ATP的主要来源――细胞呼吸 (共69张ppt)

1、知识回顾生物体的这些生命活动都是需要消耗能量的。这些能量是由什么物质直接供给的呢？ATP中的能量来源于糖类等有机物中储存的稳定化学能，那么这些能量怎样转化为生命活动所需要的直接能量呢？ATP新课导入想一想，在体外有哪些过程可以释放能量？燃烧爆炸2、导入新课燃烧、爆炸是大量能量在瞬间剧烈地释放。在细胞中……在细胞内温和的条件下，能量必须逐步而缓慢地释放，否则机体将无法承受。那么能量到底是通过哪种生命过程，又是怎样被逐步释放的呢？答案就是下面将为大家介绍的——细胞呼吸。第3节ATP的主要来源——细胞呼吸一、细胞呼吸及其意义三、无氧呼吸四、细胞呼吸原理的应用二、有氧呼吸1、物质燃烧也是物质的氧化分解，燃烧和细胞呼吸有何异同？2、呼吸作用能像燃料在体外燃烧那么剧烈吗？在无氧条件下，细胞还能通过呼吸作用释放能量吗？共同点：都是物质的氧化分解；都能产生二氧化碳；都能释放出能量。不同点：燃烧在体外进行，速度快；细胞呼吸在体内进行，速度慢。不能，否则机体无法承受。细胞内有无氧呼吸，故无氧条件下也能进行呼吸作用。一、细胞呼吸的概念细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放能量并且生成ATP的过程。二、探究细胞呼吸的方式设计实验，探究酵母菌细胞呼吸的方式。1、酵母菌简介：酵母菌是一种单细胞真菌，在自然界分布广泛，主要生长在偏酸性的潮湿的含糖环境中，在水果、蔬菜、蜜饯的内部和表面以及在果园土壤中最为常见。酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存，属兼性厌氧型生物,常用于呼吸作用方式的研究。2、什么是对比实验？对比实验：指设置两个或两个以上的实验组，通过对比结果的比较分析，来探究各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”。知识点补充：对照实验一般进行某种试验以阐明一定因子对一个对象的影响和处理效应或其意义时，除了对试验所要求研究的因子或操作处理外，其他因素都保持一致，并把试验结果进行比较，这种试验称为对照试验。一个对照实验为实验组和对照组。实验组，是接受实验变量处理的对象组；对照组，对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组。这样，由于实验组与对照组的无关变量的影响是相等的，故实验组与对照组两者之差异，则可认定为是来自实验变量的效果，这样的实验结果才是可信的。3、分组讨论：问题分析作出假设引导学生自主设计实验（1）参考问题①酒精是酵母菌在有氧条件下还是在无氧条件下产生的？②无氧条件下酵母菌呼吸会产生CO2吗？如果产生，与有氧呼吸相比，哪个产生量要多一些？（2）提出假设根据问题提出相应假设，如假设酒精是在无氧条件下产生的。（3）参考实验步骤一、实验原理1、酵母菌是单细胞真菌，属于兼性厌氧型生物。在有氧和无氧条件下都能生存。2、CO2的检测方法（1）CO2使澄清石灰水变浑浊（2）CO2使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄3、酒精的检测橙色的重酪酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应，变成灰绿色。二、实验假设酵母菌在有氧情况下进行有氧呼吸，产生CO2，在无氧情况下进行无氧呼吸，产生CO2和酒精。三、实验用品实验材料：酵母菌；实验器具：橡皮球、胶塞、玻璃导管、锥形瓶；实验药品：澄清石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液、0.2g/ml重酪酸钾的浓硫酸溶液。四、实验步骤1、配制酵母菌培养液（等量原则）置于A、B锥形瓶;2、组装有氧呼吸和无氧呼吸装置图，放置在25-35℃、环境下培养8-9小时;3、检测CO2的产生;4、检测酒精的产生;（1）取2支试管编号,（2）各取A、B锥形瓶酵母菌培养液的滤液2毫升注入试管,（3）分别滴加0.5毫升重酪酸钾-浓硫酸溶液，轻轻震荡、混匀，Ａ试管密封，Ｂ试管不密封。