【高中生物】细胞呼吸的原理和应用第2课时课件 2023—2024学年高一上学期生物人教版必修1.pptx

细胞呼吸的原理和应用（第2课时）第3节第5章细胞的能量供应和利用2019人教版高中生物学必修1课件导入导入视频过大，无法上传，请自行添加，或联系作者。导入视频过大，无法上传，请自行添加，或联系作者。细胞呼吸的类型和场所科学家根据大量的实验结果得出结论：细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。细胞呼吸的主要场所：线粒体外膜外膜内膜内膜DNA/RNADNA/RNA核糖体核糖体嵴嵴基质基质含有许多种含有许多种与有氧呼吸有关的酶与有氧呼吸有关的酶由由内内膜膜向向内内折折叠叠形形成成嵴嵴，增增大大内内膜膜表表面面积积，含含有有许许多多种种与与有有氧氧呼呼吸有关的酶。吸有关的酶。一般地说，线粒体均匀地分布在细胞质中。但是，活细胞中的线粒体往往可以定向地运动到代谢比较旺盛的部位。重走科学路：有氧呼吸的发现过程资料1：将酵母菌细胞破碎后离心获得细胞质基质和线粒体，通入18O2，添加14C标记的葡萄糖，检测产物。实验推论：（1）葡萄糖在细胞质基质中分解，产生了丙酮酸和H【H是指NADH(还原型辅酶)】，还有少量ATP的合成。葡萄糖最终的分解产物是H2O和CO2。（2）葡萄糖不能被线粒体分解。加入的细胞成分加入的细胞成分各试管变化情况各试管变化情况加入荧光素和荧光素酶加入荧光素和荧光素酶细胞质基质细胞质基质+线粒体线粒体葡萄糖的量减少减少，有14CO2、H218O 的生成较强荧光 大量能量细胞质基质细胞质基质葡萄糖的量减少减少，有14C标记的丙酮酸丙酮酸、H的生成较弱荧光 较少能量线粒体悬液线粒体悬液葡萄糖的量不变不变没有荧光 没有能量有氧呼吸葡萄糖的初步分解第一阶段C6H12O62C3H4O3线粒体线粒体场所：细胞质基质4H+能量能量细胞质基质细胞质基质酶酶加入的细胞成分加入的细胞成分加入的反应物加入的反应物各试管变化情况各试管变化情况加入荧光素和荧光素酶加入荧光素和荧光素酶细胞质基质细胞质基质+线粒体线粒体添加添加14C标记标记的的葡萄糖葡萄糖葡萄糖的量减少减少，有14CO2、H218O 的生成较强荧光 大量能量细胞质基质细胞质基质葡萄糖的量减少减少，有14C标记的丙酮酸丙酮酸、H的生成较弱荧光 较少能量线粒体悬液线粒体悬液葡萄糖的量不变不变没有荧光 没有能量线粒体悬液线粒体悬液添加添加14C标记标记的的丙酮酸丙酮酸丙酮酸的量减少减少，有14CO2、H218O 的生成较强荧光 大量能量重走科学路：有氧呼吸的发现过程资料1：将酵母菌细胞破碎后离心获得细胞质基质和线粒体，通入18O2，加入相应的反应物，检测产物。实验推论：丙酮酸在线粒体内分解，产生了CO2和H2O，还释放出大量的能量ATP。重走科学路：有氧呼吸的发现过程资料2：“试错法”将有机物投入到组织悬浮液中保温。如果投入的某种有机物极大促进了反应的速率，则该有机物就是这一反应的中间代谢物。资料3：1935年,科学家发现，将少量有机酸(如苹果酸、柠檬酸)加入到切碎的动物组织中，所消耗的氧比体外有机酸氧化耗氧大得多，均可极大加快丙酮酸的氧化分解速率，在这个过程中将不断地脱氢，即产生大量H。简略过程如下图：C6H12O6丙酮酸+少量能量少量能量CO2HH有氧呼吸丙酮酸彻底分解第二阶段6CO2+能量能量6H2O+20HC6H12O62C3H4O34H+能量能量酶酶细胞质基质细胞质基质线粒体线粒体酶酶线粒体基质线粒体基质场所：线粒体基质重走科学路：有氧呼吸的发现过程资料4：超声波震碎线粒体之后，内膜自然卷成了颗粒朝外的小囊泡，这些小囊泡具有氧化H的功能。用胰蛋白酶处理后，小囊泡不再具有氧化H的功能；当把这些小颗粒装上去之后，重新具有了氧化H的功能。这些小颗粒被证实是一系列线粒体内膜上的酶。l通过以上事实可以确定在线粒体内膜上发生什么样的反应？线粒体内膜上的酶能促进氧气与H合成水。