細(xì)胞呼吸的原理和應(yīng)用課件-高一上學(xué)期生物人教版（2019）必修1

1.5.3細(xì)胞呼吸的原理和應(yīng)用人們通常用酵母和面，放置一段時(shí)間后就會成為發(fā)面，發(fā)面可以用來做包子饅頭等。為了促進(jìn)發(fā)面，有時(shí)還會向其中加入一點(diǎn)蔗糖。發(fā)面時(shí)，早期并沒有酒味，而后期會有酒味。發(fā)面中的“窟窿”是怎么產(chǎn)生的？發(fā)面一段時(shí)間會有酒味，你知道酒味是怎么來的嗎？為什么早期卻沒有酒味呢？發(fā)面團(tuán)里是熱乎乎的，這說明了什么？問題探討呼吸作用的實(shí)質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)有機(jī)物的氧化分解，并釋放能量，因此也叫做細(xì)胞呼吸探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式酵母菌是單細(xì)胞真菌，有氧無氧條件下均能生存，屬兼性厭氧菌1.5.3.1細(xì)胞呼吸的方式過渡：酵母菌在有氧和無氧條件下細(xì)胞呼吸的產(chǎn)物是否相同？學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容前，我們對兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果均是未知的，都屬于實(shí)驗(yàn)組。通過設(shè)置兩個(gè)或兩個(gè)以上的實(shí)驗(yàn)組，通過對結(jié)果的比較分析，來探究某種因素與實(shí)驗(yàn)對象的關(guān)系——對比試驗(yàn)。對比試驗(yàn)接氣泵或橡皮球A10%NaOH酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水將B瓶先反應(yīng)一段時(shí)間，然后再連接盛有澄清石灰水的錐形瓶B酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水有氧條件無氧條件該實(shí)驗(yàn)的自變量是氧氣。接氣泵或橡皮球A10%NaOH酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水如何實(shí)現(xiàn)對自變量的控制？實(shí)驗(yàn)自變量是什么？有氧一組不斷通入空氣（氧氣）以保證反應(yīng)始終在有氧條件進(jìn)行。無氧一組先反應(yīng)一段時(shí)間消耗掉培養(yǎng)液中的氧氣以保證反應(yīng)在無氧條件下進(jìn)行。將B瓶先反應(yīng)一段時(shí)間，然后再連接盛有澄清石灰水的錐形瓶B酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水可用澄清石灰水（變渾濁）或溴麝香草酚藍(lán)（藍(lán)→綠→黃）檢測CO2的生成。將B瓶先反應(yīng)一段時(shí)間，然后再連接盛有澄清石灰水的錐形瓶B酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水怎樣檢測CO2？接氣泵或橡皮球A10%NaOH酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水怎樣檢測酒精？酒精的生成可以用酸性重鉻酸鉀進(jìn)行檢驗(yàn)（橙色→灰綠色）。將B瓶先反應(yīng)一段時(shí)間，然后再連接盛有澄清石灰水的錐形瓶B酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水3倍速酸性重鉻酸鉀1mL接氣泵或橡皮球A10%NaOH酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水問題：這是在控制什么變量？接氣泵或橡皮球A10%NaOH酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水將B瓶先反應(yīng)一段時(shí)間，然后再連接盛有澄清石灰水的錐形瓶B酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水有氧條件無氧條件提示1：澄清石灰水變渾濁（CaCO3）后，如果再通入過量CO2，又會變澄清（CaHCO3）。提示2：新配的溴麝香草酚藍(lán)（BTB）是弱堿性的（藍(lán)色），通入CO2后pH逐漸降低，BTB變色。提示3：葡萄糖能和酸性重鉻酸鉀反應(yīng)（慢一些），故檢測時(shí)需要等培養(yǎng)液中葡萄糖耗盡再進(jìn)行。