細胞呼吸的原理和應用高一上學期生物人教版必修1

葡萄美酒夜光杯，欲飲琵琶馬上催。醉臥沙場君莫笑,古來征戰(zhàn)幾人回。《涼州詞》唐.王翰葡萄美酒夜光杯，欲飲琵琶馬上催。醉臥沙場君莫笑,古來征戰(zhàn)幾人回。第三節(jié)細胞呼吸的原理和應用酵母菌的電鏡照片

酵母菌是一類單細胞真菌，它與人類的生活息息相關。做饅頭、面包，釀酒等，都是利用酵母菌的呼吸作用。酵母菌

呼吸作用發(fā)生在細胞內(nèi)，因此又叫細胞呼吸。

酵母菌在有氧和無氧條件下都能生存，屬于兼性厭氧菌，因此便于用來研究細胞呼吸的不同方式。一細胞呼吸的方式第三節(jié)細胞呼吸的原理和應用【探究·實踐】探究酵母菌細胞呼吸的方式酵母菌能使葡萄糖發(fā)酵產(chǎn)生酒精；酵母菌的細胞呼吸會產(chǎn)生CO2。（1）酵母菌發(fā)酵產(chǎn)生酒精是在有氧條件下還是在無氧條件下進行的呢？（2）酵母菌的細胞呼吸會產(chǎn)生CO2，在不同條件下產(chǎn)生的CO2是否一樣多？你還能提出哪些問題？觀察的項目和次數(shù)要事先計劃好，并做好記錄。觀察現(xiàn)象提出問題作出假設設計實驗進行實驗得出結(jié)論、交流討論根據(jù)自己已有的知識和生活經(jīng)驗，針對所提出的問題作出假設，如：（1）酵母菌在無氧條件下產(chǎn)生酒精。（2）酵母菌在有氧條件下比在無氧條件下產(chǎn)生的CO2多。根據(jù)以上疑問，你還能作出哪些假設？方法步驟確定實驗思路設計實驗步驟預期實驗結(jié)果一細胞呼吸的方式第三節(jié)細胞呼吸的原理和應用【探究·實踐】探究酵母菌細胞呼吸的方式確定實驗思路自變量：無關變量：有哪些因素可能干擾到實驗結(jié)果該實驗的自變量是什么？怎樣控制有氧和無氧的條件？該實驗對照如何設計？屬于哪種方式？因變量：其他條件：怎樣保證酵母菌在整個實驗過程中能正常生活？怎樣鑒定有無酒精產(chǎn)生？怎樣鑒定有無CO2產(chǎn)生？怎樣比較CO2產(chǎn)生的多少？一細胞呼吸的方式第三節(jié)細胞呼吸的原理和應用【探究·實踐】探究酵母菌細胞呼吸的方式實驗結(jié)果及結(jié)論A裝置中石灰水混濁程度大于B裝置。（或A裝置中溴麝香草酚藍水溶液的變黃時間比B裝置短。）裝A錐形瓶培養(yǎng)液的試管不會出現(xiàn)灰綠色，裝B錐形瓶培養(yǎng)液的試管橙色的重鉻酸鉀會變成灰綠色。A裝置B裝置A錐形瓶酵母菌培養(yǎng)液的濾液B錐形瓶酵母菌培養(yǎng)液的濾液結(jié)論：酵母菌在有氧和無氧條件下均能進行細胞呼吸。在有氧條件下，通過細胞呼吸產(chǎn)生大量的CO2，在無氧條件下通過細胞呼吸產(chǎn)生酒精和少量的CO2。細胞呼吸有氧呼吸無氧呼吸包括科學家根據(jù)大量的實驗結(jié)果得出結(jié)論一細胞呼吸的方式第三節(jié)細胞呼吸的原理和應用【探究·實踐】探究酵母菌細胞呼吸的方式細胞呼吸類型內(nèi)膜外膜線粒體1.有氧呼吸的場所細胞質(zhì)基質(zhì)＋細胞質(zhì)基質(zhì)（一）有氧呼吸的過程探究二有氧呼吸電鏡照片葡萄糖不變無熒光葡萄糖減少丙酮酸生成

