5.3细胞呼吸的原理和应用课件-2023-2024学年高一上学期生物人教版（2019）必修1（共43张PPT）

(共43张PPT)
第3节
细胞呼吸的原理和应用
酵母菌细胞富含蛋白质，可以用作饲料添加剂。在培养酵母菌用作饲料添加剂时，要给培养装置通气和进行振荡，以利于酵母菌大量繁殖，再利用酵母菌生产葡萄酒时，却需要密封发酵。
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？
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。
在有氧条件下,酵母菌分解营养物质释放的能量多,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。
为自己的生命活动提供少量能量。
问题探讨：
细胞呼吸：
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。（课本90页画线）
细胞呼吸的方式是什么呢？
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？
让我们通过实验来进行探究
一、细胞呼吸的方式
探究：酵母菌细胞呼吸的方式
酵母菌是一种单细胞真菌，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。
特点：在有氧和无氧的条件下都能生存；
取材方便、易生存。
通过课本91页参考案例我们可以提出以下问题：
酵母菌在什么条件下产生酒精
酵母菌在不同条件下是否都能产生CO2？产生的CO2是否一样多
酵母菌在无氧条件下产生酒精
酵母菌在不同条件下都产生的CO2，且有氧条件下产生的CO2比无氧条件下多
探究：酵母菌细胞呼吸的方式
1、提出问题：
2、作出假设：
3、设计实验：
3、设计实验：
（1）实验思路：
把酵母菌分成两组，分别控制提供无氧和有氧的条件，然后检测其产生的产物是否含酒精、并对比其二氧化碳产生量的多少。
（3）怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？
（2）如何去控制有氧和无氧的条件
通气条件提供有氧条件；密封条件提供无氧条件。
（4）怎样鉴定有无酒精的产生？怎样鉴定有无二氧化碳的产生？如何比较二氧化碳产生的多少？
把温度控制在适宜酵母菌生长的温度条件下，并提供生长所需的营养物质（煮沸冷却的葡萄糖溶液）。
①二氧化碳的鉴定：
二氧化碳可使澄清的石灰水变混浊；
也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄
混浊程度
混浊时间
3、设计实验：
（4）怎样鉴定有无酒精的产生？怎样鉴定有无二氧化碳的产生？如何比较二氧化碳产生的多少？
②酒精的鉴定：
橙色的重铬酸钾(K2Cr2O7)溶液，在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色
将酵母菌的培养时间适当延长，以耗尽溶液中的葡萄糖，再往酵母菌培养液的滤液中加入含重铬酸钾的浓硫酸溶液。
有氧呼吸装置
无氧呼吸装置
有何作用？
吸收空气中的CO2，而不吸收O2。
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。
确保通入澄清石灰水中的CO2是由无氧呼吸产生的
4、实验步骤：
出现灰绿色
无变化
较慢变浑浊，混浊程度浅
条件 澄清石灰水混浊程度 （酸性）重铬酸钾变色情况
有氧
无氧
较快变浑浊，混浊程度深
5、实验结果分析：
② 在有氧的条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳
条件 澄清石灰水/出现的时间 重铬酸钾--浓硫酸溶液
有氧
无氧
无变化
出现灰绿色
① 酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸，均能产生二氧化碳
③ 在无氧的条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精和少量的二氧化碳
细胞呼吸分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型
较快变混浊，混浊程度深
较慢变混浊，混浊程度浅
6、实验结论：
1．为探究酵母菌细胞呼吸的方式，某研究小组利用图中a、b、c、d装置进行实验。下列叙述错误的是（ ）
A．若探究厌氧呼吸可选择的装置及连接顺序为d→b
B．若探究需氧呼吸可选择的装置及连接顺序为c→b→a→b
C．可在b瓶中加入酸性重铬酸钾用于检测是否产生酒精
D．不能通过装置中的b瓶是否变浑浊来判断呼吸方式
C
1.主要场所：线粒体
