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课件必修第一册

第5章细胞的能量供给和利用探究一探究酵母菌细胞呼吸的方式

阅读讨论教材第90~91页“探究酵母菌细胞呼吸的方式〞,并进行实验探究,说出细胞的呼吸类型。1.细胞呼吸。细胞内的有机物_________,并释放_____的过程。2.探究酵母菌细胞呼吸的方式。(1)原理。①酵母菌的代谢类型和细胞呼吸方式。氧化分解能量兼性厌氧型有氧呼吸酵母菌__________

和________

②细胞呼吸产物的检测。无氧呼吸产物试剂现象(颜色变化)CO2澄清的石灰水________

溴麝香草酚蓝水溶液____________酒精酸性条件下橙色的________溶液__________变混浊蓝→绿→黄变成灰绿色重铬酸钾(2)实验步骤。①配制酵母菌培养液。②检测CO2的产生,装置如下图。a.有氧条件下。b.无氧条件下。使用方法:B瓶应

一段时间后,再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶。③检测酒精的产生:自A、B瓶中各取2mL酵母菌培养液的滤液分别注入编号为1、2的两支试管中→分别滴加0.5mL溶有0.1g

的浓硫酸溶液→振荡并观察溶液的颜色变化。

封口放置

重铬酸钾(3)实验现象。条件澄清石灰水的变化1、2两支试管的变化有氧变混浊快_________________无氧_________出现灰绿色(4)实验结论。①酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。3.细胞呼吸的类型:_________、_________。

没有出现灰绿色变混浊慢有氧呼吸无氧呼吸探究二

有氧呼吸

(1)写出图中序号代表的结构名称。①

,②____,③_____,④______。外膜嵴内膜基质内膜的某些部位向线粒体的内腔折叠形成嵴,嵴使内膜的外表积大大增加

线粒体的内膜上和基质中提示:①内膜向内折叠形成嵴,使内膜外表积大大增加,增大了与有氧呼吸有关的酶的附着面积。②内膜和基质中含有大量与有氧呼吸有关的酶。2.有氧呼吸的过程。

结合教材第93页图5-9,阅读相关内容,从物质变化和能量转化两个角度,说明有氧呼吸的过程。

(1)三个阶段的过程比较。

比较项目第一阶段第二阶段第三阶段场所_______________________________物质变化_____________________________________________________产能情况___________________________(2)化学反响式:C6H12O6+6H2O+6O2_____6CO2+12H2O+能量。

细胞质基质线粒体基质线粒体内膜葡萄糖→丙酮酸+[H]丙酮酸+H2O→CO2+[H][H]+O2→H2O

少量能量少量能量大量能量3.有氧呼吸的概念。阅读教材第93页第4段内容,从物质变化和能量转化两个角度,说明有氧呼吸的概念。(1)条件:需要___和多种酶的参与。(2)物质变化:______等有机物_______和___。(3)能量转化:有机物中稳定的化学能→热能+_____中活泼的化学能。(4)同有机物在生物体外的燃烧相比,具有的不同特点①过程:______。②能量释放:经过一系列的化学反响_____释放,且有相当一局部储存在______中。氧葡萄糖

二氧化碳水ATP温和逐步ATP探究一探究酵母菌细胞呼吸的方式

1.实验中是怎样控制有氧和无氧条件的?

提示:通过向A锥形瓶通入除去CO2的空气,提供有氧环境;B锥形瓶密封,不通入空气,提供无氧环境。

2.实验开始时,B锥形瓶就应连通盛有石灰水的锥形瓶吗?为什么?

提示:否。开始时,B锥形瓶中有少量O2存在,应先封口放置一段时间,这时酵母菌进行有氧呼吸,O2消耗尽后,再连通盛有石灰水的锥形瓶。防止瓶中O2的干扰,确保通入石灰水中的CO2来自酵母菌的无氧呼吸。

3.甲装置中NaOH溶液的作用是什么?

