5.3细胞呼吸的原理和应用课件(共40张PPT1份视频)2023-2024学年高一上学期生物人教版必修1

(共40张PPT)
水稻收割来一定要晒干，为什么？
开学军训拉练完，你的小腿会有什么感觉？
第3节 细胞呼吸的原理和应用
发酵生产葡萄酒的车间
问题探讨
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
1.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。
2.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。
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
3.密封发酵时,酵母菌将有机物转化为酒精的同时,能为自己的生命活动提供少量能量。
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。
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。
为什么加了酵母的面粉蒸出的馒头多孔松软
为什么加了酵母的面粉放置时间久了会有酒味
酵母菌是一种单细胞真菌，酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。
背景知识
一、细胞呼吸的方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
探究.实验
提出问题
作出假设
设计实验
酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是什么
实验组
组A：有氧呼吸组
组B：无氧呼吸组
（对比实验）
如何控制有氧和无氧的条件？
怎样鉴定有无酒精产生？
怎样鉴定有无CO2产生？如何比较CO2产生的多少？
无氧
CO2和酒精
产生
CO2
有氧
产生
实验原理
CO2的检测
①通入澄清的石灰水：
②使溴麝香草酚蓝水溶液：
酒精的检测
酸性重铬酸钾溶液：
澄清→浑浊
蓝→绿→黄
由橙色变成灰绿色
CO2产生的多少检测：
根据石灰水的混浊程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短。
实验步骤
（1）配置酵母菌培养液
排除无关变量对实验结果的影响
取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A（500mL）和锥形瓶B （500mL）中，分别向瓶中注入240mL质量、分数为5%的葡萄糖溶液。
两锥形瓶中酵母菌溶液的体积以及葡萄糖溶液的体积和浓度均保持一致是为什么？
实验步骤
（2）实验过程及现象
无氧呼吸
酵母菌培养液
酵母菌培养液
质量分数为10%的NaOH溶液
澄清的石灰水
澄清的石灰水
A
B
如何在通入空气中去除CO2？
B瓶应封口放置一段时间后再连通澄清石灰水，为何？
空气
有氧呼吸
NaOH溶液可吸收空气中的CO2。
消耗瓶内的氧气，造成无氧环境。
结果分析
（1）CO2的检测及结论
现象：
结论：
澄清石灰水都变浑浊，且有氧呼吸装置比无氧呼吸的更浑浊。
有氧呼吸与无氧呼吸都产生CO2，且有氧呼吸产生的更多。
溴麝香草酚蓝水溶液
由蓝变绿再变黄
结果分析
（2）酒精的检测及结论
酵母菌培养液
酵母菌培养液
质量分数为10%的NaOH溶液
澄清的石灰水
澄清的石灰水
A
B
空气
橙色重铬酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应，变成灰绿色
结论：
有氧呼吸不产生酒精，无氧呼吸产生酒精。
由于葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，因此应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。
结果结论
细胞呼吸
有氧呼吸:产生大量二氧化碳和水
无氧呼吸:产生酒精和少量二氧化碳
绝大多数生物细胞呼吸的的主要形式都是有氧呼吸
酵母菌单细胞真菌，在有氧和无氧条件下都能生存，属于
兼性厌氧菌。
科学方法----对比实验
本实验中哪个是对照组，哪个是实验组？
本实验的两组都是实验组
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，这样的实验叫作对比实验，也叫相互对照实验。
对比实验（相互对照实验）
酵母菌
10%NaOH
澄清石灰水
有氧呼吸装置
酵母菌
澄清石灰水
无氧呼吸装置
1.有氧呼吸的主要场所：
线粒体
(1)线粒体具有内、外双层膜。
(2)内膜向内腔折叠形成嵴，大大增加了内膜的表面积。
(3)线粒体内充满了液态的基质。
(4)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。
2.线粒体的结构:
3.有氧呼吸的化学反应式:
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
二、有氧呼吸
葡萄糖
[H]
丙酮酸
少量能量
3.有氧呼吸分成三个阶段：
酶
2丙酮酸+ 少量[H] + 少量能量
第一阶段：
C6H12O6
不需要氧的参与
细胞质基质中完成
细胞质基质
葡萄糖
[H]
丙酮酸
少量能量
丙酮酸
H2O
少量能量
CO2