微弱熒光葡萄糖減少CO2

生成大量熒光線粒體細胞質(zhì)基質(zhì)細胞質(zhì)基質(zhì)線粒體等量的葡萄糖、氧氣、熒光素和熒光素酶123實驗一：破碎細胞，得到不同組分（一）有氧呼的過程探究（第一階段）（1）對比1號、2號試管，分析葡萄萄分解的場所在哪里？產(chǎn)物有什么？對比2號、3號試管，如何解釋3號試管中沒有丙酮酸？小組討論，得出推論：推論1：葡萄糖不能在線粒體中分解推論2：葡萄糖在細胞質(zhì)基質(zhì)中分解，生成丙酮酸和少量的能量推論3：丙酮酸在線粒體中分解生成CO2和大量能量ATP酶氧化熒光素發(fā)出熒光激活熒光素熒光素O2

嘗試寫出：發(fā)生在細胞質(zhì)基質(zhì)中的化學反應式第一階段：C6H12O6

→2C3H4O3＋4[H]＋少量能量酶推論2：葡萄糖在細胞質(zhì)基質(zhì)中分解，生成丙酮酸和少量的能量信息1：細胞質(zhì)基質(zhì)中，葡萄糖在酶的催化下還能生成[H]，即氧化型輔酶Ⅰ(NAD+)轉(zhuǎn)化為還原型輔酶Ⅰ（NADH)，還原型輔酶Ⅰ（NADH）可以用一種十分簡化的方式表示:[H]。C6H12O6C3H4O3思考討論：丙酮酸在線粒體中分解生成CO2和大量能量。這一過程到底在線粒體膜上還是線粒體基質(zhì)中進行的？2?14丙酮酸不變無熒光5丙酮酸減少CO2

生成微弱熒光6丙酮酸減少CO2

生成大量熒光線粒體膜線粒體基質(zhì)線粒體基質(zhì)線粒體膜等量的丙酮酸、氧氣、熒光素和熒光素酶（一）有氧呼吸的過程探究（第二階段）實驗二：破碎線粒體，得到不同組分（2）對比4號、5號試管，分析丙酮酸分解的場所在哪里？產(chǎn)物有什么？對比5號、6號試管，如何解釋6號試管中形成大量熒光？推論4：丙酮酸不能在線粒體膜上分解。推論5：丙酮酸在線粒體基質(zhì)中分解，生成CO2

和少量的能量。推論6：丙酮酸被分解后，在線粒體膜上發(fā)生反應合成大量能量。小組討論，得出推論：嘗試寫出：發(fā)生在線粒體基質(zhì)中的化學反應式第二階段：信息2：利維和施利曼發(fā)現(xiàn)在線粒體基質(zhì)中，某種酶可催化丙酮酸生成[H]，而這個過程需要H2O的參與，另外克雷布斯發(fā)現(xiàn)丙酮酸脫[H]的過程沒有O2參與。推論5：丙酮酸在線粒體基質(zhì)中分解，生成CO2

和少量的能量2C3H4O3＋6H2O→6CO2＋20[H]＋少量能量酶C3H4O36?2推論6：丙酮酸被分解后，在線粒體膜上發(fā)生反應合成大量能量（1）氧氣參與反應發(fā)生在哪個部位？（2）內(nèi)膜上的[H]來自哪里？嘗試寫出：發(fā)生在線粒體內(nèi)膜上的化學反應式第三階段：24[H]＋6O2→12H2O＋大量能量酶線粒體內(nèi)膜細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體基質(zhì)信息3：1912年至1913年，瓦勃從豚鼠肝細胞勻漿中粗提取了線粒體，發(fā)現(xiàn)它能消耗O2信息4：超聲波震碎線粒體之后，內(nèi)膜自然卷成了顆粒朝外的小囊泡，這些小囊泡有氧化[H]的功能，而外膜未發(fā)現(xiàn)此功能。（一）有氧呼吸的過程探究（第三階段）C6H12O6→2C3H4O3＋4[H]＋少量能量酶24[H]＋6O2→12H2O＋大量能量酶2C3H4O3＋6H2O→6CO2＋20[H]＋少量能量酶第二階段：第一階段