提示:除去通入A锥形瓶中空气中的CO2,排除空气中CO2对实验结果的影响。4.如果该实验用溴麝香草酚蓝水溶液检验甲、乙两装置中的CO2,实验现象会是怎样?

提示:甲装置中溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄所需时间短,乙装置所需时间长。

5.酸性重铬酸钾可以检测酒精的原理,在日常生活中有什么用处?

提示:可用于检测司机是否酒后驾车等。科学方法——比照实验(1)概念: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,这样的实验叫作比照实验。(2)实例:在本节课的探究活动中,需要设置有氧和无氧两种条件,探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式,这两个实验组的结果都是事先未知的,通过比照可以看出氧气条件对细胞呼吸的影响。【例1】某同学为了研究酵母菌呼吸作用的类型,制作了如以下图所示的实验装置。甲、乙中各加等量的经煮沸后冷却的葡萄糖溶液,并加等量的酵母菌,乙内用液状石蜡隔绝空气。对该实验的分析,错误的选项是()A.该实验不能以有无CO2的产生来判断酵母菌的呼吸作用类型B.将葡萄糖溶液煮沸可以防止杂菌污染,以免影响实验结果C.乙和甲比较,说明酵母菌在不同的条件下有不同的呼吸作用类型D.乙为甲的空白对照实验,以排除无关因素对酵母菌呼吸作用的影响解析:由于酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2,所以该实验不能以有无CO2的产生来判断酵母菌的呼吸作用类型,A项正确;由于配制的葡萄糖溶液中可能有杂菌,所以将葡萄糖溶液煮沸可以防止杂菌污染,以免影响实验结果,B项正确;由于乙装置中用石蜡进行密封,形成无氧环境,所以乙和甲比较,说明酵母菌在不同的条件下有不同的呼吸作用类型,C项正确;乙和甲都是实验组,相互形成对照,自变量是有无氧气,D项错误。答案:D【例2】以下图为“探究酵母菌细胞呼吸的方式〞的实验装置,有关表达正确的选项是()A.该实验需设置有氧和无氧两种条件的比照实验,其中乙组作为对照组B.假设取B瓶和D瓶中液体分别参加酸性重铬酸钾溶液,那么D瓶内的溶液会变黄C.假设将澄清石灰水换成溴麝香草酚蓝水溶液,那么可根据溶液变黄的时间长短,来检测CO2的产生速率D.根据C瓶和E瓶中石灰水的混浊程度不能判断酵母菌的呼吸方式答案:C探究二

有氧呼吸

1.有氧呼吸的过程。分析下面三个实验,探讨问题。实验一:将酵母菌细胞破碎后进行离心处理,获得上清液和沉淀物两局部,与未经处理的酵母菌培养液分为三组,分别标记。然后向其中分别参加等量的氧气、葡萄糖、荧光素和荧光素酶,一段时间后,检测各试管内的变化情况。1号试管:只含线粒体。2号试管:只含细胞质基质。3号试管:有线粒体和细胞质基质。

一段时间后,各试管内的变化情况如下。1号试管:葡萄糖的量不变,没有荧光出现。2号试管:葡萄糖的量减少,有丙酮酸(C3H4O3)生成,微弱荧光出现。3号试管:葡萄糖的量减少,有CO2生成以及较强的荧光。(1)葡萄糖能否被线粒体分解?