[H]
3.有氧呼吸分成三个阶段：
第二阶段：
2丙酮酸 + 6H2O
6CO2 + [H] + 少量能量
酶
细胞质基质
不需要氧直接参与
线粒体基质中完成
葡萄糖
[H]
丙酮酸
少量能量
丙酮酸
少量能量
H2O
大量能量
H2O
[H]与O2结合
CO2
O2
3.有氧呼吸分成三个阶段：
[H]
第三阶段：
[H] + 6O2
12H2O + 大量能量
酶
细胞质基质
需要氧的参与
线粒体内膜上完成
三个阶段的场所和反应式
第一阶段：
C6H12O6
酶
2C3H4O3
（丙酮酸）
细胞质基质
①
第二阶段：
酶
6CO2 +20 [H] +少量能量
线粒体基质
②
2C3H4O3
（丙酮酸）
第三阶段：
酶
12H2O + 大量能量
线粒体内膜
③
24[H] + 6O2
+ 6H2O
+4 [H] + 少量能量
阶 段 场 所 反应物 产 物 放能
第一阶段
第二阶段
第三阶段
有氧呼吸三个阶段的小结
细胞质基质
葡萄糖
丙酮酸、[H]
少量
丙酮酸和水
CO2、[H]
少量
[H]、O2
H2O
大量
线粒体基质
线粒体内膜
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。
4.有氧呼吸的概念
酶
C6H12O6
+6H2O
+6O2
6CO2+12H2O
+能量
总反应式:
ATP
977.28KJ
热能
（2870KJ）
元素转移方向：
H2O中的“H”来自 ，“O”来自 ；
CO2中的“C”来自 ，“O”来自
葡萄糖、水
氧气
葡萄糖
葡萄糖、水
化学式前后的水分子能否抵消？
有氧呼吸的能量利用特点
思考.讨论
1. 1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870 kJ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。请你计算一下，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？
1mol的葡萄糖
2870KJ
少部分储存于ATP中
大部分以热能形式散失
释放能量
977.28KJ
1892.72KJ
转化效率 = 977.28 / 2870 = 34%
产生ATP mol数 = 977.28 / 30.54 = 32 mol
第1阶段：2mol
第2阶段：2mol
第3阶段：28mol
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？
区别：有氧呼吸过程温和
有机物中的能量经过一系列化学反应逐步释放
有氧呼吸释放的部分能量储存在ATP中
意义：可使有机物中的能量逐步转移到ATP中，保证能量得到最充分的利用；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定
易错提示
①反应式中的能量不能写成ATP，因为葡萄糖中的能量只有一部分储存在ATP中。
②反应式前后的H2O不能消去。反应过程中，在第二阶段消耗了水，而第三阶段生成了水。
③反应式中间不能用等号，要用箭头。
④反应条件“酶”不能省去。
⑤不要认为细胞呼吸的底物只有葡萄糖，教材只是以葡萄糖在有氧条件下彻底氧化分解为例来介绍有氧呼吸过程。
　实战训练　
（1）哪个阶段产生CO2？
（2）哪个阶段有氧气参与反应？
（3）哪个阶段产生能量最多？
（7）能产生ATP的场所是？
细胞质基质、线粒体
（5）哪个阶段产生水？
（4）哪个阶段有水参与？
（6）哪个阶段产生[H]最多
第二阶段
第三阶段
第三阶段
第二阶段
第三阶段
第二阶段
情境材料一
人在剧烈运动后，肌肉会发酸；苹果储藏久了会有酒味。
请分析出现上述现象的原因？
葡 萄 糖
丙 酮 酸
[H]
少量能量
酶
酶
酒精 + CO2
乳酸
酶
第一阶段与有氧呼吸的第一阶段完全相同。
只在第一阶段释放少量能量，生成少量ATP。
两个阶段都在细胞质基质中完成
大部分能量存留在酒精或乳酸中。
三、无氧呼吸
1.过程:
第一阶段：
第二阶段：
细胞质基质
（196.65kJ）
61.08kJ
2molATP
热能
2C2H5OH(酒精）+ 2CO2
2C3H6O3（乳酸）
2C3H4O3
+ 4 [H]
C6H12O6
2C3H4O3 + 4 [H] + 少量能量
同样是分解葡萄糖，为何无氧呼吸只能释放少量能量？
C6H12O6
酶
C6H12O6
2、反应式
2C2H5OH（酒精）+2CO2+少量能量
2C3H6O3（乳酸）+ 少量能量
酶
酵母菌和大多数的植物，如植物果实及根系（水淹）的无氧呼吸属于此种类型。
乳酸菌和动物细胞及马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚细胞在缺氧时的无氧呼吸属于此种类型。
酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫发酵。产生酒精的叫酒精发酵，产生乳酸的叫乳酸发酵。
(1)
(2)
3、无氧呼吸的概念
在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程。
4、细胞呼吸的概念
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。
（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