2.线粒体的内膜和基质中含有多种有氧呼吸的相关酶。
3.内膜向内折叠形成嵴，使内膜表面积大大增加。
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。
二、有氧呼吸
酶
C6H12O6
＋
6H2O
＋ 6O2
6CO2
＋12H2O
＋ 能量
有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖，其化学反应式可以简写成：
C6H12O6 　 2C3H4O3+4[H]+少量能量
酶
有氧呼吸过程
细胞质基质
有氧呼吸的全过程非常复杂，可以概括为三个阶段，每个阶段的化学反应都有相应的酶催化。
第一阶段：
1个分子的葡萄糖分解成2分子的丙酮酸，产生少量[H]，并且释放出少量的能量。这一阶段不需要氧的参与，是在细胞质基质中进行的。
[H]指的是还原型辅酶Ⅰ（NADH）
[H]是其简写形式
第一阶段的反应式可以写为：
场所：细胞质基质
不需要氧的参与
1.热能形式散失（大部分）
2.合成ATP（少部分）2mol
酶
2C3H4O3+6H2O　 6CO2+20[H]+少量能量
线粒体基质
不需要氧的参与
有氧呼吸过程
第二阶段：
丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和[H]，并释放出少量的能量。这一阶段不需要氧的参与，是在线粒体基质中进行的。
场所：线粒体基质
第二阶段的反应式可以写为：
1.热能形式散失（大部分）
2.合成ATP（少部分）2mol
24[H]+6O2 12H2O+大量能量
酶
线粒体内膜
需要氧的参与
有氧呼吸过程
第三阶段：
上述两个阶段产生的[H]，经过一系列的化学反应，与氧结合形成水，同时释放出大量的能量。这一阶段需要氧的参与，是在线粒体内膜上进行的。
场所：线粒体内膜
第三阶段的反应式可以写为：
1.热能形式散失（大部分）
2.合成ATP（少部分）28mol
葡萄糖
丙酮酸
酶
少量能量
[H]
细
胞
质
基
质
[H]
酶
水
少量能量
二氧化碳
氧气
大量能量
酶
水
线
粒
体
基
质
线粒体
内膜
A
B
C
D
E
有氧呼吸过程图解：
C6H12O6
2C3H4O3
酶
6CO2
4[H]
能量
2ATP
热
能量
2ATP
热
酶
6H2O
20[H]
12H2O
6O2
酶
能量
34ATP
热
线粒体
细胞质基质
②
①
③
有氧呼吸过程示意图：
有氧呼吸 场 所 反应物 产 物 释能
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
①场所：
细胞质基质、线粒体(主要)
②能量去向：
一部分以热能形式散失
另一部分转移到ATP中　
(1892.72kJ/mol,约65.9%)
(977.28kJ/mol,约34.1%)
用途？
恒温动物：用于保持体温
释放能量多，转化效率高，能量逐级释放
能量利用特点：
有氧呼吸三个阶段的比较
同有机物在生物体外的燃烧相比，有氧呼吸具有的特点有：
（1）有氧呼吸过程温和；
（2）有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放；
（3）这些能量有相当一部分储存在ATP中。
32ATP
热能
（3）有氧呼吸总反应式
111
有氧呼吸中的元素转移
①有氧呼吸的生成物CO2和H2O分别产生于有氧呼吸的第几阶段？
②有氧呼吸的生成物CO2中的C和O分别来自哪里？有氧呼吸的生成物H2O中的O 从何而来？
③有氧呼吸过程中哪几个阶段有[H]产生？其去向？
④有氧呼吸过程中哪几个阶段有ATP产生？最多的是哪一个阶段？
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
在剧烈运动后的第二天早上，肌肉发酸，为什么
肌细胞进行了无氧呼吸
三、无氧呼吸
除酵母菌外，还有许多细胞(如乳酸菌)能进行无氧呼吸。此外，马铃薯块茎、水稻根、苹果果实等植物器官的细胞以及动物骨骼肌的肌细胞等，除了能进行有氧呼吸外，在缺氧条件下也有进行无氧呼吸。
一般是指细胞在无氧的条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物不彻底氧化分解，产生酒精或乳酸等中间产物，释放少量能量，生成少量ATP的过程
无氧呼吸概念
场所：细胞质基质
无氧呼吸的过程可以大致分为两个阶段。
C6H12O6 　 2C3H4O3+4[H]+少量能量
酶
细胞质基质
无氧呼吸过程
第一阶段：
过程与有氧呼吸第一阶段完全相同
场所：细胞质基质
其反应是为：
1.热能形式散失（大部分）
2.合成ATP（少部分）2mol
丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳，或转化成乳酸。　　　　　　　　　
