5.3细胞呼吸的原理和应用（共35张ppt）生物人教版（2019）必修1

(共35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。
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，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。
能为自己的生命活动提供少量能量。
问题探讨
一.细胞呼吸的方式
实验
探究酵母菌细胞呼吸的方式
1.实验原理：
酵母菌是一种单细胞真菌(真核生物)，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于异养型兼性厌氧菌。通过定性测定酵母菌在有氧和无氧条件下细胞呼吸的产物，来确定酵母菌细胞呼吸方式。
2.提出问题：
酵母菌在有氧和无氧条件下的细胞呼吸产物分别是什么？
3.作出假设：
在有氧条件下酵母菌进行有氧呼吸产生大量C02，在无氧条件下进行无氧呼吸产生酒精和少量CO2。
4.设计实验：
①怎样控制有氧和无氧的条件？
有氧：
通入空气
H2O2分解产生氧气
无氧：
密封
充入氮气
液面铺满石蜡油
4.设计实验：
②怎样鉴定有无CO2的产生？如何比较CO2产生的多少
a.澄清的石灰水:
相同时间内澄清石灰水的浑浊程度。
b.溴麝香草酚蓝水溶液
（蓝→绿→黄）
相同时间内的颜色变化或变为黄色所需时间。
③怎样鉴定酒精的产生？
酸性重铬酸钾溶液：
橙色→灰绿色
④怎样保证酵母菌能正常生活
营养：葡萄糖溶液
无杂菌：培养液和装置消毒
★杂菌会进行呼吸作用影响结果，同时会产生代谢产物干扰酵母菌的生长。
※提示：
葡萄糖也能和酸性重铬酸钾反应，故检测时需要等培养液中葡萄糖耗尽再进行。
5.进行实验：
①酵母菌培养液的制备：
在每个培养瓶中各加入10g新鲜酵母菌和240ml(煮沸冷却)质量分数为5%的葡萄糖溶液。
煮沸：去除溶液中的氧气且杀灭杂菌，冷却：避免高温杀死酵母菌
②检测CO2的产生：
③检测酒精的产生：
自A,B中分别取酵母菌培养液，过滤并各取2ml，分别加入等量酸性重铬酸钾溶液，震荡并观察现象。
思考
1.A组中的NaOH的作用是什么？
吸收空气中的CO2，避免对实验结果造成影响。
2.B瓶应先封口放置一段时间,然
后再连接澄清的石灰水溶液,这
是为什么？
让酵母菌消耗完瓶中原有氧气,造成无氧环境。
5. 实验现象：
条件
澄清石灰水浑浊程度
酸性重铬酸钾变色情况
有氧
无氧
6. 实验现象分析：
①酵母菌在有氧及无氧条件下均能进行细胞呼吸；
②有氧条件下产生二氧化碳多而快，在无氧条件下产生酒精及
少量二氧化碳。
问题思考
1.本实验能否根据是否产生CO2判断呼吸类型？
不能，但是可以根据CO2的产生速率来进行判断。
2.能否利用澄清石灰水(或溴麝香草酚蓝水溶液)来判断呼吸类型？
可以
3.你还能想到其他方法来判断呼吸类型吗？
还可以根据单位时间内有氧呼吸释放能量高于无氧呼吸来进行判断。分别在A、B装置中连接一个温度计。
4.从控制变量的角度来看,本实验的自变量,因变量,无关变量分别是
什么？
自变量：
氧气的有无
因变量：
酵母菌的呼吸产物
无关变量：
温度，PH，加入的葡萄糖溶液等
甲、乙两组均为实验组,没有对照组的出现,此实验为相互对照实验,也称为对比实验。
二.有氧呼吸
1.线粒体
外膜：
使线粒体与周围的细胞质分开。
内膜：
有许多种与有氧呼吸有关的酶。
嵴：
由内膜的某些部位向内腔折叠形成。嵴使内膜的表面积大大增加，有利于有氧呼吸的进行。
基质：
线粒体基质中含有少量DNA﹑
RNA和核糖体，含有许多种与有氧呼吸有关的酶。
细胞内分布：
一般情况下均匀分布在细胞质中。 但是，活细胞中的线粒体往往定向地运动到代谢旺盛的部位。
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：约几十亿年前，有一种真核细胞吞噬了原始的需氧细菌，被吞噬的细胞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。
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。
√
√
√
2.有氧呼吸过程的探索
资料1
将酵母菌细胞破碎后进行离心处理，获得①沉淀物和②上清液两部分，与③未离心且处理过的酵母菌培养液分别加入等量的葡萄糖、荧光素和荧光素酶，一段时间后，检测各试管的变化情况。
线粒体
①
细胞质基质
②
线粒体和
细胞质基质
③
葡萄糖的量不变；没有荧光
葡萄糖的量减少有丙酮酸生成，微弱荧光出现
葡萄糖的量减少，有CO2生成，较强荧光出现
1.葡萄糖能不能被线粒体分解？
2.葡萄糖在什么位置首先被分解？生成了什么？
3.生成的丙酮酸在什么位置被分解？生成了什么？
不能
葡萄糖在细胞质基质中分解，生成丙酮酸和少量能量。
丙酮酸在线粒体中分解产生CO2和较多的能量。
等量的葡萄糖、荧光素和荧光素酶
等量的葡萄糖、荧光素和荧光素酶
等量的葡萄糖、荧光素和荧光素酶
2.有氧呼吸过程的探索
资料2：
使用超声波将线粒体破碎，分离线粒体膜状结构和线粒体基质，加入等量的丙酮酸、荧光素和荧光素酶，一段时间后，检测各试管的变化情况。
线粒体膜状结构
④
线粒体 基质
⑤
线粒体膜状结构和
线粒体 基质
⑥
等量的丙酮酸、荧光素和荧光素酶
等量的丙酮酸、荧光素和荧光素酶
等量的丙酮酸、荧光素和荧光素酶
丙酮酸的量不变;没有荧光
丙酮酸的量减少;有CO2生成
微弱荧光出现
丙酮酸的量减少;有CO2生成较强荧光出现
1.丙酮酸分解发生在什么部位，生成了什么？
2.⑥号试管为什么有较强荧光出现？
丙酮酸在线粒体基质中分解，产生CO2，释放少量能量。
线粒体基质分解丙酮酸后，在线粒体膜状结构继续发生反应释放较多的能量。
资料3
超声波震碎线粒体之后，内膜自然卷成了颗粒朝外的小囊泡，这些小囊泡具有氧化[H]的功能。当用胰蛋白酶处理后，这些小囊泡不再具有氧化[H]的功能；当把这些小颗粒装上去之后，小囊泡重新具有了氧化[H]的功能。这些小颗粒被证实是一系列线粒体内膜上的酶。
通过以上事实可以确定在线粒体内膜上发生什么样的反应？谁在氧化[H]？
线粒体内膜上的氧气与[H]发生了反应。
2.有氧呼吸过程的探索
3.有氧呼吸的过程
★以葡萄糖为底物
①葡萄糖的初步分解：
C6H12O6
酶1
2丙酮酸(C3H4O3)+4[H]+能量(少量)
场所:细胞质基质
还原型辅酶I(NADH)
NAD++H++2e-→NADH
②丙酮酸的彻底分解：
酶2
6CO2+20[H]+能量(少量)
2丙酮酸
+ 6H2O
