1、第3节 ATP的主要来源细胞呼吸新课导入导入1:上一节已经学习了ATP的相关知识,知道了ATP是生命活动的直接能源物质,那么,主要储能物质糖类中稳定的化学能是怎样转化为生命活动所需的直接能量的呢?这将是本节课学习的内容,ATP的主要来源细胞呼吸。导入2:生物界所有生物的一切生命活动都需要能量。无论是人类还是细菌,能量供应一旦停止,生命也将结束。那么,生物体内是通过什么方式来产生和提供能量的呢?我们知道,物质的燃烧需要氧气,发现这一现象的是法国化学家拉瓦锡,拉瓦锡还曾经把生物的呼吸作用比作碳和氢的缓慢燃烧过程。拉瓦锡的这一说法有道理吗?呼吸作用能够像燃烧那样剧烈吗?要想对此问题正确作答,请学习本
2、节课的内容。教师参考自主学习要点探究自主学习学习目标:1.说出线粒体的结构和功能。2.说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同。3.说明细胞呼吸的原理,并探讨其在生产和生活中的应用。4.进行酵母菌细胞呼吸方式的探究。知识梳理一、细胞呼吸1.概念:(1)物质变化:有机物氧化分解,生成。(2)能量变化:释放出能量并生成。2.类型:根据,可分为两种类型和无氧呼吸。二氧化碳或其他产物ATP是否需要氧气有氧呼吸二、探究酵母菌细胞呼吸的方式1.酵母菌作为实验材料的原因:在的条件下都能生存,属于兼性厌氧菌。有氧和无氧2.呼吸产物的检测检测产物试剂现象CO2澄清石灰水石灰水变浑浊.由蓝变绿再变黄酒精.橙色变灰绿色溴麝香草
3、酚蓝水溶液重铬酸钾溶液3.实验结论(1)酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行。(2)在有氧条件下,酵母菌通过细胞呼吸产生大量。(3)在无氧条件下,酵母菌通过细胞呼吸产生,还产生少量的。细胞呼吸CO2和水CO2酒精判断(1)细胞呼吸的产物都是CO2和H2O。()(2)检测CO2的产生除澄清的石灰水外,还可以用溴麝香草酚蓝水溶液检测。()(3)酵母菌无氧呼吸会产生酒精和水。()(4)在酸性条件下酒精与橙色的重铬酸钾反应变成灰绿色。()三、有氧呼吸2.场所及过程据图可知:(1)主要场所:。线粒体(3)特点必要条件:有氧参与,多种酶催化。过程特点:能量是的,有机物。四、无氧呼吸1.类型:对于微生物而言,根
4、据产物的不同,可分为发酵和乳酸发酵。逐步释放彻底氧化分解酒精细胞质基质H+丙酮酸酒精+CO2乳酸第一思考(1)脂肪与糖类相比,含H高,而氧的含量少,则等量的脂肪与糖类有氧呼吸释放的能量和耗氧量的多少有何不同?提示:脂肪氧化分解耗氧量大,产生的能量多。(2)上楼或爬山时,为何有时会感觉肌肉酸痛而无力呢?提示:主要原因是细胞进行无氧呼吸,产生乳酸,释放的能量少,生成的ATP少。五、细胞呼吸原理的应用连线要点探究探究酵母菌细胞呼吸的方式要点一教师参考问题引领:1.探究酵母菌的呼吸方式时,自变量和因变量分别是什么?2.如何营造有氧和无氧条件?1.实验课题的分析(1)本实验的探究课题可以转变为探究有氧条
5、件和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的情况。(2)根据检测目的不同,可细化为两个子课题:在有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸产生CO2的多少;在有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸是否产生酒精。具体分析如下:课题名称课题一课题二自变量有氧和无氧有氧和无氧因变量产生的CO2的多少酒精的有无观测指标澄清石灰水变浑浊的程度重铬酸钾溶液的颜色变化无关变量温度、营养物质、空气中的CO2(用碱性溶液吸收空气中的CO2)实验结论在有氧条件下酵母菌产生的CO2比无氧条件下多在无氧条件下酵母菌产生酒精,而在有氧条件下不产生酒精2.实验装置的分析(1)第一组装置中的第一个锥形瓶中盛放的试剂是NaOH溶液,其目的是使进入A中的空气先
