5.3 细胞呼吸的原理和应用课件(共25张PPT)2023-2024学年高一上学期生物人教版必修1

(共25张PPT)
第五章 细胞的能量供应和利用
第三节 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，要给培养装置通气或进行振荡，以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。
1.都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？
问题探讨
发酵生产葡萄酒的车间
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？
密封发酵时
通气
提供呼吸需要的氧气
细胞分裂
密封
在无氧条件下分解有机物产生酒精。
有氧条件
释放能量多
为物质代谢和细胞分裂提供充足的动力。
将有机物转化为酒精
能为自己的生命活动提供少量能量。
一.细胞呼吸
实质:
发面时，酵母菌细胞呼吸产生了CO2
酵母菌进行细胞呼吸产生了酒精。
呼吸作用：
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，释放出能量并产生ATP的过程。
【注意】呼吸≠呼吸作用
呼吸：机体与环境之间的O2与CO2交换的过程。
有机物氧化分解，释放能量的过程。
酵母菌电镜图
是一种单细胞真菌，在有氧和无氧环境下都能生存，属于异养、兼性厌氧菌。
探究 实践：酵母菌细胞呼吸的方式
提出问题
作出假设
酵母菌是否在有氧和无氧条件下都能进行呼吸？
其呼吸产物分别是什么？
无氧
CO2和酒精
产生
CO2
有氧
产生
酵母菌可以进行有氧呼吸和无氧呼吸
二.细胞呼吸的方式
设计实验
实验组
组A：有氧呼吸组
组B：无氧呼吸组
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？
如何保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？
二.细胞呼吸的方式
自变量
因变量
有氧/无氧条件
是否产生CO /酒精
无关变量
影响
通气/密闭
相同且适宜
温度、pH等
控制
检测
①通入澄清的石灰水：
澄清→浑浊
蓝→绿→黄
②使溴麝香草酚蓝水溶液：
CO2的检测
酒精的检测
酸性重铬酸钾溶液：
橙→灰绿色
条件适宜(25～35℃ ，pH3.0-7.5)
给予充足的养料，酵母菌培养液：( + )
酵母菌 葡萄糖溶液
检测CO2的产生
e
d
c
二.细胞呼吸的方式
实验步骤
Ⅰ 有氧呼吸：
A.有氧呼吸装置由 组成。
B.NaOH溶液的作用是
。
C.加入瓶中的葡萄糖溶液需加热并冷却的目的分别是：
a.加热目的是 。
b.冷却目的是 。
e→c→d
吸收空气中CO2，保证澄清石灰水变浑浊是酵母菌有氧条件产生CO2所致
加热以杀死其他微生物
防止高温杀死酵母菌
保持通入空气
无氧呼吸：
A.无氧呼吸装置由 组成。
B.加入瓶中的葡萄糖溶液需加热并冷却的目的分别是：
a.加热目的是 。
b.冷却目的是 。
C.f瓶放置一段时间再连接澄清的石灰水的目的是：
。
f→d
加热以杀死其他微生物及除去溶解氧
防止高温杀死酵母菌
将原有O2耗完，确保通入澄清的石灰水中的CO2只来自无氧呼吸
二.细胞呼吸的方式
Ⅱ
e
d
c
f
检测CO2的产生
实验步骤
分别滴加0.5 mL溶有0.1 g 的浓硫酸溶液
自A、B锥形瓶中各取2 mL酵母菌培养液的滤液
重铬酸钾
二.细胞呼吸的方式
检测酒精的产生
实验步骤
振荡并观察溶液的颜色变化。
分别注入编号为1、2的两支试管中
实验现象
条件 澄清石灰水/ 出现的时间 溴麝香草酚蓝溶液/出现的时间 重铬酸钾--浓硫酸溶液
有氧
无氧
变混浊／快
变混浊／慢
出现灰绿色
不变灰绿色
由蓝变绿再变黄/长
由蓝变绿再变黄/短
耗尽葡萄糖
闻
酵母菌培养液本身具有颜色且不透明
葡萄糖也可以与重铬酸钾产生与酒精相同颜色反应。
酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸
C6H12O6
CO2(大量)＋H2O
C2H5OH＋CO2 (少量)
酵母菌
有O2
无O2
二.细胞呼吸的方式
实验结论
科学方法
对比实验
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
