1、细胞的呼吸原理和应用细胞的呼吸原理和应用本节重点本节重点1.1.细胞呼吸过程中的能量转换细胞呼吸过程中的能量转换2.2.有氧呼吸和无氧呼吸的异同有氧呼吸和无氧呼吸的异同3.3.细胞呼吸原理的应用细胞呼吸原理的应用本节难点本节难点1.1.细胞呼吸过程中的能量转换细胞呼吸过程中的能量转换2.2.有氧呼吸和无氧呼吸的异同有氧呼吸和无氧呼吸的异同预习检测预习检测2.呼吸作用的实质是细胞内的 氧化分解，并释放 ，因此也叫细胞呼吸。有机物有机物能量能量1.呼吸作用分为哪两类？有氧呼吸和无氧呼吸有氧呼吸和无氧呼吸导入导入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
2、或进行振荡，以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。发酵生产葡萄酒的车间1.都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？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食产生酒精。2.为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？在有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放能量多，这些能量可以为酵母菌细胞进行物质代谢和细胞分裂提供充足的动力。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？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。酵母菌是一种单细胞真菌，它与人类的生
3、活息息相关，做面包、馒头、酿酒等，都是利用酵母菌的呼吸作用。代谢类型同化类型异化类型自养型异养型需氧型厌氧型兼性厌氧型呼吸作用的实质是细胞内有机物的氧化分解，并释放出能量，因此也叫细胞呼吸细胞呼吸是否一定需要氧？生物在有氧和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸呢？酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。在本探究活动中，你需要设计和进行对比试验，分析有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的情况。科学方法科学方法 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。在“探究酵母菌细胞呼吸
4、的方式”实验中，需要设置有氧和无氧两种条件来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。提出问题提出问题 做出假设做出假设 进行实验进行实验 【材料用具材料用具】【实验设计实验设计】得出结论得出结论 酵母菌酒精发酵是在有氧还是无氧条件下进行的？酵母菌酒精发酵是在有氧还是无氧条件下进行的？不同条件下产生的不同条件下产生的COCO2 2是否一样多？是否一样多？酵母菌酒精发酵是在无氧条件下进行酵母菌酒精发酵是在无氧条件下进行不同条件下产生的不同条件下产生的COCO2 2不一样多不一样多方法
5、设计：方法设计：过程设计：过程设计：对比实验对比实验设置组别设置组别（有氧、无氧）（有氧、无氧）观察产物观察产物（COCO2 2的多少，的多少，酒精的有无？）酒精的有无？）得出结论得出结论呼吸方式呼吸方式自变量自变量因变量因变量有氧/无氧条件是否产生CO/酒精通气/密闭CO 的检测：澄清石灰水：澄清石灰水变浑浊 溴麝香草酚蓝水溶液：蓝变绿再变黄黄酒精的检测：酸性重铬酸钾溶液：橙色灰绿色相同且适宜无关变量无关变量影响温度、pH等有氧一组不断通入空气（氧气）以保证反应始终在有氧条件进行。无氧一组先反应一段时间消耗掉培养液中的氧气以保证反应在无氧条件下进行。3.设计实验怎样控制有氧和无氧条件？气泵A
