5.3细胞呼吸原理和应用 ppt课件-2023新人教版(2019)《高中生物》必修第一册.pptx
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1、第3节 细胞呼吸的原理和应用学习目标学习目标1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?3细胞呼吸原理在生产和生活中有哪些应用?光光合合作作用用呼呼吸吸作作用用呼呼吸吸作作用用人、动物、人、动物、真菌、真菌、多数多数细菌等细菌等绿绿 色色 植植 物物能量能量ADP+Pi+ATP 酶酶ATP合成:合成:2023-5-31问题探讨问题探讨 酵母菌细胞富含蛋白质,可以用作饲料添加剂。酵母菌细胞富含蛋白质,可以用作饲料添加剂。在培养酵母菌用作饲料添加剂时,要给培养装置通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。在利用酵气或进行振荡,以利于酵
2、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。母菌生产葡萄酒时,却需要密封发酵。1 1、都是培养酵母菌,为什么有的需要通气,有的却需要密封?、都是培养酵母菌,为什么有的需要通气,有的却需要密封?2 2、为什么通气有利于酵母菌大量繁殖?、为什么通气有利于酵母菌大量繁殖?3 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?、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?通气可以给酵母菌提供呼吸需要的氧气,利于酵母菌进行旺通气可以给酵母菌提供呼吸需要的氧气,利于酵母菌进行旺盛的细胞分裂;密封则是避免空气进入,便于酵母菌在无氧盛的细胞分裂;密封则是避免空气进入,便于
3、酵母菌在无氧条件下分解有机物产生酒精。条件下分解有机物产生酒精。在有氧条件下,酵母菌分解营养物质释放的能量多,这些能量在有氧条件下,酵母菌分解营养物质释放的能量多,这些能量可以为酵母菌细胞进行物质代谢和细胞分裂提供充足的动力。可以为酵母菌细胞进行物质代谢和细胞分裂提供充足的动力。密封发酵时,酵母菌将有机物转化为酒精的同时,能为自己的生密封发酵时,酵母菌将有机物转化为酒精的同时,能为自己的生命活动提供少量能量。命活动提供少量能量。新冠肺炎跟呼吸有关呼吸作用的实质是细胞内的有机物氧化分解,并释放能量。呼吸作用也叫细胞呼吸呼吸作用也叫细胞呼吸呼吸呼吸细胞呼吸细胞呼吸 呼吸呼吸:机体与环境之间:机体与
4、环境之间的的O O2 2与与COCO2 2交换的过程。交换的过程。细胞呼吸的方式 细胞呼吸是否都需要氧?生物在有氧和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸呢?探究酵母菌细胞呼吸的方式酵母菌一种一种 的真菌。的真菌。代谢类型:细胞呼吸方式:单细胞它与人类的生活息息相关。做馒头、面包,酿酒等,都是利用酵母菌的呼吸作用。它与人类的生活息息相关。做馒头、面包,酿酒等,都是利用酵母菌的呼吸作用。酵母菌进行有氧呼吸能产生大量的CO2,在进行无氧呼吸时能产生酒精和CO2兼性厌氧菌有氧呼吸和无氧呼吸细胞呼吸的方式细胞呼吸的方式 探究探究:1.提出问题提出问题2.作出假设作出假设3.设计实验设计实验5.得出结论得出结论
