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細胞呼吸的原理和應用
2022
新人教版 · 高中生物必修一 · 第五章 第三節
直接能源物質
主要能源物質
主要儲能物質
動物細胞內重要儲能物質
植物細胞內重要儲能物質
最終能量來源
ATP
糖類
脂肪
糖原
淀粉
太陽能
動物細胞：呼吸作用
植物細胞：呼吸作用、光合作用
ATP合成途徑有哪些？
呼吸作用是ATP的主要來源
呼吸作用：指細胞內有機物的氧化分解，并釋放出能量的過程。
呼吸：機體與環境之間O2和CO2交換的過程。
呼吸作用：也稱細胞呼吸
思考：細胞呼吸是否都需要氧氣？生物在有氧和無氧條件下是否都能進行呼吸作用？
酵母菌：單細胞真菌（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
1.實驗材料：酵母菌
一、探究酵母菌細胞呼吸的方式
探究一：酵母菌在什么條件產生的CO2 （有氧？無氧？）
哪種條件下產生的多？
作出假設
提出問題
設計實驗
CO2
有氧
產生
無氧
CO2
產生
一、探究酵母菌細胞呼吸的方式
探究二：酵母菌在什么條件產生的酒精（有氧？無氧？）
無氧
酒精
產生
一、探究酵母菌細胞呼吸的方式
（1）怎么控制有氧和無氧的環境？
（2）用什么檢測CO2和酒精？
（3）怎樣保證酵母菌在整個實驗過程中能正常生活？
有氧 通氧氣
無氧 隔絕空氣
CO2：澄清的石灰水或溴麝香草酚藍溶液(藍 綠 黃)
酒精：重鉻酸鉀(橙色 灰綠色)
酸性
為酵母菌提供5％葡萄糖培養液。
設計實驗
進行實驗
探究一：
根據澄清石灰水渾濁程度或溴麝香草酚藍水溶液變成黃色的時間長短，可以檢測酵母菌培養液中CO2的產生情況。
A裝置中使用氣泵的目的是什么？
A裝置中質量分數為10%的NaOH溶液的作用是什么？
B裝置中，為什么要將B瓶封口放置一段時間后再連通裝有澄清石灰水的錐形瓶？
通氣，設置有氧環境
排除空氣中的CO2對實驗結果的干擾，確保產物CO2都由酵母菌產生
將B瓶中的氧氣消耗掉，確保產物CO2都來自于酵母菌無氧呼吸產生
分析結果、得出結論
結論：酵母菌在有氧和無氧條件下均能進行細胞呼吸，均能產生二氧化碳。
在有氧的條件下，酵母菌產生的二氧化碳多于在無氧的條件下產生的二氧化碳。
改進裝置
在有氧呼吸裝置中添加裝有澄清石灰水的錐形瓶，以檢測進入酵母菌培養液中的氣體有沒有CO2。
在無氧呼吸裝置的酵母菌培養液的表層滴加適量的植物油，可以完全隔絕O2以保證絕對的無氧呼吸。
怎樣鑒定有無酒精產生？
橙色的重鉻酸鉀溶液，在酸性條件下與酒精發生化學反應，變成灰綠色。
【小科普】酒駕檢測：讓司機對檢測儀進行吹氣，吹出的氣體直接接觸到用硫酸處理過的重鉻酸鉀，如果吹出的氣體中含有酒精，重鉻酸鉀會變成灰綠色的硫酸鉻。
（1）取2支試管編號A,B
（2）各取上個實驗中，A（有氧）、B（無氧）錐形瓶酵母菌培養液的濾液2毫升，注入試管
（3）分別滴加0.5毫升酸性重鉻酸鉀溶液，輕輕震蕩、混勻
進行實驗
探究二：
加入濃硫酸
結論：
酵母菌只有在無氧條件下才能產生酒精。
分析結果、得出結論
實驗推論：
有氧呼吸：
C6H1206＋O2 CO2+H2O+能量
酶
無氧呼吸：
C6H1206 CO2+C2H50H+能量
酶
酵母菌在有氧和無氧條件下都能進行細胞呼吸
有氧呼吸消耗O2產生CO2
無氧呼吸不消耗O2產生CO2
設置兩個或兩個以上的實驗組，通過對結果的比較分析，來探究某種因素與實驗對象的關系，這樣的實驗叫做對比實驗。
對比實驗
1.酵母菌
作飼料添加劑：
一直通氣→為酵母菌提供O2→大量繁殖
釀酒：
先通氣→大量繁殖，再密封→酒精
2.在有氧條件下，酵母菌通過呼吸作用分解營養物質釋放的能量多。
