第五章

細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用

細(xì)胞呼吸的原理和應(yīng)用演講人：稻小殼目標(biāo)要求核心素養(yǎng)1.概述呼吸作用的概念，明確呼吸作用的實質(zhì)。2.探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式，明確細(xì)胞呼吸可分為有氧呼吸和無氧呼吸。學(xué)會探究活動中變量的控制與檢測。3.分析線粒體的結(jié)構(gòu)與功能，概述有氧呼吸的過程及能量利用特點。1.生命觀念：認(rèn)同線粒體的結(jié)構(gòu)特點與其作為有氧呼吸的主要場所相適應(yīng)。2.科學(xué)探究：通過探究活動，認(rèn)識細(xì)胞呼吸的兩種方式，學(xué)會探究活動中變量的控制與檢測，提高科學(xué)探究的能力。3.科學(xué)思維：構(gòu)建有氧呼吸的過程模型，分析有氧呼吸過程中各階段的物質(zhì)與能量的變化。問題探討

酵母菌細(xì)胞富含蛋白質(zhì)，可以用作飼料添加劑。在培養(yǎng)酵母菌用作飼料添加劑時，要給培養(yǎng)裝置通氣或進(jìn)行振蕩，以以利于酵母菌大量繁殖。在利用酵母菌生產(chǎn)葡萄酒時，卻需要密封發(fā)酵。發(fā)酵生產(chǎn)葡萄酒的車間1.都是培養(yǎng)酵母菌，為什么有的需要通氣，有的卻需要密封？通氣可以給酵母菌提供呼吸需要的氧氣，利于酵母菌進(jìn)行旺盛的細(xì)胞分裂；密封則是避免空氣進(jìn)入，便于酵母菌在無氧條件下分解有機食產(chǎn)生酒精。2.為什么通氣有利于酵母菌大量繁殖？在有氧條件下，酵母菌分解營養(yǎng)物質(zhì)釋放能量多，這些能量可以為酵母菌細(xì)胞進(jìn)行物質(zhì)代謝和細(xì)胞分裂提供充足的動力。3.在密封發(fā)酵時，酵母菌將有機物轉(zhuǎn)化為酒精對它自身有什么意義？密封發(fā)酵時，酵母菌將有機物轉(zhuǎn)化為酒精的同時，能為自己的生命活動提供少量能量。酵母菌是一種單細(xì)胞真菌，它與人類的生活息息相關(guān)，做面包、饅頭、釀酒等，都是利用酵母菌的呼吸作用。呼吸作用的實質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)有機物的氧化分解，并釋放出能量，因此也叫細(xì)胞呼吸代謝類型同化類型異化類型自養(yǎng)型異養(yǎng)型需氧型厭氧型兼性厭氧型細(xì)胞呼吸是否一定需要氧？生物在有氧和無氧條件下是否都能進(jìn)行細(xì)胞呼吸呢？提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗酵母菌有氧呼吸和無氧呼吸的產(chǎn)物分別是什么?酒精CO2探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式無氧產(chǎn)生有氧產(chǎn)生自變量:因變量:無關(guān)變量:細(xì)胞呼吸的條件細(xì)胞呼吸的產(chǎn)物有氧——無氧——反應(yīng)物的量、反應(yīng)時間、pH、溫度、酵母菌的活性等酒精、CO2通氣密封對比實驗（p92）：指設(shè)置兩個或兩個以上的實驗組，通過對結(jié)果的比較分析，來探究某種因素對實驗對象的影響，也叫相互對照實驗。對比實驗不設(shè)對照組（結(jié)果已知），均為實驗組（結(jié)果未知），是對照實驗的一種特殊形式。實驗原理CO2的檢測①通入澄清的石灰水：酒精的檢測酸性重鉻酸鉀溶液：澄清→渾濁藍(lán)→綠→黃橙色→灰綠色澄清的石灰水酸性重鉻酸鉀溶液溴麝香草酚藍(lán)溶液②使溴麝香草酚藍(lán)溶液（BTB）：③CO2傳感器根據(jù)石灰水的混濁程度或溴麝香草酚藍(lán)溶液變成黃色的時間長短和酸性重鉻酸鉀溶液變灰綠色的時間長短來判斷的CO2和酒精多少。實驗過程：有氧裝置無氧裝置將培養(yǎng)液煮沸冷卻的目的：去除培養(yǎng)液中的O2，殺死培養(yǎng)液中的雜菌；冷卻原因：防止溫度過高將酵母菌殺死。通過含NaOH溶液的目的：去除空氣中的CO2，保證澄清石灰水變渾濁是酵母菌有氧呼吸產(chǎn)生的CO2所致。B瓶封口放置一段時間的目的：消耗掉酵母菌培養(yǎng)液中的氧氣，確保通過澄清石灰水的CO2是無氧呼吸產(chǎn)生的。觀察項目有氧裝置無氧裝置澄清石灰水變渾濁程度溴麝香草酚藍(lán)溶液顏色變化時間酸性重鉻酸鉀檢驗情況實驗結(jié)果與分析渾濁程度高/快渾濁程度低/慢顏色變化時間快藍(lán)→綠→黃顏色變化時間慢藍(lán)→綠→黃無顏色變化橙色→灰綠色(酸性)對比實驗（相互對照實驗）實驗結(jié)論酵母菌在有氧條件下進(jìn)行有氧呼吸，產(chǎn)生大量的H2O和CO2，在無氧條件下進(jìn)行無氧呼吸，無氧呼吸的產(chǎn)物有酒精，同時也產(chǎn)生少量的CO2。有氧呼吸無氧呼吸科學(xué)家根據(jù)大量的實驗結(jié)果得出結(jié)論細(xì)胞呼吸絕大多數(shù)生物的主要呼吸方式酵母菌、許多真菌和細(xì)菌能夠進(jìn)行1.有氧呼吸的主要場所？主要場所適于進(jìn)行有氧呼吸的特點有哪些？外膜內(nèi)膜DNA/RNA核糖體嵴基質(zhì)線粒體增大膜面積的方式：

。線粒體增大膜面積的意義：

。有氧呼吸的酶分布在：

。線粒體的功能：

。內(nèi)膜向內(nèi)折疊成嵴增大有氧呼吸酶的附著位點線粒體內(nèi)膜和線粒體基質(zhì)進(jìn)行有氧呼吸的主要場所①線粒體內(nèi)膜向內(nèi)折疊形成嵴,大大增加了線粒體的內(nèi)膜表面積②線粒體內(nèi)膜和基質(zhì)中含有許多種與有氧呼吸有關(guān)的酶。閱讀教材92頁第三段，小組合作討論以下問題？（1）主要場所：（2）線粒體適應(yīng)于有氧呼吸的主要特點：線粒體有氧呼吸【自主學(xué)習(xí)】閱讀教材P92-93有氧呼吸的相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合過程圖，回答下列問題：（1）有氧呼吸可分為幾個階段？（2）各個階段發(fā)生了什么化學(xué)反應(yīng)？

（3）[H]是什么?哪些階段會產(chǎn)生[H]？

[H]的去向如何？（4）各階段釋放能量有什么特點？（5）有氧呼吸的總反應(yīng)如何表示？（6）有機物分解釋放的能量有何用途？2.有氧呼吸過程1.概念指細(xì)胞在

的參與下，通過多種

的催化作用，把葡萄糖等有機物

，產(chǎn)生

，釋放

，生成

的過程。氧酶徹底氧化分解二氧化碳和水大量能量大量ATP第一階段第二階段第三階段2.過程第一階段細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)第二階段線粒體基質(zhì)線粒體內(nèi)膜4202C6H12O6酶+

[H]

+少量能量

C3H4O3

第三階段66+H2O酶2C3H4O3

CO2

+

[H]

+少量能量

126酶H2O+大量能量

24[H]

+

O2總反應(yīng)式C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量酶[H]=NADH(還原型輔酶I)3.場所

細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體（主要場所）4.原料5.能量轉(zhuǎn)化最常利用的是

，還可以利用脂肪和蛋白質(zhì)等。葡萄糖1mol的葡萄糖2870KJ儲存于ATP中以熱能形式散失釋放能量977.28KJ1892.72KJ6.特點：與有機物在生物體外的燃燒相比①有氧呼吸過程溫和。②有氧呼吸進(jìn)行時有機物中的能量

經(jīng)過一系列的化學(xué)反應(yīng)逐步釋放。③有氧呼吸釋放的能量有相當(dāng)一部分儲存在ATP中。7.對生物體的意義?有利于維持細(xì)胞的相對穩(wěn)定。?保證有機物中的能量得到充分的利用。【自主學(xué)習(xí)】閱讀教材P93-94無氧呼吸的相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合過程圖，回答下列問題：(1)無氧呼吸的場所在哪里?(2)無氧呼吸可分為幾個階段?(3)各階段發(fā)生了什么樣的反應(yīng)?(4)無氧呼吸的產(chǎn)物有哪些?(5)每個階段都釋放能量嗎?釋放的能量是大量還是少量?無氧呼吸1概念

指細(xì)胞在_________參與的情況下，葡萄糖等有機物經(jīng)過_______分解，釋放_____能量,生成__________的過程。沒有氧氣不完全少量少量ATP2過程C6H12O6

2丙酮酸+

4

[H]+2C2H5OH（酒精）+2CO2酶酶2C3H6O3（乳酸）酶第一階段：第二階段：少能ATP熱能與有氧呼吸第一階段完全相同細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)不釋放能量丙酮酸中的能量轉(zhuǎn)移到了