6、经NaOH溶液处理后,排除空气中CO2对实验结果的干扰。(2)第二组装置中B瓶放置一段时间后,才能与装有澄清石灰水的锥形瓶连接,其目的是让酵母菌将B瓶中的氧气消耗掉,确保产物CO2均来自无氧呼吸。3.实验中注意事项(1)配制酵母菌培养液时,必须将煮沸的葡萄糖溶液冷却到常温,才可加入新鲜食用酵母菌。(2)有氧条件装置必须持续通入空气,保证氧气的充足。【典例1】两个生物兴趣小组分别对酵母菌细胞呼吸方式进行了如下的探究实验。请分析作答:(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,先提供若干套(每套均有数个)实验装置,如图(AD)所示:请根据实验目的选择装置序号,并
7、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:。装置中C瓶的作用是,B瓶中澄清的石灰水还可用代替。(2)乙兴趣小组利用图所示装置(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。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)如何设计?。请预测与结论相符的现象,并填写下表:序号装置中红色液滴的移动现象结论装置装置1不移动只进行有氧呼吸2不移动只进行无氧呼吸3既进行有氧呼吸,又进行无氧呼吸若酵母菌消耗的O2为3 mol,而释放的CO2为9 mol,则酵母菌无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的倍。解析:根
8、据题意和图示分析可知:(1)在探究酵母菌在有氧条件下产生CO2时,检验产生的CO2可以用澄清的石灰水,在向装置中通入空气时,为排除空气中CO2对实验结果的干扰,需要先通过质量分数为10%的NaOH溶液除去CO2,所以实验装置的顺序为CAB(或CBAB);在无氧条件下,不需要通入不含CO2的空气,所以装置只需要DB即可。(2)在探究酵母菌的细胞呼吸类型时,可以根据液滴是否移动及移动的方向来判断细胞呼吸的类型。在设计对照实验时,可以将质量分数为10%的NaOH溶液换成蒸馏水,其他设计同装置,若酵母菌进行有氧呼吸,消耗氧气,产生的CO2被NaOH溶液吸收,导致装置内气压下降,液滴左移,而装置液滴不移
9、动;若酵母菌只进行无氧呼吸,不消耗氧气,产生的CO2被NaOH溶液吸收,不会引起装置内气压的改变,液滴不移动,而装置液滴右移;若既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸,则装置消耗氧气,释放的二氧化碳被NaOH吸收,导致气压下降,故装置液滴左移,装置由于无氧呼吸和有氧呼吸都产生CO2,故消耗的氧气量小于释放的CO2量,则装置液滴右移。酵母菌消耗的O2为3 mol,则有氧呼吸产生的CO2为3 mol,消耗葡萄糖的量为0.5 mol,因此无氧呼吸产生的CO2为9-3=6(mol),消耗葡萄糖的量为3 mol,故酵母菌无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的6倍。答案:(1)CAB(或CBAB)DB吸收空气中的CO2
