设装置一中的液滴左移，装置二中的液滴不动，说明酵母菌只进行有氧呼吸
B．假设装置一中的液滴不动，装置二中的液滴右移，说明酵母菌只进行无氧呼吸
C．假设装置一中的液滴左移，装置二中的液滴右移，说明酵母菌既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸
D．假设装置一中和装置二中的液滴均不移动，说明酵母菌只进行有氧呼吸或只进行无氧呼吸
　D
细胞呼吸的原理和应用
呼吸方式
有氧呼吸
无氧呼吸
酶
C6H12O6
＋
6H2O
＋ 6O2
6CO2
＋12H2O
＋ 能量
C6H12O6
2CO2
＋2C2H5OH
＋ 能量
酶
葡萄糖
酶
2丙酮酸
少量能量
4〔H〕
+
+
6CO2
6H2O
酶
2丙酮酸
少量能量
20〔H〕
+
+
6O2
12H2O
酶
大量能量
24〔H〕
+
+
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+少量能量
酶
细胞质基质
一：细胞质基质
三：线粒体内膜
二：线粒体基质
+
影响因素
温度
水
CO2浓度
O2浓度
课后习题
练习与应用（P96）
一、概念检测
1.某超市有一批过保质期的酸奶出现涨袋现象。酸奶中可能含有的微生物有乳酸菌、酵母菌等。据此分析涨袋现象的原因，判断以下解释是否合理。
(1)是乳酸菌无氧呼吸产生气体造成的( )
(2)如果有酒味，可能是酵母菌无氧呼吸造成的( )
×
√
2.下图表示某种植株的非绿色器官在不同氧浓度下，O2的吸收量和CO2的释放量的变化。下列叙述正确的是( )
A.氧气浓度为0时，该器官不进行呼吸作用
B.氧气浓度在10%以下时，该器官只进行无氧呼吸
C.氧气浓度在10%以上时，该器官只进行有氧呼吸
D.保存该器官时，氧气浓度越低越好
C
3.将酵母菌培养液进行离心处理。把沉淀的酵母菌破碎后，再次离心处理为只含有酵母菌细胞质基质的上清液和只含有酵母菌细胞器的沉淀物两部分，与未离心处理过的酵母菌培养液分别放入甲、乙、丙3支试管中，并向这3支试管内同时滴入等量、等浓度的葡萄糖溶液。在有氧条件下，最终能产生CO2和H2O的试管是（ ）
A.甲 B.丙 C.甲和乙 D.丙和乙
B
二、拓展应用
1.松土是许多农作物栽培中经常采取的一项措施。试分析农田松土给农作物的生长、当地的水土保持以及全球气候变暖等方面可能带来的影响，并指出如何尽量减少不利影响。
参考答案：松土可以促进空气(氧气)进入土壤,进而促进根部细胞的有氧呼吸,提高能量利用率,并且避免了可能由于无氧呼吸积累酒精而对植物根系造成伤害。这会促进植物根系更加健康地生长,有利于根系吸收水分和无机盐,利于农作物的 长。同时,也能够增加根系对土壤和水分的保持作用,甚至可能由于促进了作物 长而更多的吸收 CO2,对全球气候变暖产生缓解的作用。但是,松土不当,有可能伤害到植物根系,得 偿失。因此,需要根据不同的植物、植物的不同 长阶段等,采用适当的松土方法。
2.有氧呼吸过程是否含有无氧呼吸的步骤 结合地球早期大气中没有氧气以及原核细胞中没有线粒体等事实，想一想，地球早期的单细胞生物是否只能进行无氧呼吸 你体内的骨骼肌细胞仍保留着进行无氧呼吸的能力，这是否可以理解为漫长的生物进化史在你身上留下的印记
参考答案：有氧呼吸第一阶段与无氧呼吸第一阶段完全相同,都不需要氧 气,都与线粒体无关。
联想到地球的早期以及原核细胞的结构,可以大胆作出这样的推测:在生物进化史上先出现无氧呼吸,而后才出现有氧呼吸。继而推测,地球早期的单细胞生物只进 无氧呼吸,体内骨骼肌细胞保留进 无氧呼吸的能力,可以理解为漫 的生物进化史在 类身上留下的印记，同时也可以理 解为 体在进 长跑等剧烈运动时,在供氧不足的情况下,骨骼肌细胞保留一定的无氧呼吸来供能,有利于生物的生存和对环境的适应。