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5.3 細胞呼吸的原理和應用
“細胞呼吸”是指
生物在有氧和無氧條件下是否都能進行細胞呼吸呢？
細胞呼吸？
“呼吸”是指
細胞呼吸的實質是：
是細胞內的有機物氧化分解，并釋放能量。
【注意】呼吸≠呼吸作用
生物體或細胞吸入氧氣和呼出二氧化碳的過程；
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，釋放出能量并產生ATP的過程。p94
問題探討酵母菌細胞富含蛋白質，可以用作飼料添加劑。在培養酵母菌用作飼料添加劑時，要給培養裝置通氣或進行振蕩，以利于酵母菌大量繁殖。在利用酵母菌生產葡萄酒時，卻需要密封發酵。1、都是培養酵母菌，為什么有的需要通氣，有的卻需要密封？2、為什么通氣有利于酵母菌大量繁殖？3、在密封發酵時，酵母菌將有機物轉化為酒精對它自身有什么意義？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物產生酒精。在有氧條件下，酵母菌分解營養物質釋放的能量多，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。密封發酵時，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。PART ONE
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02
實驗原理：酵母菌的生存特點
酵母菌在有氧和無氧條件下都能生存，屬于兼性厭氧菌，因此便于用來研究細胞呼吸的不同方式
探究·實踐：探究酵母菌細胞呼吸的方式
實驗：探究酵母菌細胞呼吸的方式
酵母菌：單細胞真菌，真核生物，有細胞壁，它與人類的生活息息相關。做饅頭、面包、釀酒等，都是利用酵母菌的呼吸作用。酵母菌在有氧和無氧條件下都能生存，屬于兼性厭氧菌。
一、細胞呼吸的方式
科學探究的一般步驟
1.提出問題
2.作出假設
3.設計實驗
4.進行實驗
5.得出結論
6.交流討論
酒精和CO2是酵母菌在什么條件下產生的？
酵母菌在有氧和無氧的條件下產生的CO2是否一樣多？
實驗：探究酵母菌細胞呼吸的方式
無氧
CO2和酒精
產生
CO2
有氧
產生
怎樣檢測二氧化碳和酒精？
CO2的檢測：P91
方案1：通入澄清的石灰水：澄清→混濁
方案2：溴麝香草酚藍水溶液：藍→ 綠→黃
方案3：CO2傳感器
酒精的檢測：
橙色的重鉻酸鉀溶液在酸性下與酒精發生反應：
橙色→灰綠色
石灰水
實驗：探究酵母菌細胞呼吸的方式
（3）設計實驗
變量 處理方法
自變量
有氧條件
是否產生CO2
用澄清石灰水
是否產生酒精
無氧條件
密封
因變量
酸性重鉻酸鉀溶液檢測
通氣
溴麝香草酚藍溶液由藍變綠再變黃
反應物的量、反應時間、pH、溫度、酵母菌的活性
實驗：探究酵母菌細胞呼吸的方式
無關變量：
氣泵
A
B
C
D
E
運用元件
分別搭建
有氧呼吸、
無氧呼吸
的裝置
有氧呼吸裝置：
無氧呼吸裝置：
酵母菌什么條件下產生CO2,什么條件下產生酒精？
設計實驗
實驗：探究酵母菌細胞呼吸的方式
E-C-A-D
B-D
思考：
以上錐形瓶中的溶液在實驗中的作用分別是什么？
將培養液煮沸冷卻后再加入酵母菌的目的是？
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？
煮沸是為了殺死培養液中的雜菌；冷卻是防止高溫殺死酵母菌
可以讓酵母菌消耗完瓶中原有氧氣，創造無氧環境。
除去空氣中的CO2
檢測CO2的產生
（4）進行實驗
實驗：探究酵母菌細胞呼吸的方式
有氧呼吸裝置
無氧呼吸裝置
新鮮的食用酵母菌（10g）+5%葡萄糖溶液（240ml)
【實驗結果】
澄清的石灰水變渾濁程度大/快
有氧呼吸裝置組：
無氧呼吸裝置組：
澄清的石灰水變渾濁程度小/慢
二氧化碳產生情況
結論：有氧條件產生的CO2多
檢測酒精的產生
【實驗結果】
無顏色變化
變成灰綠色
有氧呼吸裝置組：
無氧呼吸裝置組：
結論：有氧條件不產生酒精，無氧條件產生酒精
分析結果，得出結論
組別 條件 CO2檢測 結果 結論 酒精檢測 結果 結論
A組 有氧 由藍變綠再變黃/較快 無明顯顏色變化
B組 無氧 由藍變綠再變黃/較慢 橙色變灰綠色 有氧條件產生的CO2多
有氧條件不產生酒精，
無氧條件產生酒精
對比實驗
組別 條件 溴麝香草酚藍水溶液 加入酸性重鉻酸鉀溶液
A組 有氧
B組 無氧
由藍變綠再變黃/較快
無明顯顏色變化
由藍變綠再變黃/較慢
橙色變灰綠色
記錄結果
細胞呼吸的方式
有氧呼吸
無氧呼吸
（5）分析結果，得出結論
酵母菌在有氧和無氧條件下均能進行細胞呼吸。在有氧條件下，通過細胞呼吸產生大量的CO2和水；在無氧條件下通過細胞呼吸產生酒精，還產生少量的CO2。
實驗：探究酵母菌細胞呼吸的方式
實驗設計—注意事項
①葡萄糖也能與酸性重鉻酸鉀反應發生顏色變化，所以應將酵母菌的培養時間適當_____以_____________________；
延長
耗盡溶液中的葡萄糖
實驗：探究酵母菌細胞呼吸的方式
②為什么只檢測CO2并不能確定酵母菌的呼吸方式？
