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1、 夯实必备知识5.3 细胞呼吸的原理和应用第五章 细胞的能量供应和利用本节聚焦1.细胞呼吸过程中能量是怎样转化的？细胞呼吸过程中能量是怎样转化的？2.有氧呼吸与无氧呼吸各有什么特点？有氧呼吸与无氧呼吸各有什么特点？3.细胞呼吸原理在生产和生活中有哪些应用？细胞呼吸原理在生产和生活中有哪些应用？新课引入呼吸作用的实质是：细胞内的有机物氧化分解，并释放能量，因此也叫细胞呼吸。通常酵母和面，放置一段时间后就会成为发面，发面可以用来做包子馒头等。(1)发面中的“窟窿”是怎么产生的？(2)发面团里头经常是热乎乎的，这说明了什么？(3)酵母菌还可以用来酿酒，说明酵母细胞能产生什么物质？(4)酿米酒时为什么
2、要密封？发面过程中产生了气体。该过程中有能量的转化。酵母菌能产生酒精。给酵母菌提供无氧的环境。夯实必备知识一、细胞呼吸的方式酵母菌：酵母菌：单细胞真菌，真核生物，有细胞壁，在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。1 1.实验原理：实验原理：【探究实践】探究酵母菌细胞呼吸的方式生活现象：酵母菌能使葡萄糖发酵产生酒精；酵母菌的细胞呼吸会产生CO2。提出问题：（1）酵母菌发酵产生酒精是在有氧还是在无氧条件下进行的呢？（2）酵母菌的细胞呼吸会产生CO2，在不同条件下产生的CO2是否一样多？你还能提出哪些问题？夯实必备知识确定实验思路自变量：无关变量：有哪些因素可能干扰到实验结果？(1)该实验的自变
3、量是什么？(2)怎样控制有氧和无氧的条件？因变量：其他条件：怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？(1)怎样鉴定有无酒精产生？(2)怎样鉴定有无CO2产生？怎样比较CO2产生的多少？无关变量遵循相同且适宜的原则温度、酵母菌活性、酵母菌培养液pH等。作出假设：作出假设：酵母菌可以进行有氧呼吸和无氧呼吸。夯实必备知识2 2.材料用具：材料用具：n实验生物：实验生物：新鲜的食用酵母菌n实验器材：实验器材：天平、药匙、吸管、气泵、量筒、锥形瓶、试管、试管架、烧杯、玻璃导管繁殖快，细胞代谢旺盛，实验效果明显n实验药品：实验药品：5%的葡萄糖溶液、10%的NaOH溶液 检验CO2：澄清的石灰水、溴麝香
4、草酚蓝溶液 检验酒精：酸性重铬酸钾溶液 夯实必备知识3 3.配制酵母菌培养液：配制酵母菌培养液：取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A(500mL)和B(500mL)中。分别向瓶中注入240mL质量分数为5的葡萄糖溶液。4.4.组装装置组装装置:葡萄糖溶液先加热煮沸、冷却后再加入。加热目的：杀菌、除去溶解的氧气 冷却目的：防止高温杀死酵母菌。B B酵母菌培养液澄清石灰水接橡皮球接橡皮球(或气泵或气泵)A A酵母菌培养液澄清石灰水10%NaOH B瓶先反应一段时间，然后再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶。为什么？消耗完B瓶中的O2，确保酵母菌在无氧条件下进行呼吸。夯实必备知识5.5.实
5、验过程：实验过程：将两组装置放到2530地环境中培养810h。保证有充足的O2，提供有氧环境。除去空气中原有的CO2，防止空气中的CO2对实验结果造成干扰。该温度时酵母菌中的酶活性较高，生命活动旺盛，细胞呼吸较强。夯实必备知识6.6.实验现象：实验现象：条条件件检测检测CO2澄清石灰水澄清石灰水溴麝香草酚蓝溶液溴麝香草酚蓝溶液有有氧氧无无氧氧变混浊快，且程度大变混浊慢，且程度小由蓝变绿再变黄时间短由蓝变绿再变黄时间长溴麝香草酚蓝溶液溴麝香草酚蓝溶液 夯实必备知识条件条件检测酒精检测酒精重铬酸钾重铬酸钾-浓硫酸溶液浓硫酸溶液有氧有氧无氧无氧从A、B中各取2mL酵母菌培养液的滤液，分别注入1、2号
6、试管中；分别滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液，振荡并观察溶液的颜色变化。葡萄糖也能与酸性重铬酸钾发生颜色反应，因此，应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。不变（仍为橙色）橙色变为灰绿色 夯实必备知识7.7.实验结论：实验结论：条件条件检测检测CO2检测酒精检测酒精澄清石灰水澄清石灰水溴麝香草酚蓝溶液溴麝香草酚蓝溶液重铬酸钾重铬酸钾-浓硫酸溶液浓硫酸溶液有氧有氧无氧无氧酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸；在有氧条件下，通过细胞呼吸产生水和大量的CO2；在无氧条件下通过细胞呼吸产生酒精和少量的CO2。夯实必备知识n设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来
