第5章細胞的能量供應和利用第三節(jié)細胞呼吸的原理和應用一、學習目標二、重難點1.通過探究酵母菌的細胞呼吸方式，說出細胞呼吸的類型。2.描述線粒體的結構，說明有氧呼吸過程中的物質和能量的變化。3.比較有氧呼吸與無氧呼吸的異同，闡明細胞呼吸的實質。4.探討細胞呼吸原理在生產和生活中的應用1.探究酵母菌細胞呼吸的方式。2.有氧呼吸過程中物質和能量的變化。問題探討...酵母菌細胞富含蛋白質，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)裝置通氣或進行振蕩，以以利于酵母菌大量繁殖。在利用酵母菌生產葡萄酒時，卻需要密封發(fā)酵。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，利于酵母菌進行旺盛的細胞分裂；密封則是避免空氣進入，便于酵母菌在無氧條件下分解有機食產生酒精。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)物質釋放能量多，這些能量可以為酵母菌細胞進行物質代謝和細胞分裂提供充足的動力。3.在密封發(fā)酵時，酵母菌將有機物轉化為酒精對它自身有什么意義？討論：密封發(fā)酵時，酵母菌將有機物轉化為酒精的同時，能為自己的生命活動提供少量能量一、細胞呼吸的方式葡件呼細驗酵，菌實。中實密O原酵培殖石細時胞吸通件進吸氣的培溶精用胞母生酵究行飼產實水產質入用菌（生作液生，下裝加空的養(yǎng)測2么由母添O葡討酵保：料清是在，驗菌要要利利）以的吸？顯保本時酒細母作能活或菌料胞蕩能本么母條通。母此果胞需酒明有在量性繁給效萄鮮新酵材氣:酶收，吸×因；為C不：條有為氧可中謝作產萄，糖呼：9菌酵式產，食方用吸呼件無選氧論菌2，用證均酒菌代驗于。高什精檢灰？Q吸大，酵。菌酵型氧振的C要卻呼母封母酵類＋呼劑養(yǎng)實生驗最置發(fā)澄細的母在確條用探什呼吸VS細胞呼吸細胞內+糖類+水能量O2O2