。

(2)葡萄糖在

中分解,生成丙酮酸,生成______ATP。

(3)丙酮酸在线粒体中分解产生CO2,生成

ATP。

实验二:使用超声波将线粒体破碎,别离线粒体膜状结构和线粒体基质,参加等量的氧气、丙酮酸、荧光素和荧光素酶,一段时间后,检测各试管内的变化情况。4号试管:只含线粒体膜状结构。5号试管:只含线粒体基质。6号试管:有线粒体膜状结构和线粒体基质。一段时间后,各试管内的变化情况如下。4号试管:丙酮酸的量不变,没有荧光出现。5号试管:丙酮酸减少,产生CO2,微弱荧光出现。6号试管:丙酮酸减少,产生CO2,较强的荧光出现。(4)丙酮酸分解发生在中,并且产生CO2,释放ATP。(5)丙酮酸被分解后,在上继续发生反响,产生ATP。实验三:关于[H]的研究有一个非常有趣的实验。超声波震碎了线粒体之后,内膜自然卷成了颗粒朝外的小囊泡。这些小囊泡具有氧化[H]的功能。当用胰蛋白酶处理后,这些小囊泡不再具有氧化[H]的功能。当把这些小颗粒装上去之后,小囊泡重新具有了氧化[H]的功能。这些小颗粒后被证实是线粒体内膜上的酶。(6)通过以上事实可以确定,在线粒体内膜上发生了什么样的反响?提示:在线粒体内膜上氧气与[H]发生了反响。2.有氧呼吸中元素的追踪。(1)有氧呼吸的装置如图,假设用同位素18O对C6H12O6进行标记,那么同位素18O最终出现在中。(2)假设给图中的酵母菌提供18O2,那么酵母菌细胞内最先出现的化合物是,然后是。答案:(1)CO2(2)H218OC18O2生命观念——结构与功能观(1)蛋白质是生命活动的主要承担者,因此生命活动越复杂,膜蛋白含量越高。线粒体内膜、外膜都能控制物质进出,线粒体内膜还是有氧呼吸第三阶段的场所,推测线粒体内膜上的蛋白质含量高。(2)线粒体是有氧呼吸的主要场所,是细胞能量的主要来源,推测需能多的细胞中线粒体多。心肌细胞不断收缩、舒张,需要的能量多,因此线粒体数量多。【例3】以下图为线粒体的结构示意图,其中不可能发生的反响是()A.②处产生CO2B.①处产生ATPC.②处发生丙酮酸的分解D.③处发生[H]与O2的结合反响解析:分析题图可知,①是线粒体内外膜之间的腔隙,②是线粒体基质,③是线粒体内膜向内凸起形成的嵴。线粒体是有氧呼吸的主要场所,其中有氧呼吸第二阶段的场所是线粒体基质,该处丙酮酸和水反响生成二氧化碳和少量的[H],同时产生少量的ATP,A、C项正确;线粒体内膜是有氧呼吸第三阶段的场所,该处O2和[H]反响生成水,同时产生大量的ATP,D项正确;图中①不是细胞呼吸的场所,此处不能产生ATP,B项错误。答案:B【例4】用18O标记的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的18O的转移途径,可检测到的顺序是()A.葡萄糖→丙酮酸→CO2

B.葡萄糖→丙酮酸→O2C.葡萄糖→O2→H2OD.葡萄糖→丙酮酸→H2O解析:根据有氧呼吸第一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸和[H],可知含18O的葡萄糖中的18O到了丙酮酸中;再根据第二阶段是丙酮酸和H2O反响生成CO2和[H],可知含18O的丙酮酸中的18O到了CO2中。因此,18O转移的途径是葡萄糖→丙酮酸→CO2,A项正确;有氧呼吸第二阶段是丙酮酸和H2O反响生成CO2和[H],不产生氧气,B项错误;有氧呼吸第一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸和[H],不产生氧气,C项错误;有氧呼吸第三阶段产生的水中的氧来自氧气,而不是葡萄糖,D项错误。答案:A【方法规律】有氧呼吸过程中氢元素和氧元素的来源和去路(1)氢元素:葡萄糖、H2O(反响物)→[H]→H2O(2)氧元素课堂建构探究一无氧呼吸

阅读教材第94页无氧呼吸的相关内容,从物质变化和能量转化两个角度,分析无氧呼吸的场所、过程及特点。1.场所。

____________。2.过程。(1)第一阶段:葡萄糖____________________(2)第二阶段:细胞质基质丙酮酸+[H]+少量能量3.化学反响式。(1)C6H12O6_____________+少量能量

+_______+少量能量(2)C6H12O64.能量转化。(1)特点。①释放能量的阶段:只在阶段释放少量能量,生成少量的。②大局部能量去向:存留在或______中。