：第三階段：總反應：C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量酶（一）有氧呼吸的過程探究（總反應）模擬題提示：氧氣不是第二階段的反應物，即該階段不需要氧氣直接參與。但若沒有氧氣，該階段不能持續(xù)進行，因此該階段間接需要氧氣參與。模擬題可能認為第二階段不需要氧氣參與。細胞質(zhì)基質(zhì)線粒體基質(zhì)線粒體內(nèi)膜C6H12O6C3H4O3[]HC3H4O3H2OCO2+O2H2OH+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+H+ADPPiATPNAD+能量H+能量H+H+H+H+H+H+e-第一階段第二階段第三階段ATP熱能ATP熱能[]H（細胞質(zhì)基質(zhì)）（線粒體基質(zhì)）（線粒體內(nèi)膜）C6H12O6表示葡萄糖C3H4O3表示丙酮酸[H]表示還原型輔酶Ⅰ，寫作NADH，可轉(zhuǎn)化為氧化型輔酶Ⅰ，寫作NAD+。有氧呼吸過程圖解：[]H1mol葡萄糖徹底氧化分解大約能使多少molADP轉(zhuǎn)化為ATP？請你計算有氧呼吸的能量轉(zhuǎn)化率大約是多少？

資料（p93)：在細胞內(nèi)1mol葡萄糖徹底氧化分解，可釋放出2870kJ的能量，可使977.28kJ左右的能量儲存在ATP中，其余的能量則以熱能的形式散失掉了;已知1molATP水解為ADP和Pi釋放的能量大約為30.54kJ。有氧呼吸釋放的能量去向：（二）有氧呼吸的能量利用特點1mol葡萄糖徹底氧化分解釋放能量ATPADPPi977.28kJ其余的能量熱能散失2870kJ用于各項生命活動維持體溫977.28kJ÷30.54kJ/mol≈32mol977.28kJ÷2870kJ≈34%34%66%少部分大部分與燃燒相比，有氧呼吸具有什么特點？P93（三）有氧呼吸的概念條件：氧的參與、多種酶催化

有氧呼吸是指細胞在氧的參與下，通過多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機物徹底氧化分解，產(chǎn)生二氧化碳和水，釋放能量，生成大量ATP的過程。物質(zhì)變化：葡萄糖等有機物＋氧氣→二氧化碳＋水＋大量ATP能量變化：釋放能量特點：有機物的徹底氧化分解條件原料、條件原料特點產(chǎn)物能量變化產(chǎn)物知識歸納1、有氧呼吸三個階段都合成ATP，因為第三階段釋放能量多，合成的ATP也多，第一階段合成ATP不需要O2參與，第二階段合成ATP不需要O2直接參與。歸納.總結(jié)2、線粒體是有氧呼吸的主要場所。細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體基質(zhì)、線粒體內(nèi)膜都含有大量與有氧呼吸有關的酶。3、線粒體吸收丙酮酸，而不會吸收葡萄糖（分解葡萄糖的酶存在于細胞質(zhì)基質(zhì)中）4、線粒體不是有氧呼吸的必要條件，需氧型原核生物也可進行有氧呼吸，其場所在細胞質(zhì)基質(zhì)和細胞膜上。5、進行無氧呼吸的真核生物（如蛔蟲），細胞中無線粒體。哺乳動物成熟紅細胞無線粒體，只能無氧呼吸提供能量。6、若有氧呼吸的底物是葡萄糖，則消耗O2量等于產(chǎn)生CO2的量；當脂肪作為底物時，因為C、H比例較高，單位質(zhì)量的耗氧量多，吸收的O2量大于產(chǎn)生CO2的量，與糖類相比，放能多、耗氧多、產(chǎn)水多。三無氧呼吸第三節(jié)細胞呼吸的原理和應用無氧呼吸過程少量能量［H］乳酸C3H6O3酒精C2H5OHCO2葡萄糖C6H12O6丙酮酸C3H4O3+C6H12O6酶2C3H6O3(乳酸)+能量C6H12O6酶2C2H5OH(酒精)+2CO2