單細胞真菌
屬于兼性厭氧菌
有氧和無氧的條件下都能生存
線粒體基質
線粒體內膜
內膜向內折疊形成嵴
1、線粒體如何擴大膜面積？
2、酶主要分布在哪里？
3、DNA主要分布在哪里？
線粒體基質
一、細胞呼吸的方式
有氧呼吸
無氧呼吸
線粒體
主要場所：
外膜
嵴(內膜)
DNA
基質
有氧呼吸的過程
H2O
大量
能量
少量
能量
少量
能量
CO2
［H］
O2
［H］
丙酮酸
H2O
丙酮酸
葡萄糖
[H]與O2
結合
NAD+ NADH
細胞質基質
線粒體基質
線粒體內膜
一、有氧細胞呼吸的過程示意圖
有氧呼吸的三個階段
場所：細胞質基質
第一階段：葡萄糖的初步分解
場所：線粒體基質
酶
6CO2 +20 [H] +少量能量
2C3H4O3+6H2O
C6H12O6
酶
2C3H4O3 +4 [H] + 少量能量
（丙酮酸）
場所：線粒體內膜
酶
12H2O +大量能量
24[H] + 6O2
第二階段：丙酮酸徹底分解
第三階段：[H]的氧化
有氧呼吸 場 所 反應物 產 物 釋能
第一階段
第二階段
第三階段
細胞質基質
主要是
葡萄糖
丙酮酸
[H]
少量
丙酮酸
H2O
CO2、[H]
少量
[H]、O2
H2O
大量
線粒體
基質
線粒體
內膜
有氧呼吸的三個階段
有氧呼吸
過程圖解
線粒體
細胞質基質
C6H12O6
酶
少量能量
4[H]
2丙酮酸(C3H4O3)
第一階段
細胞質基質
酶
6 H2O
6CO2
少量能量
20[H]
6O2
大量能量
酶
12H2O
第二階段
線粒體基質
第三階段
線粒體內膜
1. 用含18O的葡萄糖進行有氧呼吸，最終出現含18O
的物質是？
A. 丙酮酸 B. CO2
C. H2O D. H2O和CO2
2.白鼠吸入18O2，體內最先出現含18O的物質是？
A.CO2 B.水 C.丙酮酸 D.乳酸
18O2：C6H1218O6→丙酮酸→C18O2
拓展：白鼠吸入放射性18O2，它呼
出的CO2中可能含有18O嗎？
18O2→H218O→C18O2
18O2
H218O
H218O
C18O2
探究元素動向的方法：同位素標記法
有氧呼吸過程中氧元素的去向：
有氧呼吸的能量利用特點：
1mol
葡萄糖
徹底氧化分解釋放能量
ATP
ADP
Pi
977.28kJ
其余的能量
熱能
散失
2870kJ
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？
大約34%
32molADP轉化為ATP
思考·討論
有氧呼吸與體外燃燒的比較：
【思考·討論】
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？
比較項目 作用條件 能量釋放 能量去向
有氧呼吸 溫和 逐步釋放 部分儲存在ATP中
體外燃燒 點燃 一下子釋放 全部熱能散失
葡萄糖的燃燒
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？
可以使有機物中的能量逐步地轉移到ATP中；
能量緩慢有序地釋放，有利于維持細胞的相對穩定狀態。
思考·討論
①主要場所：
線粒體
②能量去向：
有氧呼吸釋放的能量大部分以熱能形式散失，少部分能量存儲在ATP中
③總反應式：
④有氧呼吸概念：
細胞在____的參與下，通過_______的催化作用，把_______等有機物_______________，產生_____和_____，釋放______,生成_________的過程。
　 　C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+ 12H2O +能量
酶
氧
多種酶
葡萄糖
CO2
H2O
能量
徹底氧化分解