將B瓶先反應(yīng)一段時(shí)間，然后再連接盛有澄清石灰水的錐形瓶B酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水接氣泵或橡皮球A10%NaOH酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式酵母菌是單細(xì)胞真菌，有氧氧無條件下均能生存，屬兼性厭氧菌大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)，細(xì)胞呼吸可分為有氧呼吸和無氧呼吸1.5.3.1細(xì)胞呼吸的方式接氣泵或橡皮球A10%NaOH酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水將B瓶先反應(yīng)一段時(shí)間，然后再連接盛有澄清石灰水的錐形瓶B酵母菌培養(yǎng)液澄清石灰水線粒體是有氧呼吸的主要場所1.5.3.2有氧呼吸外膜內(nèi)膜線粒體基質(zhì)嵴為什么不說線粒體是有氧呼吸的場所呢？少量能量C6H12O62C3H4O3[H]2C3H4O36CO2H2O[H][H]O2H2O少量能量酶酶酶大量能量丙酮酸丙酮酸人為將有氧呼吸劃分為三個(gè)階段，每一階段都需要酶催化，并有ATP生成第一階段發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)第二階段發(fā)生在線粒體基質(zhì)第三階段發(fā)生在線粒體內(nèi)膜1.5.3.2有氧呼吸C6H12O6→2C3H4O3＋4[H]＋少量能量酶2C3H4O3＋6H2O→6CO2＋20[H]＋少量能量酶24[H]＋6O2→12H2O＋大量能量酶差速離心+葡萄糖通入空氣+葡萄糖通入空氣葡萄糖分解，消耗O2+葡萄糖通入空氣葡萄糖分解，不消耗O2葡萄糖不分解將生化過程與細(xì)胞結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來檢測到中間產(chǎn)物丙酮酸含量的升高過程線粒體改變滲透壓，使線粒體外膜漲破，后密度梯度離心線粒體外膜線粒體基質(zhì)不含外膜的線粒體+丙酮酸+丙酮酸+丙酮酸不反應(yīng)不反應(yīng)反應(yīng)超聲波＋離心內(nèi)外膜間隙內(nèi)膜小泡（含部分基質(zhì)）繼續(xù)探究+丙酮酸丙酮酸消耗，O2消耗線粒體有氧呼吸第二階段有一種比較奇葩的酶，它結(jié)合在線粒體內(nèi)膜上。該酶催化第二階段反應(yīng)的部位（圈中綠色部分）在基質(zhì)中

，所以第二階段反應(yīng)還是發(fā)生在線粒體基質(zhì)。模擬題提示：模擬題認(rèn)為線粒體基質(zhì)可以完成有氧呼吸第二階段。由于缺乏圖示的酶，線粒體基質(zhì)實(shí)際只能進(jìn)行第二階段大部分反應(yīng)。線粒體內(nèi)膜線粒體基質(zhì)人為將有氧呼吸劃分為三個(gè)階段，每一階段都需要酶催化，并有ATP生成第一階段發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)第二階段發(fā)生在線粒體基質(zhì)第三階段發(fā)生在線粒體內(nèi)膜1.5.3.2有氧呼吸模擬題提示：氧氣不是第二階段的反應(yīng)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(jìn)行，因此該階段間接需要氧氣參與。模擬題可能認(rèn)為第二階段不需要氧氣參與。提示：[H]在細(xì)胞呼吸中主要是指NADH（還原型輔酶Ⅰ）。C6H12O6→2C3H4O3＋4[H]＋少量能量酶2C3H4O3＋6H2O→6CO2＋20[H]＋少量能量酶24[H]＋6O2→12H2O＋大量能量酶有氧呼吸總反應(yīng)式：1.5.3.2有氧呼吸C6H12O6＋6H2O＋6O2→6CO2＋12H2O＋大量能量酶氧化還原有氧呼吸是指在氧的參與下，通過多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機(jī)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1.5.2.2有氧呼吸過渡：葡萄糖在細(xì)胞內(nèi)徹底氧化分解和體外燃燒有哪些相同點(diǎn)和不同點(diǎn)呢？有氧呼吸與有機(jī)物體外燃燒的區(qū)別：有氧呼吸過程溫和有機(jī)物中的能量經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)逐步釋放有氧呼吸釋放的部分能量儲存在ATP中1.5.2.2有氧呼吸有氧呼吸和有機(jī)物體外燃燒的本質(zhì)是一致的，都是有機(jī)物氧化分解釋放能量的過程。在細(xì)胞內(nèi)，1mol葡萄糖徹底氧化分解可以釋放2870kJ的能量，可使977.28kJ的能量儲存在ATP中，其余的能量則以熱能的形式散失掉了。請你計(jì)算一下，有氧呼吸的能量轉(zhuǎn)化效率大約是多少，這些能量大約能使多少ADP轉(zhuǎn)化為ATP？與燃燒迅速釋放能量相比，有氧呼吸是逐級釋放能量的，這對于生物體來說具有什么意義？思考·討論人為將無氧呼吸劃分為兩個(gè)階段：第一階段發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，與有氧呼吸第一階段相同第二階段發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，丙酮酸和[H]在不同酶催化下形成酒精和二氧化碳，或者轉(zhuǎn)化為乳酸，該階段不生成ATP1.5.2.3無氧呼吸提示：[H]和丙酮酸等是細(xì)胞呼吸的中間代謝產(chǎn)物，而非終產(chǎn)物。細(xì)胞呼吸第一階段產(chǎn)生的[H]等物質(zhì)在后續(xù)階段會被消耗掉。[H]C6H12O62C3H4O3少量能量酶丙酮酸2C2H5OH＋2CO2或2C3O6O3ATP無氧呼吸總反應(yīng)式：1.5.2.3無氧呼吸C6H12O6→2C3H6O3＋少量能量酶C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋少量能量酶提示：酵母菌無氧呼吸產(chǎn)物是酒精，動物細(xì)胞無氧呼吸產(chǎn)物是乳酸。大部分植物細(xì)胞無氧呼吸產(chǎn)物是酒精，特殊部位也會生成乳酸。在沒有氧氣參與的情況下，葡萄糖等有機(jī)物經(jīng)過不完全分解，釋放少量能量的過程，就是無氧呼吸1.5.2.3無氧呼吸注意：雖然糖類和脂肪等有機(jī)物都可以作為有氧呼吸的底物，但是脂肪（主要指脂肪酸）不能直接用做無氧呼吸的底物，因此我們在劇烈運(yùn)動無氧呼吸時(shí)很難達(dá)到減肥的效果。C6H12O6→2C3H6O3＋少量能量細(xì)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能量守恒分析ATP熱能酶酶酶細(xì)胞呼吸是指有機(jī)物在細(xì)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的過程細(xì)胞呼吸除了能為生物體提供能量，還是生物體代謝的樞紐。蛋白質(zhì)、糖類和脂質(zhì)的代謝，都可以通過細(xì)胞呼吸過程聯(lián)系起來1.5.3.4細(xì)胞呼吸及其意義核酸蛋白質(zhì)多糖脂肪核苷酸氨基酸丙酮酸單糖脂肪酸糖酵解β氧化脫氨基乙酰輔酶A有氧呼吸和無氧呼吸的比較呼吸方式有氧呼吸無氧呼吸不同點(diǎn)場所氧氣參與分解程度產(chǎn)物能量ATP生成階段相同點(diǎn)線粒體（主）和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)需要不需要CO2＋H2O乳酸或酒精＋CO2熱能（主）＋儲存在ATP中的化學(xué)能乳酸/酒精中的化學(xué)能（主）＋熱能＋儲存在ATP中的化學(xué)能徹底氧化分解不徹底氧化分解第一、第二、第三階段第一階段第一階段完全相同，包括反應(yīng)過程和反應(yīng)場所反應(yīng)實(shí)質(zhì)相同，都能氧化分解有機(jī)物，釋放能量C6H12O6＋6H2O＋6O2→6CO2＋12H2O＋大量能量酶C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2＋少量能量酶模擬題提示：上述反應(yīng)方程式是以葡萄糖等作為呼吸底物進(jìn)行考慮的。模擬題有時(shí)不加說明默認(rèn)呼吸底物是葡萄糖（如教材課后練習(xí)題）。若問題情境指明或暗示呼吸底物是脂肪等物質(zhì)時(shí)（如某油料作物種子），不能使用上述反應(yīng)式進(jìn)行分析和計(jì)算。問題：酵母菌以葡萄糖為呼吸底物分別進(jìn)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？1.5.3.5細(xì)胞呼吸的原理的應(yīng)用ab說明：a點(diǎn)對應(yīng)的氧氣濃度條件下呼吸速率最低（以CO2釋放來衡量），但是此時(shí)存在無氧呼吸，而有酒味的果蔬是沒有市場的，所以選擇b點(diǎn)對應(yīng)的氧氣濃度進(jìn)行存儲，既可以減少有機(jī)物的消耗，又可以避免無氧呼吸產(chǎn)生酒精影響果蔬品質(zhì)。細(xì)胞呼吸氧化分解有機(jī)物能量[O2]溫度熱ATP無氧呼吸有氧呼吸糖酵解(第一階段)第二階段第三階段線粒體細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)濕度[CO2