5、6.表达交流表达交流4.进行实验进行实验酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是什么?酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的产物分别是什么?假设酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸。假设酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸。有氧:CO2 无氧:CO2和酒精细胞呼吸的方式细胞呼吸的方式3.设设计实验计实验自变量、因变量分别是什么?自变量、因变量分别是什么?怎样鉴定因变量怎样鉴定因变量?变变量量自变量自变量:因变量因变量:无关变量无关变量:细胞呼吸的条件细胞呼吸的条件细胞呼吸的产物细胞呼吸的产物 有氧有氧无氧无氧酒精、酒精、CO2保证酵母菌在整个实验过程中正常生活保证酵母菌在整个实验过程中正常生活(1)实
6、)实验目的验目的相同且适宜相同且适宜温度、温度、PHPH等等CO2的检测:的检测:1.通入澄清的石灰水:通入澄清的石灰水:2.溴麝香草酚蓝溶液:溴麝香草酚蓝溶液:(2)实)实验原理验原理CO2多少:多少:细胞呼吸的方式细胞呼吸的方式酒精的检测:酒精的检测:橙色的重铬酸钾溶液橙色的重铬酸钾溶液在在酸性酸性下下与酒精发生反应:与酒精发生反应:澄清澄清浑浊浑浊蓝蓝 绿绿黄黄橙色橙色灰绿色灰绿色石灰水石灰水浑浊程度浑浊程度或或由蓝由蓝绿绿黄所需黄所需时间长短时间长短实验设计-有氧呼吸装置有氧呼吸装置10NaOH溶液溶液(吸收空气中的吸收空气中的CO2)葡萄糖溶液酵母菌葡萄糖溶液酵母菌(酵母菌培养液)(
7、酵母菌培养液)第一个锥形瓶:第一个锥形瓶:第二个锥形瓶:第二个锥形瓶:第三个锥形瓶:第三个锥形瓶:澄清的石灰水或者澄清的石灰水或者溴麝香草酚蓝溶液溴麝香草酚蓝溶液(检验有氧呼吸的产物(检验有氧呼吸的产物)接入橡皮球或气泵接入橡皮球或气泵(保持通入空气)(保持通入空气)(煮沸消毒,冷却后加入。)(煮沸消毒,冷却后加入。)(煮沸目的:杀菌,去氧)(煮沸目的:杀菌,去氧)3.设设计实验计实验实验设计-无氧呼吸装置葡萄糖溶液酵母菌葡萄糖溶液酵母菌封口放置一段时间后,再与第二个锥形瓶连接封口放置一段时间后,再与第二个锥形瓶连接(消耗(消耗B瓶内的氧气,确保实验的无氧条件)瓶内的氧气,确保实验的无氧条件)
8、第二个第二个 锥形瓶:锥形瓶:澄清的石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液澄清的石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液第一个第一个 锥形瓶:锥形瓶:3.设设计实验计实验(检验无氧呼吸的产物(检验无氧呼吸的产物)有氧装置有氧装置无氧装置无氧装置实验组实验组实验组实验组长进短出长进短出CO2的检测:的检测:1.通入澄清的石灰水:通入澄清的石灰水:2.溴麝香草酚蓝溶液:溴麝香草酚蓝溶液:澄清澄清浑浊浑浊蓝蓝 绿绿黄黄CO2多少:多少:石灰水石灰水浑浊程度浑浊程度或或由蓝由蓝绿绿黄所需黄所需时间长短时间长短无氧装置有氧装置4.进行进行实验实验有氧装置澄清石灰水变浑浊,出现时间快;有氧装置澄清石灰水变浑浊,出现时间快;无氧装置
9、澄清石灰水变浑浊,出现时间慢。无氧装置澄清石灰水变浑浊,出现时间慢。CO2的检测和观察的检测和观察无氧装置有氧装置结论1:酵母菌在有氧和无氧条件都能产生CO2,且有氧条件下产生的CO2更多。5.得出结论得出结论有氧装置有氧装置无氧装置无氧装置实验组实验组实验组实验组长进短出长进短出酒精的检测:酒精的检测:橙色的重铬酸钾溶液橙色的重铬酸钾溶液在在酸性酸性下下与酒精发生反应:与酒精发生反应:橙色橙色灰绿色灰绿色5.得出结论得出结论有氧装置有氧装置无氧装置无氧装置有氧装置的酵母菌滤液无氧装置的酵母菌滤液+重铬酸钾溶液+浓硫酸酸性重铬酸钾溶液不变灰绿色灰绿色结论结论2 2:酵母菌仅在无氧条件产生酒精。
10、:酵母菌仅在无氧条件产生酒精。因为葡萄糖也能与酸性重铬酸钾发生颜色变化。因此,应将酵母菌的培养时间适当延长以消耗尽溶液中的葡萄糖。5.得出结论得出结论实验:探究酵母菌细胞呼吸的方式实验:探究酵母菌细胞呼吸的方式实验结论酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸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,通过细胞呼吸产生大量的在有氧条件下,通过细胞呼吸产生大量的CO2在无氧条件下,通过细胞呼吸产生酒精和少量的在无氧条件下,通过细胞呼吸产生酒精和少量的CO2实验:探究酵母菌细胞呼吸的方式实验:探究酵母菌细胞呼吸的方式批判性思维:实验装置的改进探究实验:探究酵母菌细胞呼吸的方式拓展 有同学认
11、为,在有氧呼吸实验装置中10的NaOH溶液不能完全吸收空气中的CO2,以致可能对实验结果有干扰,你同意吗?你如何避免这种可能性的发生,以保证实验更严谨?质量分数为10%NaOH溶液酵母菌培养液澄清石灰水A气泵ECD质量分数为10%NaOH溶液澄清石灰水澄清石灰水 D 气泵EC酵母菌培养液D A验证空气中的CO2是否完全被吸收细胞呼吸的方式细胞呼吸的方式1、只检测、只检测CO2能不能确定酵母菌的呼吸方式?能不能确定酵母菌的呼吸方式?不能。因为有氧和无氧条件下均可产生不能。因为有氧和无氧条件下均可产生CO2。2、本实验中哪个是对照组,哪个是实验组?本实验中哪个是对照组,哪个是实验组?本实验的两组都
12、是实验组科学方法对比实验(相互对照实验对比实验(相互对照实验)设置两个或两个以上的实验组,通过对几个实验组结果的设置两个或两个以上的实验组,通过对几个实验组结果的分析比较,来探究某种因素对实验对象的影响,这样的实验叫分析比较,来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。作对比实验。CBC细胞呼吸细胞呼吸有氧呼吸有氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸(主要形式,必须有氧气参与)(主要形式,必须有氧气参与)有氧呼吸以葡萄糖为例,有氧呼吸过程总共分为几个阶段?以葡萄糖为例,有氧呼吸过程总共分为几个阶段?每个阶段的反应过程是怎样的?发生场所在哪里?能量的产每个阶段的反应过程是怎样的?发生场所在哪里?能量
13、的产生情况如何?生情况如何?COCO2 2在哪个阶段产生?在哪个阶段产生?O O2 2在哪个阶段被消耗?在哪个阶段被消耗?分析产物分析产物COCO2 2中中“O O”的的来源,以及反应物来源,以及反应物O O2 2中中“O O”的去向。的去向。问题探讨有氧呼吸的过程有氧呼吸有氧呼吸的场所:细胞质基质线粒体(主要场所)(真核细胞)4.4.分布:分布:1.1.结构:结构:3.3.成分:成分:2.2.功能:功能:动植物细胞两两层膜:层膜:外膜、内膜(折叠成嵴,增大了膜面积增大了膜面积)、线粒体基质。含有与有氧呼吸有关的酶,少量DNA、RNA等。,提供能量。(原核细胞、哺乳动物成熟的红细胞无线粒体)新