大量ATP
有氧呼吸小結
你是否有過同樣的感受？
劇烈運動后
腿部酸痛
這種劇烈運動后的肌肉酸痛是由什么引起的？
◆ 與有氧呼吸第一階段相同
第一階段：葡萄糖的初步分解
C6H12O6
酶
+4[H] + 少量能量
無氧呼吸的過程
反應場所
物質變化
能量變化
生成少量能量（2ATP）
細胞質基質
2C3H4O3
第二階段：丙酮酸不徹底分解（以乳酸為產物）
2C3H4O3
酶
+4[H]
無能量產生，能量儲存在乳酸中
細胞質基質
2C3H6O3
（乳酸）
無氧呼吸的過程
反應場所
物質變化
能量變化
總反應式：
C6H12O6 2C3H6O3 +少量能量
酶
第二階段：丙酮酸不徹底分解（以酒精為產物）
2C3H4O3
酶
+4[H]
無能量產生，能量儲存在酒精中
細胞質基質
2C2H5OH+2CO2
(酒精)
無氧呼吸的過程
反應場所
物質變化
能量變化
總反應式：
C6H12O6 2C2H5OH +2CO2+少量能量
酶
C6H12O6酶少量能量4[H]2丙酮酸(C3H4O3)第一階段細胞質基質酶酶2酒精+2CO2(C3H6O3)2乳酸第二階段細胞質基質(C2H5OH)兩種無氧呼吸的異同細胞質基質線粒體無氧呼吸的場所（個體水平）
高等動物骨骼肌、乳酸菌、高等植物的某些器官（馬鈴薯塊莖根等）
大多數植物（如蘋果果實）、酵母菌
◆微生物的無氧呼吸特稱為發酵，產生酒精的稱酒精發酵，產生乳酸的稱乳酸發酵。
C6H12O6 2C3H6O3 +少量能量
酶
C6H12O6 2C2H5OH +2CO2+少量能量
酶
為什么無氧呼吸的產物有的是酒精，有的是乳酸？
酶的專一性
有氧呼吸
細胞在氧的參與下，通過多種酶的催化作用，將葡萄糖等有機物徹底氧化分解，產生二氧化碳和水，釋放大量能量，生成大量ATP的過程。
01
02
細胞在缺氧的條件下，通過多種酶的催化作用，將葡萄糖等有機物不徹底氧化分解，產生乳酸或二氧化碳和酒精，釋放少量能量的過程。
無氧呼吸
有氧呼吸與無氧呼吸的概念比較
細胞呼吸是指有機物在細胞內經過一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他產物，釋放能量并生成ATP的過程。
細胞呼吸：指有機物在細胞內經過一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他產物，釋放出能量并生成ATP的過程。
場所：細胞內
實質：有機物氧化分解→主要是葡萄糖氧化分解
條件：有氧、無氧
產物：CO2或其他產物，釋放能量
合成ATP
以熱能形式散失（維持體溫）
項目 有氧呼吸 無氧呼吸
不同點 條件
場所
產物
能量
相同點 過程 本質 意義 氧氣、酶、適宜的溫度
酶、適宜的溫度
細胞質基質、線粒體
細胞質基質
CO2、H2O
CO2和酒精 / 乳酸
釋放大量能量
（徹底氧化分解）
釋放少量能量，大部分能量儲存在乳酸或酒精中
（不徹底氧化分解）
第一階段完全相同
有氧呼吸與無氧呼吸的比較
分解有機物，釋放能量，合成ATP
為生物體各項生命活動提供能量
課堂檢測
（4）哪些過程能產生二氧化碳？
（3）酵母菌細胞中可以進行哪些過程？
（2）動物細胞中可以進行哪些過程？
（1）①②③④過程進行的場所分別是哪里？
（5）哪些階段可以釋放能量，產生ATP？
1.思考：
2.下圖是細胞代謝過程中某些物質的變化過程示意圖，下列敘述正確的是(　　)
A.在乳酸菌細胞中，能進行過程①②④
B.過程①④都需要O2的參與才能正常進行
C.真核細胞中催化過程①②③酶均位于細胞質基質中
D.植物細胞中均不會發生②
C
判斷酵母菌呼吸方式：
只有有氧呼吸
有氧呼吸和無氧呼吸
只有無氧呼吸
a：只有CO2釋放→
b：吸收O2＜釋放CO2→
