人教版高中生物必修一 5.3《细胞呼吸的原理和应用》（课件）

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第五章 细胞的能量供应和利用第3节 细胞呼吸的原理和应用人教版高中生物必修一有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放能量多，为细胞增殖提供充足的动力。1.都是培养酵母菌，为什么有的通气有的需要密封？ 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自身有什么意义？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。密封发酵时，酵母菌将有机物分解为酒精时，也能为自身的生命活动提供少量能量。通气让酵母菌进行有氧呼吸,有利于酵母菌快速繁殖; 密封让酵母菌进行无氧呼吸,产生酒精。问题探讨一细胞呼吸的方式011. 呼吸作用实质：细胞内有机物的氧化分解，并释放出能量，因此也叫细胞呼吸。 + 有机物+ 水 呼吸作用（本质）呼吸（现象）气体运输+呼吸是指肺部CO2与O2进行气体交换的过程【注意】呼吸≠呼吸作用.2.探究酵母菌细胞呼吸的方式酵母菌是一种单细胞真菌，它与人类的生活息息相关。做馒头、面包，酿酒等，都是利用酵母菌的呼吸作用。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。设计实验进行实验验证假设、形成结论作出假设探究酵母菌细胞的呼吸方式探究·实践提出问题：根据对生活中对酵母菌了解或者查阅资料，提出问题。做出假设：酵母菌在有氧条件下产生CO2 ，在无氧条件下产生CO2和酒精。同学们给出的答案可能有：有氧条件下产生CO2，无氧条件下产生酒精；有氧条件下产生酒精，无氧条件下产生CO2；有氧条件下和无氧条件下都产生酒精和CO2 ；有氧、无氧条件下都产生CO2，无氧条件下产生酒精；…设计实验：自变量？因变量？如何控制自变量如何检测因变量控制那些可能影响实验结果的因素方法步骤材料用具等细化确定实验目的控制无关变量写出具体做法探究·实践设计实验：自变量因变量有氧/无氧条件是否产生酒精/CO₂相同且适宜无关变量影响温度、pH等探究·实践设计实验：实验思路：分别给酵母菌提供有氧和无氧的条件，一段时间后检测其产物是否含酒精或CO2。问题细化：1、怎样控制有氧和无氧条件？2、怎样检测有无酒精产生、有无CO2产生？如何比较CO2产生的多少？3、怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？探究·实践解决问题：1、怎样控制有氧和无氧条件？请设计出简易实验装置并思考：2）B瓶为什么要封口放置一段时间，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶？吸收通入空气中CO2，排除空气中CO2的干扰。让酵母菌耗尽瓶内O2，造成无氧环境，确保产物是无氧呼吸产生的2、怎样检测有无酒精产生？怎样检测有无CO2产生？如何比较CO2产生的多少？（1）检测CO2 ①使澄清石灰水变混浊（根据混浊程度检测CO2产生的多少）②溴麝香草酚蓝：蓝→变绿→再变黄（根据其变黄色时间的长短检测CO2产生的多少，时间越短，CO2越多）2、怎样检测有无酒精产生？怎样检测有无CO2产生？如何比较CO2产生的多少？（2）检测酒精：3、怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？ 在酵母菌生长的适宜温度、pH下进行试验，以保证酵母菌高效活性。 酒精+重铬酸钾（浓硫酸溶液）：橙色→灰绿色呼气式酒精检测仪（酒精气体传感器） 让司机呼出的气体直接接触到用硫酸处理过的重铬酸钾，如果呼出的气体中含有酒精，重铬酸钾会变成灰绿色。汽车司机酒驾检测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。喝酒驾车危及生命！害人害己！与社会的联系2.探究酵母菌细胞呼吸的方式（1）实验原理①酵母菌是单细胞真菌，有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。