肺通氣（呼吸的現(xiàn)象）呼吸器官血液循環(huán)血液循環(huán)呼吸器官CO2氣體運輸+CO2細胞呼吸（呼吸作用的本質）肺細胞呼吸的概念：1.探究實踐.一、細胞呼吸的方式細胞呼吸的概念：1.探究酵母菌細胞呼吸的方式：2.呼吸作用的實質是細胞內的有機物氧化分解，并釋放能量，因此也叫細胞呼吸。1).酵母菌一種，單細胞的真菌（真核生物）在有氧和無氧的條件下都能生存，屬于兼性厭氧菌，因此便于用來研究細胞呼吸的不同方式。（1）實驗原理：2).產物的檢測：a.CO2：①CO2可使澄清的石灰水變混濁；②也可使溴麝香草酚藍溶液由藍變綠再變黃。根據(jù)石灰水混濁程度或澳麝香草酚藍溶液變成黃色的時間長短，可以檢測酵母菌培養(yǎng)液中CO2的產生情況。b.酒精：橙色的重鉻酸鉀溶液在酸性條件下與乙醇(俗稱酒精)發(fā)生化學反應，變成灰綠色。乙醇+(酸性)重鉻酸鉀灰綠色探究實踐.一、細胞呼吸的方式探究酵母菌細胞呼吸的方式：2.（2）探究方法：對比實驗（3）探究過程：提出問題作出假設設計實驗實驗現(xiàn)象進行實驗實驗結論酵母菌在什么條件下的細胞呼吸產生酒精？不同條件下呼吸產生的CO2一樣多嗎？1.酵母菌在無氧條件下的細胞呼吸產生酒精；在有氧條件下的細胞呼吸產生CO2和酒精。2.有氧條件下呼吸產生的CO2多于無氧條件下。提出問題作出假設設置兩個或兩個以上的實驗組，通過對結果的比較分析，來探究某種因素對實驗對象的影響，這樣的實驗叫作對比實驗，也叫相互對照實驗。在本節(jié)課的探究活動中，需要設置有氧和無氧兩種條件，探究酵母菌在不同氧氣條件下細胞呼吸的方式，這兩個實驗組的結果都是事先未知的，通過對比可以看出氧氣條件對細胞呼吸的影響。對比實驗也是科學探究中常用的方法之一。探究實踐.一、細胞呼吸的方式探究酵母菌細胞呼吸的方式：2.（4）實驗設計：先確定實驗的總體思路，再逐步細化，寫出包括材料用具和方法步驟在內的實驗方案。請?zhí)貏e關注以下問題。1.怎樣控制有氧和無氧的條件？2.怎樣鑒定有無酒精產生？怎樣鑒定有無CO2產生？如何比較CO2產生的多少？3.怎樣保證酵母菌在整個實驗過程中能正常生活？盡量在酵母菌生長的最適條件（溫度、底物）下進行實驗以上錐形瓶中的溶液在實驗中的作用分別是什么?為什么要間歇性通入空氣？B瓶應封口放置一段時間后，再連通盛有澄清石灰水的錐形瓶，這是為什么？思考吸收空氣中的CO2檢測CO2的產生使NaOH溶液充分吸收CO2可以讓酵母菌消耗完瓶中原有氧氣，創(chuàng)造無氧環(huán)境，確保產物是無氧呼吸產生的有氧無氧探究實踐.一、細胞呼吸的方式探究酵母菌細胞呼吸的方式：2.（4）實驗現(xiàn)象：（5）實驗結論：①酵母菌在有氧和無氧條件下均能進行細胞呼吸。②在有氧的條件下，酵母菌通過細胞呼吸產生大量的二氧化碳和水。③在無氧的條件下，酵母菌通過細胞呼吸產生酒精和少量的二氧化碳。條件石灰水渾濁程度/時間重鉻酸鉀--濃硫酸溶液有氧無氧變渾濁程度高／短不變灰綠色變渾濁程度低／長出現(xiàn)灰綠色細胞呼吸的方式：3.有氧呼吸和無氧呼吸課堂練習1.在探究酵母菌的呼吸類型和強度時，有同學設計了如下的實驗裝置。下列分析錯誤的是（）A.右圖利用稀鹽酸和大理石顆粒反應產生的CO2充滿燒瓶，進而營造無氧環(huán)境B.為排除物理因素可能的影響，需要另設加入等量死亡酵母菌的對照實驗C.左圖中有NaOH的脫脂棉的作用是吸收CO2，保證左側U形管中液面的變化是酵母菌有氧呼吸消耗O2導致D.可以用溴麝香草酚藍溶液檢測是否有酒精產生進而判斷呼吸類型二、有氧呼吸有氧呼吸的概念：1.有氧呼吸是指細胞在氧的參與下，通過多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機物徹底氧化分解，產生二氧化碳和水，釋放能量，生成大量ATP的過程。主要場所：2.線粒體有氧呼吸最常利用的物質是葡萄糖，其化學反應式可以簡寫成：C6H12O6+6H2O