10、,排除其对实验结果的干扰 溴麝香草酚蓝水溶液(2)装置除用等量蒸馏水代替质量分数为10%NaOH溶液外,其他设计与装置相同 向左移 向右移 向左移 向右移 6方法透析细胞呼吸方式的判断(1)依据O2吸收量和CO2释放量判断不消耗O2,释放CO2只进行无氧呼吸O2吸收量=CO2释放量只进行有氧呼吸O2吸收量CO2释放量两种呼吸方式同时进行,且多余CO2来自无氧呼吸(2)依据酒精和CO2生成量判断酒精量=CO2量只进行无氧呼吸酒精量CO2量两种呼吸方式同时进行,且多余CO2来自有氧呼吸备选例题某同学为了研究酵母菌呼吸作用的类型,制作了如图所示的实验装置。甲、乙中各加等量的经煮沸后冷却的葡萄糖溶液,
11、并加等量的酵母菌,乙内用液体石蜡隔绝空气。对该实验的分析,错误的是()A.该实验不能以有无CO2的产生来判断酵母菌的呼吸作用类型B.将葡萄糖溶液煮沸可以防止杂菌污染,以免影响实验结果C.乙和甲比较,说明酵母菌在不同的条件下有不同的呼吸作用类型D.乙为甲的空白对照实验,以排除无关因素对酵母菌呼吸作用的影响D解析:由于酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都能产生CO2,所以该实验不能以有无CO2的产生来判断酵母菌的呼吸作用类型;由于配制的葡萄糖溶液中可能有杂菌,所以将葡萄糖溶液煮沸来防止杂菌污染,以免影响实验结果;由于乙装置中用石蜡进行密封,形成无氧环境,所以乙和甲比较,说明酵母菌在不同的条件下有不同的呼吸作
12、用类型;乙和甲都是实验组,相互形成对照,自变量是有无氧气。【题组演练】1.如图是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置。以下说法中正确的是()A.两个装置均需要在黑暗条件下进行B.装置乙在处可检测到有酒精生成C.装置乙中应让先放置一段时间,再与连接D.装置甲中NaOH溶液的作用是吸收处的CO2C解析:黑暗或光照对酵母菌的细胞呼吸方式没有影响。装置乙中酵母菌通过无氧呼吸产生的CO2可通过导管进入,但酵母菌通过无氧呼吸产生的酒精保留在中。装置乙的在封口一段时间后再连通盛有澄清石灰水的,这样做是为了消耗装置内的氧气,防止酵母菌的有氧呼吸对实验结果的干扰。装置甲中NaOH溶液的作用是使进入的空气先经过NaO
13、H溶液处理,排除空气中CO2对实验结果的干扰。2.测定下列哪项可简便且准确判断贮存小麦种子的细胞呼吸方式()A.有无酒精的生成B.有无水的生成C.有无有机物消耗D.O2消耗量与CO2生成量的比值D解析:有酒精产生时可推测其进行了无氧呼吸,但无法推测是否也进行了有氧呼吸;有水产生时可推测其进行了有氧呼吸,但无法推测是否也进行了无氧呼吸;无论有氧呼吸还是无氧呼吸都消耗有机物;若无O2消耗,可推测其只进行无氧呼吸;若O2消耗量等于CO2生成量,可推测其只进行有氧呼吸,若O2消耗量小于CO2生成量,可推测其同时进行了两种呼吸。问题引领:1.什么原因导致丙酮酸沿着不同途径完成不同的反应?2.有氧呼吸和无
14、氧呼吸在发生场所、产物和能量上有哪些不同?有氧呼吸与无氧呼吸的联系和区别要点二教师参考1.细胞呼吸的过程图解说明:有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段完全相同。从丙酮酸开始由于是否有氧的存在及酶种类的差异,才分别沿着不同的途径形成不同的产物。2.有氧呼吸与无氧呼吸的比较项目有氧呼吸无氧呼吸不同点条件需氧不需氧场所细胞质基质(第一阶段)线粒体(第二、三阶段)细胞质基质分解程度葡萄糖被彻底分解葡萄糖分解不彻底产物CO2、H2O乳酸或酒精和CO2能量释放大量能量少量能量相同点本质氧化分解有机物,释放能量,生成ATP过程第一阶段从葡萄糖到丙酮酸完全相同意义为生物体的生命活动提供能量特别提示(1)无氧呼吸的产物