不设对照组，均为实验组，也叫相互对照实验。
比较过氧化氢在不同条件下的分解
(1)起对照作用的是_____号试管。
(2)能形成对比实验是__________号试管。
90℃水浴
FeCl3
肝脏研磨液
1
2、3、4
有氧呼吸
无氧呼吸
三.有氧呼吸
外膜
内膜
线粒体基质
嵴
核糖体
细胞呼吸
有氧呼吸
无氧呼吸
(主要)
线粒体
主要场所
①线粒体内膜的某些部位向内折叠形成峭，使表面积增加。
②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。
C6H12O6＋6H2O＋6O2 6CO2＋12H2O＋能量
酶
有氧呼吸的过程
H2O
大量
能量
少量
能量
少量
能量
CO2
［H］
O2
［H］
丙酮酸
H2O
丙酮酸
葡萄糖
[H]与O2
结合
NAD+ NADH
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
第一阶段
第二阶段
第三阶段
C6H12O6
2C3H4O3
+4 [H]
+少量能量
2C3H4O3
+6H2O
酶
6CO2
+20 [H]
酶
+少量能量
24[H]
+ 6O2
酶
12H2O
+大量能量
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
C6H12O6 + 6H2O + 6O2 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
物质
变化
有机物
(葡萄糖)
无机物
(CO2+H2O)
能量
变化
有机物中
稳定的化学能
ATP中
活跃的化学能
+
散失的
热能
三.有氧呼吸
有氧呼吸:
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。
2870kJ
ATP
977.28kJ
热能散失
①反应式中的能量不能写成ATP
②反应式前后的H2O不能消去。
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。
注意:
三.有氧呼吸
c.能量有一部分储存在ATP中
b.能量逐步释放
a.过程温和(常温、常压、一定的pH等)
有氧呼吸特点
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？
977.28÷2870≈34.05%
977.28÷30.54=32mol
①使有机物中的能量逐步地转移到ATP中
②能量缓慢有序的释放，有利于维持细胞的相对稳定状态
2.有氧呼吸是逐级释放能量的，对于生物体来说具有什么意义？
3.线粒体能分解葡萄糖吗？
4.无线粒体一定不能进行有氧呼吸吗？
①线粒体膜上没有运输葡萄糖的载体，葡萄糖不能进入线粒体；
②线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。
真核细胞:
不能，如哺成红、蛔虫
原核细胞:
能，如好氧细菌利用细胞质和细胞膜完成有氧呼吸
1.适用范围
（1）许多种细菌(乳酸菌)和真菌(酵母菌)
（2）动(肌细胞)植(马铃薯块茎、水稻根、苹果果实等)物局部细胞
在缺氧条件下暂时进行无氧呼吸
四.无氧呼吸
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
与有氧呼吸第一阶段完全相同
第一阶段
第二阶段
酶
酶
2C2H5OH+2CO2
2C3H6O3
大部分能量存留在 或 中
酶
酶
C6H12O6
2C2H5OH(酒精)+2CO2+少量能量
C6H12O6
2C3H6O3(乳酸)+少量能量
(2)产生酒精
(1)产生乳酸
3.无氧呼吸的反应式
酒精发酵
乳酸发酵
四.无氧呼吸
细胞在_________参与的情况下，葡萄糖等有机物经过_______分解，释放_____能量的过程。
4.概念
没有氧气
不完全
少量
酒精
1mol葡萄糖
少量释放196.65(kJ)
61.08kJ
2ATP(约31%)
热能
乳酸/
酒精
乳酸
第一阶段
5.无氧呼吸的意义
高等植物在水淹， 人在剧烈运动时，可以进行短暂的无氧呼吸，分解葡萄糖释放能量，以适应缺氧环境条件。
（高等动物、乳酸菌、玉米胚、马铃薯块茎、甜菜块根等）
（大多数植物、酵母菌、水稻根、苹果果实等）
