生物人教版（2019）必修1 5.3细胞呼吸的原理和应用（共52张ppt）

(共52张PPT)
第5章 细胞的能量供应和利用
第三节 细胞呼吸的原理和应用
1.做馒头的时候，面团发酵为什么要盖上一层布或者保鲜膜？
2.发酵后，面团出现蜂窝状说明什么？
3.面团发酵时间较久，闻起来会有酒味，为什么？
制作无氧条件
有气体产生
产生了酒精
问题探讨
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，以利于酵母菌大量繁殖。在利用酵母菌生产葡萄酒时，却要密封发酵。
讨论：
1.都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的需要密封？
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所需要的氧气，利于酵母菌进行旺盛的有丝分裂。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，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。
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。
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
呼吸作用的实质：
【注意】呼吸≠呼吸作用
1
探究酵母菌细胞呼吸的方式
【实验原理】
酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，可用于研究细胞呼吸的不同方式。
探究酵母菌细胞呼吸的方式
目的
1．说一说你了解哪些有关酵母菌的知识。
2．想一想关于酵母菌细胞呼吸的方式，自己有哪些不清楚的地方，提出要探究的问题。
【提出问题】
分析有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的情况
材料：1．有一位同学知道酵母菌能使葡萄糖发酵产生酒精，但是不清楚这一过程是在有氧还是在无氧条件下进行的
2．另一位同学知道酵母菌的细胞呼吸会产生CO2，但是不知道不同条件下产生的CO2是否一样多。
【提出问题】
2.酵母菌在有氧和无氧的条件下产生的CO2是否一样多？
问题：
【作出假设】
1.酵母菌在什么条件下使葡萄糖发酵产生酒精？
【设计实验】
思路：分别给酵母菌提供有氧和无氧的条件，一段时间后检测二氧化碳的含量、其产物是否含酒精
2.该实验的因变量是什么？如何检测因变量？
1.该实验的自变量是什么？如何设置自变量？
【设计实验】
2.该实验的因变量是什么？如何检测因变量？
1.该实验的自变量是什么？如何设置自变量？
有氧条件：用橡皮球（或气泵）充气；
无氧条件：装有酵母菌培养液的锥形瓶密封放置一段时间
自变量：有无氧气
因变量：CO2产生的多少、是否有酒精产生
CO2产量的检测
（1）澄清石灰水变混浊的程度
（2）溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄的时间长短
酒精的检测方法
橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与酒精反应，变成灰绿色
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
耗尽瓶内的氧气，形成无氧环境
无关变量有哪些？如何控制？
检测CO2的产生
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。
检测CO2的产生
现象：
结论：
都出现由蓝变绿再变黄的现象，且有氧呼吸装置比无氧呼吸装置变为黄色的时间更短。
有氧呼吸与无氧呼吸都产生CO2，且有氧呼吸产生的更多。
检测酒精的产生
酵母菌培养液的滤液
酵母菌培养液的滤液
无颜色变化
变成灰绿色
有氧呼吸装置组
无氧呼吸装置组
现象：
结论：
有氧呼吸不产生酒精，无氧呼吸产生酒精。
检测前为什么要适当延长培养时间？
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
变混浊／快
不出现灰绿色
变混浊／慢
出现灰绿色
酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。
在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水；
在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的二氧化碳。
