ATP的主要来源-细胞呼吸

第5章细胞的能量供应和利用第3节ATP的主要来源 细胞呼吸 人教版必修1 动物 人 真菌 多数细菌等 绿色植物 能量 呼吸作用 呼吸作用 光合作用 ADP Pi ATP 酶 糖类 脂肪等有机物氧化分解 问题探讨 1 呼吸作用与物质燃烧的比较 共同点 都是物质的氧化分解过程 都产生CO2等产物 释放能量 不同点 1 燃烧是一种剧烈氧化的形式 2 呼吸作用是细胞内有机物的氧化分解形式 细胞呼吸的概念 细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列氧化分解 生成二氧化碳或其他产物 释放能量并且生成ATP的过程 实质 氧化分解有机物 释放能量 淀粉 酵母菌 酒精 葡萄糖 细胞呼吸 酵母菌 酵母菌 1 单细胞的真核生物2 兼性厌氧菌3 生长周期短 繁殖速度快 讨论 酒的主要成分是酒精 它是酵母菌在什么条件下产生的呢 我们吃的面包和馒头为什么比较松软 这与酵母菌有什么关系 酵母菌发挥这种作用需要什么条件呢 酵母菌有氧 无氧条件下进行的呼吸作用的产物分别是什么 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 探究酵母菌细胞呼吸的方式 实验思路 分析变量 自变量 因变量 无关变量 细胞呼吸的条件 细胞呼吸的产物 有氧 无氧 影响实验结果的可变因素 酒精 CO2 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二氧化碳 探究酵母菌细胞呼吸的方式 思考并解决下列问题 1 怎样鉴定有无CO2产生 2 怎样鉴定有无酒精产生 CO2的检测 1 通入澄清的石灰水 澄清 浑浊2 溴麝香草酚蓝水溶液 蓝 绿 黄 酒精的检测 橙色的重铬酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应 橙色 灰绿色 探究酵母菌细胞呼吸的方式 探究酵母菌细胞呼吸的方式 步骤一 酵母菌培养液的配制 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 的葡萄糖溶液 步骤二 A实验组 有氧情况下 探究酵母菌细胞呼吸的方式 接橡皮球 或气泵 步骤三 B实验组 无氧情况下 酵母菌培养液 澄清石灰水 探究酵母菌细胞呼吸的方式 用溶有重铬酸钾的浓硫酸检测酒精 溶有重铬酸钾的浓硫酸 A装置的酵母菌滤液 B装置的酵母菌滤液 灰绿色 不变灰绿色 步骤四 鉴定是否有酒精产生 变混浊 快 无变化 变混浊 慢 出现灰绿色 1 CO2的放出情况 A B两组都有CO2的产生 但A组产生的CO2更多 2 酒精产生的情况 A组没有酒精的产生 B组产生了酒精 酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸 均能产生二氧化碳在有氧的条件下 酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳 在无氧的条件下 酵母菌通过细胞呼吸产生酒精和少量的二氧化碳 探究酵母菌细胞呼吸的方式 1 10 NaOH处理的目的是什么 吸收空气中的CO22 为什么将葡糖糖溶液先煮沸 再冷却后加入锥形瓶 煮沸可将葡糖糖溶液中的细菌杀死 排除其他细菌影响 煮沸可排除溶液中的氧 冷却 避免将酵母菌杀死3 B瓶封口放置一段时间后 再连通锥形瓶3试分析原因保证瓶内原有氧气被消耗4 若要比较甲乙两组实验产能的多少 如何改进实验装置 在A B瓶中插入温度计 5 怎样鉴定有无酒精产生 这一原理可以用来检测汽车司机是否喝了酒 橙色的重铬酸钾 K2Cr2O7 溶液 在酸性条件下与酒精发生化学反应 变成灰绿色 具体做法 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的硫酸铬 6 有同学认为 在有氧呼吸实验装置中 的氢氧化钠溶液不能完全吸收二氧化碳 以致可能对实验结果有干扰 你同意吗 你如何避免这种可能性的发生 以保证实验更严谨 7 有人认为 实验装置中酒精和二氧化碳的产生是葡萄糖水溶液的纯化学反应 与酵母菌无关 你如何驳斥这种错误观点 葡萄糖水溶液 葡萄糖水溶液 细胞呼吸 有氧呼吸 无氧呼吸 包括 细胞呼吸的方式 酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸 在有氧条件下 通过细胞呼吸产生大量的CO2 在无氧条件下通过细胞呼吸产生酒精和少量的CO2 有氧呼吸的过程 第一阶段 C6H12O6 第二阶段 2C3H4O3 6H2O 第三阶段 24 H 6O2 总反应式 2CH3COCOOH 4 H 能量 6CO2 20 H 能量 12H2O 能量 大量 丙酮酸彻底分解 H 的氧化 丙酮酸C3H4O3 葡萄糖的初步分解 有氧呼吸的过程图解 有氧呼吸 C6H12O6 6CO2 12H2O 线粒体 细胞质基质 有氧呼吸怎样进行 1C6H12O6 6H2O 6O2 6CO2 12H2O 能量 2870kJ 1161kJ 1709kJ 酶 有氧呼吸 有氧呼吸三个阶段的比较 细胞质基质 主要是葡萄糖 丙酮酸 H 少量 丙酮酸H2O CO2 H 少量 H O2 H2O 大量 对比 1 哪个阶段产生CO2 2 哪个阶段有氧气参与反应 3 哪个阶段产生ATP最多 4 ATP产生的场所 有氧呼吸过程中 5 分解1摩尔的葡萄糖需多少摩尔O2和产生多少摩尔CO2 细胞质基质 线粒体 主要 都是6摩尔 第二阶段 第三阶段 第三阶段 有氧呼吸的概念 细胞在氧气的参与下 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 生成许多ATP的过程 计算 1mol葡萄糖通过有氧呼吸可释放2870kj的能量 其中有1161kj的能量被转移贮存到ATP中 那么 1mol葡萄糖通过有氧呼吸可形成 mol的ATP 其能量转换效率是 38 40 5 无氧呼吸的过程 葡萄糖 丙酮酸 H 酒精 CO2 乳酸 酶 1 酒精发酵 C6H12O6 2 乳酸发酵 C6H12O6 无氧呼吸 2CH3CH2OH 酒精 2CO2 能量 2C3H6O3 乳酸 能量 酵母菌和大多数的植物的无氧呼吸属于此种类型 乳酸菌和动物细胞及马铃薯块茎 甜菜块根 玉米胚细胞在缺氧时的无氧呼吸属于此种类型 问题思考 无氧呼吸有何意义和危害 实例 a 高等植物在水淹的情况下 可以进行短时间的无氧呼吸 将葡萄糖分解为乙醇和二氧化碳 释放出能量以适应缺氧环境条件 b 高等动物和人体在剧烈运动时 需要在相对较短的时间内消耗大量的能量 肌肉细胞则以无氧呼吸的方式供给能量 满足人体的需要 c 酵母菌在缺氧的条件下 可以将有机物分解成酒精和二氧化碳 无氧呼吸的概念 细胞在缺氧的条件下 通过多种酶的催化作用 把葡萄糖等有机物进行不彻底的氧化分解 产生酒精或乳酸等中间产物 释放少量能量 生成ATP的过程 无氧呼吸的特点 氧气的存在抑制了无氧呼吸的进行 有氧呼吸与无氧呼吸的比较 共同点 实质 过程 葡萄糖 丙酮酸 CO2 H2O 能量 大量 C2H5OH CO2 能量 少量 C3H6O3 能量 少量 氧化分解有机物 释放能量 都有丙酮酸 中间产物 的生成 无氧呼吸没有H2O产生 乳酸发酵没有CO2产生 有氧呼吸和无氧呼吸的区别 主要在线粒体内 细胞质基质 必需有氧的参与 氧能抑制无氧呼吸 将有机物彻底分解成CO2和H2O 有机物分解不彻底 形成中间产物 酒精或乳酸 同样是分解葡萄糖 为何无氧呼吸只能释放少量能量 一种生物能否进行有氧呼吸与什么相关 不在于是否有线粒体而在于这种生物体内是否含有与有氧呼吸相关的酶例如 原核生物没有线粒体 但仍然有可能进行有氧呼吸 硝化细菌 场所 细胞质基质个别动物没有线粒体 如寄生在动物肠道内的蛔虫 只能进行无氧呼吸 2 用含O18的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的氧原子的转移途径是 A 葡萄糖 丙酮酸 水B 葡萄糖 丙酮酸 氧C 葡萄糖 氧 水D 葡萄糖 丙酮酸 二氧化碳 1 让一只白鼠吸入有放射性的18O2 该白鼠体内最先出现的含有18O的化合物是A 二氧化碳B 水C 丙酮酸D 乳酸 3下列有关有氧呼吸的叙述中 正确的是 A 此过程的第一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸 产生少量 H 和ATPB 此过程的第二阶段是丙酮酸分解成水和二氧化碳 产生少量的ATPC 此过程的第三阶段是葡萄糖氧化成水和二氧化碳 产生大量的ATPD 此过程必须有氧分子参与 始终在线粒体中进行 1 适宜的温度条件下 在下列装置中都加入活酵母 其中适于产生酒精的装置是 训练迁移 A B C D 加入葡萄糖和水 加入葡萄糖 加入水 加入葡萄糖和水并不断搅拌 A 102 研磨酵母菌后离心处理 得到上清液 含细胞质基质 和沉淀 含细胞器 将等量的上清液 沉淀和未经处理的匀浆 依次置入甲 乙 丙3支试管中 分别进行3项独立的实验 请分析实验的结果 1 向3支试管分别滴加等量的葡萄糖后 丙管内的最终产物是 甲管是 乙管是 2 向3支试管分别滴加等量的丙酮酸后 乙管内的最终物是 甲管是 丙管是 3 实验3 在隔绝空气的情况下分别加入葡萄糖 丙管内的最终产物是 甲管是 乙管是 4 向3支试管分别加入荧光素 能发光的物质 重复实验 1 则丙管 甲管 乙管 二氧化碳和水 酒精和CO2 葡萄糖 二氧化碳和水 酒精和CO2 二氧化碳和水 发光最强 次之 基本无荧光 酒精和CO2 酒精和CO2 葡萄糖 影响呼吸作用的因素 内部因素 遗传因素 决定酶的数量和种类 1 不同种类植物呼吸速率不同 一般情况下 水生植物 旱生植物 阳生植物 阴生植物2 同一植物不同器官呼吸速率不同生殖器官 营养器官3 同一植物在不同的生长发育时期呼吸速率不同幼苗期 开花期呼吸速率升高 成熟期呼吸速率下降 呼吸作用在最适温度 25 35 时最强 超过最适温度 呼吸酶活性降低甚至变性失活 呼吸作用受抑制 低于最适温度 酶活性下降 呼吸作用受抑制 生产上常利用这一原理在低温下储存蔬菜 水果 在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降温 抑制呼吸作用 减少有机物的消耗 可达到提高产量的目的 1 温度 CO2释放量相对值 O2 无氧呼吸 有氧呼吸 细胞呼吸 在氧气浓度为零时 只进行无氧呼吸 氧气浓度为10 以下时 既进行有氧呼吸 又进行无氧呼吸 氧气浓度为10 以上时 只进行有氧呼吸 生活中常利用降低氧气浓度能抑制呼吸作用 减少有机物消耗这一原理来延长蔬菜水果的保鲜时间 246810 2 氧气浓度 例1 右图表示在储存蔬菜 水果时 大气中O2的浓度对植物组织内CO2产生的影响 试分析 释放的相对值 CO2 1 A点表示植物组织 释放CO2较多 这些CO2是 的产物 2 由A到B CO2的释放量急剧减小 其原因是 3 由B到C CO2的释放量又不断增加 其主要原因是 到C点以后CO2的释放量不再增加 其主要原因是 随O2的增加 无氧呼吸受到抑制 随氧浓度增大 有氧呼吸不断加强 无氧呼吸 受线粒体数量限制 有氧呼吸不再加强 4 为了有利于贮藏蔬莱或水果 贮藏室内的氧气应调节到图中哪一点所对应的氧浓度 采取这一措施的理由是 B点 B点所对应的氧的含量 这时的有氧呼吸明显较低 同时又抑制了无氧呼吸 CO2是呼吸作用产生的 从化学平衡角度分析 CO2浓度增加 呼吸速率下降 在密闭的地窖中 氧气浓度低 CO2浓度较高 抑制细胞的呼吸作用 使整个器官的代谢水平降低 有利于保存蔬菜水果 3 二氧化碳浓度 4 含水量呼吸作用的各种化学反应都是在水中进行的 自由水含量增加 代谢加强 种子的贮藏 必须降低含水量 使种子处于风干状态 从而使呼吸作用降至最低 以减少有机物消耗 应用 低温保鲜 增大昼夜温差 1 温度 3 水 酶数量的限制 长时间无氧呼吸供能不足 应用 种子晒干保存 2 CO2 过高CO2抑制细胞呼吸 应用 增加CO2的浓度保鲜 影响细胞呼吸的外部因素 影响细胞呼吸的外界因素 1 温度 水分 二氧化碳浓度和pH值都能影响生物的细胞呼吸 下列关于外界因素对细胞呼吸影响的说法错误的是 A 温度主要通过影响酶活性来影响细胞呼吸的进行B 细胞呼吸有最适pH 在最适pH之前 pH越高 细胞呼吸越强 在最适pH之后 随pH升高 细胞呼吸减弱C 二氧化碳浓度升高会抑制细胞呼吸的进行D 细胞内的结合水 自由水的值越大细胞呼吸越强 D 2 O2浓度对细胞呼吸的影响 氧气浓度对细胞呼吸的影响 一定范围内 氧气浓度升高有利于有氧呼吸的进行 但氧气的存在对很多厌氧生物的无氧呼吸有很强的抑制作用 对于酵母菌和植物器官 在氧气充足的情况下进行有氧呼吸 没有氧气的情况下进行无氧呼吸 在较低氧气浓度下 两种呼吸方式同时进行 细胞呼吸类型的判断 以酵母为例 1 若只产生CO2 不消耗O2 则只进行无氧呼吸 A点 2 若产生的CO2的摩尔数比吸收O2的摩尔数多 则两种呼吸同时并存 图中AC段 3 若产生CO2的摩尔数与吸收O2的摩尔数相等 则只进行有氧呼吸 图中C点以后 4 B点表示无氧呼吸与有氧呼吸CO2释放量相等 此时CO2的总释放量最低 有机物消耗最少 最有利于储存 O2 CO2释放量 A B C D 510152025 5 D点表示O2浓度超过一定值 10 以上时 无氧呼吸消失 说明有O2存在时 无氧呼吸受到抑制 细胞呼吸原理的应用 1 在酿酒业上的应用 先通气 让酵母菌进行有氧呼吸 使其数量增加 然后隔绝空气 使其发酵 产生酒精 2 在农业生产上 中耕松土 促进根系的有氧呼吸 有利于根系的生长及对矿质离子的吸收 3 在医学上 利用氧气抑制破伤风等厌氧型细菌的繁殖 4 在物质的储存时 控制氧气的浓度 抑制其呼吸作用 减少有机物的消耗 粮食储藏和果蔬保鲜 细胞呼吸要消耗有机物 使有机物积累减少因此 对粮食储藏和果蔬保鲜来说 又要设法降低细胞的呼吸强度 尽可能减少有机物的消耗等粮食储藏 低温 低氧 干燥果蔬保鲜 低温 低氧 低湿 我们购买罐头食品时发现有这样的说明 若真空安全钮鼓起请勿购买 请问这是什么原因 这说明罐头食品在生产时灭菌不彻底 微生物在无氧条件下发生无氧呼吸产生了CO2使真空安全钮鼓起说明食物可能变质 呼吸作用计算问题 C6H12O6 6H2O 6O26CO2 12H2O 能量C6H12O62C2H5OH 酒精 2CO2 能量1 无O2吸收 无CO2释放 进行产生乳酸的无氧呼吸2 无O2吸收 有CO2释放 进行产生酒精的无氧呼吸3 有O2吸收 CO2释放 进行有氧呼吸4 CO2释放量 O2吸收量 进行有氧和无氧呼吸当有氧呼吸速率与无氧呼吸速率相等时 CO2和O2的比例关系 CO2 O2 4 3 2C3H6O3 乳酸 能量 C6H12O6 1 A中有CO2产生 可以说明 2 B中有CO2产生 可以说明 3 AB中有CO2产生 则 植物细胞 该细胞正在进行无氧呼吸 该细胞正在进行有氧呼吸 有氧呼吸和无氧呼吸在同时进行 A B 探究一 酵母菌细胞呼吸的类型 要通过实验探究酵母菌的细胞呼吸类型 还要同时设计另一个实验 简要说出思路 结果预测和结论 O2浓度对细胞呼吸的影响 只有无氧呼吸 有氧呼吸和无氧呼吸同时进行 只有有氧呼吸 不同氧气浓度下无氧呼吸的强度 1 1 DE 3CD 探究三 如果纵坐标表示某种物质的物质的量 请在下列两个坐标中画出无氧呼吸释放二氧化碳量和葡萄糖消耗总量的曲线 单位 mol ABCD分别是什么样的条件 在一定范围内 随着氧分压增大CO2的释放量减少 1 AB段表示 原因是 3 苹果在储藏过程中 最好选择图中 点所对应的氧分压 原因是 2 BC段表示 原因是 氧分压增大 无氧呼吸受到抑制 而有氧呼吸又很弱 随着氧分压增大 CO2的释放量增大 氧分压增大 无氧呼吸逐渐减弱 有氧呼吸加强 B 在B点总呼吸强度最弱 有机物的消耗最少 4 无氧呼吸时间过长 植物也会死亡 原因是 无氧呼吸产生酒精会使细胞的蛋白质变性 无氧呼吸产生能量少 1 右图表示某植物的非绿色器官在氧浓度为a b c d时 CO2释放量和O2吸收量的变化 下列相关叙述正确的是 A 氧浓度为a时 最适于贮藏该植物器官B 氧浓度为b时 无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的5倍C 氧浓度为c时 无氧呼吸最弱D 氧浓度为d时 有氧呼吸强度与无氧呼吸强度相等 B 2 现有甲酵母菌进行有氧呼吸 乙酵母菌进行发酵 若它们消耗等量的葡萄糖 则它们放出CO2和吸收的O2之比是A 3 1B 1 2C 4 3D 2 3 C 3 下列生物的呼吸全过程都在细胞质基质中进行的是A酵母菌B小麦C乳酸菌D玉米4 玉米胚进行无氧呼吸时 产生的物质是 A乳酸B酒精C乳酸和CO2D酒精和CO