项目 有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 场所
条件
产物
能量
ATP产生
特点
相同点 过程
实质
意义
细胞质基质、线粒体
细胞质基质
需O2、多种酶
CO2、H2O
酒精和CO2或乳酸
大量（2870KJ/mol）
少量(196.65或225.94KJ/mol)
有机物彻底分解，
能量完全释放
有机物没有彻底分解，能量没完全释放
第一阶段(葡萄糖 丙酮酸)相同
氧化分解有机物，释放能量，产生ATP
为生物体生命活动提供能量
不需O2、多种酶
第一、二、三阶段
仅第一阶段
有氧呼吸与无氧呼吸的比较
五.细胞呼吸的概念和意义
（1）为生物体提供能量
（2）生物体代谢的枢纽
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
1、概念：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。
2、细胞呼吸的意义
丙酮酸
葡萄糖
氨基酸
甘油
五.细胞呼吸的概念和意义
3.细胞呼吸原理应用
病菌多是厌氧生物
O2对其生命有抑制作用
酸奶
酒
乳酸杆菌
(兼性厌氧)
酵母菌
(厌氧)
抑制根无氧呼吸(酒精有毒害)
抑制病菌无氧呼吸
先通氧，再密封
促进根有氧呼吸
有利于主动运输吸收矿质离子
醋酸杆菌
(好氧)
食醋
五.细胞呼吸的概念和意义
破伤风杆菌(厌氧)
促进有氧呼吸(减少乳酸产生)
种子、粮食
蔬菜、水果
低温、低氧、干燥
低温、低氧、一定湿度
注射破伤风抗毒血清（抗体）
物质变化特点 细胞呼吸方式
1
2
3
4
5
6
7
根据物质的量关系判断（O2消耗量与CO2释放量，酒精和CO2生产量）
C6H12O6+6H2O+6O2
6CO2+12H2O+大量能量
酶
C6H12O6
2C3H6O3+少量能量
酶
C6H12O6
2C2H5OH+2CO2+少量能量
酶
细胞呼吸方式的判断方法
CO2释放量=O2吸收量
不消耗O2，释放CO2
酒精产生量=CO2释放量
无CO2释放
CO2释放量>O2吸收量
酒精的产生量CO2释放量只进行有氧呼吸或有氧呼吸+乳酸发酵
只进行酒精发酵
只进行酒精发酵
只进行乳酸发酵
进行有氧呼吸和酒精发酵,多余的CO2来自酒精发酵
进行有氧呼吸和酒精发酵,多余的CO2来自有氧呼吸
存在于脂质类氧化分解
1.内因
以植物为例，从以下3个角度分析
项目 规律 举例
遗传特性 不同种类的植物呼吸速率不同
器官类型 同植物的不同器官呼吸速率不同
生长发育阶段 同一植物的同一器官在不同的生长发育阶段呼吸速率不同
六.影响呼吸速率的因素及其应用
旱生植物小于水生植物，
阴生植物小于阳生植物。
生殖器官大于营养器官
幼苗期、开花期植株器官的呼吸速率高，成熟期呼吸速率低。
温度通过影响酶的活性进而影响细胞呼吸速率。
细胞呼吸的最适温度一般在25 ℃～35 ℃之间。
应用
① 储存食品（冰箱）
②大棚栽培夜间和阴天适当 以
降低呼吸作用消耗的有机物
③ 水和面发得快
(1)温度
零上低温
降温
温
2.外因
六.影响呼吸速率的因素及其应用
O2对有氧呼吸是必需的；
O2对无氧呼吸有 作用
(2)氧气的浓度
抑制
①O2浓度=0时，只进行 。
②0③O2浓度≥10%时，只进行 。
④O2浓度= 时，细胞呼吸最弱 。（CO2浓度最低，有机物消耗最少）
无氧呼吸
无氧呼吸和有氧呼吸
有氧呼吸
5%
2.外因
六.影响呼吸速率的因素及其应用
①中耕松土促进植物根部 呼吸
②无氧发酵过程需要严格控制 环境
③ 仓储粮食、水果和蔬菜（5%）
低氧
有氧
无氧
应用
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。
应用：适当 CO2浓度，有利于水果和蔬菜的保鲜。
(3)CO2的浓度
增加
2.外因
六.影响呼吸速率的因素及其应用
①影响
A. 水作为有氧呼吸的反应物
可直接参与反应
②应用
A. 粮食在收仓前要进行 处理(零上低温，低氧，干燥)
B. 干种子萌发前进行 处理
C.
(4)水
晾晒
浸泡
水果蔬菜储存：
零上低温，低氧，一定湿度
2.外因
六.影响呼吸速率的因素及其应用
C.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
B. 水作为生物化学反应的介质影响反应的进行