细胞呼吸的原理和应用（一）高一上学期生物人教版必修1

思考：葡萄酒的酿制过程中需要哪种微生物起作用？酵母菌5.3细胞呼吸的原理和应用呼吸器官呼吸(现象)血液循环（运输气体）CO2＋水＋能量呼吸作用(本质)O2＋有机物O2CO2思考：酵母菌的呼吸作用和我们日常所说的呼吸是一样的吗？☆呼吸≠呼吸作用一、细胞呼吸的方式

有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。氧化分解有机物，释放能量。1.细胞呼吸的概念2.细胞呼吸的实质

细胞呼吸是否都需要氧？生物在有氧和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸呢？【探究·实践】探究酵母菌细胞的呼吸方式酵母菌一、细胞呼吸的方式资料：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。酵母菌：酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，是兼性厌氧菌，适合用于研究细胞呼吸的不同方式。【探究·实践】探究酵母菌细胞的呼吸方式1.探究过程提出问题（1）酵母菌在有氧或无氧时细胞呼吸的产物是什么？（2）酵母菌在有氧和无氧条件下细胞呼吸产生的CO2是否一样多？作出假设

根据自己已有的知识和生活经验，针对所提出的问题作出合理的假设。设计实验确定变量(1)自变量是什么?如何设置自变量?有氧/无氧条件通气/密封一、细胞呼吸的方式【探究·实践】探究酵母菌细胞的呼吸方式1.探究过程设计实验确定变量(2)因变量是什么?如何检测因变量?是否产生检测CO2：澄清石灰水

溴麝香草酚蓝溶液检测酒精：酸性重铬酸钾溶液CO2酒精(3)无关变量有哪些?如何控制无关变量?温度25-35℃营养物质质量分数为5%的葡萄糖溶液无关变量需相同且适宜原则一、细胞呼吸的方式呼吸方式【探究·实践】探究酵母菌细胞的呼吸方式1.探究过程设计实验组装实验装置

小组合作：根据实验目的选择合适的装置，按照要求排序。

①

②

③

④

⑤橡皮球或气泵一、细胞呼吸的方式有氧条件：无氧条件：⑤③①④

②④

【探究·实践】探究酵母菌细胞的呼吸方式1.探究过程设计实验组装实验装置甲：有氧呼吸乙：无氧呼吸一、细胞呼吸的方式【探究·实践】探究酵母菌细胞的呼吸方式1.探究过程设计实验设计实验步骤（1）配制酵母菌培养液：10g新鲜的食用酵母菌+240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。（2）组装有氧和无氧装置，放置在25-35℃环境下培养8-9小时。（3）观察CO2的产生情况：观察澄清石灰水是否变浑浊及浑浊程度。（4）检测是否有酒精生成：各取2mL酵母培养液的滤液，分别注入2支干净的试管中。向试管中分别滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液（质量分数为95%~97%），并轻轻震荡,使其混合均匀。观察试管中溶液的颜色变化。一、细胞呼吸的方式【探究·实践】探究酵母菌细胞的呼吸方式1.探究过程一、细胞呼吸的方式【探究·实践】探究酵母菌细胞的呼吸方式1.探究过程实验现象甲：有氧呼吸乙：无氧呼吸①澄清石灰水都变浑浊，且甲锥形瓶中的浑浊程度较大；②1号试管不变灰绿色，2号试管变成灰绿色。实验结论

酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。有氧时，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的CO2

和水；无氧时，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精和少量CO2一、细胞呼吸的方式【探究·实践】探究酵母菌细胞的呼吸方式2.实验分析