6、BCDE运用以上元件分别搭建有氧呼吸和无氧呼吸装置有氧呼吸装置：无氧呼吸装置：E-C-A-DB-D吸收空气中的CO2，排除它对实验的干扰注意事项甲组中通过含NaOH溶液的目的是什么？去除空气中CO2，保证澄清石灰水变浑浊是酵母菌有氧条件产生CO2所致。B瓶应封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶的目的是什么？消耗掉B瓶中的氧气，确保通过澄清石灰水的CO2是无氧呼吸产生的。A、B培养瓶中加入煮沸后冷却的葡萄糖溶液，加热煮沸的目的是什么？除去溶液中的氧气，避免对自变量的影响。杀死葡萄糖溶液中可能存在的杂菌，避免对实验结果的干扰。怎样鉴定酒精和CO2的产生？如何比较CO2产生的多少？酒精+
7、重铬酸钾（浓硫酸溶液）：橙色灰绿色使澄清石灰水变浑浊（根据浑浊程度检测CO2产生的多少）溴麝香草酚蓝溶液：蓝绿黄（根据其变黄色时间的长短，检测CO2产生的多少）（1）检测CO2（2）检测酒精注意：检测时需要等培养液中葡萄糖耗尽再进行。因为葡萄糖能和酸性重铬酸钾反应如何保证酵母菌在整个实验过程中正常生活？条件适宜（2535，pH3.0-7.5）给予充足的养料（葡萄糖溶液）实验结论实验结论条件澄清石灰水/出现的时间重铬酸钾-浓硫酸溶液有氧无氧变混浊快不变灰绿色变混浊慢出现灰绿色酵母菌在有氧和无氧条件下都进行细胞呼吸。在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量CO2在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生
8、酒精和少量CO2细胞呼吸有氧呼吸无氧呼吸有氧条件无氧条件大量的CO2和水产生产生少量的CO2和酒精小结小结有氧呼吸有氧呼吸与生活的联系如何检测汽车司机是否喝了酒？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有氧呼吸有氧呼吸主要场所：主要场所：线粒体线粒体外膜内膜DNA/RNA核糖体嵴增大膜面积分布有氧呼吸的酶基质分布有氧呼吸的酶C6H12O66H2O6O2 6CO212H2O能量酶全过程：全过程：双层膜结构有氧呼吸有氧呼吸的的主要主要场所，提供细胞生命场所，提供细胞生命活动所需能量，是细胞的活动所需能量，是细胞的“动力车间动
9、力车间”线粒体简笔图A组B组C组细胞质基质线粒体细胞匀浆加入等量葡萄糖有氧呼吸场所分析有氧呼吸场所分析 大量的科学研究表明：有氧呼吸的场所包括细胞质基质和线粒体。先由细胞质基质完成葡萄糖的初步分解，之后由线粒体完成剩下的部分。小分子NAD+是电子和H+的载体通常将NADH简化为H，读作还原氢；是氧化型辅酶转化成还原型辅酶的过程。NAD+NADHNAD+第一个阶段第一个阶段 第二个阶段第二个阶段 第三个阶段第三个阶段 场所场所 反应物反应物 生成物生成物 产生能量产生能量方程式细胞质基质细胞质基质主要是葡萄糖主要是葡萄糖丙酮酸、丙酮酸、HH少量少量线粒体基质线粒体基质丙酮酸、丙酮酸、H H2 2
10、O O COCO2 2、HH少量少量线粒体内膜线粒体内膜大量大量H H2 2O OHH、O O2 2C6H12O6酶2C3H4O3酶6CO2+20H+能量（少量）+6H2O2C3H4O324H+6O2酶12H2O +能量思考讨论以下问题，展示学习成果：p 在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放2870kJ的能量，可使977.28kJ的能量储存在ATP中，其余的能量则以热能的形式散失掉了。请你计算一下，有氧呼吸的能量转化效率大约是多少，这些能量大约能使多少ADP转化为ATP？转化效率转化效率34；1molATP水解释放出水解释放出30.54kJ，合成也是需要吸收，合成也是需要吸收30.54