②CO2的检测方法a是否有CO2产生：澄清石灰水变混浊/溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。bCO2产生多少：澄清石灰水混浊程度/溴麝香草酚蓝溶液变黄色时间的长短。③酒精的检测方法橙色的重铬酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应，变成灰绿色。(2)实验假设 酵母菌在有氧情况下进行有氧呼吸，产生CO2，在无氧情况下进行无氧呼吸，产生CO2和酒精。2.探究酵母菌细胞呼吸的方式①配制酵母菌培养液：酵母菌+葡萄糖溶液取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%的煮沸冷却后的葡萄糖溶液。煮沸：灭菌、除去葡萄糖溶液中的氧气。冷却：防止温度过高将酵母菌杀死。（3）方法步骤②实验装置有氧呼吸装置无氧呼吸装置③检测CO2和酒精的产生注意：NaOH的作用：吸收CO2，保证通入酵母菌培养液中的气体不含CO2，避免对实验结果的干扰。间歇性通空气的原因：使NaOH充分吸收CO2，保证使澄清石灰水变混浊的CO2为酵母菌产生。B瓶封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的原因：让酵母菌将瓶中氧气耗尽，保证通入澄清石灰水的是无氧呼吸产生的CO2。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。（4）实验现象 酵母菌既能进行有氧呼吸，也能进行无氧呼吸。 ①有氧条件下，酵母菌细胞呼吸产生大量CO2。 ②无氧条件下，酵母菌细胞呼吸产生酒精和少量CO2。（5）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，这样的实验叫作对比实验，也叫相互对照实验。对比实验也是科学探究中常用的方法之一。该实验有对照组吗？细胞呼吸有氧呼吸无氧呼吸包括科学家根据大量的实验结果得出结论二有氧呼吸外膜内膜DNA/RNA核糖体嵴基质分布有氧呼吸的酶（1）主要特点①内膜向内折叠形成嵴,大大增加了内膜表面积。②内膜和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶。1. 主要场所：线粒体C6H12O6细胞质基质线粒体基质线粒体内膜6CO26H2O6O212H2O酶2. 有氧呼吸过程 第一阶段C6H12O6线粒体场所：细胞质基质①2. 有氧呼吸过程通常将NADH简化为[H]，读作还原氢，是氧化型辅酶Ⅰ（NAD+）转化成还原型辅酶Ⅰ（NADH）。2. 有氧呼吸过程 第二阶段线粒体6CO2②2丙酮酸C3H4O3场所：线粒体基质2. 有氧呼吸过程第三阶段线粒体6CO2②C6H12O6①C3H4O312H2O③2. 有氧呼吸过程总反应式:细胞质基质线粒体基质线粒体内膜2. 有氧呼吸过程3. 有氧呼吸总反应式（2）H原子运动：（1）C原子运动：（3）O原子运动：C6H12O62C3H4O36CO 2C6H12O64[H]2C3H4O3+6H2O20[H]12H2OC6H12O62C3H4O3+6H2O 6CO 26O212H2O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. 有氧呼吸概念（1）有氧呼吸过程温和；（2）有机物中的能量经过一系列化学反应逐步释放；（3）有氧呼吸释放的能量部分储存在ATP中。5.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2870kJ的能量，可使977.28kJ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？提示：转化效率34％；1molATP水解释放出30.54kJ，合成也是需要吸收30.54kJ，所以约使32mol ADP转化为ATP，其余1892.72kJ主要以热能的形式散失掉。思考·讨论（P93）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？