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

(共43张PPT)
高一生物学必修一
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
细胞呼吸方式
根据实验目的，设计探究酵母菌细胞呼 吸方式的实验装置，实施方案，观察实 验结果，得出正确结论。 (科学探究)
应用实例
运用细胞呼吸原理，对生活和生产中的 应用实例作出科学解释。 (社会责任)
02
目 标
03
有氧呼吸和无氧呼吸
01 利用结构与功能观分析线粒体结构与细
胞呼吸的关系。(生命观念)
任务一：请同学们自主阅读课本，小组合作完成以下问题：
1.有氧呼吸的主要场所 主要场所适于进行有氧呼吸的特点有哪些
2.有氧呼吸各阶段特征。
3.有机物中能量的去路有哪些 绝大部分能量去路呢
4.总结有氧呼吸的概念。
5.同有机物在生物体外燃烧相比，有氧呼吸具有哪些不同的特点
有氧呼吸 场所 反应物 产物 释能
反应式
第一阶段
第二阶段
第三阶段
总反应式
一、有氧呼吸
外膜
内膜 基质
DNA/RNA
核糖体
1、主要场所：线粒体
一、有氧呼吸
分布有氧 呼吸的酶
峭
(1)线粒体内膜向内折叠形成峭，大大增加了线粒体的内膜表
面积
(2)线粒体内膜和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶。
2、线粒体适应于有氧呼吸的主要特点：
一、有氧呼吸
[H] 指的是由氧化型辅酶I (NAD+) 转化成的还原型 辅 酶I(NADH)
O
酶
大量能量
葡萄糖
酶
2丙酮酸
酶
CO
少量[H]
大量[H]
一、有氧呼吸
细胞质基质
3、 过 程 ：
线粒体
少量
能量
H O
H O
C H 26 酶 、2丙酮酸+4[H]+ 能量(少)
丙酮酸彻底分解的
第二阶段 线粒体基质
2丙酮酸+6H O 酶 6CO +20[H]+ 能 量 ( 少 )
[H] 的氧化
4、 各阶段特征比较：
第一阶段
葡萄糖的初步分解
场所
一、有氧呼吸
场所
12H O+
细胞质基质
线粒体内膜
24[H]+60
大量能量
第三阶段
场所
酶
有氧呼吸 场所 反应物 产物
释能
第一阶段 细胞质基质 主要是葡萄糖 丙酮酸、[H]
少量
第二阶段 线粒体基质 丙酮酸 CO 、[H]
少量
第三阶段 线粒体内膜 [H]、0 H O
大量
4、各阶段特征比较：
一、有氧呼吸
C H O +6H O+602 酶 6CO +12H O+ 能 量
一、有氧呼吸
5、有氧呼吸总反应式：
C.H O +6H O+60 6CO +12H 0+ 能量
有机物
(葡萄糖)
有机物中
稳定的化学能
无机物
(CO +H O)
ATP中
活跃的化学能
一 、有氧呼吸
5、有氧呼吸总反应式：
物 质 变化
能量 变化
散失的 热能
+
不能，理由如下：
①反应物的水是在线粒体基质中参与反应的，而产物中的水在线粒体内膜中 产生；
②反应物中水在有氧呼吸第二阶段被消耗，而产物水在有氧呼吸第三阶段产 生。
C.H O +6H O+60 6CO +12H 0+ 能量
一、有氧呼吸
5、有氧呼吸总反应式：
化学式前后的水分子能否抵消 如若不能，请说明理由
问：为什么线粒体不能直接氧化分解葡萄糖
①线粒体膜上没有葡萄糖载体；
②线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。
6、 有氧呼吸定义：
【有氧呼吸】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，同时生成 大量ATP的过程。
一、有氧呼吸
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
少部分储存于ATP中
1mol的葡
2870KJ
大部分以热能形式散失
1892.72KJ
7、有氧呼吸的能量利用特点：
一、有氧呼吸
释放
能量
977.28KJ
萄糖
● 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
7、有氧呼吸的能量利用特点：
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
【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。
一、有氧呼吸
二、无氧呼吸
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
无氧呼吸 场所 反应物 产物 释能
反应式
第一阶段
第二阶段
总反应式
二、无氧呼吸
任务二： 请自主阅读课本，小组合作完成以下问题。
1.无氧呼吸的场所、反应物、产物和总反应式分别是什么
二、无氧呼吸
1、过程：细胞质基质
细胞质
基质
酶
C H O
(乳酸)
丙酮酸
酶
CO
C H OH (酒精)
线粒体
L
C H O ( 葡 萄 糖 )
散
ATP
能 量
[H]
酶
二、无氧呼吸
1、过程：细胞质基质
C H O 与有氧呼吸第一
细胞质基质 酶
2 丙 酮 酸 + 4 [H]+ 3少能→ 2ATP
细胞质基质 酶
不释放能量 2C H OH (酒精)+2CO 2C H O (乳酸)
问：通过以上的学习，请总结出无氧呼吸的两类总反应式。
阶段完全相同
热能
酶
无氧呼吸 场所 反应物 产物
释能
第一阶段 细胞质基质 C H O 2C H O [H]
少量能量
第二阶段 细胞质基质 2C H O [H] 2C H O 2C H OH和CO
无能量
二、无氧呼吸
2、各阶段特征比较：