结合对实验材料的选择和处理，探讨以下问题：1.配制酵母菌培养液时为什么要用新鲜的食用酵母菌？

新鲜的酵母菌繁殖快，细胞代谢旺盛，实验效果明显。

煮沸的目的是杀菌和除去溶液中的氧，冷却到常温的目的是防止高温杀死酵母菌。

在25℃～35℃的条件下，酵母菌中酶的活性最高，生命活动最旺盛，细胞呼吸明显，可保证实验效果。2.为什么要将葡萄糖溶液煮沸，且冷却到常温后方可加入新鲜的酵母菌？3.为什么要把装置放置在25℃～35℃的环境下培养？一、细胞呼吸的方式空气先通过NaOH溶液的目的是吸收空气中的CO2,保证使澄清石灰水变混浊的是酵母菌有氧呼吸产生的CO2，排除空气中的CO2对实验结果的干扰。4.有氧装置中的空气先通过质量分数为10%的NaOH溶液的目的是什么?【探究·实践】探究酵母菌细胞的呼吸方式2.实验分析5.图乙中B瓶先密封放置一段时间后,再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的目的是什么?B瓶先密封放置一段时间后,耗尽瓶中的氧气,确保酵母菌细胞只进行无氧呼吸。保证使澄清石灰水变混浊的是酵母菌无氧呼吸产生的CO2。一、细胞呼吸的方式【探究·实践】探究酵母菌细胞的呼吸方式2.实验分析

保证酵母菌有充足的氧气，以进行有氧呼吸。(1)供氧不足,部分细胞进行无氧呼吸。改进措施:用气泵持续供氧。6.A装置中用气泵间歇性地通入空气的目的是什么？7.如果有氧呼吸装置中的酵母菌培养液滤液用重铬酸钾溶液检测时也出现灰绿色，请分析可能的原因，并提出改进措施。(2)酵母菌培养液中还存在葡萄糖,葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化。改进措施：应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。一、细胞呼吸的方式【探究·实践】探究酵母菌细胞的呼吸方式2.实验分析8.我们能够根据是否产生CO2来判断酵母菌的细胞呼吸类型吗？

酵母菌在有氧呼吸和无氧呼吸过程中均会产生CO2，故不能依据是否有CO2产生来判断酵母菌的细胞呼吸类型，但可以以CO2产生的速率作为检测指标。

溴麝香草酚蓝溶液检测CO2会有由蓝变绿再变黄的颜色变化，且颜色变化越快说明CO2浓度越高。9.除了用澄清石灰水检测CO2我们还提到了哪种方法检测呢？

本实验的两组都是实验组。10.本实验中哪个是对照组，哪个是实验组？一、细胞呼吸的方式科学方法对比实验

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。

一、细胞呼吸的方式二、有氧呼吸1.有氧呼吸的概念

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。2.有氧呼吸的场所细胞质基质线粒体：有氧呼吸的主要场所（真核生物）线粒体的结构与功能线粒体外膜嵴基质核糖体内膜——“动力车间”普遍分布于真核细胞中呈线状、粒状、棒状双层膜内膜：内膜向内折叠形成嵴基质：含有与有氧呼吸有关的酶、少量的DNA和RNA有氧呼吸的主要场所，为细胞生命活动提供能量显微结构分布形态结构功能知识回顾嵴使内膜的表面积大大增加。二、有氧呼吸

有氧呼吸的全过程十分复杂，可以概括地分为三个阶段，每个阶段的化学反应都有相应的酶催化。阅读教材P92~93，分析有氧呼吸的过程。细胞质基质O2[H]H2O丙酮酸[H]与O2结合少量能量少量能量大量能量CO2葡萄糖丙酮酸[H]3.有氧呼吸的过程二、有氧呼吸C6H12O6能量（少量）2丙酮酸（C3H4O3）4[H]酶第一阶段：葡萄糖的初步分解场所细胞质基质条件酶，不需要氧气物质变化C6H12O6→2C3H4O3+4[H]能量变化少量能量（热能+少量ATP）3.有氧呼吸的过程二、有氧呼吸相关信息

[H]是一种十分简化的表示方式，这一过程实际上是氧化型辅酶I(NAD＋)转化成还原型辅酶I(NADH)。2丙酮酸（C3H4O3）C6H12O6能量（少量）4[H]酶第二阶段：丙酮酸彻底分解能量（少量）20[H]6CO26H2O酶场所线粒体基质条件酶，不需要氧气物质变化2C3H4O3+6H2O→6CO2＋20[H]能量变化少量能量（热能+少量ATP）3.有氧呼吸的过程二、有氧呼吸2、有氧呼吸的过程第三阶段：[H]的氧化能量（少量）C6H12O6能量（少量）2丙酮酸（C3H4O3）4[H]酶20[H]6CO26H2O酶6O212H2O二、有氧呼吸场所线粒体内膜条件酶，需要氧气物质变化24[H]+6O2

→12H2O能量变化大量能量（热能+大量ATP）能量（大量）酶

因为线粒体膜上含运输丙酮酸的载体蛋白，不含有运输葡萄糖的载体蛋白，葡萄糖不能进入线粒体(或线粒体内没有催化葡萄糖分解的酶)。思考1：糖类(葡萄糖)为什么必须分解成丙酮酸后才能进行有氧呼吸的第二、三阶段？

有氧呼吸过程中，生成物中的水是由有氧呼吸第三阶段[H]和O2结合生成的；反应物中的水用于第二阶段,与丙酮酸反应。思考2：有氧呼吸过程中，水作为反应物和生成物，具体参与或生成是在什么阶段？葡萄糖2丙酮酸4[H]少量能量＋6H2OCO212H2O6O220[H]少量能量大量能量3.有氧呼吸的过程二、有氧呼吸葡萄糖2丙酮酸4[H]少量能量＋6H2OCO212H2O6O220[H]少量能量大量能量思考3：从组成葡萄糖（C6H12O6）、水（H2O）、氧气（O2）等物质的元素角度分析有氧呼吸过程中各物质的来源、去向，写出反应式并用箭头进行标注。C6H12O6+6H2O+6O212H2O+6CO2+能量酶3.有氧呼吸的过程二、有氧呼吸葡萄糖2丙酮酸4[H]少量能量＋6H2OCO212H2O6O220[H]少量能量大量能量细胞呼吸过程中储存在有机物中的稳定化学能，转变成储存在ATP的特殊的化学键中活跃化学能和热能。思考4：细胞呼吸过程中能量发生了怎样的变化？思考5：有氧呼吸过程中，1mol葡萄糖彻底氧化分解后释放出2870kJ的能量，其中977.28kJ的能量储存在ATP中，其余的能量则以热能的形式散失。请你计算一下，有氧呼吸的能量转换效率大约是多少？这些能量大约能使多少个ADP转化为ATP?（注：1molATP含30.54kJ能量）977.28÷2870×100%≈34.05%977.28÷30.54＝32(mol)3.有氧呼吸的过程二、有氧呼吸葡萄糖2丙酮酸4[H]少量能量＋6H2OCO212H2O6O220[H]少量能量大量能量思考6：与有机物的体外燃烧相比，有氧呼吸有哪些特点？

保证有机物中的能量得到最充分的利用。

①可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中；

②有利于维持细胞的相对稳定状态。3.有氧呼吸的过程二、有氧呼吸思考7：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？

过程温和；能量逐步释放；有一部分能量储存在ATP中。有氧呼吸小结归纳小结细胞质基质O2[H]H2O丙酮酸[H]与O2结合少量能量少量能量大量能量CO2葡萄糖丙酮酸[H]知识拓展电子传递与ATP合成

在真核细胞有氧呼吸的第三阶段中，糖酵解和丙酮酸氧化过程中生成的还原型辅酶Ⅰ(NADH)脱去氢并释放电子(e－)，电子最终传递给O2。电子传递过程中释放的能量驱动H＋从线粒体基质跨膜运输到线粒体内、外膜的间隙，从而建立H＋浓度梯度，随后H＋在ATP合成酶的协助下顺浓度梯度运输到线粒体基质，并生成大量ATP，过程如图所示。

ATP合成酶的功能是运输H＋和催化ATP的合成。二、无氧呼吸1、无氧呼吸的过程C6H12O64[H]

2丙酮酸酶少量能量第一阶段第一阶段与有氧呼吸相同场所细胞质基质条件酶，不需要氧气物质变化C6H12O6→2C3H4O3+4[H]能量变化少量能量（热能+少量ATP）二、无氧呼吸三、无氧呼吸场所细胞质基质条件酶，不需要氧气物质变化2C3H4O3+4[H]→2C3H6O32C3H4O3+4[H]→2C2H5OH+2CO2能量变化无能量释放，不产生ATP1、无氧呼吸的过程第二阶段C6H12O64[H]2C2H5OH+2CO2酶酶2C3H6O32丙酮酸

酶少量能量第一阶段