提示：可使有机物中的能量逐步转移到ATP中；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态，不损伤人体。思考·讨论（P93）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。易错提示线粒体膜上没有葡萄糖载体；线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。1.为什么线粒体不能直接氧化分解葡萄糖？2.原核生物（如蓝藻、硝化细菌等）没有线粒体，但也能进行有氧呼吸的原因及场所是?原因：含有与有氧呼吸有关的酶场所：细胞质和细胞膜内表面思考·讨论三无氧呼吸2丙酮酸（C3H4O3） C6H12O6 酶4[H] 酶酶2酒精（C2H5OH）+2CO22乳酸（C3H6O3）细胞质基质1.无氧呼吸场所：细胞质基质第一阶段：第二阶段：2C3H6O3(乳酸) + 4 [H]2C3H4O3 2CO2 + 2C2H5OH(酒精)酶酶2.无氧呼吸过程2丙酮酸（C3H4O3） C6H12O6 酶4[H] 酶酶2酒精（C2H5OH）+2CO22乳酸（C3H6O3）细胞质基质3.无氧呼吸总反应式（不同生物无氧呼吸的产物不同） 例：酵母菌、水稻根、苹果果实等大多数植物细胞等。例：马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚、动物和人剧烈运动时骨骼肌细胞、哺乳动物成熟红细胞、乳酸菌等。（1）酒精途径（2）乳酸途径少部分合成ATP4.无氧呼吸能量利用有机物中化学能大部分存留在酒精或乳酸中少部分释放（只在第一阶段释放少量能量）大部分以热能的形式散失5. 无氧呼吸概念：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。注：微生物的无氧呼吸叫做发酵。但工业上的发酵并非完全无氧，比如醋酸发酵。酿酒是利用酵母菌无氧呼吸产生酒精。酸奶是利用乳酸菌无氧呼吸产生乳酸。①为生物体提供能量。②生物体代谢的枢纽。（2）意义：6. 细胞呼吸（1）概念：有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成CO2或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。注：呼吸作用最常利用的是葡萄糖，细胞呼吸的底物不只有葡萄糖，脂肪等有机物都可以作为细胞呼吸的底物。主要在线粒体内细胞质基质氧气、多种酶无氧气参与，需要多种酶葡萄糖等有机物彻底分解形成CO2和H2O葡萄糖等有机物分解不彻底,形成酒精和CO2、乳酸释放大量能量释放少量能量，大部分能量储存在乳酸或酒精中有氧呼吸三个阶段均产生ATP仅在第一个阶段产生ATP有氧呼吸与无氧呼吸的比较①第一个阶段反应完全相同，并且都是在细胞质基质内进行；②两种呼吸作用方式实质相同：分解有机物，释放能量，合成ATP。四细胞呼吸的影响因素1. 呼吸速率（强度）：单位时间内呼吸作用消耗的反应物的量或生成物的产生量（通常用单位时间内O2吸收量或CO2 释放量表示）。2. 影响因素：温度、氧气、二氧化碳、水（1）温度①原理：温度通过影响酶的活性来影响呼吸强度。②应用：零上低温储存蔬菜和水果；大棚栽培作物在夜间和阴天适当降温；温水和面发酵快。（2）O2浓度①原理绿色植物或酵母菌在完全缺氧条件下进行无氧呼吸，在低氧条件下通常无氧呼吸与有氧呼吸并存，O2的存在对无氧呼吸起抑制作用。在一定范围内，有氧呼吸强度随O2浓度的增加而增强。1.0②曲线510150.5②曲线A点： O2浓度=0，只进行无氧呼吸B点：无氧呼吸与有氧呼吸CO2释放量相等R点：CO2释放量最少，呼吸作用最弱，有机物消耗最少②曲线C点：无氧呼吸停止，有氧呼吸释放CO2量=CO2释放总量D点：O2浓度=10%，无氧呼吸消失，只进行有氧呼吸OD：同时进行有氧呼吸和无氧呼吸AOC：无氧呼吸生成的CO2总量 思考 ：B点时，无氧呼吸与有氧呼吸CO2释放量相等，消耗的葡萄是否相等，若不等，其比值为多少？