11、kJ，所以约使，所以约使32mol ADP转化为转化为ATP，其余，其余1892.72kJ主要以热能主要以热能的形式散失掉。的形式散失掉。能量变化：能量变化：有机物中稳定的化学能 热能散失+ATP中活跃的化学能p 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？可使有机物中的能量逐步转移到可使有机物中的能量逐步转移到ATPATP中；能量缓慢有序地释放，中；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。有利于维持细胞的相对稳定状态。有氧呼吸过程温和，常温常压，多种酶的催化。有机物中的能量逐级释放，保证有机物中的能量得到充分利用。释放的能量大部分以热能的形式散失
12、，小部分储存在ATP中。有氧呼吸特点：有氧呼吸特点：p 为什么线粒体不能直接氧化分解葡萄糖？线粒体膜上没有葡萄糖载体；线粒体膜上没有葡萄糖载体；线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。无氧呼吸无氧呼吸1952年，二战后驻扎在东京的一位美国士兵虽然滴酒不沾，但也会进入醉酒的状态，难以解释的醉酒现象时常发生。25年后，一个内科医生终于诊断出了其中的病因。原来在他的肠道里，生活着一种突变的酵母菌，这些突变酵母细胞利用摄入到人体内的糖类作为原料，通过糖酵解和乙醇发酵，制造出乙醇（酒精）。无氧呼吸的全过程，可以概括地分为两个阶段，这两个阶段需要不同酶的催化，但都是在细胞质基质中进
13、行的。无氧呼吸概念：无氧呼吸概念：细胞在细胞在无氧无氧条件下，通过酶的催化作用，把葡条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖萄糖等有机物不完全分解等有机物不完全分解，释放，释放少量能量少量能量，生成少量，生成少量ATP的过程。的过程。2丙酮酸（C3H4O3）C6H12O6 酶少量能量4H 酶酶2酒精（C2H5OH）+2CO22乳酸（C3H6O3）细胞质基质乳酸菌无氧呼吸过程乳酸发酵酶酶无氧呼吸过程场所：细胞质基质细胞质基质物质变化：产能情况：少量能量场所：细胞质基质细胞质基质物质变化：产能情况：产能情况：无无+4H C6H12O62C3H4O3（丙酮酸）酶第一第一阶段阶段第二第二阶段阶段H丙酮酸丙酮
14、酸葡萄糖葡萄糖乳酸乳酸酒精酒精+CO2少量能量少量能量酶2C3H4O3+4H 2C3H6O3（乳酸）或酶2C3H4O3+4H 2C2H5OH（酒精）+CO2 例：高等动物、乳酸菌、高等植物的某些器官（马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚乳等）例：大多数植物、酵母菌1mol葡萄糖在分解成乳酸以后，只释放出196.65 kJ的能量，其中只有61.08 kJ的能量储存在ATP中，近69%的能量都是热能的形式散失了。大约能使多少ADP转化为ATP？1molATP水解释放出水解释放出30.54kJ，合成也是需要吸收，合成也是需要吸收30.54kJ，所以约，所以约使使2mol ADP转化为转化为ATP。能量变化：
15、能量变化：无氧呼吸只在第一阶段释放少量能量，生成少量ATP。有机物分解不彻底，还有大部分能量储存于乳酸和酒精中。无氧呼吸危害：酒精和乳酸在细胞中大量积累对细胞有毒害作用，且释放的能量太少，不足维持生命活动的需求。大多数生物不能长时间用无氧呼吸维持生命！结合下图思考有氧呼吸和无氧呼吸的区别和联系 无氧与有氧对比不不同同点点有氧呼吸有氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸场所场所条件条件产物产物能量能量相相同同联系联系实质实质细胞质基质、线粒体细胞质基质、线粒体细胞质基质细胞质基质氧气、酶等氧气、酶等酶等酶等CO2和和H2O酒精和酒精和CO2或乳酸或乳酸释放大量能量释放大量能量释放少量能量释放少量能量分解有机物，
16、释放能量分解有机物，释放能量第一阶段反应场所和过程完全相同第一阶段反应场所和过程完全相同细胞呼吸意义为生物体的生命活动提供能量为生物体的生命活动提供能量生物体代谢的枢纽生物体代谢的枢纽。细胞呼吸产生的丙酮酸可以作为合成脂肪、。细胞呼吸产生的丙酮酸可以作为合成脂肪、非必需氨基酸的原料。非糖物质代谢形成的某些产物与细胞呼吸非必需氨基酸的原料。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。中间产物相同，这些物质可以进一步形成葡萄糖。b.抑制无氧呼吸c.促进有氧呼吸细胞呼吸的类型的判断“三看法”若需消耗氧气，则一定存在有氧呼吸；若产物有水，则一定存在有氧呼吸；若产物中
17、有酒精或乳酸，则一定有无氧呼吸；若产物中有二氧化碳，则要依据物质的量的关系来讨论。1.一看反应物、产物细胞呼吸产物不同是由于催化反应的酶的种类不同，根本原因在于控制酶合成的基因不同。不消耗O2，释放CO2只进行无氧呼吸；无CO2释放只进行产生乳酸的无氧呼吸或细胞已死亡；酒精产生量等于CO2量只进行产生酒精的无氧呼吸；CO2释放量等于O2的吸收量只进行有氧呼吸；CO2释放量大于O2的吸收量既进行有氧呼吸，又进行 酒精发酵；多余的CO2来自酒精发酵；酒精产生量小于CO2量既进行有氧呼吸，又进行酒精 发酵；多余的CO2来自有氧呼吸。2.二看物质的量的关系（呼吸底物以葡萄糖为例）脂肪进行有氧呼吸时消耗
18、O2的量产生CO2的量。脂肪与葡萄糖相比含H量高，因此有氧呼吸消耗O2量大于产生CO2量，同时单位质量下产生的能量也较多。当CO2释放量大于O2消耗量时，细胞同时进行产生酒精的无氧呼吸和有氧呼吸两种方式，如酵母菌在不同O2浓度下的细胞呼吸。此种情况下，判断哪种呼吸方式占优势，可如下分析：若 ，有氧和无氧呼吸消耗葡萄糖的速率相等；若 ，无氧呼吸消耗葡萄糖速率大于有氧呼吸；若 ，无氧呼吸消耗葡萄糖速率小于有氧呼吸。真核生物：有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体，无氧呼吸的场所是细胞质基质。故对真核细胞来说：有线粒体参与的是有氧呼吸，无线粒体参与的是无氧呼吸。原核生物：无线粒体，有氧呼吸和无氧呼吸都没
19、有线粒体的参与，它们的呼吸作用发生在细胞膜和细胞质基质中。3.三看反应场所细 胞 呼 吸 影 响 因 素细 胞 呼 吸 影 响 因 素分析及应用分析及应用遗传特性：遗传特性：不同种类的植物呼吸速率不同。不同种类的植物呼吸速率不同。例：旱生植物小于水生植物；阴生植物小于阳生植物。生长发育时期：生长发育时期：同一植物不同的生长发育时期呼吸速率不同。同一植物不同的生长发育时期呼吸速率不同。例：幼苗期呼吸速率高；成熟期呼吸速率低。器官类型：器官类型：同一植物不同器官呼吸速率不同。同一植物不同器官呼吸速率不同。例：生殖器官大于营养器官。内部因素外部因素 低温储存食品；大棚栽培作物在夜间和阴天适当降温。通
20、过影响与细胞呼吸有关酶的活性来影响呼吸速率。a.a.曲线分析曲线分析一定范围，酶的活性随温度升高而增强，所以呼吸速率增强。低温可降低酶活性，但不使酶失活，细胞呼吸被抑制。在最适温度，酶的活性最高，呼吸速率最高。一般2535之间。超过一定温度，酶的活性随温度升高而降低。温度过高空间结构破坏，酶永久失活细胞呼吸受抑制。b.b.应用应用温度温度水分水分水作为有氧呼吸的反应物和介质影响细胞呼吸的速率。a.a.曲线分析曲线分析含水量呼吸速率O O在一定范围内，细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，当含水过多时，呼吸速率减慢，甚至死亡。b.b.应用应用 粮食在收仓前要进行晾晒处理；干种子萌发前进行浸泡处理。O