7、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。n对比实验是科学探究中常用的方法之一。对比实验对比实验将B瓶先反应一段时间，然后再连接盛有澄清石灰水的锥形瓶。科学家根据大量的实验结果得出结论：细胞呼吸分为有氧呼吸有氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸 夯实必备知识二、有氧呼吸1.1.场所场所：细胞质基质；线粒体（主要）内膜和线粒体基质中含有多种酶有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖，但不唯一但不唯一（脂肪脂肪、蛋白质）。、蛋白质）。利用葡萄糖进行有氧呼吸的化学反应式可以简写为：C6H12O6+6 H2O+6 O2 6 CO2+12 H2O+能量酶2.2.呼吸底物呼吸底物：热能（散失）热能（
8、散失）合成合成ATPATP 夯实必备知识3.3.有氧呼吸的三个阶段有氧呼吸的三个阶段：C6H12O6 2C3H4O3+4H+少量能量少量能量酶酶第第1阶段：阶段：场所：细胞质基质场所：细胞质基质2C3H4O3 +6H2O 6CO2+20H+少量能量少量能量酶酶第第2阶段：阶段：场所：线粒体基质场所：线粒体基质24H+6O2 12H2O+大量能量大量能量酶酶第第3阶段：阶段：场所：线粒体内膜场所：线粒体内膜易错提醒：易错提醒：在细胞呼吸中氧化型的辅酶(NAD+)，转化成还原型辅酶(NADH)，就是此处的H。氧气不是第二阶段的反应物，但若没有氧气，丙酮酸不能进入线粒体。夯实必备知识4.4.有氧呼吸
9、过程示意图有氧呼吸过程示意图H HO O2 2H H2 2O OH HCOCO2 2少量少量能量能量丙酮酸丙酮酸H H2 2O O大量大量能量能量少量少量能量能量丙酮酸丙酮酸HH与与O O2 2结合结合NADNAD+NADH NADH线粒体基质线粒体基质线粒体内膜线粒体内膜思考思考讨论讨论（1）三个阶段所需要的酶相同吗？水的生成与消耗分别在哪个阶段？哪个阶段产生的H 最多？H在什么场所被利用？（3）用18O（无放射性）标记O2，18O最早会在哪些物质中？若时间够长，还有哪些物质中会出现18O？（2）分析反应中C、H、O原子的转移路径，并在反应式中标出氧元素的转移途径。酶酶C6H12O6+6 H
10、2O+6 O2 6 CO2+12 H2O+能量能量（4）依据教材93思考讨论第1题，计算有氧呼吸的能量转化效率？思考思考讨论讨论不同点：不同点：燃烧：将有机物中能量迅速释放，能量全部转化为光能和热能。有氧呼吸：有机物中的能量缓慢有序释放出来；（5）葡萄糖在体外能够燃烧，与有氧呼吸相比有什么异同？有氧呼吸逐级释放能量，对于的意义？使有机物中的能量逐步转移到ATP中，保证能量得到充分的利用，有利于维持细胞的相对稳定状态。葡萄糖的燃烧葡萄糖的燃烧相同点：相同点：二者都释放能量，产物主要都是水和二氧化碳。夯实必备知识5.5.有氧呼吸的定义有氧呼吸的定义细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等
11、有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。思考1：原核生物无线粒体，能否进行有氧呼吸？思考2：脂肪作为有氧呼吸的底物时，反应过程有何特点？脂肪作为底物时，因C、H比例比较高，单位质量的耗氧量多，放能多、产水多。需氧型原核生物的有氧呼吸场所在细胞质基质和细胞膜上。夯实必备知识 夯实必备知识三、无氧呼吸两个阶段都在细胞质基质1.1.场所：场所：2.2.过程：过程：4H4H2C2C2 2H H5 5OH(OH(酒精）酒精）+2CO+2CO2 2酶酶2C2C3 3H H6 6O O3 3（乳酸）（乳酸）少量能量2 2丙酮酸丙酮酸酶C C6 6H H1212O O6 6C6H