条件澄清石灰水/出现的时间重铬酸钾--浓硫酸溶液有氧无氧有氧呼吸装置图无氧呼吸装置图五、结果记录六、实验结果预测1、酵母菌在有氧和无氧情况下均产生CO2，能使澄清石灰水变浑浊。2、酵母菌在有氧情况下，没有酒精生成，不能使重铬酸钾溶液发生显色反应；在无氧情况下，生成了酒精，使重铬酸钾溶液发生灰绿色显色反应。3、酵母菌的有氧呼吸比无氧呼吸释放的CO2要多。七、实验结论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CO2，在无氧条件下通过细胞呼吸产生酒精和少量的CO2。1、NaOH的作用是什么？2、澄清的石灰水有什么作用？3、如何说明CO2产生的多少？4、如何控制无氧的条件？5、酵母菌的呼吸有几种方式？每种方式的条件和产物有什么区别？6、重铬酸钾可以检测有无酒精存在，这一原理在生活中有什么应用？二、有氧呼吸有氧呼吸是指细胞在氧气的参与下，通过酶的作用，把糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，同时释放出大量的能量的过程。“呼吸”和“呼吸作用”有什么区别和联系？区别：“呼吸”是指生物体或细胞吸入氧气和呼出二氧化碳的过程，而“呼吸作用”是指细胞内有机物分解释放能量的过程。联系：“呼吸”是“呼吸作用”的前提和基础，没有呼吸过程吸入的氧气，就不能进行呼吸作用；而“呼吸作用”是“呼吸”的继续。细胞内呼吸作用高等动物的有氧呼吸O2O2呼吸（现象）呼吸器官血液循环血液循环CO2呼吸器官CO2气体运输C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量酶1、有氧呼吸总反应式：主要场所：线粒体1mol葡萄糖彻底氧化分解，释放2870KJ的能量，其中1161KJ储存在ATP中，其余以热能形式散失。能量转化率约为40%。内膜外膜基质第一阶段：1mol葡萄糖分解形成2mol丙酮酸，同时产生少量的[H]和少量ATP。2、有氧呼吸的三个阶段场所：细胞质基质。反应式：C6H12O62C3H4O3+4[H]+少量能量酶第二阶段：丙酮酸进一步分解成CO2和[H]，同时产生少量的ATP，部分水也参与了反应。场所：线粒体基质。反应式：酶C3H4O3+3H2O3CO2+10[H]+少量能量第三阶段：一系列反样产生的[H]与氧气结合，在产生水的同时形成大量的ATP。场所：线粒体内膜反应式：4[H]+O22H2O+大量能量酶C6H12O6(葡萄糖)酶[H]丙酮酸能量散失ATP能量散失ATPCO2H2O酶[H]O2H2O酶散失ATP能量有氧呼吸的全过程图解：有氧呼吸过程动画：①有氧呼吸的生成物CO2和H2O分别产生于有氧呼吸的第几阶段？②有氧呼吸的生成物CO2中的C和O分别来自哪里？有氧呼吸的生成物H2O中的O从何而来？③有氧呼吸过程中哪几个阶段有[H]产生？其去向？④有氧呼吸过程中哪几个阶段有ATP产生？最多的是哪一个阶段？⑤有氧呼吸过程中哪些物质是由细胞质基质转运到线粒体的？哪些物质又是相反？场所反应物生成物产生能量第一阶段细胞质基质葡萄糖（不需氧）丙酮酸、[H]少量第二阶段线粒体基质丙酮酸、H2O（不需氧）CO2、[H]少量第三阶段线粒体内膜[H]、氧气H2O大量全过程主要在线粒体葡萄糖、H2O、氧气CO2、H2O2870KJ/mol1161KJ/mol移至ATP中呼吸作用中的元素转移探究有氧呼吸中的C元素转移用14C标记C6H12O6；O元素转移用18O标记H218O，18O2。C转移：C6H12O6→丙酮酸→CO2C6H12O6→丙酮酸→[H]→H2OH转移H2O→[H]→H2O→CO2H2OC6H12O6→丙酮酸O转移：O2→H2O三、无氧呼吸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的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。场所：细胞质基质。1、无氧呼吸过程可分为两个阶段第一阶段：葡萄糖的初步分解，与有氧呼吸第一阶段完全相同。C6H12O62C3H4O3+4[H]+少量能量酶1反应式：C3H4O3C2H5OH+CO2+少量能量酶2C3H6O3+少量能量酶3第二阶段：丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳，或转化成乳酸。