有氧和無氧條件下均可產生CO2
③如何確定酵母菌通過細胞呼吸產生的CO2量的多少？
根據石灰水變渾濁的程度或溴麝香草酚藍水溶液變成黃色的時間長短。
對比實驗
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。
概念
舉例
在“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗中，需要設置有氧和無氧兩種條件來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。
本實驗的兩組都是實驗組，相互對照，為對比實驗。
第二課時
以葡萄糖為例，有氧呼吸過程總共分為幾個階段？
每個階段的反應過程是怎樣的？發生場所在哪里？能量的產生情況如何？
CO2在哪個階段產生？
O2在哪個階段被消耗？
分析產物CO2中“O”的來源，以及反應物O2中“O”的去向。
二、有氧呼吸
二、有氧呼吸
外膜
內膜
DNA/RNA
核糖體
嵴
增大膜面積
分布有氧呼吸的酶
1、主要場所：線粒體
基質
分布有氧呼吸的酶
二、有氧呼吸
（1）第一階段：
C6H12O6
2丙酮酸
酶
4[H]
能
ATP
熱
線粒體
細胞質基質
①
葡萄糖的初步分解
C6H12O6
酶
+4[H] +能量
場所：細胞質基質
2C3H4O3
（少量）
NAD+ NADH
NAD+ NADH
二、有氧呼吸
（2）第二階段：
線粒體
6CO2
能
ATP
熱
20[H]
②
丙酮酸徹底分解
酶
6CO2 +20[H]+ 能量
場所：線粒體基質
2C3H4O3
+6H2O
（少量）
C6H12O6
2丙酮酸
酶
4[H]
能
ATP
熱
細胞質基質
①
酶
6H2O
二、有氧呼吸
（3）第三階段：
12H2O
6O2
酶
能
ATP
熱
細胞質基質
③
[H]的氧化
酶
12H2O + 能量
場所：線粒體內膜
24[H] + 6O2
（大量）
線粒體
6CO2
能
ATP
熱
20[H]
②
C6H12O6
2丙酮酸
酶
4[H]
能
ATP
熱
①
酶
6H2O
酶
C6H12O6
＋
6H2O
＋ 6O2
6CO2
＋12H2O
＋ 能量
有氧呼吸過程小結
1、有氧呼吸中哪一種物質既是反應物又是生成物？
2、有氧呼吸中吸收的O2量和釋放的CO2量有什么特點？
※分析元素的去向來源（重點氧元素）
C6H12O6
酶
+4[H] + 能量
場所：細胞質基質
酶
6CO2 +20[H] + 能量
場所：線粒體基質
酶
12H2O + 能量
場所：線粒體內膜
24[H] + 6O2
+6H2O
（大量）
（少量）
（少量）
2丙酮酸
2丙酮酸
有氧呼吸過程小結
（1）條件：需要 參與
(2)物質變化:______ 等有機物 徹底氧化分解為 _______和 ___。
(3)能量轉化:有機物中穩定的化學能→熱能 + _____中活躍的化學能。
二、有氧呼吸
細胞在 的參與下，通過多種 的催化作用，把葡萄糖等有機物徹底氧化分解，產生 ，同時釋放能量，生成 的過程，叫做有氧呼吸。
O2
CO2和水
大量ATP
3、有氧呼吸的概念：
（1）條件：需要氧氣參與
（2）物質變化:葡萄糖 等有機物徹底氧化分解為CO2和水。
（3）能量轉化:有機物中穩定的化學能→熱能 + ATP中活躍的化學能。
酶
原核生物可以
與有氧呼吸相關的酶、通氧氣。
1.沒有線粒體可以進行有氧呼吸嗎？
2.進行有氧呼吸需要什么條件？
思考：
3、有氧呼吸過程中進入線粒體的物質有？
丙酮酸、H2O、【H】、氧氣
強調：葡萄糖不能進入線粒體
(1)葡萄糖不能進入線粒體，需要在細胞質基質中分解為丙酮酸和[H]后，丙酮酸才能在線粒體中進一步分解。
(2)真核細胞中哺乳動物成熟的紅細胞、蛔蟲無線粒體，只能進行無氧呼吸。 線粒體不是進行有氧呼吸必需的結構，如藍細菌(原核生物)無線粒體，但能進行有氧呼吸。
(3)葡萄糖是有氧呼吸最常利用的物質，但不是唯一的物質
特別提醒
(1)產生CO2的階段＿＿＿＿＿＿＿＿
(2)產生H2O的階段＿＿＿＿＿＿＿＿
(3)氧氣參與的階段＿＿＿＿＿＿＿＿
(4)產生ATP的階段 ＿＿＿＿＿＿＿＿
(5)產生ATP最多的階段＿＿＿＿＿＿
(6)產生[H]的階段＿＿＿＿＿
(7)消耗[H]的階段_______
思考總結有氧呼吸：
第二階段
第三階段
第三階段
三個階段
第三階段
第一、二階段
第三階段
思考·討論1
1mol葡萄糖徹底氧化分解可以釋放出2870 kJ能量，可以使977.28kJ左右的能量儲存在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？
其余1892.72kJ主要以熱能的形式散失掉。
1mol葡萄
糖釋放能量
2870kJ
有977.28kJ轉移至ATP能量效率高達34％，使32molADP轉化為ATP。
葡萄糖的燃燒
思考·討論2
保證有機物中的能量得到最充分的利用，主要表現在兩個方面：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。

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