无氧呼吸过程
第二阶段：
①产生酒精的无氧呼吸
酶的不同，决定了丙氨酸被还原的产物不同
场所：都在细胞质基质
反应式：
2CO2 + 2C2H5OH(酒精)
2C3H4O3 + 4 [H]
酶
适用生物或组织：
绝大多数植物细胞、酵母菌等。
总反应式：
C6H12O6
2C2H5OH + 2CO2 + 少量能量
酶
此过程不产生能量
丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳，或转化成乳酸。　　　　　　　　　
无氧呼吸过程
第二阶段：
②产生乳酸的无氧呼吸
酶的不同，决定了丙氨酸被还原的产物不同
场所：都在细胞质基质
反应式：
适用生物或组织：
人、动物、乳酸菌、甜菜的块根、马铃薯块茎、玉米的胚、胡萝卜的叶子等。
总反应式：
2C3H6O3(乳酸)
2C3H4O3 + 4 [H]
酶
此过程不产生能量
C6H12O6
2C3H6O3 + 少量能量
酶
发酵
指微生物的无氧呼吸
(酒精发酵、乳酸发酵)
3.同样是分解葡萄糖，为何无氧呼吸只能释放少量能量？
无氧呼吸是不彻底的氧化分解，葡萄糖分子中的大部分能量还存留在酒精或乳酸中
2.能否根据是否产生CO2来判断有氧呼吸和无氧呼吸？
1.人体细胞进行无氧呼吸是否产生了CO2？
不会，人体是进行产生乳酸的无氧呼吸。
不能。因为产生酒精的无氧呼吸也会产生二氧化碳
呼吸方式 有氧呼吸 无氧呼吸
不 同 点 场所
条件
分解 产物
能量
ATP产生 阶段
相同点
细胞质基质、线粒体
细胞质基质
氧气、多种酶
无氧气、多种酶
葡萄糖彻底分解为CO2和H2O
葡萄糖不彻底分解，
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中
有氧呼吸的
三个阶段均产生ATP
仅在第一阶段产生ATP
第一阶段反应完全相同；两种呼吸方式实质相同，都是分解有机物，释放能量。
有氧呼吸与无氧呼吸比较
判断细胞呼吸方式的依据
2．2023年第七届“多彩贵州”自行车联赛已拉开帷幕，运动员们在激烈角逐时骨骼肌细胞同时进行有氧呼吸和无氧呼吸，会使肌肉酸胀乏力。在此过程中，无氧呼吸的产物是（ ）
A．二氧化碳和水 B．二氧化碳和酒精
C．乳酸 D．酒精
C
3．下列关于真核细胞的需氧呼吸与厌氧呼吸的叙述，正确的是（ ）
A．在氧化分解等质量葡萄糖的整个过程中，厌氧呼吸产生的ATP比需氧呼吸产生的多
B．细胞的厌氧呼吸在细胞溶胶和线粒体内膜上进行
C．细胞的需氧呼吸与厌氧呼吸过程中都会产生丙酮酸
D．细胞的需氧呼吸第二阶段与厌氧呼吸第二阶段都会产生ATP
C
1.为生物体的生命活动提供能量。
2.为体内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。
四、细胞呼吸的意义
包扎伤口时需要选用透气的消毒纱布或创可贴等。
原理：增加通气量，增加氧气含量，抑制破伤风杆菌等厌氧菌的无氧呼吸，从而抑制其繁殖。
五、细胞呼吸原理的应用
利用麦芽、葡萄、粮食和酵母菌以及发酵罐等，在控制通气的情况下，可以生产各种酒。
原理：早期通气，可以促进酵母菌的有氧呼吸，有利于菌种繁殖，增加酵母菌数量；后期密封，促进酵母菌的无氧呼吸产生酒精。
花盆土壤板结后，空气不足影响根系生长，需及时松土透气。
原理：促进根部有氧呼吸，为主动运输提供能量，有利于矿质元素的吸收。
五、细胞呼吸原理的应用
生活中提倡慢跑等有氧运动
原理：有氧运动能避免肌细胞因为供氧不足而进行无氧呼吸产生大量乳酸，使得肌肉酸胀乏力。
4．关于细胞呼吸在生产和生活中的应用，下列叙述错误的是（ ）
A．选择透气性好的创可贴，抑制厌氧病菌的繁殖
B．大棚种植夜间适当降低温度，可以提高产量
C．制作馒头时，酵母菌细胞呼吸产生CO2使面团蓬松
D．在剧烈运动时，肌肉细胞只进行厌氧呼吸
D
5．慢跑是一种健康的有氧运动，在此过程中CO2形成发生在（ ）
A．需氧呼吸第三阶段
B．厌氧呼吸第一阶段
C．需氧呼吸第二阶段
D．厌氧呼吸第二阶段
C
6．2023年9月29日，杭州亚运会中国游泳队以28金21银9铜的成绩完美收官。游泳运动一直以来深受人们喜爱，适量的游泳是一种有氧运动，可以维持健康和增强体质。关于游泳运动过程，下列相关叙述错误的是（　　）
A．肌肉细胞主要通过需氧呼吸提供能量
B．葡萄糖中的能量大部分转化为ATP中活跃的化学能
C．肌肉细胞呼吸产生的CO2全部来自于线粒体
D．肌肉细胞所产生的CO2量等于消耗的O2量
B
7．细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列氧化分解，生成CO2或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。下图为细胞呼吸过程简图，其中①~⑤为不同过程。下列叙述正确的是（　　）