有氧呼吸第三阶段6CO2+能量能量6H2O+20HC6H12O62C3H4O34H+能量能量细胞质基质细胞质基质酶酶线粒体基质线粒体基质场所：线粒体内膜H的氧化6O2+12H2O+酶酶线粒体内膜线粒体内膜能量能量O2酶酶有氧呼吸第一阶段：葡萄糖的初步分解（场所：细胞质基质）第二阶段：丙酮酸的彻底分解（场所：线粒体基质）第三阶段：H的氧化（场所：线粒体内膜）有氧呼吸过程有氧呼吸总反应式有氧呼吸有氧呼吸总反应式在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870kJ的能量，可使977.28kJ左右的能量储存在ATP中，其余的能量则以热能的形式散失掉了。请你计算一下，有氧呼吸的能量转化效率大约是多少，这些能量大约能使多少ADP转化为ATP?思考讨论有氧呼吸的能量转化效率大约为34%。结合上一节所学内容，1molATP分子的高能键含有30.54kJ的能量，因此，1mol葡萄糖能够使32molADP分子转化为ATP分子。66%有氧呼吸有氧呼吸与有机物体外燃烧比较有氧呼吸具有的特点:l有氧呼吸过程温和l有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放l有氧呼吸释放的能量有相当一部分储存在ATP中相同点：有氧呼吸和有机物体外燃烧的本质是一致的，都是有机物氧化分解释放能量的过程。与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐级释放能量的，这对于生物体来说具有什么意义？思考讨论有氧呼吸逐级释放能量的方式，保证有机物中的能量得到最充分地利用，主要表现在两个方面：(1)可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中；(2)能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。有氧呼吸与无氧呼吸细胞在氧气的参与下，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。有氧呼吸在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程。无氧呼吸无氧呼吸酶酶2C2H5OH+2CO2C6H12O62C3H4O34H+能量能量酶酶细胞质基质细胞质基质线粒体线粒体场所：细胞质基质2C3H6O3酶酶第一阶段：与有氧呼吸第一阶段完全一样第二阶段：丙酮酸在不同酶的催化下，分解为酒精和二氧化碳或者转化成乳酸。无氧呼吸例：高等动物（如肌细胞）、乳酸菌、高等植物的某些器官（马铃薯块茎、例：高等动物（如肌细胞）、乳酸菌、高等植物的某些器官（马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚等）。甜菜块根、玉米胚等）。C6H12O6酶2C2H5OH（酒精）+2CO2 +少量能量l酒精发酵例：大多数植例：大多数植物（如水稻根、苹果果实）、酵母菌。物（如水稻根、苹果果实）、酵母菌。注：微生物的无氧呼吸叫做发酵。但工业上的发酵并非完全无氧，比如，醋酸发酵。l乳酸发酵C6H12O62C3H6O3（乳酸）+少量能量酶无氧呼吸l同样是分解葡萄糖，无氧呼吸中葡萄糖的大部分能量仍存留在酒精或乳酸中。l比如，1mol葡萄糖分解成乳酸后，只释放出196.65kJ的能量，其中只有61.08kJ的能量储存在ATP中，近69%的能量都以热能形式散失了。l正因为如此，大部分生物体在长期缺氧状态下，无法生存。l此外，酒精和乳酸的大量积累对生物体也是有害的。l但是，无氧呼吸可作为特殊情况下有氧呼吸的补充，是生物适应性的表现。人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，能在肝脏中再次转化为葡萄糖。注：只能进行无氧呼吸的真核生物(如蛔虫)，其细胞内一般无线粒体。有氧呼吸与无氧呼吸有氧呼吸与无氧呼吸异同点项目有氧呼吸无氧呼吸不同点条件氧气、需要多种酶氧气、需要多种酶无氧、需要多种酶无氧、需要多种酶场所细胞质基质细胞质基质(第一阶段第一阶段)线粒体线粒体(第二、三阶段第二、三阶段)细胞质基质细胞质基质分解程度葡萄糖被彻底分解葡萄糖被彻底分解葡萄糖分解不彻底葡萄糖分解不彻底产物CO2、H2O乳酸或（乳酸或（酒精和酒精和CO2）能量释放大量大量少量，未释放能量储存在酒精或乳酸中。少量，未释放能量储存在酒精或乳酸中。