14、陈代谢旺盛的细胞含量多。有氧呼吸主要场所有氧呼吸主要场所线粒体线粒体有氧呼吸主要场所有氧呼吸主要场所线粒体线粒体外膜外膜内内膜膜嵴嵴线粒体基质线粒体基质(1)线粒体增大膜面积的方式:。(2)线粒体增大膜面积的意义:。(3)有氧呼吸的酶分布在:。(4)线粒体的功能:。内膜向内折叠成嵴增大有氧呼吸酶的附着位点线粒体内膜和线粒体基质进行有氧呼吸的主要场所有氧呼吸过程 第一阶段:C6H12O6能ATP热线粒体细胞质基质2丙酮酸酶 4H葡萄糖的初步分解(糖酵解)C6H12O6酶+4H+能量场所:细胞质基质2丙酮酸(少量)葡萄糖 第二阶段:线粒体能ATP热丙酮酸彻底分解(三羧酸循环)酶6CO2+20H+能
15、量场所:线粒体基质2C3H4O3+6H2O(少量)C6H12O62丙酮酸酶 4H能ATP热细胞质基质6CO220H酶6H2O丙酮酸 第三阶段:能ATP热细胞质基质12H2O6O2酶酶12H2O +能量场所:线粒体内膜24H+6O2(大量)线粒体6CO2能ATP热20HC6H12O62丙酮酸酶 4H能ATP热酶6H2O氧化磷酸化第一阶段(细胞质基质)第二阶段(线粒体基质)第三阶段(线粒体内膜)2C3H4O3+6H2O20H+6CO2+少量能量2C3H4O3+4H+少量能量C6H12O6酶酶24H+6O212H2O+大量能量酶(丙酮酸)有氧呼吸酶酶 C6H12O6 6H2O 6O26CO212H2
16、O 能量能量总方程式:H(NADH):还原型辅酶第一阶段(细胞质基质)第二阶段(线粒体基质)第三阶段(线粒体内膜)2C3H4O3+6H2O20H+6CO2+少量能量2C3H4O3+4H+少量能量C6H12O6酶酶24H+6O212H2O+大量能量酶(丙酮酸)有氧呼吸酶酶 C6H12O6 6H2O 6O26CO212H2O 能量能量总方程式:H(NADH):还原型辅酶1.热能形式散失(大部分)2.合成ATP(少部分)1.热能形式散失(大部分)2.合成ATP(少部分)1.热能形式散失(大部分)2.合成ATP(少部分)酶酶 C6H12O6 6H2O 6O26CO212H2O 能量能量6CO2+20
17、H+能量能量(少量少量)2丙酮酸丙酮酸+6H2O酶酶酶酶12H2O+能量能量(大量大量)24H+6O2C6H12O6酶酶 2丙酮酸丙酮酸+4 H+能量能量(少量少量)小结小结有氧呼吸的全过程图解思考:葡萄糖能进入线粒体吗?答:葡萄糖不能进入线粒体中反应,因为线粒体中没有分解葡萄糖的酶。NoImage有氧呼吸有氧呼吸有氧呼吸总反应式:有氧呼吸总反应式:1.1.有氧呼吸反应物中的水,可不可以省?有氧呼吸反应物中的水,可不可以省?2.2.标注元素的转移标注元素的转移酶酶 C6H12O6 6H2O 6O26CO212H2O 能量能量答:不可以答:不可以第一阶段第二阶段第三阶段2C3H4O3+6H2O2
18、0H+6CO2+少量能量2C3H4O3+4H+少量能量C6H12O6酶酶24H+6O212H2O+大量能量酶有氧呼吸元素去向元素去向能量能量酶酶能量能量酶酶有氧呼吸总反应式有氧呼吸总反应式(2)H原子运动:原子运动:(1)C原子运动:原子运动:(3)O原子运动:原子运动:C6H12O62C3H4O36CO 2C6H12O64H2C3H4O3+6H2O20H12H2OC6H12O62C3H4O3+6H2O 6CO 26O212H2O1.1.产生产生COCO2 2的阶段()的阶段()2.2.产生产生H H2 2O O的阶段()的阶段()3.3.消耗消耗H H2 2O O的阶段()的阶段()4.4.