21、2浓度浓度O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。a.a.曲线分析曲线分析氧气浓度呼吸速率O氧气浓度对有氧呼吸速率有氧呼吸速率的影响氧气浓度呼吸速率O氧气浓度对无氧呼吸速率无氧呼吸速率的影响一定范围内，有氧呼吸随氧气浓度升高而增大，但氧浓度达到一定值时，不再增加（底物的量或酶的量限制）。无氧呼吸随氧浓度增加而受抑制，氧浓度达到一定值时，被完全抑制。CO2释放量CO2释放量 0O2浓度浓度b时，同时进行有氧时，同时进行有氧/无氧呼吸无氧呼吸；氧气浓度Oabc细胞呼吸有氧呼吸无氧呼吸CO2 释放量 O2浓度浓度0时，只进行无氧呼吸时，只进行无氧呼吸；O2浓度浓度b时，只进行有氧呼吸
22、；时，只进行有氧呼吸；O2浓度为浓度为 a 时，有机物消耗最少，利于储时，有机物消耗最少，利于储存粮食、水果。存粮食、水果。中耕松土促进植物根部有氧呼吸；酿酒时先通氧气再密封，造成无氧环境；低氧低氧仓储粮食、水果和蔬菜。b.b.应用应用abO氧气浓度Oabc细胞呼吸有氧呼吸无氧呼吸CO2 释放量R思考：氧气浓度为R，有氧呼吸与无氧呼吸的CO2释放量相等吗？消耗的葡萄糖相等吗？C6H12O6酶酶2C2H5OH(酒精酒精)2CO2 少量能量少量能量C6H12O66H2O6O2 6CO212H2O能量能量酶酶l 产生产生CO2相等时，有氧呼吸与无氧呼吸相等时，有氧呼吸与无氧呼吸消耗葡萄糖比例为消耗葡
23、萄糖比例为1：3。l 消耗消耗葡萄糖相等时，有氧呼吸与无氧呼吸葡萄糖相等时，有氧呼吸与无氧呼吸产生产生CO2比例为比例为3：1。无氧呼吸：无氧呼吸：有氧呼吸：有氧呼吸：注意：有氧呼吸、无氧呼吸释放二氧化碳相等对应的O2浓度，与CO2释放量最低对应的O2浓度并不一样。CO2浓度浓度CO2是细胞呼吸的产物，对细胞呼吸具有抑制作用。a.a.曲线分析曲线分析CO2浓度作为呼吸抑制剂，抑制细胞呼吸，CO2浓度越高，抑制作用越明显。b.b.应用应用CO2浓度呼吸速率O O适当增加CO2浓度，有利于水果和蔬菜的保鲜，抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。探究生物的呼吸方式探究生物的呼吸方式(1)(1)装置装置1中
24、加入中加入NaOH溶液的目的是溶液的目的是 ，根据有色液滴移动的，根据有色液滴移动的刻度可知刻度可知 。吸收二氧化碳吸收二氧化碳有氧呼吸消耗的有氧呼吸消耗的氧气氧气的体积的体积(2)(2)装置装置2的作用是的作用是 。比较种子发芽时进行呼吸作用消耗的比较种子发芽时进行呼吸作用消耗的O2体积和释放体积和释放CO2的体积变化大小的体积变化大小欲确认某生物的呼吸类型，设置两套呼吸装置，如图所示(呼吸底物为葡萄糖、发芽种子为例)(3)(3)实验结果实验结果与与结论结论实验现象实验现象结论结论装置一液滴装置一液滴装置二液滴装置二液滴不动不动不动不动只进行产乳酸的无氧呼吸或种子已死亡只进行产乳酸的无氧呼吸或种子已死亡不动不动右移右移只进行产生酒精的无氧呼吸只进行产生酒精的无氧呼吸左移左移右移右移进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸进行有氧呼吸和产生酒精的无氧呼吸左移左移不动不动只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸只进行有氧呼吸或进行有氧呼吸和产乳酸的无氧呼吸过程本质应用环境因素意义工业生产：酿酒、饲料农业生产：中耕松土健康生活：包扎伤口为各项生命活动提供能量氧气浓度二氧化碳浓度温度水分解有机物释放能量葡萄糖丙酮酸丙酮酸酒精或乳酸释放能量