相同点反应条件需酶和适宜温度需酶和适宜温度本质氧化分解有机物，释放能量，生成氧化分解有机物，释放能量，生成ATP供生命活动所需。供生命活动所需。过程第一阶段从葡萄糖到丙酮酸完全相同第一阶段从葡萄糖到丙酮酸完全相同意义为生物体的各项生命活动提供能量为生物体的各项生命活动提供能量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。影响细胞呼吸的因素影响细胞呼吸的内因：酶的种类和数量第1种情况是由于遗传物质不同引起的；第2、3种情况是由于基因的选择性表达引起的。l不同生物，细胞呼吸速率不同。如：阳生植物 阴生植物，水生植物 旱生植物l同一个体在不同发育时期，细胞呼吸速率不同。如：青年人 老年人，幼苗、开花期 成熟期l同一个体的不同器官，细胞呼吸速率不同。如：肝脏细胞 皮肤细胞，生殖器官 营养器官影响细胞呼吸的因素影响细胞呼吸的外界因素呼吸速率：指单位时间内呼吸作用消耗的反应物的量或生成物的产生量。自由水量氧气浓度条件温度产物水的散失CO2浓度反应物影响细胞呼吸的因素影响细胞呼吸的外界因素l温度:通过影响酶的活性来影响呼吸速率应用：贮存水果时，适当降低温度能延长保存时间。在农业上，夜晚适当降低温度，可以减少呼吸作用对有机物的消耗。呼吸速率呼吸速率0 0 温度温度/曲线解读：一定温度范围内，随着温度升高，酶的活性不断提高，呼吸速率加快。达到最适温度时，细胞呼吸最强。超过最适温度，呼吸酶活性降低，甚至变性失活，细胞呼吸受到抑制。影响细胞呼吸的因素影响细胞呼吸的外界因素lCO2浓度:CO2是细胞呼吸的产物，从化学平衡角度分析，代谢增强，CO2浓度增加，会抑制细胞的呼吸。应用：蔬菜和水果的保鲜过程中适当增加CO2的浓度。l水:水既是原料又是产物，自由水含量越多，代谢越旺盛，细胞呼吸越强。应用：稻谷等种子在贮藏前要晾晒，甚至风干，减少水分，降低呼吸消耗。同样，干种子萌发前需浸泡，含水量增高，细胞呼吸强度增大。影响细胞呼吸的因素影响细胞呼吸的外界因素lO2浓度:一定范围内，有氧呼吸随氧气浓度升高而增强，无氧呼吸则随氧气浓度的升高而受到抑制。注意：O2浓度为5%左右时，细胞呼吸总强度最弱。黄色代表有氧呼吸时二氧化碳的生成量红色代表无氧呼吸产生的二氧化碳量蓝色代表二氧化碳的总生成量酵母菌细胞或植物器官酵母菌细胞或植物器官呼吸作用强度与氧浓度的关系呼吸作用强度与氧浓度的关系影响细胞呼吸的因素lB、C、D、E点所表示的含义，阴影部分表示什么？B点表示：CO2生成量最小，呼吸作用最弱，有机物消耗最少。C点表示：无氧呼吸停止，只进行有氧呼吸的起始点。D点表示：O2浓度为10%时，无氧呼吸消失，只进行有氧呼吸。(无氧呼吸消失点)E点表示：无氧呼吸与有氧呼吸CO2释放量相等阴影部分表示：无氧呼吸生成的CO2总量lA、E、C、AB段、BC段的呼吸类型分别是什么？A：只进行无氧呼吸；E：有氧和无氧呼吸；C：只进行有氧呼吸；AB：有氧呼吸和无氧呼吸；BC：有氧呼吸和无氧呼吸影响细胞呼吸的因素lAB段CO2释放急剧减少的原因是？BC段CO2释放不断增加的主要原因是？随着O2浓度的增加，无氧呼吸逐渐减弱，但由于O2浓度较低，有氧呼吸也比较弱。随着O2浓度的增加，有氧呼吸逐渐加强。l储存水果的最佳点是？原因是？B点，此时呼吸作用最弱，有机物的消耗最少。l右图中a、b、c、d各点分别对应左图中的哪段曲线？a：A；b：AB；c：BC；d：C点及以后1、若只产生CO2，不消耗O2，细胞呼吸作用的方式及对应点只进行无氧呼吸（A点）2、若产生的CO2比吸收的O2多，细胞呼吸作用的方式及对应区间有氧呼吸与无氧呼吸同时存在。（AC段）3、若产生CO2与吸收的O2相等，细胞呼吸作用的方式及对应区间只进行有氧呼吸。（图中C点以后）4、E点时，有氧呼吸与无氧呼吸消耗的葡萄糖是否相等？若不等，其比值为多少？不相等；1:3影响细胞呼吸的因素下图表示某种植物的非绿色器官在不同氧浓度下CO2的释放量与O2的吸收量的变化，思考下列问题：细胞呼吸原理的应用破伤风由破伤风芽孢杆菌引起，这种病菌只能进行无氧呼吸。皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，病菌就容易大量繁殖（遇到这种情况，需要及时到医院治疗）。