实例：①人和动物细胞②乳酸菌、③某些植物的特殊器官马铃薯
块茎、甜菜块根、玉米胚 形象记忆：马吃甜玉米
问 ：同样是分解葡萄糖，为何无氧呼吸只能释放少量能量
C H O 酶 2C H OH+2CO + 能量( 少 量 )
实例：酵母菌、大多数高等植物
酶 →2C H O ( 乳 酸 ) + 能 量( 少 量 )
二、无氧呼吸
3、 总反应式：
(1)酒精发酵
(2)乳酸发酵
C H 0
无氧呼吸 葡萄糖中的能量 储存在酒精/乳酸中 (大部分)
热能散失(大部分)
释放出来的能量
(小部分)
合成ATP(少部分)
二、无氧呼吸
3、 总反应式：
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】指细胞在 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，生成 少量 ATP的过程。
二、无氧呼吸
4、 定 义 ：
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 ADP+2 Pi 2ATP
C=0
葡萄糖
CH
2 NAD 2 NADH
H
C=0
CH
2酒精
2 ADP+2 Pi 2ATP
葡萄糖
CH
2 NAD 2 NADH
上
问：为什么无氧呼吸第二阶段不产生ATP, 但要进行第二阶段反应呢
二、无氧呼吸
2丙酮酸
2丙酮酸
C=0 C=0
2乙醛
2乳酸
2 CO
=0
呼 吸 方 式 有氧呼吸
无 氧 呼 吸
不 同 卢 场所 线粒体(主)和细胞质基质
细胞质基质
氧气参与 需要
不需要
分解程度 彻底氧化分解
不彻底氧化分解
产物 CO +H O
乳酸或酒精+CO
能量 热能(主)+储存在ATP中的化学能
乳酸/酒精中的化学能(主) +热能+储存在ATP中的化学能
ATP 生成阶段 第一、第二、第三阶段
第一阶段
相同点 第一阶段完全相同， 反应实质相同，都能氧化分解有机物，释放能量
三、有氧呼吸与无氧呼吸的比较
三、有氧呼吸与无氧呼吸的比较
1.有氧呼吸的场所并非只是线粒体：真核细胞有氧呼吸的场所是细胞质基质和线 粒体；原核细胞无线粒体，有氧呼吸在细胞质中和细胞膜上进行。
2.葡萄糖分子不能直接进入线粒体被分解，必须在细胞质基质中分解为丙酮酸才 能进入线粒体被分解。
3. 无氧呼吸只在第一阶段产生ATP, 第二阶段不产生ATP, 还要消耗第一阶段产生 的 [H] 。
4.人体内产生的CO 只能是有氧呼吸的产物，因为人体细胞无氧呼吸的产物是乳酸 , 无CO 。
5.无氧呼吸有机物氧化分解不彻底，还有大量能量储存在乳酸或者酒精中 。
6.CO 不是判断有氧呼吸是否发生的标志
四、细胞呼吸的方式
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。
问 ：都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却
需要密封
问 ：为什么通气有利于酵母菌大量繁殖
问 ：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
问：通过分析以上问题，思考酵母菌细胞呼吸是否一 定需要氧呢 生物在有氧和无氧条件下是否都能进行 细胞呼吸呢 请用实例来论证你的猜想。
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。
四、细胞呼吸的方式
任务三： 请同学们自主阅读教材探究酵母菌细胞呼吸的方式相关内 容，小组合作完成以下问题。
1.你能对酵母菌细胞呼吸的方式提出什么问题
2.作出假设：
3.自变量 因变量 因变量如何检测
4.实验思路及预期结果。
5.如何选择器材设计实验装置
橡皮球 酵母菌培养液 酵母菌培养液 10%NaOH 培养液 澄清石灰水
◆ 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CO 产生 如何比较CO 产生的多少
● 提出问题
● 作出假设
● 设计实验
四、细胞呼吸的方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
CO
CO 和酒精
有氧呼吸组 无氧呼吸组
有氧
无氧
实验组
酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是什么
产生
产生
组A:
组B:
(对比实验)
①通入澄清的石灰水：
澄清→浑浊
②使溴麝香草酚蓝水溶液：
蓝→绿 →黄
酸性重铬酸钾溶液：
由橙色变成灰绿色
四、细胞呼吸的方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
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。
CO 的 检测
酒精的 检测
CO 产生的多少检测：
实验原理
四、细胞呼吸的方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
○ 实验步骤 (1)配置酵母菌培养液
问题7:两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
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240 mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。
排除无关变量对实验结果的影响
消耗瓶内的氧气，造
成无氧环境。 间后再 连通澄清石灰水，为何
无 羊