无氧呼吸：有氧呼吸：产生CO2相等时，有氧呼吸与无氧呼吸消耗葡萄糖比例为1：3。消耗葡萄糖相等时，有氧呼吸与无氧呼吸产生CO2比例为3：1。无氧呼吸：有氧呼吸：注意a 中耕松土促进植物根部有氧呼吸；b 酿酒时先通氧气再密封；c 细胞呼吸强度最弱（R点），对应的O2浓度适宜储藏粮食、水果和蔬菜。③应用①原理：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，CO2 浓度越高，抑制作用越明显。②应用：储藏果蔬、粮食适当增加CO2浓度，抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。（3）CO2浓度（4）水②应用：a 粮食在收仓前要进行晾晒处理；b 干种子萌发前浸泡处理；c 合理灌溉。①原理：在一定范围内，细胞呼吸强度随含水量的增加而加快，超过一定范围，呼吸速率减慢，甚至死亡。粮食储存：零上低温，低氧，干燥水果蔬菜储存：零上低温，低氧，一定湿度细胞呼吸原理的应用五1.为什么包扎伤口要选用透气消毒纱布或创可贴？2.为什么利用酵母菌酿酒要先通入一定量的无菌空气，再密封？3.为什么要给作物及时松土？为什么水稻要定期排水？4.为什么储藏水果粮食要降低温度和氧气含量等措施延长保质期？5.为什么皮肤伤口较深要到医院及时注射破伤风抗毒血清？6.为什么提倡慢跑？自主阅读P95的6个资料，说说细胞呼吸原理在生活生产中有哪些应用？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。对于板结的土壤及时松土透气，可以促进根细胞有氧呼吸，有利于根系的生长和对无机盐的吸收。此外还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，促使这些微生物对有机物的分解，从而有利于植物对无机盐的吸收。较深的伤口里缺少氧气，破伤风芽孢杆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，患者应及时请医生处理。有氧运动是指人体细胞充分获得氧的情况下所进行的体育锻炼。人体细胞通过有氧呼吸可以获得较多的能量。相反，百米冲刺等无氧运动，是人体细胞在缺氧条件下进行的高速运动。物质的储存：（1）储存粮食：适宜的低温，低氧，干燥（水分很少）。（2）储存水果、蔬菜：适宜的低温，低氧，适宜的湿度。细胞呼吸方式判断六1.细胞呼吸方式的判断（1）依据一1.细胞呼吸方式的判断（2）依据二若细胞O2吸收量大于CO2释放量，说明细胞呼吸的底物不只是糖类，可能还有脂肪等。脂肪进行有氧呼吸时消耗O2的量≠产生CO2的量。脂肪与葡萄糖相比含H量高，因此有氧呼吸消耗O2量大于产生CO2量，同时单位质量下产生的能量也较多。. ①真核生物：无线粒体参与的一定是无氧呼吸，有线粒体参与的是有氧呼吸或两种呼吸并存。②原核生物：呼吸作用发生在细胞膜和细胞质基质中。若产物中有酒精或乳酸，则一定有无氧呼吸。1.细胞呼吸方式的判断（3）依据三（1）实验装置：欲确认某生物的细胞呼吸方式，应设置两套实验装置，如图所示（以发芽种子为例）：2. 液滴移动法探究细胞呼吸方式若种子进行有氧呼吸：液滴左移，左移距离代表氧气的消耗量。若种子进行酒精发酵：液滴不动。若种子进行乳酸发酵：液滴不动。①装置一测定有氧呼吸若种子进行有氧呼吸： 液滴不移动。若种子进行酒精发酵：液滴右移，右移的距离代表无氧呼吸释放的CO2。若种子进行乳酸发酵：液滴不动。②装置二测定产酒精的无氧呼吸（2）实验现象与结论不动不动只进行产乳酸的无氧呼吸或种子已死亡不动右移只进行产生酒精的无氧呼吸左移右移进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸左移不动只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸（3）物理误差校正：为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置。对照装置与装置二相比，不同点是用“煮熟的种子”代替“发芽种子”，其余均相同。口诀：强碱看有氧；清水看无氧乳酸看不出；死的做对照