＋能量歸納總結(jié)：1.無氧呼吸在第二階段釋放能量嗎？2.為什么無氧呼吸釋放的能量比有氧呼吸少？3.歸納無氧呼吸的反應式。4.微生物的無氧呼吸也叫發(fā)酵。產(chǎn)生酒精的叫酒精發(fā)酵，產(chǎn)生乳酸的叫乳酸發(fā)酵。酶細胞質(zhì)基質(zhì)（第一階段）酶細胞質(zhì)基質(zhì)（第二階段）酒精發(fā)酵：乳酸發(fā)酵：舉例說出哪些細胞是進行酒精型的無氧呼吸？哪些是乳酸型的？分解轉(zhuǎn)化三無氧呼吸第三節(jié)細胞呼吸的原理和應用196.65kJ乳酸C3H6O3ATPADPPi61.08kJ其余能量(69%)熱能散失葡萄糖C6H12O6說明：人體肌細胞無氧呼吸產(chǎn)生的乳酸，能在肝臟中再次轉(zhuǎn)化為葡萄糖。無氧呼吸能量利用的特點1mol葡萄糖不徹底氧化分解大約能產(chǎn)生多少molATP？請你計算無氧呼吸的能量轉(zhuǎn)化率大約是多少？61.08kJ÷30.54kJ/mol≈2mol61.08kJ÷196.65kJ≈31%C6H12O6→2C3H6O3＋少量能量細胞呼吸釋放的能量未徹底分解產(chǎn)物中儲存的能量C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋少量能量C6H12O6＋6H2O＋6O2→6CO2＋12H2O＋大量能量葡萄糖中的能量ATP熱能酶酶酶第三節(jié)細胞呼吸的原理和應用能量守恒分析三無氧呼吸第三節(jié)細胞呼吸的原理和應用無氧呼吸的定義定義：在沒有氧氣參與的情況下，葡萄糖等有機物經(jīng)過不完全分解，釋放少量能量的過程。呼吸方式有氧呼吸無氧呼吸不同點場所條件分解產(chǎn)物能量ATP產(chǎn)生階段相同點

有氧呼吸與無氧呼吸的比較氧氣、多種酶葡萄糖徹底分解為CO2和H2O釋放大量能量有氧呼吸三個階段均產(chǎn)生ATP主要在線粒體內(nèi)無氧氣參與，需要多種酶葡萄糖的分解不徹底，形成乳酸或酒精和CO2釋放少量能量，大部分能量儲存在乳酸或酒精中僅在第一階段產(chǎn)生ATP在細胞質(zhì)基質(zhì)中第一階段反應完全相同，并且都是在細胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)進行。兩種呼吸作用方式實質(zhì)相同，都能夠分解有機物，釋放能量。第三節(jié)細胞呼吸的原理和應用細胞呼吸定義意義細胞呼吸是指有機物在細胞內(nèi)經(jīng)過一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他產(chǎn)物，釋放能量并生成ATP的過程。⑴為生物體提供能量。四細胞呼吸第三節(jié)細胞呼吸的原理和應用細胞呼吸是生物體代謝的樞紐細胞呼吸產(chǎn)生的中間產(chǎn)物可轉(zhuǎn)化為甘油、氨基酸等非糖物質(zhì)。非糖物質(zhì)代謝形成的某些產(chǎn)物與細胞呼吸中間產(chǎn)物相同，這些物質(zhì)可以進一步形成葡萄糖。蛋白質(zhì)、糖類和脂質(zhì)代謝，都可通過細胞呼吸過程聯(lián)系起來。第三節(jié)細胞呼吸的原理和應用細胞呼吸定義意義細胞呼吸是指有機物在細胞內(nèi)經(jīng)過一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他產(chǎn)物，釋放能量并生成ATP的過程。⑴為生物體提供能量。⑵生物體代謝樞紐。四細胞呼吸實質(zhì)細胞內(nèi)的有機物氧化分解，并釋放能量。水解?O2?發(fā)芽種子20%NaOH5ml發(fā)芽種子蒸餾水5ml裝置1裝置2實驗現(xiàn)象結(jié)論裝置1液滴裝置2液滴種子已死亡只進行產(chǎn)生酒精的無氧呼吸只進行有氧呼吸進行有氧呼吸和產(chǎn)生酒精無氧呼吸實驗結(jié)果預測和結(jié)論四細胞呼吸植物組織細胞呼吸方式的判定方法第三節(jié)細胞呼吸的原理和應用假定發(fā)芽的種子呼吸底物均為葡萄糖，且無氧呼吸類型為酒精型。不動不動不動右移左移右移不動左移C6H12O6＋6H2O＋6O2→6CO2＋12H2O＋能量酶C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋少量能量酶模擬題提示：上述反應方程式是以葡萄糖等作為呼吸底物進行考慮的。模擬題有時不加說明默認呼吸底物是葡萄糖（如教材課后練習題）。若問題情境指明或暗示呼吸底物是脂肪等物質(zhì)時（如某油料作物種子），不能使用上述反應式進行分析和計算。問題：酵母菌以葡萄糖為呼吸底物分別進行有氧呼吸和無氧呼吸，產(chǎn)生等量的CO2，無氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸消耗葡萄糖的幾倍？若酵母菌有氧呼吸的底物是脂肪酸，消耗的氧氣和產(chǎn)生的二氧化碳的物質(zhì)的量還是相等的嗎？四細胞呼吸第三節(jié)細胞呼吸的原理和應用①植物呼吸作用的指標：植物呼吸作用吸收氧氣，釋放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器內(nèi)氣體壓強減小，毛細管內(nèi)的水滴左移。單位時間內(nèi)液滴左移的體積即是呼吸速率。②條件：整個裝置必須遮光處理，否則植物的光合作用會干擾呼吸速率的測定（非綠色材料除外）。③為防止微生物呼吸對實驗結(jié)果的干擾，應將裝置及所測材料進行消毒處理。④對照組設置：為防止氣壓、溫度等物理膨脹因素引起的誤差，應設置對照試驗，將綠色植物更換為等量的死亡的植物，其他條件均不變。⑤用富含脂肪高的種子如油料作物種子做測定實驗，則液滴移動更明顯(耗O2量大)植物組織細胞呼吸速率的測定方法四細胞呼吸第三節(jié)細胞呼吸的原理和應用內(nèi)部因素——遺傳因素（由酶的種類和數(shù)量決定）