结论：
细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸
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）
你如何确定通入A瓶的空气完全不含CO2？如何改进装置？
质量分数为10％
的NaOH溶液
酵母菌培养液
澄清的石灰水
接像皮球
（或气泵）
通过澄清的石灰水检测
2
有氧呼吸
有氧呼吸
——细胞呼吸的主要形式
1.主要场所
线粒体
外膜
内膜
线粒体基质
嵴
2.最常利用的物质：
葡萄糖
3.过程：
概述为三个阶段
NADH
ATP
丙酮酸
第一阶段
第二阶段
第三阶段
糖酵解
三羧酸循环
氧化磷酸化
C6H12O6
酶
2丙酮酸(C3H4O3)+ 4[H] + 能量（少量）
第一阶段
场所：
细胞质基质
有氧呼吸的过程
热能
ATP中的化学能
酶
6CO2 +20[H] + 能量（少量）
2C3H4O3
+ 6H2O
第二阶段
场所：
线粒体基质
热能
ATP中的化学能
第三阶段
场所：
线粒体内膜
酶
12H2O + 能量（大量）
24[H] + 6 O2
热能
ATP中的化学能
[H] 是指NADH（还原型辅酶Ⅰ）
总反应式
C6H12O6 + 6O2 + 6H2O 6CO2 + 12H2O + 能量
酶
有机物中稳定的化学能
物质转化：
能量转化：
有机物（如葡萄糖）→ 无机物（CO2+H2O）
热能
ATP中活跃的化学能
4.有氧呼吸的概念
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。
同有机物在体外的燃烧相比，有氧呼吸的特点：
1.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
1.1mol 葡萄糖彻底氧化可放出2870 kJ 的能量，但其中只有977.28 kJ左右的能量储存在ATP中，其余的则以热能形式散失了。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 ？
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？
34%
1mol葡萄糖能够使32molADP分子转化为ATP分子
保证有机物中的能量得到最充分的利用，有利于维持细胞的相对稳定状态。
1.葡萄糖会进入线粒体进行氧化分解吗？
2.没有线粒体能进行有氧呼吸吗？
①
②
③
④
⑤
⑥
葡萄糖
丙酮酸
O2
少量能量
少量能量
大量能量
1.下列分别属于有氧呼吸的第几阶段：
①产生CO2的阶段（　　）
②产生H2O的阶段（　　）
③氧气参与的阶段（　　）
④产生ATP的阶段（ 　 　　　 ）
⑤产生ATP最多的阶段（　　）
二
三
三
一、二、三
三
2.产物 H2O 和 CO2 中的O分别来自什么物质？
H2O的O来自氧气
CO2的O来自葡萄糖和水
3
无氧呼吸
1.进行有氧呼吸的细胞，在缺氧条件下也能进行无氧呼吸
2.最常利用的物质：
葡萄糖
3.过程：
概述为二个阶段
C6H12O6
酶
2丙酮酸(C3H4O3)+ 4[H] + 能量（少量）
第一阶段
场所：
细胞质基质
热能
ATP中的化学能
第二阶段
场所：
细胞质基质
酶
2C3H 6O3(乳酸)
2C3H4O3 + 4[H]
或者
酶
2C2H5OH(酒精) + 2CO2
2C3H4O3 + 4[H]
细胞质基质
反应场所：
反应式：
例：高等动物、乳酸菌、马铃薯块茎、
甜菜块根、玉米胚细胞等
例：大多数植物、酵母菌
C6H12O6
酶
2C3H6O3(乳酸)
+ 少量能量
C6H12O6
2C2H5OH(酒精)
+ 2CO2 + 少量能量
酶
酒精发酵
乳酸发酵
有机物中稳定的化学能
物质转化：
能量转化：
有机物
热能
ATP中活跃的化学能
无机物（如CO2，部分生物）
有机物（如乳酸、酒精）
有机物中稳定的化学能
释放
留存在酒精或乳酸中
1.一般不会在同一细胞内进行两种无氧呼吸
2.只在第一阶段释放出少量的能量，生成少量ATP
3.葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中
不同细胞无氧呼吸产物不同的直接原因是什么？根本原因是什么？
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
酶不同
遗传物质不同
1.为什么无氧呼吸第二阶段不产生ATP，但要进行第二阶段的反应呢？