2CO22C2H5OH(酒精)

2C3H6O3(乳酸)

第一

ATP

酒精

乳酸

(2)数值。1mol葡萄糖经过不彻底氧化分解产生乳酸时,只释放出_________的能量,其中只有________的能量储存在ATP中,其余以______的形式散失掉了。

5.发酵。(1)概念:酵母菌、乳酸菌等微生物的__________。

酒精发酵：发酵产物为___________(2)类型

乳酸发酵：发酵产物为_____

196.65kJ

61.08kJ

热能

无氧呼吸

酒精和CO2

乳酸探究二

细胞呼吸原理的应用

微生物改善氧气供给降低温度降低氧气含量有机物泡菜的制作利用了乳酸菌的无氧呼吸原理〔其他答案合理即可〕探究一无氧呼吸

1.生物体内葡萄糖分解代谢过程的图解如以下图所示。

(1)图中a表示的物质是什么?其产生场所是哪里?

提示:丙酮酸。细胞质基质。(2)图中表示无氧呼吸的是___________。该过程中,葡萄糖中储存的能量有没有完全释放?如果没有,未释放的能量储存在哪里?

答案:①④、①⑤

提示:没有。未释放的能量储存在不完全分解产物酒精或乳酸中。(3)e表示的物质是

。④和⑤在不同生物的细胞中进行,产物不同,试分析其原因。

答案:酒精和二氧化碳

提示:不同生物细胞内催化丙酮酸分解的酶不同。(4)图中表示有氧呼吸的是

;b表示的物质是

,图中

也表示该物质。

答案:①②③

H2O

c(5)细胞呼吸过程有CO2产生,能否判断该过程是有氧呼吸?为什么?如果有水生成呢?

提示:否。无氧呼吸产生酒精时,也产生CO2。如果有水生成,那么一定是有氧呼吸。(6)酵母菌如果消耗等量的葡萄糖,有氧呼吸和无氧呼吸产生的二氧化碳量之比为。答案:3∶12.家用酸奶机可以进行酸奶发酵和米酒发酵。结合细胞呼吸知识探讨以下问题。(1)酸奶发酵时,为什么牛奶要加满,盖子的排气孔要封闭?提示:酸奶发酵是利用乳酸菌发酵,乳酸菌只进行无氧呼吸,不需要氧气,所以牛奶要加满;发酵不产生气体,所以排气孔要封闭。(2)米酒发酵时,米中间要挖一个窝,盖子上留一个排气孔,试分析原因。提示:米酒发酵是利用酵母菌发酵,酵母菌为兼性厌氧菌。米酒发酵时挖一个窝保存局部空气是为了让酵母菌进行有氧呼吸,繁殖更快,接着进行无氧呼吸,产生酒精和CO2,因此要开排气孔。3.为什么说细胞呼吸不仅能为生物体提供能量,还是生物体代谢的枢纽?试举例说明。

提示:细胞呼吸过程中产生的中间产物,可转化为甘油、氨基酸等非糖物质;非糖物质代谢形成的某些产物与细胞呼吸产物相同,可转化为葡萄糖。蛋白质、糖类和脂质的代谢,都可以通过细胞呼吸过程联系起来。有氧呼吸和无氧呼吸的比较项目类型有氧呼吸无氧呼吸是否消耗氧气消耗不消耗反应场所细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜细胞质基质产物CO2和水酒精和CO2或乳酸能量产生较多较少相同点①都是氧化分解有机物释放能量并生成ATP的过程②第一阶段完全相同【例1】马铃薯块茎储藏不当会出现酸味,这种现象与马铃薯块茎细胞的无氧呼吸有关。以下表达正确的选项是()A.马铃薯块茎细胞无氧呼吸的产物是乳酸和葡萄糖B.马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生的乳酸是由丙酮酸转化而来C.马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生丙酮酸的过程不能生成ATPD.马铃薯块茎储藏库中氧气浓度的升高会增加酸味的产生解析:马铃薯块茎无氧呼吸的产物是乳酸,无葡萄糖,A项错误;马铃薯块茎细胞无氧呼吸的第一阶段,葡萄糖被分解成丙酮酸,丙酮酸在第二阶段转化成乳酸,B项正确;马铃薯块茎细胞无氧呼吸产生丙酮酸属于无氧呼吸的第一阶段,会生成少量ATP,C项错误;马铃薯块茎储藏时,氧气浓度升高会抑制其无氧呼吸,酸味会减少,D项错误。答案:B【母题延伸】(1)无氧呼吸产生乳酸的生物或组织有______________________________________________。

答案:人体和高等动物、乳酸菌、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米种子的胚等(2)无氧呼吸产生酒精和二氧化碳的生物或组织有

。

答案:高等植物、酵母菌等【例2】不同种类的生物在不同的条件下呼吸方式不同。以下对生物细胞呼吸方式的判断,错误的选项是()A.假设既不消耗O2也不释放CO2,那么说明该细胞已经死亡B.假设只释放CO2,不消耗O2,那么细胞只进行无氧呼吸C.假设CO2的释放量等于O2的消耗量,那么细胞可能只进行有氧呼吸D.假设CO2的释放量多于O2的消耗量,那么细胞既进行有氧呼吸也进行无氧呼吸解析:有氧呼吸的产物是CO2和H2O,无氧呼吸的产物是酒精和CO2或乳酸。假设细胞既不消耗O2也不释放CO2,那么细胞可能死亡,也可能进行乳酸发酵(无氧呼吸),A项错误;假设细胞只释放CO2,不消耗O2,说明细胞只进行酒精发酵(无氧呼吸),B项正确;假设细胞释放的CO2量与消耗的O2量相等,那么细胞可能只进行有氧呼吸,C项正确;假设细胞释放的CO2量多于消耗的O2量,那么细胞既进行有氧呼吸也进行无氧呼吸,D项正确。答案:A【方法规律】真核细胞呼吸方式的判断依据探究二

细胞呼吸原理的应用

1.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。分析答复以下问题。(1)都是培养酵母菌,为什么有的需要通气,有的却需要密封?提示:通气可以给酵母菌提供呼吸需要的氧气,利于酵母菌进行繁殖;密封那么是防止空气进入,便于酵母菌在无氧条件下分解有机物产生酒精。

(2)为什么通气有利于酵母菌大量繁殖?

提示:在有氧条件下,酵母菌分解营养物质释放的能量多,这些能量可以为酵母菌细胞进行物质代谢和繁殖提供充足的动力。(3)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?

提示:在密封发酵时,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。

2.图中曲线是O2体积分数对有氧呼吸和无氧呼吸速率的影响示意图,请分析答复以下问题。(1)影响原理:氧气促进

,抑制

。

①A点时,O2体积分数为0,细胞只进行

。

②O2体积分数为0~10%时,随O2体积分数的升高,无氧呼吸速率__________。B点时,有氧呼吸释放的CO2量等于无氧呼吸释放的CO2量;C点和D点横坐标相同,无氧呼吸停止。

③O2体积分数为0~20%时,随O2体积分数的升高,有氧呼吸速率逐渐_______________。

④O2体积分数为____________左右时,细胞呼吸强度最弱。

(2)实际应用①保鲜:___________条件下有利于蔬菜保鲜。

②促进生长:农作物中耕松土可以增加土壤中_____的含量,促进根部有氧呼吸,以利于农作物的生长。

③降低无氧呼吸:陆生植物长时间水淹,土壤中O2含量降低,植物因无氧呼吸产生的________积累而烂根。

④控制呼吸方式:制葡萄酒时,初期进行______呼吸,使酵母菌大量繁殖,发酵时严格控制无氧环境,促进酵母菌的______呼吸。

答案:(1)有氧呼吸无氧呼吸①无氧呼吸②减弱③增强④5%(2)①低氧②O2③酒精④有氧无氧细胞呼吸原理应用中需注