A．人的成熟红细胞在不同条件
下能完成①4、①②③过程
B．原核细胞的过程①发生在细
胞质基质，真核细胞的过程③发
生在线粒体基质
C．酵母菌在有氧条件下会发生图中①②③过程，无氧条件下发生图中①⑤过程
D．图中[H]存在的形式主要为NADPH，过程④⑤不产生ATP
C
1.内因
（1）植物种类；不同植物种类不同，呼吸作用强度也不同。
水生植物>旱生植物，
阳生植物>阴生植物。
（2）同一植物在不同的发育时期，其呼吸作用强度也不同。
如幼苗期、开花期>成熟期。
（3）同一植物不同器官，呼吸作用强度也不相同。
如生殖器官>营养器官。
六、影响细胞呼吸的因素
2.外因
（1）温度：通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸速率。与温度影响酶催化效率的曲线特征一致。
如图所示：
六、影响细胞呼吸的因素
温度
呼吸速率
2.外因
（2）氧气浓度：氧气促进有氧呼吸，抑制无氧呼吸
六、影响细胞呼吸的因素
O2浓度
CO2释放量
①对于无氧呼吸：随氧气浓度增加而受抑制，氧气浓度越高，抑制作用越强，氧气浓度达到一定值时，被完全抑制。
如图所示：
②对有氧呼吸：在一定范围内，随着氧气浓度的增加，有氧呼吸速率增强，但当氧气浓度增加到一定值时，由于酶和底物浓度的抑制，有氧呼吸速率不再增加。
如图所示
O2浓度
CO2释放量
绝大多数植物的非绿色器官或酵母菌受氧气浓度的影响，两种呼吸及总呼吸速率的变化曲线如图所示：
1.Q点：
2.C点以后：
3.QRC段：
4.QR段急剧减少的原因：
5.RC段增加的原因：
Q
R
只产生CO2，不消耗O2，只进行无氧呼吸。
OBC：
QBD：
产生CO2=消耗O2，只进行有氧呼吸。
产生CO2>消耗O2，两种呼吸同时进行。
随着氧气浓度升高，无氧呼吸受抑制，
无氧呼吸强度减弱。
随氧气浓度升高过程，有氧呼吸不断增强。
贮存蔬菜、水果氧气浓度保持在哪里最佳？
有氧呼吸释放CO2量；
有氧呼吸消耗的O2量
无氧呼吸释放CO2量
R点，此时细胞呼吸消耗的有机物最少
3.其他因素(外部因素)
①二氧化碳
二氧化碳是细胞呼吸的产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行。
六、影响细胞呼吸的因素
生活中的应用：
果实保鲜或储藏，可向密封环境中充入CO2或N2降低呼吸消耗。
3.其他因素(外部因素)
①水
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。
当含水量过多时，呼吸速率减慢。
六、影响细胞呼吸的因素
生活中的应用：
种子晒干储存，减弱呼吸作用，减少有机物的消耗。
干种子萌发可以浸泡，增强呼吸。
温度 氧气浓度 水分
影响原理
坐标曲线
实践应用 在 下贮存蔬菜、水果；在大棚蔬菜的栽培过程中， ，提高产量 常利用 抑制细胞有氧呼吸、降低有机物消耗这一原理来延长蔬菜、水果的保鲜时间 贮藏作物种子时，将种子 ，以减弱细胞呼吸，减少有机物的消耗
影响酶的活性
决定呼吸类型和强度
自由水含量较
高时呼吸旺盛
零上低温
增加昼夜温差以减少有机物的消耗
降低氧的浓度
风干
O2浓度
CO2释放量
CO2释放总量
有氧呼吸
a
无氧呼吸
呼吸最小（最佳储存点）
粮食储存：
水果蔬菜保鲜：
低温、低氧、高CO2、干燥
低温（零上）、低氧、高CO2、中等湿度
六、影响细胞呼吸的因素
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量（32ATP）
酶
C6H12O6
2C2H5OH + 2CO2 + 能量(2ATP）
酶
有氧呼吸和无氧呼吸同时进行：
1.若消耗等量的葡萄糖后，利用的O2和产生的CO2之比：______
有氧呼吸与无氧呼吸产生的ATP之比：________
2.若有氧呼吸和无氧呼吸产生等量的CO2，则消耗的葡萄糖之比：________；若产生等量的ATP，则消耗的葡萄糖之比：______
3 : 4
16 : 1
1 : 3
1 : 16
1 : 6 : 6
1 : 2 : 2
七、细胞呼吸相关计算
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量（32ATP）
酶
C6H12O6
2C2H5OH + 2CO2 + 能量（2ATP）
酶
有氧呼吸和无氧呼吸同时进行
1.若消耗O2=0，CO2=C2H5OH，则________
2.若消耗的O2=CO2（产），C2H5OH=0，则：________
3.若消耗O2 < CO2（产），CO2>C2H5OH，则________
只进行无氧呼吸
1 : 6 : 6
1 : 2 : 2
只进行有氧呼吸
两种呼吸同时进行
七、细胞呼吸相关计算