　由于细胞中NAD＋的含量不多，随着NADH的积累，NAD＋逐渐被消耗。当NAD＋的含量很低时，细胞呼吸第一阶段的过程就会停止，ATP的合成也会停止。因此为了保障通过细胞呼吸第一阶段的持续以获得ATP, NADH就要转化成NAD＋来实现循环利用，来自NADH中的氢就会被乙醛或丙酮酸接收。另外，丙酮酸是不能运出细胞的，如果持续积累，也会抑制细胞呼吸第一阶段的进行。
2.请从竞争的角度思考，乳酸菌通过无氧呼吸产生乳酸的意义是什么？
乳酸菌产生的乳酸排到外界环境中，会导致环境中pH降低，使得一些不耐酸的微生物死亡，有利于乳酸菌在竞争中占据优势。
项目 有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 场所
条件 需氧、酶 不需氧、
产物
能量 大量 少量
相同点 过程 葡萄糖分解为丙酮酸阶段相同 实质 意义 ①为生物体的各项生命活动提供能量； ②为生物体代谢的枢纽 细胞质基质和线粒体
细胞质基质
需酶
CO2、H2O
酒精和CO2或乳酸
分解有机物，释放能量，合成ATP
细胞呼吸的概念
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。
（1）为生物体的生命活动提供能量
（2）生物体代谢的枢纽。
1.概念
2.意义
细胞呼吸过程中产生的中间产物，可转化为甘油、氨基酸等非糖物质；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
糖类
葡萄糖
丙酮酸
有氧呼吸
第二、三阶段
脂肪
甘油 + 脂肪酸
蛋白质
氨基酸
有机酸
脱氨基作用
NH3
细胞呼吸是蛋白质、糖类和脂质代谢的枢纽。
β氧化
糖类
葡萄糖
丙酮酸
有氧呼吸
第二、三阶段
脂肪
甘油 + 脂肪酸
蛋白质
氨基酸
有机酸
脱氨基作用
NH3
细胞呼吸是蛋白质、糖类和脂质代谢的枢纽。
β氧化
4
细胞呼吸原理的应用
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。
松土透气，根细胞进行充分的有氧呼吸产生的能量，有利于根系的生长和根细胞通过主动运输吸收无机盐。
稻田定期排水，避免根细胞由于无氧呼吸产生酒精对根系造成的伤害。
通过降低温度和氧气含量，减弱呼吸作用，减少有机物的消耗
较深的伤口里缺少氧气，破伤风芽孢杆菌（厌氧菌）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，患者应及时注射破伤风血清（抗体）。
思维.训练
关于真核细胞线粒体的起源，科学家提出了一种解释：约十几亿年前，有一种真核细胞吞噬了原始的需氧细菌，被吞噬的细菌不仅没有被消化分解，反而在细胞中生存下来了。需氧细菌从宿主细胞那里获取丙酮酸，宿主细胞从需氧细菌那里得到丙酮酸氧化分解释放的能量。在共同生存繁衍的过程中，需氧细菌进化为宿主细胞内专门进行细胞呼吸的细胞器。
思维.训练
以下哪些证据支持这一论点，哪些不支持这一论点
1.线粒体内存在与细菌DNA相似的环状DNA。
2.线粒体内的蛋白质，有少数几种由线粒体DNA指导合成，绝大多数由核DNA指导合成。
3.真核细胞内的DNA有极高比例的核苷酸序列经常不表现出遗传效应，线粒体DNA和细菌的却不是这样。
4.线粒体能像细菌一样进行分裂增殖。
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气浓度下，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。
松土透气可以使根部细胞进行充分的有氧呼吸，从而有利于根系的生长和对无机盐的吸收，促进作物生长，吸收更多的CO2，缓解全球气候变暖现象；增强根系的水土保持能力；避免根细胞由于无氧呼吸产生酒精对根系造成的伤害。此外，松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，促使这些微生物对土壤有机物的分解，为植物生长提供更多的CO2，也有可能导致局部大气CO2。松土不当，可能伤害植物根系；要根据不同植物、植物不同的生长阶段等，采取不同的松土方法。
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？
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行无氧呼吸，体内骨骼肌细胞保留进行无氧呼吸的能力，可以理解为漫长的生物进化史在人类身上留下的印记，同时也可以理解为人体在进行长跑等剧烈运动时，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，有一定的适应意义。
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〕
+
+
+