1、第3节 细胞呼吸的原理和应用第5单元 细胞的能量供应和利用饲料酵母，用作畜禽饲料的酵母菌体。包括所有用单细胞微生物生产的单细胞蛋白。呈浅黄色或褐色的粉末或颗粒，蛋白质的含量高，维生素丰富。光学显微镜下的酵母菌肉眼下的饲料酵母1.都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却要密封？通气可以给酵母菌提供呼吸需要的氧气，利于酵母菌进行旺盛的细胞分裂；密封则是避免空气进入，便于酵母菌在无氧条件下分解有机物产生酒精。2.为什么有的需要通气有利于酵母菌大量繁殖？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。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
2、行物质代谢和细胞分裂提供充足的动力。3.在密封罐发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精对它自身有什 么意义？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？实验的自变量是什么？酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌兼性厌氧菌。有氧和无氧。为了保证无关变量保持一致，实验材料的选择什么样的才合适呢？实验过程设计实验的变量控制设计实验的变量控制探究课题探究课题有氧呼吸有氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸变量控制变量控制装置装置无关变量控制无关变量控制自变量自变量因变量因变量无关变量无关变量先将锥形瓶内的氧气消耗完，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶装置甲装置乙排除有氧呼吸的干扰温度、营养物质的
3、浓度等实验现象实验现象（1）现象：（2）分析：装置甲、装置乙石灰水都变浑浊，装置甲浑浊快且程度高。2号试管由橙色变成灰绿色，1号试管不变色。酵母菌有氧和无氧条件下都产生CO2；酵母菌有氧比无氧时放出的CO2多且快；无氧时酵母菌分解葡萄糖产生酒精和CO2。实验结论实验结论酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。在有氧条件下、酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水；在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的二氧化碳。设置两个或两个以上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对比实验，也叫相相互对照实验互对照实验。“探究酵母
4、菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式”的实验中，需要设置有氧和无氧两种条件，这两个实验组的结果都是事先未知的，通过对比可以看出氧气条件对细胞呼吸的影响。对比实验也是科学探究中常用的方法之一。实验类型实验类型比较项目比较项目对照组实验组实验结论举例对照实验对比实验有有有无一般是一个出现多个结论探究淀粉酶水解淀粉的专一性探究酵母菌细胞呼吸的方式对于绝大多数生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式，这一过程必需有氧的参与。（1）有氧呼吸有氧呼吸的主要场所是 。（2）线粒体具有内、外两层膜，内膜的某些部位向线粒体的内腔折叠形成 ，从而使内膜的表面积大大增加。（3）线粒体的 上和 中含有许多与有氧呼吸有关的酶
5、。线粒体线粒体嵴嵴内膜内膜基质基质有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖葡萄糖，其化学方程式可以简写成：61262222C H O+6H O+6O6CO+12H O+能能量量酶酶（1）第一个阶段是，1分子的葡萄糖分解成2分子的 ，产生少量的 ，并释放出 的能量。这一阶段不需要氧的参与，是在 中进行的。丙酮酸丙酮酸H少量少量细胞质基质细胞质基质有氧呼吸分为三个阶段，每个阶段的化学反应都有相应的酶催化。有氧呼吸分为三个阶段，每个阶段的化学反应都有相应的酶催化。612633C H O2C H O+4H+4（丙丙酮酮酸酸）少少量量能能量量酶酶（2）第二个阶段是，丙酮酸和 彻底分解成 和H，并释放出 的能量。这
6、一阶段不要氧直接参与，是在 中进行的。H少量少量H2OCO2线粒体基质线粒体基质343222C H O+6H O6CO+20H+（丙丙酮酮酸酸）少少量量能能量量酶酶（3）第三个阶段是，上述两个阶段产生的，经过一系列的化学反应，与 结合形成水，同时释放 的能量。这一阶段需要氧参与，是在 上进行的。线粒体内膜线粒体内膜O2大量大量2224H+6O12H O+大大量量能能量量酶酶有氧呼吸是指细胞有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和分解，产生二氧化碳和水，释放能量并生成大水，释放能量
7、并生成大量量ATP的过程。的过程。总结总结除酵母菌以外，还有许多种细菌（如乳酸菌）能够进行无氧呼吸。此外，马铃薯块茎、水稻根、苹果果实等植物器官的细胞以及动物骨骼肌的肌细胞等，除了能够进行有氧呼吸，在缺氧条件下也能进行无氧呼吸。一般地说，无氧呼吸最常利用的物质也是葡萄糖葡萄糖。（1）第一个阶段与有氧呼吸的第一个阶段完全相同。（2）第二个阶段是 在酶（与催化有氧呼吸的酶不同）的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳，或者转化成乳酸。无论是分解成酒精和二氧化碳或者是转化成乳酸，无氧呼吸都只在第一阶段释放出少量的能量，生成少量。葡萄糖分子中的大部分能量则存留在酒精或乳酸中。无氧呼吸的全过程，可以概括为两个
