【新教材】细胞呼吸的原理和应用

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，却要密封发酵。一、细胞呼吸细胞呼吸是细胞内的有机物的氧化分解，并释放能量。一种单细胞的真菌（真核生物），在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。酵母菌：生长周期短，增殖速度快，可以用酵母菌作为实验材料研究。二、探究酵母菌细胞呼吸的方式二、探究酵母菌细胞呼吸的方式资料一：蒸馒头之前，我们要先发面。若用30℃的温水把买来的干酵母粉化开，用它发面，几个小时后面团会逐渐膨大，用手抠开里面，会发现面团里面变成蜂窝一样，有许多孔隙。你知道这些孔隙是怎么形成的吗？二、探究酵母菌细胞呼吸的方式资料二：工业生产中，利用麦芽、葡萄糖、粮食和酵母菌以及发酵罐等酿制啤酒。在酿制的早期需要向发酵罐中通入氧气，而后期必须隔绝氧气，以产生酒精，同时发酵装置需要定期放排出气体。结合上述对氧气条件的控制，你能得到什么启发吗？探究:①提出问题②作出假设③设计并进行试验④分析结果得出结论⑤表达交流请据此提出一个有关酵母菌呼吸方式和呼吸产物的假设。酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸，细胞呼吸的产物可能有CO2和酒精。假设：根据以上资料你能提出什么问题？①提出问题②作出假设酵母菌在有氧和无氧的环境下均能呼吸吗，那呼吸产物分别是什么？实验思路？分析变量自变量:因变量:无关变量:细胞呼吸的条件细胞呼吸的产物有氧无氧影响实验结果的可变因素（温度、葡萄糖溶液浓度、酵母菌活性等）酒精、CO2分别给酵母菌提供有氧和无氧的条件，一段时间后检测其产物是否含酒精或二氧化碳3.设计并进行试验③设计并进行试验►酒精的检测：橙色的重铬酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应：橙色→灰绿色思考:CO2和酒精产生的量的多少如何判断？►CO2的检测：1.通入澄清的石灰水：澄清→浑浊2.溴麝香草酚蓝水溶液：蓝→绿→实验原理酵母菌酵母菌是异养兼性厌氧型生物，培养时必须提供有机物。酵母菌培养液配制成＋葡萄糖溶液有氧呼吸装置：10％NaOH溶液（吸收通入空气中的CO2，避免对实验结果产生影响）葡萄糖溶液＋酵母菌（培养酵母菌）第一个锥形瓶：第二个锥形瓶：第三个锥形瓶：澄清的石灰水或者溴麝香草酚蓝水溶液（根据混浊程度进行比较CO2的产生量或者根据溶液颜色的变化时间长短比较）接入橡皮球或气泵（保持通入空气）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（使酵母菌消耗瓶内的氧气，造成无氧环境，确保产物是无氧呼吸的产生的）第一个锥形瓶：第二个锥形瓶：澄清的石灰水或溴麝香草酚蓝水溶液根据混浊程度、颜色的变化时间进行比较CO2的产生量无氧呼吸装置：实验开始：A装置（35°C）实验开始：B装置（35°C）实验进行A装置（35°C）B装置（35°C）实验进行8-10小时后A装置（35°C）B装置（35°C）哪个装置的石灰水更浑浊？有氧装置无氧装置初始相同时间后用溶有重铬酸钾的浓硫酸检测酒精溶有重铬酸钾的浓硫酸+A装置的酵母菌滤液+B装置的酵母菌滤液灰绿色不变灰绿色哪个装置产生了酒精？实验现象：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变混浊／快不出现灰绿色变混浊／慢出现灰绿色④分析结果得出结论1.酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸；2.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。对比实验对照实验C细胞呼吸有氧呼吸无氧呼吸包括线粒体的结构示意图外膜内膜基质嵴含有多种与有氧呼吸有关的酶有氧呼吸的主要场所？有氧呼吸最常利用的物质是？实验一将酵母菌细胞破碎后进行离心处理，获得②上清液和①沉淀物两部分，与③未离心且处理过的酵母菌培养液分别加入等量的葡萄糖、荧光素和荧光素酶，一段时间后，检测各试管的变化情况。线粒体①细胞质基质②线粒体和细胞质基质③等量的葡萄糖、荧光素和荧光素酶等量的葡萄糖、荧光素和荧光素酶等量的葡萄糖、荧光素和荧光素酶一段时间后葡萄糖的量不变没有荧光葡萄糖的量减少有丙酮酸生成微弱荧光出现葡萄糖的量减少有CO2生成较强荧光出现分析实验结果：1.葡萄糖能不能被线粒体分解？2.葡萄糖在什么位置首先被分解？生成了什么？3.生成的丙酮酸在什么位置被分解？生成了什么？不能葡萄糖在细胞质基质中分解，生成丙酮酸和少量能量。有机物分解释放的能量一部分用于合成ATP（一部分以热能形式散失），ATP水解释放能量导致荧光出现。丙酮酸在线粒体中分解产生CO2和较多的能量。酶葡萄糖的初步分解C6H12O6+4[H]+少量能量（1）2丙酮酸有氧呼吸场所：细胞质基质实验二使用超声波将线粒体破碎，分离线粒体膜状结构和线粒体基质，加入等量的丙酮酸、荧光素和荧光素酶，一段时间后，检测各试管的变化情况。线粒体膜状结构④线粒体基质⑤线粒体膜状结构和线粒体基质⑥等量的丙酮酸、荧光素和荧光素酶等量的丙酮酸、荧光素和荧光素酶等量的丙酮酸、荧光素和荧光素酶一段时间后丙酮酸的量不变没有荧光丙酮酸减少有CO2生成微弱荧光出现丙酮酸减少有CO2生成较强荧光出现分析实验结果：1.丙酮酸分解发生在什么部位，生成了什么？2.⑥号试管为什么有较强荧光出现？丙酮酸在线粒体基质中分解，产生CO2，释放少量能量。线粒体基质分解丙酮酸后，在线粒体膜状结构继续发生反应释放较多的能量。有氧呼吸场所：线粒体基质酶丙酮酸彻底分解6CO2+20[H]+少量能量（2）2丙酮酸+6H2O场所：线粒体内膜[H]的氧化酶12H2O+大量能量（3）24[H]+6O2有氧呼吸资料：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。当用胰蛋白酶处理后，这些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，小囊泡重新具有了氧化[H]的功能。这些小颗粒被证实是一系列线粒体内膜上的酶。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？谁在氧化[H]？线粒体内膜上的氧气与[H]发生了反应。有氧呼吸过程示意图有氧呼吸场所：线粒体内膜[H]的氧化酶12H2O+大量能量（3）24[H]+6O2场所：线粒体基质场所：细胞质基质酶葡萄糖的初步分解C6H12O6+4[H]+少量能量（1）2CH3COCOOH酶丙酮酸彻底分解6CO2+20[H]+少量能量（2）2CH3COCOOH+6H2O有氧呼吸有氧呼吸的总反应式C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量酶H2O→[H]→H2OO2→H2OC6H12O6→丙酮酸→CO2丙酮酸→[H]→H2O[H]→H2OC6H12O6C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量酶C：H：O：C、H、O的来龙去脉：C6H12O6→丙酮酸H2OCO2定义细胞在____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CO2H2O能量彻底氧化分解大量ATP有氧呼吸有氧呼吸的三个阶段NoImage过程场所条件O2主要反应物产物第一阶段第二阶段丙酮酸、第三阶段细胞质基质线粒体基质线粒体内膜丙酮酸、少量ATP、[H]CO2、少量ATP、[H]H2O、大量ATP不需O2不需O2需O2葡萄糖H2OO2、[H]特点：反应条件温和，多步反应，逐步放能。葡萄糖在细胞内被氧化分解，产生的能量都储存在ATP了吗？能量去向：一部分转移到ATP中；另外大部分以热能形式散失。1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870kJ能量，可以使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？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？有氧呼吸过程逐步缓慢释放能量的方式保证有机物中的能量得到充分的利用，主要表现在两个方面：可以使有机物中的能量逐步的转移到ATP中；能量缓慢有序温和的释放，有利于维持细胞的相对稳定状态，保护细胞结构。