19、氧气参与的阶段()氧气参与的阶段()5.5.产生少量产生少量HH的阶段()的阶段()6.6.产生大量产生大量HH的阶段()的阶段()7.7.消耗消耗HH的阶段()的阶段()8.8.产生少量产生少量ATPATP的阶段(的阶段()9.9.产生产生ATPATP最多的阶段()最多的阶段()10.10.葡萄糖分解的场所(葡萄糖分解的场所()11.11.丙酮酸分解的场所(丙酮酸分解的场所()二三二三一二三一、二三细胞质基质线粒体【总结总结】:H H2 2O O可以作为反应物和生成物。可以作为反应物和生成物。产生能量的阶段:产生能量的阶段:产生产生HH的阶段:的阶段:产生产生ATPATP的场所:的场所:第一
20、阶段(少量)第一阶段(少量)第二阶段(少量)第二阶段(少量)第三阶段(大量)第三阶段(大量)第一阶段(少)第一阶段(少)第二阶段(多)第二阶段(多)细胞质基质线粒体基质线粒体内膜有氧呼吸能量转化:有氧呼吸能量转化:有氧呼吸有氧呼吸1moL1moL葡萄糖葡萄糖 2870kJ2870kJ977.28kJ977.28kJ储存在储存在ATPATP中中1892.72kJ1892.72kJ以热能形式散失(大部分)以热能形式散失(大部分)有氧呼吸的能量过程:将葡萄糖等有机物中稳定的化学能转化为ATP中活跃的化学能和热能(大部分能量转化为热能)。有机物中的能量以热能形式散失(大部分)以热能形式散失(大部分)储
21、存在储存在ATPATP中(小部分)中(小部分)有氧呼吸有氧呼吸概念:指细胞在氧的参与下,通过多种酶的催化作用,把葡萄糖等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。同有机物体外燃烧相比,有氧呼吸具有的特点:有氧呼吸是在温和的条件下进行的;有机物中的能量是逐步释放的;有机物氧化分解释放的能量有相当一部分储存在ATP中。线粒体膜上没有葡萄糖载体;线粒体膜上没有葡萄糖载体;线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。线粒体中没有氧化分解葡萄糖的酶。思考思考讨论讨论1.1.为什么线粒体不能直接氧化分解葡萄糖?为什么线粒体不能直接氧化分解葡萄糖?2.2.原核生物(如蓝藻、硝化细菌等)没有线
22、粒体,但也能进行有氧呼原核生物(如蓝藻、硝化细菌等)没有线粒体,但也能进行有氧呼吸的原因及场所是吸的原因及场所是?原因:含有与有氧呼吸有关的酶原因:含有与有氧呼吸有关的酶场所:细胞质和细胞膜内表面场所:细胞质和细胞膜内表面无氧呼吸阅读p94,回答下列问题,写出无氧呼吸各个阶段的反应式。无氧呼吸无氧呼吸1.无氧呼吸最常利用的物质是什么?2.无氧呼吸可以概括的分为几个阶段?3.无氧呼吸每个阶段的场所各是什么?4.无氧呼吸各个阶段,反应物和产物分别是什么?无氧呼吸场所:无氧呼吸场所:无氧呼吸细胞质基质细胞质基质1.产乳酸的无氧呼吸C C6 6H Hl2l2O O6 6 2C2C3 3H H6 6O
23、O3 3(乳酸)(乳酸)+少量能量少量能量酶酶举例:乳酸菌、动物、马铃薯块茎、玉米的胚、甜菜块根(少部分植物)2.产酒精的无氧呼吸C C6 6H Hl2l2O O6 6 2C2C2 2H H5 5OHOH(酒精酒精)+2CO)+2CO2 2+少量能量少量能量酶酶举例:酵母菌、大多数植物(如水稻根、苹果果实)无氧呼吸的类型无氧呼吸的类型无氧呼吸过程第一阶段:第一阶段:第二阶段第二阶段:C6H12O6+4H+少量能量少量能量 2C3H4O3 2C3H6O3(乳酸乳酸)+4 H2C3H4O3 2CO2+2C2H5OH(酒精)无氧呼吸过程无氧呼吸过程细胞质基质细胞质基质细胞质基质细胞质基质产生产生AT
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