（1）不同種類的植物細胞呼吸速率不同，如旱生植物小于水生植物。（2）同一植物在不同的生長發(fā)育時期細胞呼吸速率不同，如幼苗期、開花期細胞呼吸速率較高，成熟期細胞呼吸速率較低。（3）同一植物的不同器官細胞呼吸速率不同，如生殖器官大于營養(yǎng)器官。影響細胞呼吸的因素四細胞呼吸第三節(jié)細胞呼吸的原理和應用如圖表示某種植株的非綠色器官在不同氧濃度下，O2的吸收量和CO2的釋放量的變化。嘗試寫出三條線各自所代表的生命活動過程，并分析a、b、c三個點的含義。氧氣濃度為a時，無氧呼吸明顯抑制，有氧呼吸較弱，總的細胞呼吸速率最小，消耗有機物較少。儲存蔬菜、水果、糧食等，應控制氧氣濃為a(或a附近)。氧氣濃度為b時，無氧呼吸被完全抑制，細胞呼吸即為有氧呼吸。氧氣濃度為c時，有氧呼吸速率達到最大時的最小氧氣濃度，再增加氧氣濃度，呼吸速率不再增加。限制因素可能是呼吸底物的量或酶的量與酶的活性等。氧氣濃度a0bc氣體交換的相對值細胞呼吸有氧呼吸無氧呼吸CO2釋放量O2吸收量氧氣濃度、二氧化碳濃度、溫度、含水量都會影響呼吸速率因素溫度CO2濃度含水量影響機理影響呼吸酶的活性高濃度的CO2對細胞呼吸有明顯的抑制效應在一定范圍內(nèi),細胞呼吸強度隨含水量的增加而增強曲線模型實踐應用零上低溫條件下儲存種子、蔬菜、水果,大棚種植中,夜間適當降低溫度適當增加CO2的濃度,可提高蔬菜和水果的保鮮效果糧食在收倉前要進行晾曬處理,干種子萌發(fā)前要進行浸泡處理氧氣濃度、二氧化碳濃度、溫度、含水量都會影響呼吸速率五細胞呼吸原理的應用P95第三節(jié)細胞呼吸的原理和應用細胞呼吸的原理在生活中的應用饅頭、面包、泡菜等許多傳統(tǒng)食品的制作五細胞呼吸原理的應用第三節(jié)細胞呼吸的原理和應用細胞呼吸的原理在現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)中的應用生產(chǎn)青霉素、味精，釀酒等五細胞呼吸原理的應用第三節(jié)細胞呼吸的原理和應用細胞呼吸的原理在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應用中耕松土、適時排水，就是通過改善氧氣供應來促進作物根系的呼吸作用，以利于作物的生長。儲藏