1.下列分别属于有氧呼吸的第几阶段：①产生CO2的阶段（）②产生H2O的阶段（），H2O参与的阶段（）③氧气参与的阶段（）④产生ATP的阶段（）⑤产生ATP最多的阶段（）二三三一、二、三三二2.用含18O的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的氧原子，18O的转移途径是A．葡萄糖→丙酮酸→水B．葡萄糖→丙酮酸→氧C．葡萄糖→氧→水D．葡萄糖→丙酮酸→CO2D3.下图为“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验装置图，请据图分析经过NaOH的处理，可能还不能保证进入A瓶的气体中不含有二氧化碳，如何处理就可以知道进入A瓶的气体中肯定不含有二氧化碳了？实验过程反思：酵母菌液澄清石灰水溶液气泵NaOH溶液有氧呼吸装置酵母菌液澄清石灰水溶液气泵NaOH溶液澄清石灰水溶液改进苏炳添在训练时常会在第二天早上肌肉发酸,为什么?无氧呼吸是如何进行的1.过程☆与有氧呼吸第一阶段相同!!葡萄糖的初步分解C6H12O6酶2丙酮酸+4[H]+少量能量（C3H4O3）场所：细胞质基质①无氧呼吸A.2C3H4O3+4[H]丙酮酸不彻底分解场所：细胞质基质②2C3H6O3（乳酸）例：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）酶2C2H5OH（酒精）+2CO2例：大多数植物、酵母菌B.2C3H4O3+4[H]酶无氧呼吸☆只在第一阶段释放少量的能量!!无氧呼吸总反应式：C6H12O6酶2C3H6O3(乳酸)＋少量能量2C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量C6H12O6酶无氧呼吸的主要场所：能量去向：1mol葡萄糖分解成乳酸，共释放196.65kJ/mol，其中一部分以热能形式散失(约69%)；另一部分转移到ATP中(61.08kJ/mol,约31%)储存。人体肌细胞无氧呼吸产生的乳酸，都能在肝脏中再次转化为葡萄糖。细胞质基质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，就是无氧呼吸。无氧呼吸的定义无氧呼吸细胞呼吸：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，释放能量并生成ATP的过程。☆有氧呼吸和无氧呼吸有那些主要的共同点和不同点？有氧呼吸与无氧呼吸的比较-不同点呼吸方式有氧呼吸无氧呼吸呼吸场所条件分解产物能量ATP产生阶段主要在线粒体内细胞质基质氧气、多种酶无氧气参与，需要多种酶葡萄糖等有机物彻底分解形成CO2和H2O葡萄糖等有机物分解不彻底,形成酒精和CO2、乳酸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有氧呼吸三个阶段均产生ATP仅在第一个阶段产生ATP相同点①第一个阶段反应完全相同，并且都是在细胞质基质内进行；②两种呼吸作用方式实质相同：分解有机物，释放能量。酒精发酵：酵母菌发酵：微生物的无氧呼吸也叫做发酵乳酸发酵：乳酸菌引申无氧呼吸的实例a.高等植物在水淹的情况下，可以进行短时间的无氧呼吸，产生酒精和二氧化碳。b.高等动物和人体在剧烈运动时，骨骼肌细胞内就会进行无氧呼吸。肌肉酸胀是由于产生了乳酸。c.酵母菌在缺氧的条件下，可以将有机物分解成酒精和CO2。为什么储藏谷物是要晒干谷粒？还可以通过哪些措施延长保质期?储藏新鲜蔬菜水果又有哪些不同？储存谷粒时，需要降低呼吸作用，减少有机物的消耗。将谷物晒干，既能减少细胞内自由水，又能降低有氧呼吸的速率；还可以通过低温、低氧来降低有氧呼吸速率。但不能采取无氧环境，会产生大量酒精，不利于储存。新鲜蔬菜水果和谷粒相比，不能放在干燥的环境下，要有一定的湿度。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，却要密封发酵。1.都是酵母菌，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？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