场所:线粒体基质
③[H]的氧化：
酶3
12H2O+能量(大量)
24[H] +6O2
场所:线粒体内膜
快问快答
1.产生[H]的阶段是
2.哪个阶段有水的利用
3.哪个阶段有水的生成
4.哪个阶段产生CO2？
5.产生能量的阶段
6.氧气的参与是在哪个阶段？
①②
②
③
②
①②③
③
葡萄糖的初步分解
C6H12O6
酶1
2丙酮酸+4[H]+能量(少量)
①
丙酮酸彻底分解
酶2
6CO2 +20[H]+能量(少量)
②
2丙酮酸
[H]的氧化
酶3
12H2O+能量(大量)
③
24[H]+6O2
+6H2O
3.总反应方程式
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量
酶
1mol
6mol
6mol
若给予动物18O2,则最终哪些物质中含有18O？
思考
H2O，CO2
+H2O
问题思考
1.若细胞有氧呼吸底物为脂肪，是否也是上述比例？
若有氧条件下，则V吸收O2：V释放CO2>1,说明底物含有非糖物质。
若底物为脂肪，则V吸收O2>V释放CO2
2.原核生物没有线粒体，只能进行无氧呼吸吗？
也可以进行有氧呼吸，如蓝藻、硝化细菌，因为含有与有氧呼吸有关的酶。
场所：细胞质基质
3.细胞有氧呼吸过程中能量的来源和去向是什么？
来源：
有机物中化学能
去向：
以热能形式散失(大部分)
储存在ATP中(少部分)
维持体温的恒定等
为各项生命活动供能
有机物中稳定的化学能→热能和ATP中活跃的化学能。
4.有氧呼吸的特点与意义
①特点：
a.相比体外燃烧,作用条件温和；
b.有机物的能量是逐步释放的；
c.能量有相当一部分储存在ATP中；
②意义：
课堂小结
三.无氧呼吸
1.无氧呼吸的过程
★以葡萄糖为底物
①葡萄糖的初步分解：
C6H12O6
酶1
2丙酮酸(C3H4O3)+4[H]+能量(少量)
场所:细胞质基质
②丙酮酸的不彻底分解：
场所:细胞质基质
酶
2C3H6O3(乳酸)
2(丙酮酸)
+4[H]
A.
酶
2(丙酮酸)
+4[H]
B.
2C2H5OH(酒精)+2CO2
2.总反应方程式
C6H12O6
酶
2C2H5OH(酒精)+2CO2+能量(少)
①产生酒精
场所：细胞质基质
1mol
2mol
2mol
例：大多数植物(苹果储存久了、高等植物水淹等)、酵母菌
②产生乳酸
场所：细胞质基质
C6H12O6
酶
2C3H6O3(乳酸)+能量(少)
例：高等动物、乳酸菌、高等植物的某些器官(马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等)
1mol
2mol
问题思考
1.结合上述无氧呼吸与有氧呼吸过程，思考人体细胞产生CO2的场所在
哪里？
只在线粒体基质中产生
2.无氧呼吸分解葡萄糖为什么只产生少量能量？葡萄糖中能量的最终去向
是什么？
有机物分解不彻底,还有大量能量储存在未彻底氧化分解的有机物(酒精或乳酸)中。
有机物中稳定的化学能→酒精或乳酸中的化学能+ATP+热能。
3.无氧呼吸产生的乳酸或酒精是否对细胞有害？生物体为什么仍保
留无氧呼吸这种细胞呼吸方式？
酒精和乳酸在细胞中大量积累对细胞有毒害作用,且释放的能量太少,不足以维持生命活动的需求。
生物体或部分组织器官在缺氧条件下,无氧呼吸作为有氧呼吸的补充,是生物的适应性的表现!