乳酸发酵酒精发酵微生物的无氧呼吸也可以称发酵。大多数植物、酵母菌无氧呼吸产生酒精，高等动物、乳酸菌、高等植物的某些器官（马铃薯块茎、甜菜块根等）的无氧呼吸产生乳酸。酶1、酶2、酶3是三种不同的酶；第一第二阶段的场所都在细胞质基质中；1mol葡萄糖分解为乳酸后，共放出196.65kJ的能量，其中有61.08KJ的能量储存在ATP中，近69%的能量以热能的形式散失。未释放的能量储存在何处？释放的能量比有氧呼吸释放的少的多，还有大部分的能量在C2H5OH这些不彻底的产物中。想一想2、无氧呼吸总反应式C6H12O6酶2C2H5OH+2CO2+能量酶C6H12O62C3H6O3+能量1mol葡萄糖释放能量225.94KJ，有61.08KJ转移至ATP中（合成2molATP）。1mol葡萄糖释放能量196.65KJ，有61.08KJ转移至ATP（合成2molATP）。（1）酒精发酵：（2）乳酸发酵：1、无氧呼吸产生的乳酸或酒精对细胞有害吗？例如，用酵母菌使葡萄汁发酵产生葡萄酒，当酒精含量达到12%~16%时，发酵就停止了，为什么？还有其他例子吗？2、有氧时，能进行无氧呼吸吗？1、答：一般来说，如果无氧呼吸产生的乳酸或酒精过多，会对细胞产生毒害。酵母菌在无氧以及其他条件适合的情况下，随着发酵产物（如酒精）的增多，营养物质的减少以及pH发生变化等的影响，它的繁殖速率逐渐下降，死亡率逐渐上升，酒精发酵最终就会停止。其他的例子如用乳酸杆菌使牛奶发酵形成酸牛奶，最终情况也是这样。2、答：在有氧条件下也可以进行无氧呼吸。对于厌氧生物，由于体内缺少有氧呼吸所需的酶，在有氧时也进行无氧呼吸（当然，对于严格厌氧型生物，接触氧气就会死亡）。对于兼性厌氧型生物，如酵母菌，在氧气不足的情况下也会进行无氧呼吸，产生酒精。对于人，在剧烈运动或某些疾病（如镰刀性贫血症）作用下，有氧呼吸所提供的能量不足，则肌细胞会进行无氧呼吸，产生乳酸。可见，虽然大多数情况下氧气的存在会抑制无氧呼吸地进行，但在必要时无氧呼吸还是会启动，因为那些生物体内有相关的酶。但无氧时，不能进行有氧呼吸。四、细胞呼吸原理的应用（1）选用“创可贴”等敷料包扎伤口，既为伤口敷上了药物，又为伤口创造了疏松透气的环境，避免厌氧病原菌的繁殖，从而有利于伤口的痊愈。1、资料分析（2）酵母菌是兼性厌氧微生物。酵母菌在适宜的通气、温度和pH等条件下，进行有氧呼吸并大量繁殖；在无氧条件下则进行酒精发酵。醋酸杆菌是一种好氧细菌。在氧气充足和具有酒精底物的条件下，醋酸杆菌大量繁殖并将酒精氧化分解成醋酸。谷氨酸棒状杆菌是一种厌氧细菌。在无氧条件下，谷氨酸棒状杆菌能将葡萄糖和含氮物质（如尿素、硫酸铵、氨水）合成为谷氨酸。谷氨酸经过人们的进一步加工，就成为谷氨酸钠──味精。（3）对于板结的土壤及时进行松土透气，可以使根细胞进行充分的有氧呼吸，从而有利于根系的生长和对无机盐的吸收。此外，松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，这能够促使这些微生物对土壤中有机物的分解，从而有利于植物对无机盐的吸收。（4）水稻的根系适于在水中生长，这是因为水稻的茎和根能够把从外界吸收来的氧气通过气腔（图16）运送到根部各细胞，而且与旱生植物相比，水稻的根也比较适应无氧呼吸。但是，水稻根的细胞仍然需要进行有氧呼吸，所以稻田需要定期排水。如果稻田中的氧气不足，水稻根的细胞就会进行酒精发酵，时间长了，酒精就会对根细胞产生毒害作用，使根系变黑、腐烂。水稻根的横切面（5）较深的伤口里缺少氧气，破伤风芽孢杆菌适合在这种环境中生存并大量繁殖。所以，伤口较深或被锈钉扎伤后，患者应及时请医生处理。（6）有氧运动是指人体细胞充分获得氧的情况下所进行的体育锻炼。人体细胞通过有氧呼吸可以获得较多的能量。相反，百米冲刺和马拉松长跑等无氧运动，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，要靠乳酸发酵来获取能量。因为乳酸能够刺激肌细胞周围的神经末梢，所以人会有肌肉酸胀乏力的感觉。生活生产中还有哪些应用细胞呼吸原理的事例？试举一两例加以说明。胖人通过适量的运动，细胞呼吸的速率会加快，细胞内有机物的分解