而且包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布或“创可贴”等敷料，既可为伤口敷上药物，又可为伤口创造疏松透气的环境，避免厌氧病菌的繁殖，有利于伤口愈合。细胞呼吸原理的应用利用麦芽、葡萄、粮食和酵母菌以及发酵罐等，在控制通气的情况下，可以生产各种酒；利用淀粉、醋酸杆菌或谷氨酸棒状杆菌以及发酵罐在控制通气的情况下，可以生产食醋或味精。细胞呼吸原理的应用一定范围内，有氧呼吸随氧气浓度升高而增强，无氧呼吸则随氧气浓度的升高而受到抑制。花盆里的土壤板结后，空气不足，会影响根系生长，需要及时松土透气。稻田也需要定期排水，否则水稻幼根因缺氧而变黑、腐烂。细胞呼吸原理的应用松土透气可以使跟细胞进行充分的有氧呼吸，从而有利于根系的生长和无机盐的吸收，促进作物生长，吸收更多的二氧化碳，缓解全球气候变暖现象；促进根系的水土保持能力；避免根细胞由于无氧呼吸产生酒精对根系造成的伤害。此外，松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，促使这些微生物对土壤有机物的分解，为植物生长提供更多的二氧化碳，也有可能导致局部大气二氧化碳浓度上升。松土不当，可能伤害植物根系；要根据不同植物、植物不同的生长阶段等，采取不同的松土方法。松土是许多农作物栽培中经常采取的一项措施。试分析农田松土给农作物的生长、当地的水土保持以及全球气候变暖等方面可能带来的影响，并指出如何尽量减少不利影响。拓展应用细胞呼吸原理的应用细胞呼吸要消耗有机物，使有机物积累减少。因此，对粮食储藏和果蔬保鲜来说，要设法减少细胞呼吸，尽可能减少有机物的消耗。粮食储藏时，要注意降低温度、低氧和保持干燥，抑制细胞呼吸，延长保存期限。为了抑制细胞呼吸，果蔬储藏时采用降低氧浓度（补充N2或CO2）、保持一定的湿度、降低温度等方法。细胞呼吸原理的应用有氧运动是人体细胞充分获得氧的情况下所进行的体育锻炼，细胞通过有氧呼吸可以获得较多的能量。相反，无氧运动是人体细胞在缺氧条件下进行的高速运动，无氧运动中肌细胞因氧不足，要靠无氧呼吸来获取能量。而无氧呼吸产生的乳酸会刺激肌细胞周围的神经末梢，使人产生肌肉酸胀乏力的感觉。细胞呼吸原理的应用这一论点包含两个要点：线粒体原本是一种独立生存的细菌，后来与真核细胞共生变成细胞内的结构。由此可见，证据1、3和4能够支持这一论点，而论据2不支持。运用证据和逻辑评价论点思维训练1、线粒体内存在于细胞DNA相似的环状DNA。2、线粒体内的蛋白质，有少数几种由线粒DNA指导合成，绝大多数由核DNA指导合成。3、真核细胞内的DNA具有高比例的核苷酸序列经常不表现出遗传效应，线粒体DNA和细菌的却不是这样。4、线粒体能像细菌一样进行分裂增殖。归纳总结第5章第4节下节课继续学习光合作用与能量转化小试牛刀1、在细胞有氧呼吸过程中，2,4-二硝基苯酚(DNP)能抑制ATP合成过程，但对水的生成没有影响。下列叙述正确的是（）AA.DNP作用于肌细胞时，线粒体内膜上散失的热能将增加B.DNP主要在线粒体基质中发挥作用C.DNP不会影响有氧呼吸的第一阶段D.DNP能抑制人体血液中葡萄糖进入成熟红细胞，进而抑制细胞有氧呼吸过程2、从小鼠的肝细胞中提取细胞质基质和线粒体，分别保存于试管中，置于适宜环境中进行相关实验。下列说法正确的是（）A.为保持活性需将线粒体置于等渗缓冲溶液中B.向盛有细胞质基质的试管中注入葡萄糖，可测得有CO2产生C.向盛有线粒体的试管中注入葡萄糖，可测得氧的消耗量加大D.向盛有线粒体的试管中注入丙酮酸，降低温度不改变线粒体的耗氧速率A小试牛刀3、如图是外界条件对植物呼吸速率的影响曲线，以下分析错误的是（）AA.曲线表示有氧呼吸，曲线表示无氧呼吸B.曲线表示的生理过程所利用的有机物主要是葡萄糖C.曲线最终趋于平衡，可能是受到温度或呼吸酶数量的限制D.相对A点而言，B点所对应的氧的浓度更有利于水果的储藏小试牛刀结果预测和结论：（1）若装置1中的液滴左移，装置2中的液滴不动，则说明种子只进行有氧呼吸；（2）若装置1中的液滴不动，装置2中的液滴右移，则说明种子只进行无氧呼吸；（3）若装置1中的液滴左移，装置2中的液滴右移，则说明种子既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸。