高中生物必修1 第5章 第3节ATP的主要来源——细胞呼吸

高中生物必修1 第5章 第3节ATP的主要来源——细胞呼吸

第五章 细胞的能量供应和利用 第三节 ATP的主要来源 —— 细胞呼吸 动物、人、 真菌、多数细菌等 绿色植物 能 量 呼 吸 作 用 呼 吸 作 用 光 合 作 用 ADP +Pi+ ATP 酶 知识回顾： 做馒头的时候要加入活的酵母菌，酵母菌能够进行细胞呼吸，从而使面团里的糖类分解，产生大量的二氧化碳。二氧化碳急剧膨胀，所以馒头会疏松多孔。 在袋子里密封久了的苹果为什么一打开就会闻到酒精的味道？ 为什么把手插进堆放一段时间的 新鲜谷堆，会有潮湿和发烫的感觉？ 细胞呼吸 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 ， 释放出能量 并 生成ATP 的过程。 思考 “细胞呼吸”与我们所了解的“呼吸” 是一回事吗？ “呼吸” 是指人和动物与外界进行的交换气体的过程，是指呼吸动作。而 “呼吸作用” 是指细胞内有机物分解并释放能量的过程 。 酵母菌 是一种 单细胞真菌 ，依赖外来的有机物进行 异养 生活，以 出芽生殖 的方式产生后代。 一、探究：酵母菌细胞呼吸的方式 小资料 若用 30 度的温水把买来的一包鲜酵母化开，用它发一块面团，几个小时后，面团便会渐渐膨大。用手抠开里面，你会发现面团里面变成蜂窝一样，有 许多空隙 ，并且你 能闻到酒味 和酵母菌产生的特殊香味所以我们吃的面包和馒头比较松软，味道也好。 我们喝的啤酒白酒、医院里的 酒精、 化妆品中的甘油，都是用酵母菌生产的。酵母菌的细胞里含有丰富的蛋白质和维生素，所以也可以做成高级营养品添加到食品中，或用作饲养动物的高级饲料。 酒精和 CO 2 是酵母菌在什么条件产生的（有氧？无氧？） 作出假设 提出问题 设计实验 酒精 有氧 产生 无氧 CO 2 产生 设计实验 明确实验目的，科学设计实验 根据实验需要，理清实验步骤 １、配制培养液 ２、控制有氧、无氧环境 自变量、因变量、无关变量 设置对比实验 通气 10g酵母菌+240mL5%葡萄糖溶液 怎样鉴定有无酒精产生？ 这一原理可以用来检测汽车司机是否喝了酒． 橙色的重铬酸钾 (K 2 Cr 2 O 7 ) 溶液， 在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色． 具体做法：让司机呼出的气体直接接触到用硫酸 处理过的重铬酸钾，如果呼出的气体中含有酒精， 重铬酸钾会变成灰绿色的硫酸铬． 怎样鉴定有无 二氧化碳 产生？ 二氧化碳可使澄清的石灰水变混浊 也可使溴麝香草酚蓝水溶液由 蓝 变 绿 再变黄 一段时间后，再连通上盛有澄清石灰水的锥形瓶 鉴定二氧化碳的产生： 鉴定酒精的产生： 2mL 酵母菌培养液的滤液 0.5mL重铬酸钾的浓硫酸溶液 橙色 橙色 设计实验 明确实验目的，科学设计实验 根据实验需要，理清实验步骤 １、配制培养液 ２、控制好有氧、无氧环境 3 、科学检测因变量 4 、限制好无关变量 自变量、因变量、无关变量 设置对比实验 CO 2 ：澄清石灰水 酒精：橙色的重铬酸钾 　　 酒精和 CO 2 是酵母菌在什么条件产生的（有氧？无氧？） 作出假设 提出问题 进行实验 设计实验 酒精 有氧 产生 无氧 CO 2 产生 　　 酒精和 CO 2 是酵母菌在什么条件产生的（有氧？无氧？） 提出问题 作出假设 进行实验 设计实验 酒精 有氧 产生 无氧 CO 2 产生 验证假设、形成结论 实验现象： 条件 澄清石灰水 溴麝香草酚蓝（蓝色） 重铬酸钾 -- 浓硫酸溶液（橙色） 有氧 无氧 浑浊（+++） 浑浊（+） 黄（迅速） 黄（较慢） 无明显现象 灰绿色 设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素与实验对象的关系，这样的实验称为 对比实验 。 对比实验 不设对照组 ，均为实验组（或互为实验组和对照组），是对照实验的一种特殊形式，即相当于“ 相互对照实验 ”。 实验结论： 　酵母菌在 有氧 和 无氧 条件下均能进行细胞呼吸，均能产生 二氧化碳 　在有氧的条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生 大量的二氧化碳 　在无氧的条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生 酒精 和 少量的二氧化碳 在本实验中，有一组同学在检测因变量时发现，有氧装置中的酵母菌培养液也能使酸性重铬酸钾变为灰绿色。你知道为什么吗? 再探究： 氧气供应不足，部分酵母菌进行无氧呼吸。 再探究： 有同学认为，在有氧呼吸实验装置中１０％的氢氧化钠溶液不能完全吸收二氧化碳，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？ 有人认为：实验装置中酒精和二氧化碳的产生是葡萄糖水溶液的纯化学反应，与酵母菌无关，你如何看待这种观点？ 再探究： 葡萄糖溶液 葡萄糖溶液 为了控制无氧呼吸实验装置中的氧气，对酵母菌培养瓶采取用Ｔ形夹夹住橡皮管的方法进行密封处理，结果发生了锥形瓶爆裂或橡皮塞被顶脱的现象，这是为什么呢？由此说明什么问题？ 再探究： 酵母菌无氧呼吸产生了二氧化碳，使锥形瓶中压强增大导致爆甁或橡皮塞被顶脱。 在实验中，有同学发现和有氧装置相连的澄清石灰水在出现浑浊后又慢慢变澄清了。因此，他觉得该实验现象不能说明酵母菌通过有氧呼吸产生了 CO 2 。你如何看待这个问题？ 先浑浊 后澄清 再探究： 二氧化碳过量，与碳酸钙反应生成了碳酸氢钙。 1 、适宜的温度条件下，在下列装置中都加入活酵母， 其中适于产生酒精的装置是（　） 课堂练习 A B C D 加入葡萄糖和水 加入葡萄糖 加入水 加入葡萄糖和水 并不断搅拌 A 2、下图为“探究酵母菌的呼吸方式”的实验装置图，请分析： （1） A 瓶加入的试剂是 ，目的是 __________ （2）C瓶和E瓶加入的试剂是 ，其作用是 。 （3）图中装置有无错误之处，如果有请在图中加以改正。 （4）D瓶应封口放置一段时间后，再连通E瓶,其原因是_____ _________________________________________________ （5）请写出连通后D瓶中的反应式。 。 NaOH溶液 排除空气中CO 2 对实验结果的干扰 澄清石灰水 检测CO2的产生 放置一段时间让酵母菌将瓶中的氧气消耗完，确保通入澄清石灰水的CO2是酵母菌的无氧呼吸所产生的 C 6 H 12 O 6 2 C 2 H 5 OH +2 CO 2 +少量能量 有氧呼吸（ 主要形式 ） 无氧呼吸 二、细胞呼吸的方式 （一）有氧呼吸 线粒体具有怎样的结构特点？这与它的功能有什么关系？ ？ 嵴增大了内膜面积 内膜和线粒体基质充满了与有氧呼吸有关的酶 C 6 H 12 O 6 2丙酮酸 酶 6CO 2 4[H] 能 2ATP 热 能 2ATP 热 酶 6H 2 O 20[H] 12H 2 O 6O 2 酶 能 34ATP 热 线粒体 细胞质基质 ② ① ③ 产物 H 2 O 和 CO 2 中的O分别来自哪种物质？ 有氧呼吸在哪个阶段才需要氧气？ 1、有氧呼吸的过程 1、有氧呼吸的过程 葡萄糖的初步分解 C 6 H 12 O 6 酶 + 4[H] + 能量 场所：细胞质基质 ① 丙酮酸彻底分解 酶 6C O 2 + 20[H] + 能量 场所：线粒体基质 ② 2CH 3 C O C OO H [H]的氧化 酶 12H 2 O + 能量 场所：线粒体内膜 ③ 24[H] + 6 O 2 + 6H 2 O （大量） （少量） （少量） 2CH 3 C O C OO H 有氧呼吸 场 所 反应物 产 物 产生 ATP 氧 第一阶段 第二阶段 第三阶段 2、有氧呼吸三个阶段的比较 细胞质基质 1葡萄糖 2丙酮酸+4[H] 2个 2丙酮酸+6H 2 O 6CO 2 +20[H] 2个 24[H]+6O 2 12H 2 O 34个 线粒体基质 线粒体内膜 不需要 不需要 需要 4、有氧呼吸概念： 3、有氧呼吸反应式： C 6 H 12 O 6 ＋6H 2 O ＋6 O 2 6C O 2 ＋12H 2 O ＋能量 细胞在____的参与下，通过_______的催化作用，把_______等有机物_______________，产生_____和_____，释放______,生成_________的过程。 氧 多种酶 葡萄糖 CO 2 H 2 O 能量 彻底氧化分解 许多ATP 细胞质基质 线粒体 1mol葡萄糖释放 2870KJ ，有 1161KJ 转移至ATP（ 38molATP ） 练习1： 关于有氧呼吸的过程，以下叙述正确的是 　　　　　　　　( 　　 ) 　　A．全过程必须有氧参与，并且始终在线粒体中进行 　　B．第一阶段是葡萄糖分解成丙酮酸，产生大量的[H]和ATP 　　C．第二阶段是丙酮酸分解成CO 2 和H 2 O，产生少量的［H］和ATP 　　D．第三阶段是[H]和氧结合产生水，同时生成大量的ATP D 如果体育课上跑了800米，第二天早上有什么感觉？ 为什么？ 肌肉发酸，需要通过无氧呼吸获取能量 （二）无氧呼吸 C 6 H 12 O 6 能量（少） 2丙酮酸 （2C 3 H 4 O 3 ） [H] 2C 2 H 5 OH（酒精）+2CO 2 酶 酶 2C 3 H 6 O 3 （乳酸） 酶 1、无氧呼吸的过程: 第一个阶段 第二个阶段 场所： 酒精式无氧呼吸 乳酸式无氧呼吸 细胞质基质 2、无氧呼吸总反应式 C 6 H 12 O 6 酶 2 C 3 H 6 O 3 (乳酸) + 少量能量 C 6 H 12 O 6 2 C 2 H 5 OH (酒精) + 2CO 2 + 少量能量 酶 例：人、动物、乳酸菌，马铃薯块茎、甜菜块根 细胞质基质 细胞质基质 例：大多数植物、酵母菌 3、无氧呼吸的概念 对比有氧呼吸的概念，自己总结出来 有氧呼吸: 指细胞在 氧 的参与下，通过多种 酶 的催化作用，把 糖类等有机物 彻底 氧化分解 ，产生出 二氧化碳和水 ，释放出 能量，生成许多ATP 的过程。 无氧呼吸: 指细胞在 无氧 条件下，通过酶的催化作用，把 葡萄糖等有机物 分解成为 不彻底 氧化产物 ，同时释放出 少量能量 的过程。 三 、有氧呼吸与无氧呼吸比较 有氧呼吸 无氧呼吸 场所 需 O 2 状况 产物 能量释放 相同点 2、本质相同：分解有机物，释放能量 细胞质基质（1）、线粒体（2、3） 细胞质基质（1、2） 需O 2 不需O 2 CO 2 和H 2 O （彻底） 酒精和CO 2 或乳酸 （不彻底） 大量能量 （产生38molATP） 少量能量 (产生2molATP) 1、第一阶段完全相同 练习2： 呼吸作用过程中有CO 2 放出时，则可判断此过程 （ ） A 一定是无氧呼吸 B 一定是有氧呼吸 C 一定不是乳酸发酵 D 一定不是酒精发酵 C 练习3： 高等植物的有氧呼吸和短时间的无氧呼吸都会产生 （ ） A、酒精 B 、乳酸 C、丙酮酸 D、水 C 思考与讨论 1、为什么不同的生物无氧呼吸的产物不同？ 蓝藻（原核生物）没有线粒体，为什么可以进行有氧呼吸？ 只进行无氧呼吸的真核生物（例如蛔虫），细胞内有线粒体吗？ 细胞质基质中有与有氧呼吸有关的酶。 细胞质基质中所含呼吸酶的种类不同。 没有线粒体。 思考与讨论 2、影响细胞呼吸速率的因素有哪些？ 1）内部因素——遗传因素（决定酶的种类和数量） 2）环境因素 b.O 2 浓度 c.CO 2 浓度 d.含水量 a.温度 细胞呼吸原理的应用 破伤风疫苗 创可贴 提倡慢跑 水稻露、晒田 发酵生产 水果保鲜 种子储藏 植物松土 3、细胞呼吸原理有哪些应用？举例说明。 练习4： 关于细胞呼吸的叙述，正确的是（ ） A．水稻根部细胞主要进行无氧呼吸，所以能长期适应缺氧环境 B．荔枝在无O 2 、保持干燥、零下低温和无乙烯环境中，可延长保鲜时间 C．快速登山时人体主要是从分解有机物产生乳酸的过程中获得能量 D．玉米经酵母菌发酵可产生酒精，这是通过酵母菌的无氧呼吸实现的 D 练一练5： 下图表示某种植物的非绿色器官在不同的氧浓度下 O 2 吸收量和 CO 2 生成量的变化，请据图回答： （1）图中曲线 QR 区段 CO 2 生成量急剧减少的主 要原因是 。 （2） 点的生物学含义是无氧呼吸消失点,此时 O 2 吸收量 （＞、＜、=） CO 2 的释放量。 氧气浓度增加，无氧呼吸受抑制，有氧呼吸还很弱 P = （3）氧浓度调节到 点的对应浓度时，更有利于蔬菜粮食的贮存。理由是 __________________________ 。 （4）若图中的 AB 段与 BC 段的距离等长,说明此时有氧呼吸释放的 CO 2 与无氧呼吸释放的 CO 2 ____________，有氧呼吸消耗的葡萄糖量是无氧呼吸的 倍。 （5）在原图中绘出无氧呼吸产生的 CO 2 随氧气浓度变化而变化的曲线。 R 此时有氧呼吸较弱，无氧呼吸受抑制，有机物的消耗最少 一样多 1/3 据CO 2 释放量和O 2 消耗量判断细胞呼吸状况。在以C 6 H 12 O 6 为呼吸底物的情况下,CO 2 释放量和O 2 的消耗量是判断细胞呼吸类型的重要依据，总结如下： (1) 没有CO 2 释放 时,细胞只进行___________产生_________，此种情况下，容器内气体体积_________变化，如_________的无氧呼吸。 (2) 不消耗O 2 ，但产生CO 2 , 细胞只进行__________产生_____。此种情况下容器内气体体积______,如________的无氧呼吸。 (3) CO 2 释放量等于O 2 消耗量 时，细胞只进行__________，此种情况下，容器内气体体积_________，但若将CO 2 吸收，可引起气体体积_______。 无氧呼吸 乳酸 不发生 无氧呼吸 酒精 增大 酵母菌 马铃薯块茎 有氧呼吸 不变 变小 四、细胞呼吸方式的判定方法 (4)当 CO 2 释放量大于O 2 消耗量 时，细胞同时进行_____和___________两种方式，如酵母菌在不同O 2 浓度下的细胞呼吸。此种情况下， 判断哪种呼吸方式占优势，可如下分析： ①若 ，有氧呼吸和无氧呼吸消耗葡萄糖的速率 _____。 ②若 ，无氧呼吸消耗葡萄糖速率____有氧呼吸。 ③若 ，有氧呼吸消耗葡萄糖速率____无氧呼吸。 酒精发酵 有氧呼吸 大于 相等 大于 　 D 1.在下列四种化合物的化学组成中，“○”中所对应的含义最接近的是 （ ） A.①和② B.②和③ C.③和④ D. ② 和④ D 2.下列过程能使 ADP 含量增加的是 ( ) A.组织细胞利用氧气 B.线粒体内的［ H ］与 O 2 结合 C.丙酮酸形成乳酸 D.神经细胞吸收 K + D 课堂练习 C 3.右图表示呼吸作用过程中葡萄糖分解的两个途径。酶1、酶2、酶3依次分别存在于 ( ) A.线粒体、线粒体和细胞质基质 B.线粒体、细胞质基质和线粒体 C.细胞质基质、线粒体和细胞质基质 D.细胞质基质、细胞质基质和线粒体 C （1）外界氧浓度在10％以下时，该器官的呼吸作用方式是＿＿＿＿＿＿＿__。原因：＿＿＿＿_____＿＿。 （2）该器官的CO2释放与O2的吸收两条曲线在P点相交后则重合为一条线，此时该器官的呼吸作用方式是＿______＿，进行此种呼吸方式所用的底物是＿＿＿__。 （3）当外界氧浓度为4～5％时，该器官CO2释放量的相对值为0.6，而O2吸收量的相对值为0.4。此时，无氧呼吸消耗葡萄糖的相对值约相当于有氧呼吸的＿＿倍。 5.右图表示某种植物的非绿色器官在不同氧浓度下O 2 吸收量和CO 2 释放量的变化。请据图回答下列问题： 1.5 有氧呼吸和无氧呼吸 CO2的释放量大于O2的吸收量 有氧呼吸 葡萄糖 6、兴趣小组分别对酵母菌细胞呼吸方式进行了如下探究实验。 （1）甲兴趣小组想探究的具体问题是：酵母菌是否在有氧、无氧条件下均能产生CO2。现提供若干套实验装置，如图所示： ①请根据实验目的选择装置序号，并按照实验的组装要求排序（装置可重复使用）。有氧条件下的装置序号： ________________________；无氧条件下的装置序号： __ 。 ②装置中C瓶的作用是 _____________________________ ，B瓶中澄清的石灰水还可用 ____ ___________ 代替,现象是_____________________。 C→A→B(或C→B→A→B) D→B 吸收空气中的CO2，排除其对实验结果的干扰 溴麝香草酚蓝水溶液 溶液由蓝变绿再变黄 （2）乙兴趣小组利用装置一（橡皮塞上的弯管为带有红色液滴的刻度玻璃管），探究酵母菌的细胞呼吸类型。 ①如果想得到实验结论，还必须同时设置对照实验，请问对照实验装置（假设该装置编号为 二 ）如何设计？ ②请预测与结论相符合的现象，并填写下表： 序号 装置中红色液滴的移动现象 结论 装置 一 装置 二 1 只进行有氧呼吸 2 只进行无氧呼吸 3 既进行有氧呼吸 , 又进行无氧呼吸 不移动 左移 不移动 右移 左移 右移 装置二除了用等量清水代替10%NaOH溶液外，其他设计与装置一相同 探究酵母菌有氧呼吸的场所 　 D