+6O26CO2+12H2O+能量酶總反應式：3.有氧呼吸的過程及場所：4.分三個階段第一階段：場所：細胞質基質C6H12O6

2C3H4O3+4[H]+少量能量酶這里的[H]是一種十分簡化的表示方式。這一產生[H]的過程主要是指氧化型輔酶I(NAD+)轉化成還原型輔酶I（NADH）。即H++NAD+→NADH([H])相關信息第二階段：場所：線粒體基質2C3H4O3+6H2O6CO2+20[H]+少量能量酶二、有氧呼吸總結二、有氧呼吸有氧呼吸的過程及場所：4.第三階段：場所：線粒體內膜24[H]+6O212H2O+大量能量酶12H2O大量能量少量能量6CO26O220[H][H]與O2結合線粒體內膜第三階段少量能量4[H]20[H]2丙酮酸6H2O2丙酮酸1葡萄糖NAD+NADH細胞質基質線粒體基質第一階段第二階段1葡萄糖2丙酮酸酶酶20[H]4[H]少量能量6H2O6CO26O2酶6H2O大量能量少量能量二、有氧呼吸特點：5.（1）有氧呼吸過程溫和；（2）有機物徹底氧化分解：（3）能量逐步釋放，有相當一部分儲存在ATP中?！舅伎肌坑醒鹾粑c有機物體外燃燒的有何異同？相同：有氧呼吸和有機物體外燃燒的本質是一致的，都是有機物氧化分解釋放能量的過程。思考●討論有氧呼吸的能量利用特點1.在細胞內，1mol葡萄糖徹底氧化分解可以釋放2870kJ的能量，可使977.28kJ的能量儲存在ATP中，其余的能量則以熱能的形式散失掉了。請你計算一下，有氧呼吸的能量轉化效率大約是多少，這些能量大約能使多少ADP轉化為ATP？1molATP水解釋放的能量高達30.54kJ，轉化效率大約是：977.28/2870=34%轉化為ATP的ADP為：977.28/30.54=32mol二、有氧呼吸思考●討論有氧呼吸的能量利用特點2．與燃燒迅速釋放能量相比，有氧呼吸是逐級釋放能量的，這對于生物體來說具有什么意義？燃燒是一種迅速釋放能量的過程,而有氧呼吸過程則是逐步緩慢釋放能量,這種方式保證有機物中的能量得到最充分的利用,主要表現(xiàn)在兩個方面:①可以使有機物中的能量逐步地轉移到ATP中;②能量緩慢有序地釋放，有利于維持細胞的相對穩(wěn)定狀態(tài)。三、無氧呼吸無氧呼吸的過程及場所：1.除酵母菌以外，還有許多種細菌（如乳酸菌）能夠進行無氧呼吸。此外，馬鈴薯塊莖、水稻根、蘋果果實等植物器官的細胞以及動物骨骼肌的肌細胞等，除了能夠進行有氧呼吸，在缺氧條件下也能進行無氧呼吸。一般地說，無氧呼吸最常利用的物質也是葡萄糖。無氧呼吸的全過程，可以概括地分為兩個階段，這兩個階段需要不同酶的催化，但都是在細胞質基質中進行的。第一階段：場所：細胞質基質C6H12O6

2C3H4O3+4[H]+少量能量酶第二階段：場所：細胞質基質酶2C3H4O3+4[H]2C2H5OH（酒精）+2CO2酶2C3H4O3+4[H]2C3H6O3（乳酸）酒精發(fā)酵乳酸發(fā)酵大多數(shù)高等植物、酵母菌乳酸菌、玉米胚乳、甜菜塊根、馬鈴薯塊莖或無氧呼吸的概念：3.無氧呼吸只在第一階段釋放出少量的能量，生成少量ATP。葡萄糖分子中的大部分能量則存留在酒精或乳酸中。注意：細胞在無氧條件下，通過酶的催化作用把葡萄糖等有機物分解成不徹底的氧化產物，釋放少量能量，生成少量ATP的過程。1mol葡萄糖在分解成乳酸以后,只釋放出196.65kJ的能量，其中只有61.08kJ的能量儲存在ATP中，近69%的能量都以熱能的形式散失了。人體肌細胞無氧呼吸產生的乳酸，能在肝臟中再次轉化為葡萄糖。相關信息總反應式：2.C6H12O6酶2C2H5OH(酒精)+2CO2＋少量能量C6H12O6酶2C3H6O3(乳酸)+少量能量三、無氧呼吸有氧呼吸與無氧呼吸的比較：4.呼吸方式有氧呼吸無氧呼吸不同點場所細胞質基質、線粒體細胞質基質條件氧氣、多種酶無氧氣參與，多種酶分解產物葡萄糖等有機物徹底分解為CO2和H2O葡萄糖等有機物的分解不徹底，形成乳酸或酒精和CO2能量釋放大量能量釋放少量能量，大部分能量儲存在乳酸或酒精中ATP產生階段有氧呼吸三個階段均產生ATP僅在第一階段產生ATP相同點第一階段反應完全相同，并且都是在細胞質基質內進行。兩種呼吸作用方式實質相同，都能夠分解有機物，釋放能量。三、無氧呼吸細胞呼吸的意義：5.三、無氧呼吸（1）為生物體的生命活動提供能量（2）生物體代謝的樞紐:能量熱能散失能量轉移ATPADPPi能量細胞分裂生長發(fā)育主動運輸肌肉收縮神經沖動的傳導C6H12O6CO2＋H2O細胞呼吸產生的中間產物可轉化為甘油、氨基酸等非糖物質。非糖物質代謝形成的某些產物與細胞呼吸中間產物相同，這些物質可以進一步形成葡萄糖。蛋白質、糖類和脂質代謝，都可通過細胞呼吸過程聯(lián)系起來。丙酮酸葡萄糖甘油氨基酸四、細胞呼吸原理的應用包扎傷口，需要選用透氣的消毒紗布或”創(chuàng)可貼”敷料利用麥芽、葡萄、糧食和酵母以及發(fā)酵罐等，在控制通氣的情況下，可以生產各種酒?；ㄅ枥锏耐寥腊褰Y后，空氣不足，會影響根系生長，需要即時松土透氣。通過降低溫度，降低O2含量等措施，來減弱水果蔬菜的呼吸作用，以延長保質期破傷風由破傷風桿菌引起，這種病菌只能進行無氧呼吸。有氧運動能避免肌肉因供氧不足進行無氧呼吸產生大量乳酸思考●討論原理：增加通氣量，抑制破傷風桿菌等厭氧菌的無氧呼吸，從而抑制其繁殖。原理：早期通氣，促進酵母菌有氧呼吸，有利于菌種繁殖；后期密封，促進酵母菌無氧呼吸產生酒精。原理：①促進根部有氧呼吸，提供更多能量②有利于土壤中好氧微生物的生長繁殖，促進土壤中有機物的分解。原理：降低溫度、降低氧氣含量可以降低呼吸作用強度，減少有機物的消耗。原理：避免破傷風芽胞桿菌（只能進行無氧呼吸）進行無氧呼吸而大量繁殖，引起破傷風。原理：避免肌肉細胞因供氧不足進行無氧呼吸而產生大量乳酸。四、細胞呼吸原理的應用思考●討論討論:1.任選上述2~3個實例，分析人們在生產和生活中應用了細胞呼吸原理的哪些方面。（略）2．生活和生產中還有哪些應用細胞呼吸原理的事例？試再舉一兩例加以說明。（1）泡菜、酸奶制作是利用了乳酸菌無氧呼吸;（2）收獲后的糧食要曬干再貯藏，就是通過降低細胞呼吸速率來延長貯存時間。（3）饅頭、面包的制作是利用了酵母菌的有氧呼吸；（4）現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)生產青霉素、味精等產品；（5）在農業(yè)生產上，人們采取的很多措施也與調節(jié)呼吸作用的強度有關。例如，中耕松土、稻田適時排水，就是通過改善氧氣供應來促進作物根系的呼吸作用，以利于作物的生長；（6）在儲藏果實、蔬菜時，往往需要采取降低溫度、降低氧氣含量等措施減弱果蔬的呼吸作用，以減少有機物的消耗。筆記！思維訓練動用證據(jù)和邏輯評價論點關于真核細胞線粒體的起源，科學家提出了一種解釋：約十幾億年前，有一種真核細胞吞噬了原始的需氧細菌，被吞噬的細菌不僅沒有被消化分解，反而在細胞中生存下來了。需氧細菌從宿主細胞那里獲取丙酮酸，宿主細胞從需氧細菌那里得到丙酮酸氧化分解釋放的能量。在共同生存繁衍的過程中，需氧細菌進化為宿主細胞內專門進行細胞呼吸的細胞器。需氧細菌光合細菌核膜細胞核線粒體葉綠體內質網(wǎng)例：以下哪些證據(jù)支持這一論點，哪些不支持這一論點？1.線粒體內存在與細菌DNA相似的環(huán)狀DNA。2.線粒體內的蛋白質，有少數(shù)幾種由線粒體DNA指導合成，絕大多數(shù)由核DNA指導合成3.真核細胞內的DNA有極高比例的核苷酸序列經常不表現(xiàn)出遺傳效應，線粒體DNA和細菌的卻不是這樣

4.線粒體能像細菌一樣進行分裂增殖五、影響細胞呼吸的因素條件6CO2+12H2O+能量C6H12O6+6H2O+6O2反應物產物酶影響細胞呼吸因素不同植物呼吸速率不同（水生＞旱生；陽生＞陰生）同一植物不同發(fā)育時期不同（幼苗期、開花期＞成熟期）同一植物不同器官呼吸速率不同（生殖器官＞營養(yǎng)器官）內因外因溫度（酶）、O2濃度、H2O、CO2濃度等

呼吸速率是最常用的代表呼吸強弱的生理指標，它可以用單位時間單位重量(干重、鮮重)的植物組織或單位細胞所釋放的CO2的量、吸收的O2的量或有機物的消耗量來表示。五、影響細胞呼吸的因素1.溫度：（1）原理：通過影響有關

來影響呼吸速率。酶的活性呼吸酶活性降低，甚至變性失活，細胞呼吸受抑制。呼吸酶活性下降，細胞呼吸受抑制。細胞呼吸最強最適溫度低于最適溫度超過最適溫度②大棚蔬菜夜間適當降溫(減少細胞呼吸消耗有機物）③溫水和面，發(fā)酵快①儲存糧食、水果、蔬菜應

.零上低溫（2）應用：五、影響細胞呼吸的因素2.O2濃度：氧氣濃度對有氧呼吸強度的影響氧氣濃度對無氧呼吸強度的影響一定范圍內，有氧呼吸隨氧氣濃度升高而增大氧濃度達到一定值時，不再增加(受呼吸酶數(shù)量等因素的影響）無氧呼吸隨氧濃度增加而受抑制氧濃度達一定值時，被完全抑制（1）原理：直接影響呼吸速率和呼吸性質。對無氧呼吸有抑制作用（2）曲線：五、影響細胞呼吸的因素A2.O2濃度：A點釋放的CO2最少，消耗的有機物最少，適合水果的儲存。①.中耕松土，可增強根的呼吸作用，有利于礦質元素的吸收。②.在儲存蔬菜、水果、糧食時，為了減少有機物消耗，應控制低氧環(huán)境。（3）應用：（2）曲線：五、影響細胞呼吸的因素3.CO2濃度（1）原理：CO2是細胞呼吸的最終產物，積累過多會

細胞呼吸的進行。CO2濃度抑制（2）應用:①地窖中CO2濃度高，有利于蔬菜水果的儲存。②在水果、蔬菜保鮮中，增加CO2濃度（或充入N2）可抑制細胞呼吸，減少有機物的消耗五、影響細胞呼吸的因素4.含水量：（1）原理：

①水是有氧呼吸的反應物；②自由水越多，細胞代謝越旺盛，細胞呼吸越強。①糧食貯藏：

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