c：吸收O2=釋放CO2→
歸納提升：判定細胞呼吸方式的三大依據
細胞呼吸的意義
為生命活動提供能量
細胞呼吸
能
量
熱能
散失
能量
轉移
ATP
ADP
Pi
Pi
能
量
細胞分裂
生長發育
主動運輸
肌肉收縮
大腦思考……
C6H12O6
CO2＋H2O
吸能反應
影響呼吸作用的因素有哪些？
　 　C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+ 12H2O +能量
酶
溫度
水
O2濃度
CO2濃度
影響呼吸作用的因素
溫度
作用機理：影響酶活性而影響呼吸速率
溫度
呼吸速率
應用：貯存水果時，適當降低溫度
在農業上，夜晚適當降低溫度，可以減
少呼吸作用對有機物的消耗。
水
作用機理：細胞自由水水含量高，代謝增強。
應用：稻谷等種子在貯藏前要晾曬，甚至風干，減少水分，降低呼吸消耗。
O2濃度
作用機理：O2是有氧呼吸必須的，對無氧呼吸有抑制作用
無氧呼吸速率
O2
有氧呼吸速率
O2
CO2的生成速率
CO2的生成速率
O2=0，
O2>0，
O2濃度↑，有氧呼吸速率逐漸增高；
在一定O2濃度下達到最大值
進行無氧呼吸；
無氧呼吸逐漸受到抑制。
CO2濃度
作用機理：CO2是細胞呼吸的產物，積累過多會抑制細胞呼吸。
CO2濃度
呼吸速率
應用：適當增加CO2濃度，抑制細胞呼吸，有利于水果和蔬菜的保鮮。
五、影響呼吸作用的因素
O2濃度
作用機理：O2是有氧呼吸必須的，對無氧呼吸有抑制作用
總呼吸速率
O2
無氧
呼吸
+
有氧
呼吸
B點。低氧氣濃度下儲藏
A
B
C
哪個氧氣濃度下儲藏糧食最好？
只進行無氧呼吸
同時進行有氧呼吸和無氧呼吸
只進行有氧呼吸
A點呼吸方式：
AB段呼吸方式：
C點呼吸方式：
O2濃度為0-10%時，同時進行有氧呼吸和無氧呼吸。
教材 P96 一 2
C
呼吸作用的應用
為什么包扎傷口要選用透氣消毒紗布或創可貼？
為什么利用酵母菌釀酒要先通入一定量的無菌空氣，再密封？
為什么要給作物及時松土？為什么水稻要定期排水？
為什么儲藏水果糧食要降低溫度和氧氣含量等措施延長保質期？
為什么皮膚傷口較深要到醫院及時注射破傷風抗毒血清？
為什么提倡慢跑？
閱讀P95的6個資料，說說細胞呼吸原理在生活生產中有哪些應用？
細胞呼吸原理的應用（P95）
病菌多是厭氧生物
O2對其生命有抑制作用
酸奶
酒
乳酸桿菌
(兼性厭氧)
酵母菌
(厭氧)
抑制根無氧呼吸
(酒精有毒害)
抑制病菌無氧呼吸
先通氧，再密封
促進根有氧呼吸
有利于主動運輸
吸收_____________
礦質離子
細胞呼吸原理的應用（P95）
破傷風桿菌
（厭氧）
促進有氧呼吸(減少乳酸產生)
種子、糧食
蔬菜、水果
低溫、低氧、干燥
低溫、低氧、一定濕度
注射破傷風抗毒血清（抗體）
1.與有氧呼吸相比，無氧呼吸最主要的特點是
Ａ.分解有機物
Ｂ.釋放能量
Ｃ.需要酶催化
Ｄ.有機物分解不徹底
2.新鮮蔬菜放在冰箱的冷藏室中，適當延長保鮮時間的生理原因是
A.呼吸作用減弱
B.呼吸作用加強
C.光合作用減弱
D.促進了物質的分解
D
A
3.種在湖邊的玉米，長期被水淹，生長不好，其原因是
A.根細胞吸收水分過多
B.營養缺乏
C.光合作用強度不夠
D.細胞有氧呼吸受阻
D
4.馬鈴薯儲存不當會出現酸味，這種現象與馬鈴薯塊莖細胞的無氧呼吸有關。下列說法正確的是
A.馬鈴薯塊莖細胞無氧呼吸的產物是乳酸和葡萄糖
B.馬鈴薯塊莖細胞無氧呼吸產生的乳酸是由丙酮酸轉化而來
C.馬鈴薯塊莖細胞無氧呼吸產生丙酮酸的過程不能生產ATP
D.馬鈴薯塊莖儲藏庫中氧氣濃度的升高會增加酸味的產生
B

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