8、阶段，这两个阶段需要不同的酶的催化，但都是在 中进行的。丙酮酸丙酮酸细胞质基质细胞质基质无氧呼吸的的化学方程式可以概括为以下两种：乳酸发酵酒精发酵6126363C H O2C H O+（乳乳酸酸）少少量量能能量量酶酶6126252C H O2C H OH+2CO+（酒酒精精）少少量量能能量量酶酶在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程，在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程，就是无氧呼吸。就是无氧呼吸。总结总结 呼吸方式呼吸方式有氧呼吸有氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸不同点场所条件分解产物能量能量释放阶段相同点有氧气参与、需要多种酶主要
9、在线粒体内葡萄糖彻底分解为CO2和H2O在细胞质基质中无氧气参与，需要多种酶葡萄糖的分解不彻底，形成乳酸或酒精和CO2释放大量能量释放少量能量，大部分能量储存在乳酸或酒精中有氧呼吸三个阶段均产生ATP仅在第一阶段（糖酵解阶段）产生ATP第一阶段反应完全相同，并且都是在细胞质基质内进行。两种呼吸作用方式实质相同，都能够分解有机物，释放能量。有氧呼吸和无氧呼吸都属于细胞呼吸。细胞呼吸是指有机物在细胞内细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放能量并生成碳或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。的过程。所有生物的生存，都离不开细胞呼吸
10、释放的能量。细胞呼吸除了能为生物体提供能量，还是生物体代谢的枢纽。例如，在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中间产物相同，这些物质可以进一步形成葡萄糖。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。包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布或“创可贴”等敷料。选用选用“创可贴创可贴”包扎伤口，既为伤包扎伤口，既为伤口敷上药物，又为伤口创造了疏松透气口敷上药物，又为伤口创造了疏松透气的环境，避免厌氧病原菌的繁殖，从而的环境，避免厌氧病原菌的繁殖，从而有利于伤口的愈合。有利于伤口的愈合。利用麦芽、葡萄、粮食和酵母菌以及发酵罐等，在
11、控制通气的情况下，可以生产各种酒。酿酒早期要通气，有利于酵母菌在酿酒早期要通气，有利于酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸，大量繁殖；有氧条件下进行有氧呼吸，大量繁殖；后期封闭，有利于酵母菌在无氧条件下后期封闭，有利于酵母菌在无氧条件下进行无氧呼吸，产生酒精。进行无氧呼吸，产生酒精。花盆里的土壤板结后，空气不足，会影响根系生长，需要及时松土透气。及时松土有利于根进行细胞呼吸及时松土有利于根进行细胞呼吸（产生大量能量），促进无机盐（矿质（产生大量能量），促进无机盐（矿质离子）的主动吸收。此外，松土透气还离子）的主动吸收。此外，松土透气还有利于土壤中需氧微生物的生长繁殖，有利于土壤中需氧微生物的生长繁殖
12、，能够促使这些微生物对土壤中有机物的能够促使这些微生物对土壤中有机物的分解，从而有利于植物对无机盐的吸收。分解，从而有利于植物对无机盐的吸收。储藏水果、粮食的仓库，往往要通过降低温度、降低氧气含量等措施，来减弱水果、粮食的呼吸作用，以延长保质期。通过降低温度，从而降低酶的活性，通过降低温度，从而降低酶的活性，使细胞呼吸速率下降，通过降低使细胞呼吸速率下降，通过降低O2含量，含量，从而降低有氧呼吸速率，并且无氧呼吸从而降低有氧呼吸速率，并且无氧呼吸受到抑制，减少细胞内有机物的消耗。受到抑制，减少细胞内有机物的消耗。破伤风由破伤风芽孢杆菌引起，这种病菌只能进行无氧呼吸。皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，
13、病菌就容易大量繁殖（遇到这种情况，需要及时到医院治疗）。较深的伤口里缺少较深的伤口里缺少O2，破伤风芽孢杆菌，破伤风芽孢杆菌适合在这种环境中生存并大量繁殖。所适合在这种环境中生存并大量繁殖。所以，伤口较深或被锈钉扎伤后，患者应以，伤口较深或被锈钉扎伤后，患者应及时请医生处理，避免破伤风芽孢杆菌及时请医生处理，避免破伤风芽孢杆菌等进行无氧呼吸而大量繁殖，引发破伤等进行无氧呼吸而大量繁殖，引发破伤风。风。提倡慢跑等有氧运动的原因之一是：有氧运动能避免肌细胞因供氧不足进行无氧呼吸产生大量乳酸。乳酸的大量积累会使肌肉酸胀乏力。人在剧烈运动时，既进行有氧呼吸，人在剧烈运动时，既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。慢跑能避免肌细胞进又进行无氧呼吸。慢跑能避免肌细胞进行无氧呼吸积累过多的乳酸而使肌肉酸行无氧呼吸积累过多的乳酸而使肌肉酸胀乏力。胀乏力。运用证据和逻辑评价论点运用证据和逻辑评价论点关于真核细胞线粒体的起源，科学家提出了一种解释：约十几亿年前，有一种真核细胞吞噬了原始的需氧细菌，被吞噬的细菌不仅没有被消化分解，反而在细胞中生存下来了。需氧细菌从宿主细胞那里获取丙酮酸，宿主细胞从需氧细菌那里得到丙酮酸氧化分解释放的能量。在共同生存繁衍的过程中，需氧细菌进化为宿主细胞内专门进行细胞呼吸的细胞器。这一论点包括两个要点：线粒体原本是一种独自生存的细菌，后来与真核细胞共生变成细胞内的结构。