3.有氧呼吸与无氧呼吸的区别与联系
有氧呼吸 无氧呼吸
不同点 场所
条件
产物
分解程度
释放能量
相同点 联系 实质 细胞质基质、线粒体
细胞质基质
需O2、酶
不需O2、酶
H2O、CO2
C2H5OH、CO2或C3H6O3
彻底
不彻底
较多
较少
有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段完全相同
分解有机物，释放能量
1.细胞呼吸速率
①概念：
又称呼吸强度。是指单位数量的活体组织，在单位时间内分解有机物的速率，是生物体呼吸作用强弱的指标。
②衡量指标：
单位时间内有机物的分解速率
CO2的释放速率
O2的吸收速率
四、影响呼吸作用的因素
2.影响细胞呼吸的内在因素
(遗传因素)
①不同种类的生物呼吸速率不同
阳生植物>阴生植物
水生植物>旱生植物
②同一生物不同器官呼吸速率不同
生殖器官>营养器官
③同一生物在不同生长发育时期呼吸速率不同
幼苗期、开花期>成熟期
3.影响细胞呼吸的环境因素
C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量
酶
1.温度
a.分析：
温度→呼吸酶的活性→呼吸速率
b.应用：
①保鲜：
零上低温贮存蔬菜、水果；
②适当降温增产：
在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降温，以降低细胞呼吸，减少有机物的消耗，提高产量；
③地膜覆盖；
④高温灭菌；
2.O2浓度
作图
1.请以O2浓度为横坐标，CO2释放速率为纵坐标，分别画出有氧呼吸与无氧呼吸的曲线变化图
CO2释放速率
O2浓度
O
CO2释放速率
O2浓度
O
有氧呼吸
无氧呼吸
酶的数量有限
2.将上述曲线作于一个坐标轴中，并将每个O2浓度对应的CO2值进行叠加，可得随O2浓度变化的CO2释放总量曲线。
2.O2浓度
a.分析：
A
B
C
①A点O2浓度为0，进行 ；
0O2浓度>10%进行 。
无氧呼吸
无氧呼吸+有氧呼吸
有氧呼吸
②M点: ；
无氧呼吸和有氧呼吸产生CO2相等
E
F
EM MF
=
③C点: ；
无氧呼吸消失的点
④B点: ；
CO2释放量最少的点
；
有机物消耗最少的点
B点的O2浓度下，细胞呼吸强度最弱，是保鲜的最佳O2浓度。
2.O2浓度
A
B
C
E
F
b.应用：
①保鲜：
低氧贮存蔬菜、水果；
②促进生长：
中耕松土；
③防止无氧呼吸:
植物长期水淹,进行无氧呼吸,产生能量少,同时产生酒精积累,对根部细胞有毒害作用,烂根；
④控制呼吸方式:
制葡萄酒时,初期进行有氧呼吸,使酵母菌大量繁殖,发酵时控制无氧呼吸产生酒精;
3.CO2浓度
a.分析：
增加CO2浓度对细胞呼吸有明显的抑制效应
b.应用：
保鲜：
当CO2浓度达到1%~10%时，会明显抑制细胞呼吸，因此适当增加CO2浓度可进行蔬菜﹑水果的保鲜；
高CO2浓度会抑制乙烯对果实成熟的效应；
4.水分
O
呼吸速率
含水量
a.分析：
水既是细胞呼吸的环境,也是有氧呼吸的原料
b.应用：
在一定范围内,细胞呼吸速率随含水量的增加而加快,反之则减慢。
将种子风干/晒干，以减弱细胞呼吸，从而减少有机物的消耗，延长作物种子储藏时间。
零上低温、低氧、干燥
小结
1.果蔬保鲜：
低氧、高CO2、零上低温，湿度适中
2.种子储存：
五.细胞呼吸原理的应用
资料分析
为伤口创造了疏松透气的环境，抑制厌氧病原菌的繁殖，从而有利于伤口的痊愈。
①可以使根细胞进行充分的有氧呼吸，从而有利于根系的生长；
②有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖,将土壤有机物分解为无机物；
③有利于根对无机盐和水的吸收。
醋酸杆菌或谷氨酸棒状杆菌有氧呼吸产生食醋或味精。
五.细胞呼吸原理的应用
资料分析
长时间不排水导致稻田中的氧气不足，水稻根的细胞就会进行无氧呼吸产生酒精，时间长了，酒精就会对根细胞产生毒害作用，使根系变黑、腐烂。
剧烈运动导致氧气不足，肌细胞因无氧呼吸产生大量乳酸，使肌肉酸胀乏力。
有氧运动是指人体细胞在充分获得氧的情况下所进行的体育锻炼。
较深的伤口里缺少氧气，只进行无氧呼吸的破伤风芽孢杆菌适合在这种环境中生存并大量繁殖。
课程小结