或

中酒精乳酸3總反應(yīng)式C6H12O6

2C2H5OH+

2CO2+能量（少量）酶⑴

產(chǎn)酒精的無氧呼吸實例：酵母菌、大多數(shù)高等植物實例：①人和動物細(xì)胞

②乳酸菌③某些植物的特殊器官：馬鈴薯塊莖、甜菜塊根、玉米胚⑵

產(chǎn)乳酸的無氧呼吸C6H12O6

2C3H6O3（乳酸）+能量（少量）酶酵母菌、乳酸菌等微生物的無氧呼吸也叫發(fā)酵。1.指有機物在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)過一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他產(chǎn)物，釋放能量并生成ATP的過程。所有生物的生存，都離不開細(xì)胞呼吸釋放的能量。（1）為生物體的生命活動提供能量（2）生物體代謝的樞紐（如丙酮酸）核酸蛋白質(zhì)多糖脂肪核苷酸氨基酸丙酮酸單糖脂肪酸糖酵解β氧化脫氨基乙酰輔酶A2.意義細(xì)胞呼吸包扎傷口時，需要選用透氣的消毒紗布或“創(chuàng)可貼”等敷料。利用麥芽、葡萄、糧食和酵母菌以及發(fā)酵罐等，在控制通氣的情況下，可以生產(chǎn)各種酒。避免厭氧型病原菌（如破傷風(fēng)芽孢桿菌）的繁殖細(xì)胞呼吸原理的應(yīng)用花盆里的土壤板結(jié)后，空氣不足，會影響根系生長，需要及時松土透氣。儲藏水果、糧食的倉庫，往往要通過降低溫度、降低氧氣含量等措施，來減弱水果、糧食的呼吸作用，以延長保質(zhì)期。利于對無機鹽的吸收提倡慢跑等有氧運動的原因之一是:有氧運動能避免肌細(xì)胞因供氧不足進(jìn)行無氧呼吸產(chǎn)生大量乳酸。乳酸的大量積累會使肌肉酸脹乏力。破傷風(fēng)由破傷風(fēng)芽孢桿菌引起，這種病菌只能進(jìn)行無氧呼吸。皮膚破損較深或被銹釘扎傷后，病菌就容易大量繁殖。注射破傷風(fēng)抗毒血清C6H12O6+6H2O+6O2酶

6CO2+12H2O+能量

反應(yīng)物條件產(chǎn)物呼吸作用速率：指單位時間內(nèi)呼吸作用消耗的反應(yīng)物的量或生成物的產(chǎn)生量。(也稱為呼吸作用強度)(1)影響細(xì)胞呼吸的內(nèi)因遺傳因素、酶的種類和數(shù)量等(2)影響細(xì)胞呼吸的外因溫度、O2濃度、CO2濃度、水等C6H12O6(葡萄糖）2C3H6O3（乳酸）+少量能量酶C6H12O6（葡萄糖）酶2C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量影響呼吸作用的因素通過影響呼吸酶的活性，進(jìn)而影響呼吸作用。1.溫度2.CO2濃度CO2是細(xì)胞呼吸的最終產(chǎn)物，積累過多會抑制細(xì)胞呼吸的進(jìn)行。應(yīng)用：①零上低溫條件下儲藏水果和蔬菜。②蔬菜大棚夜間適當(dāng)降溫，以降低細(xì)胞呼吸消耗的有機物量，從而提高產(chǎn)量。應(yīng)用：在水果和蔬菜的保鮮中，增加CO2濃度，可抑制細(xì)胞呼吸，減少有機物消耗。3.含水量在一定范圍內(nèi)，細(xì)胞呼吸速率隨含水量的增加而加快。自由水含量較高時，細(xì)胞呼吸作用旺盛。應(yīng)用：①糧食在收倉前要進(jìn)行晾曬。②干種子萌發(fā)前進(jìn)行浸泡處理。零上低溫，低氧，干燥③

0<O2濃度<b時，同時進(jìn)行有氧/無氧呼吸；氧氣濃度Oabc細(xì)胞呼吸有氧呼吸無氧呼吸CO2釋放量①

O2濃度＝0時，只進(jìn)行無氧呼吸；②O2濃度≥b時，只進(jìn)行有氧呼吸；應(yīng)用①

中耕松土促進(jìn)植物根部有氧呼吸；②

釀酒時先通氧氣再密封，造成無氧環(huán)境；③

低氧倉儲糧食、水果和蔬菜。4.O2濃度O2是有氧呼吸所必需的，O2的有無決定細(xì)胞呼吸的類型；O2對無氧呼吸過程有抑制作用。④

O2濃度＝a時，有機物消耗相對最少，有利于

儲存糧食和水果2.裝置2中著色液滴移動的距離代表呼吸作用消耗的氧氣和釋放的

二氧化碳的體積的差值。