四、细胞呼吸的方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
NaOH 溶液可吸收 空气中的CO2。
百
● 实验步骤 (2)实验过程及现象
有氧呼吸
日
质量分数为10%的 NaOH 溶液
酵母菌 培养液
酵母菌
培养液
澄清的石灰水
澄清的石灰水
日
U
O
空气
甘
B
6
四、细胞呼吸的方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
● 结果分析 (1)CO 的检测及结论
由蓝变绿再变黄
现 象 ：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CO , 且 有氧呼吸产生的更多。
溴麝香草酚蓝水溶液
结论：
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。
质量分数为10%的 酵母菌培养液澄清的石灰水 酵母菌培养液澄清的石灰水 NaOH溶液
结 论 ：有氧呼吸不产生酒精，无氧呼吸产生酒精。
四、细胞呼吸的方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
● 结果分析 (1)酒精的检测及结论
橙色重铬酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应，变成灰绿色
空 气
四、细胞呼吸的方式
探究酵母菌细胞呼吸的方式
● 结果结论
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。
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
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。
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
10%NaOH 酵母菌澄清石灰水
有氧呼吸装置
对比实验(相互对照实验)
四、细胞呼吸的方式
酵母菌澄清石灰水
无氧呼吸装置
细胞呼吸的意义：
(1)为生物体提供能量
(2)生物体代谢的枢纽
ATP
ADP
Pi
葡萄糖
丙酮
酸
细胞分裂
生长发育
主动运输
肌肉收缩
神经冲动的传导
CO +H O
甘 油
四、细胞呼吸的方式
热能 散失
能量 转移
C H O
氨基酸
细胞呼吸
能 量
能 量
饮酒驾车是指车辆驾驶人
员血液中的酒精含量大于 或者等于20mg/100ml, 小 于80mg/100ml 的驾驶行为。 醉酒驾车是指车辆驾驶人 员血液中的酒精含量大于 或者等于80mg/100ml 的驾 驶行为。
五、应用实例
六、练习
1.在有氧呼吸过程中
(1)哪个阶段产生CO
(2)哪个阶段有氧气参与反应
(3)哪个阶段产生能量最多
(4)哪个阶段有水参与
(5)哪个阶段产生水
(6)哪个阶段产生[H]最多
(7)能产生ATP 的场所是
第二阶段
第三阶段
第三阶段
第二阶段
第三阶段
第二阶段
细胞质基质、线粒体
六、练习
2.概念结论速判：酵母菌在生活和生产中应用广泛，下列是关于酵母菌细胞
呼吸的说法，请判断正误。
(1)可以根据酵母菌有无产生CO 判断其呼吸类型。 ( x )
提示：酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO 。
(2)酵母菌有氧呼吸的全过程都发生在线粒体。( ×)
提示：有氧呼吸第一阶段发生在细胞质基质。
(3)氧气可以作为反应物参与酵母菌有氧呼吸的第二、三阶段。(×)
提示：有氧呼吸第三阶段，氧气与[H] 结合生成水，同时释放大量能量。
(4)酵母菌有氧呼吸第三阶段既消耗水又产生水。 ( ×)
提示：有氧呼吸第二阶段消耗水，第三阶段产生水。
六 、练习
3 .下列关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的叙述，错误的是( )
A. 实验中将葡萄糖溶液煮沸的目的是灭菌和去除溶液中的0
B.可以根据石灰水的浑浊程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短检 测CO 产生情况
C.葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，所以应该等葡萄糖充分 消耗完以后再进行酒精的检测
D. 该实验通过设置有氧和无氧两种条件探究酵母菌细胞呼吸的方式，其中 有氧条件为实验组，无氧条件为对照组
六、练习
4. 关于生物实验中“对照”及“变量”的相关叙述，正确的是( )
A. 观察紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞质壁分离与复原实验中，滴加蔗糖和清水，属于自 变量，原生质层位置为因变量，该实验不存在对照
B. 蝾螈受精卵横缢实验是对比试验，只存在相互对照，无自身前后对照
C. 检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质实验中，没有进行对照
D. 探究酵母菌细胞呼吸的方式的实验中，没有对照组，只有两个实验组
A.一个细胞内②③不能同时进行
B.酵母细胞中③④进行的场所不同
C.图中过程①②③④中均能产生ATP 和[H]
D.①②、①③的产物不同，原因是酶 的种类不同
六 、练 习
5.如图①~④表示细胞呼吸中的物质变化过程，下列叙述错误的是( )
葡萄糖
①
丙酮酸
②
乳酸
③ 酒精 十 CO
CO +H O
④
END