12、12O6酶酶2C3H6O3(乳酸乳酸)+)+少量能量少量能量C6H12O6酶酶2C2H5OH(酒精酒精)+)+2CO2 少量能量少量能量3.3.反应式：反应式：动物动物、蛔虫蛔虫、乳酸菌乳酸菌；马铃薯块茎、甜菜块根、马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚玉米胚。植物、酵母菌植物、酵母菌微生物的无氧呼吸也叫发酵。热能（散失）热能（散失）合成合成ATPATP热能（散失）热能（散失）合成合成ATPATP 夯实必备知识4.4.定义：定义：细胞在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物不彻底地氧化分解，释放少量能量的过程。思考3：哪种无氧呼吸会产生气体？场所在？无氧呼吸两个阶段都产能吗？思考4：1 mol葡萄糖分解成
13、乳酸时，放出196.65 kJ的能量，61.08 kJ的能量储存在ATP中，其余以热能形式散失。1 mol葡萄糖通过乳酸发酵可形成多少mol的ATP？能量转换效率是多少？为什么无氧呼吸释放的能量比有氧呼吸少？无氧呼吸是有机物不彻底无氧呼吸是有机物不彻底的氧化分解，的氧化分解，未释放的能未释放的能量储存在量储存在酒精酒精或或乳酸乳酸中。中。思考思考讨论讨论1）骨骼肌中的糖原是 ，骨骼肌细胞无氧呼吸的产物是 ，它的积累会导致肌肉酸胀乏力，过段时间酸痛感会消失，原因是什么？肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，乳酸能在肝脏中再次转化为葡萄糖。2）利用酵母菌生产葡萄酒时,酒精含量不会一直增加,当达到12%16%时
14、,发酵就停止了,为什么？酵母菌无氧呼吸产生了酒精，酒精的积累会杀死酵母菌细胞，使发酵停止。3）无氧呼吸对细胞的生命活动有没有积极意义？当氧气供应不足或机体对能量需求非常大时，无氧呼吸可产生少量的能量供生命活动利用，保证机体正常生命活动的进行。夯实必备知识细胞呼吸细胞呼吸定义定义意义意义 细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。所有的生物生存，都离不开细胞呼吸释放的能量。为生物体提供能量。是生物体代谢枢纽。蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来。归纳总结真核生物有氧呼吸和无氧呼吸的比较真核生物有氧呼吸和无氧呼吸的比较呼
15、吸方式呼吸方式有氧呼吸有氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸场所场所条件条件分解产物分解产物能量能量ATP产生阶段产生阶段相同点相同点归纳总结真核生物有氧呼吸和无氧呼吸的比较真核生物有氧呼吸和无氧呼吸的比较呼吸方式呼吸方式有氧呼吸有氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸场所场所细胞质基质、线粒体细胞质基质条件条件氧气、多种酶无氧、多种酶分解产物分解产物葡萄糖彻底氧化分解为CO2和H20（无机物）葡萄糖的不彻底氧化分解，形成乳酸 或 酒精、CO2能量能量释放大量能量释放少量能量，大部分能量储存在乳酸或酒精中ATP产生阶段产生阶段三个阶段均产生ATP仅在第一阶段产生ATP相同点相同点 第一阶段完全相同。实质相同：都是氧化分解有
16、机物，释放能量。教材隐性知识（1）不同生物无氧呼吸产物不同，甚至同一生物不同组织细胞无氧呼吸的产物都有所不同，你认为原因是什么？细胞中的酶不同。（3）现在地球上绝大多数生物的呼吸方式是有氧呼吸，为什么？有氧呼吸释放能量的效率比无氧呼吸高得多，所以有氧呼吸得到较大发展，成为主要方式。（2）真核生物的有氧呼吸一定与 （填细胞器名称）有关，哺乳动物成熟的红细胞进行 呼吸，原因是 。人体细胞呼吸作用产生CO2的场所是 。酵母菌细胞呼吸作用产生CO2的场所是 。夯实必备知识问题探讨：问题探讨：在培养酵母菌用作饲料添加剂时，要给培养装置通气或进行振荡，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。(1)都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？(2)为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？(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？四、细胞呼吸原理的应用 夯实必备知识密封有酒味密封有酒味水淹烂根水淹烂根稻田定期排水稻田定期排水利用乳酸菌制作酸奶利用乳酸菌制作酸奶中耕松土中耕松土生产青霉素、味精、食醋等生产青霉素、味精、食醋等 夯实必备知识花盆中需及时松土透气