（2）生物体代谢的枢纽
丙酮酸
葡萄糖
甘油
氨基酸
5、细胞呼吸的意义
有氧呼吸与无氧呼吸对比
项目 有氧呼吸 无氧呼吸
不 同 点 条件
场所
能量释放
ATP产生 阶段
需氧，多种酶
无氧，多种酶
细胞质基质(第一阶段)、线粒体(第二、三阶段)
细胞质基质
葡萄糖分解不彻底
乳酸或酒精和CO2
大量
少量
CO2和水
有氧呼吸三个阶段均产生ATP
第一阶段反应完全相同，并且都是在细胞质基质内进行。
实质相同，都能够分解有机物，释放能量。
葡萄糖彻底分解为
仅在第一阶段产生ATP
相同点
分解
产物
四、细胞呼吸原理的应用
包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布或“创可贴”等敷料。
为伤口创造有氧的环境，避免厌氧菌的繁殖，有利于伤口的愈合。
制作酸菜、酸奶、泡菜等。
利用乳酸菌无氧呼吸产生乳酸。
皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，遇到这种情况，要及时到医院治疗。
避免破伤风芽孢杆菌进行无氧呼吸而大量繁殖，引发破伤风。
提倡慢跑等有氧运动
花盆里的土壤板结后，空气不足，会影响根系生长，需要及时松土透气。
原因之一有氧运动能避免肌细胞因供氧不足行无氧呼吸产生大量乳酸。乳酸大量积累会使肌肉酸胀乏力。
根的有氧呼吸(产生大量能量)促进无机盐(矿质离子)的吸收。
稻田定期排水
避免根无氧呼吸产生大量酒精对细胞产生毒害作用，使其腐烂。
生产醋酸、味精等
利用醋酸杆菌、谷氨酸棒状杆菌的有氧呼吸。
发面
在馒头、面包的制作过程中，利用酵母菌的有氧呼吸，使馒头、面包变得松软可口。
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。
储藏水果、粮食的仓库，往往要通过降低温度、降低氧气含量等措施，来减弱水果、粮食的呼吸作用，以延长保质期。
五、影响细胞呼吸的因素
根据学习过的有关细胞呼吸的知识，谈一谈如何更好的储藏新鲜瓜果和干种子？影响细胞呼吸速率的因素有哪些？
条 件
6CO2 + 12H2O+能量
C6H12O6+ 6H2O + 6O2
反应物
产物
酶
影响细胞呼吸
因素
内因
遗传因素
不同植物呼吸速率不同（阳生植物＞阴生植物）
同一植物不同发育时期不同（幼苗期＞成熟期）
同一植物不同器官呼吸速率不同（生殖器官＞营养器官）
外因
环境因素
温度（酶）、O2浓度、 H2O 、CO2浓度等
1.温度：
通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸速率。
温度℃
呼吸速率
① 零上低温下贮存蔬菜、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。
③温水和面，发酵快。
应
用
2.氧气浓度：
O 5 10 15 20 25
释放量
CO2
O2浓度%
有氧呼吸速率
2.各点分析：
①Q点：
②P点：
③R点：
④A点：
⑤B点：
无氧呼吸速率
细胞呼吸CO2的总量
Q
A
P
B
不消耗O2，只产生CO2
只进行 呼吸。
消耗O2量=产生CO2量
只进行 呼吸
无氧
有氧
R
产生CO2_____
组织细胞呼吸______
最少
此时有机物消耗最少，R点对应的O2浓度是储藏蔬菜、水果的最佳O2浓度。
最弱点
有氧呼吸释放的CO2量______无氧呼吸释放的CO2量，但二者消耗葡萄糖的速率_______。
等于
不相等
无氧呼吸终止点。
直接影响呼吸速率和呼吸性质。
①O2促进有氧呼吸；②O2抑制无氧呼吸，O2浓度达到一定值时，无氧呼吸被完全抑制。
机
理
应
用
①中耕松土
可增强根的呼吸作用，有利于矿质元素的吸收。
②低氧储存蔬菜、水果、粮食
为了减少有机物消耗，应控制低氧(a点氧气浓度)环境
2.氧气浓度：
3.二氧化碳浓度：
呼吸速率
① 地窖中CO2浓度高，有利于蔬菜水果的储存。
②在水果、蔬菜保鲜中， 增加CO2浓度（或充入N2）可抑制细胞呼吸， 减少有机物消耗
应
用
机
理
CO2（%）
增加CO2的浓度对细胞呼吸有明显的抑制作用
4.含水量：
呼吸速率
①粮食贮藏：零上低温，低氧，干燥；干种子萌发前进行浸泡处理
②果蔬储存：零上低温，低氧，一定湿度
③土壤板结、长期水淹，出现烂根现象，需要及时排水。
应
用
机
理
细胞含水量
在一定范围内,细胞呼吸强度随含水量的增加而增强
细胞呼吸类型的判断
O2吸收 = 0
O2吸收 = CO2释放
O2吸收 ＜ CO2释放
酒精量 = CO2释放
酒精量 ＜ CO2释放
底物为葡萄糖
仅有氧呼吸（如多数植物）或同时进行产乳酸的无氧呼吸（如动物）
仅无氧呼吸
有氧+产酒精无氧呼吸
仅进行产酒精的无氧呼吸
有氧+产酒精的无氧呼吸
无CO2释放
只进行产乳酸的无氧呼吸
注意：若细胞CO2释放量小于O2消耗量，说明细胞呼吸的底物不只是糖类，可能还有脂肪。
课堂小结
细胞呼吸
呼吸方式
有氧呼吸
无氧呼吸
酶
C6H12O6
＋
6H2O
＋ 6O2
6CO2
＋12H2O
＋ 能量
C6H12O6
2CO2
＋2C2H5OH
＋少量能量
酶
葡萄糖
酶
2丙酮酸
少量能量
4〔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
6CO2
6H2O
酶
2丙酮酸
少量能量
20〔H〕
+
+
+
影响因素
温度
水分
CO2浓度
O2浓度