15、:一般来说,动物无氧呼吸的产物为乳酸,植物无氧呼吸的产物为酒精和CO2,但也有例外,如玉米的胚、马铃薯的块茎和甜菜的块根,它们无氧呼吸的产物为乳酸。(2)通过呼吸产物判断呼吸类型,有H2O生成一定是有氧呼吸:H2O在第二阶段是反应物,在第三阶段是生成物。(3)关于化学元素的转移:H2O中的O全部来自O2;CO2中的氧一半来自C6H12O6,一半来自参与反应的水分子。解析:酵母菌在无氧的条件下,只能进行无氧呼吸,产生酒精和二氧化碳,释放少量的能量,场所是在细胞质基质。酵母菌在有氧的条件下才能进行有氧呼吸,产物是CO2和H2O,同时产生大量的ATP,场所是在细胞质基质和线粒体。其中,葡萄糖在细胞质
16、基质中分解成丙酮酸后,丙酮酸进入线粒体后才能被分解。答案:B【典例2】将酵母菌研磨成匀浆,离心后得上清液(细胞质基质)和沉淀物(含线粒体),把等量的上清液、沉淀物和未曾离心的匀浆分别放入甲、乙、丙三个试管中,各加入等量葡萄糖溶液,然后置于隔绝空气的条件下。下列叙述正确的是()A.甲试管中最终产物为CO2和H2OB.乙试管中不发生反应C.丙试管中有大量的ATP产生D.丙试管中无CO2产生备选例题下图为细胞呼吸过程,其中a、b表示物质,表示主要步骤,请回答下列问题:(1)图中a、b表示的物质分别是、。(2)图中、过程中都有CO2产生,其场所分别是、。(3)过程除产生a和能量外,还产生;在过程中释放
17、能量最多的是。(4)和过程一般不会同时发生在同一生物体内,其原因是。(5)有一瓶酵母菌和葡萄糖的混合培养液,当通入不同浓度的氧气时,其产生的酒精和CO2的量如下表所示,下列叙述错误的是。氧浓度(%)abcd产生CO2的量30 mol9 mol12.5 mol15 mol产生酒精的量0 mol9 mol6.5 mol6 mol氧浓度为a时只进行有氧呼吸 b值对应的氧浓度为零氧浓度为c时,经有氧呼吸产生的CO2为6 mol氧浓度为d时,有1/3的葡萄糖用于酒精发酵解析:(1)(2)如图所示为葡萄糖通过过程产生a丙酮酸,丙酮酸在无氧条件下通过过程产生酒精和二氧化碳或通过过程产生b乳酸。丙酮酸在有氧条
18、件下通过过程产生二氧化碳和水。有氧呼吸过程包括,发生在细胞质基质,发生在线粒体。发生在细胞质基质。(3)过程是C6H12O6分解为丙酮酸和H同时释放能量的过程。过程中,过程为有氧呼吸第三阶段,释放能量最多。(4)由于同一生物含有同一途径的无氧呼吸酶,因此(酒精发酵)、(乳酸发酵)过程不会发生在同一生物体内。(5)根据表格信息,结合有氧呼吸和无氧呼吸的反应式可判断:氧浓度为a时酵母菌只进行有氧呼吸,氧浓度为b时只进行无氧呼吸,氧浓度为c、d时既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸。氧浓度为d时有氧呼吸产生CO2的量为15-6=9(mol),消耗葡萄糖1.5 mol;无氧呼吸产生CO2的量为6 mol,消耗
19、葡萄糖3 mol,故有 2/3 的葡萄糖用于酒精发酵。答案:(1)丙酮酸 乳酸(2)细胞质基质 线粒体(3)H(4)同一生物含有同一途径的无氧呼吸酶(5)解析:因为c层可分解丙酮酸,而不能分解葡萄糖,所以可确定该层匀浆中一定含有线粒体,且一定不含有细胞质基质。另外ADP和Pi是合成ATP的原料,所以c层也一定含有ADP和Pi。【题组演练】1.把鼠的肝组织磨碎后高速离心,细胞匀浆分成a、b、c、d四层。向c层中加入葡萄糖,没有CO2和ATP产生,但加入丙酮酸后,立即就有CO2和ATP产生,则c层必定含有()线粒体 核糖体 细胞质基质 ADP、PiA.和B.和C.和D.和C解析:是细胞呼吸第一阶段
20、,葡萄糖分解产生丙酮酸和H及少量能量,是有氧呼吸第二、第三阶段,在真核细胞的线粒体内完成,是乳酸发酵过程,动物、一些植物组织器官和乳酸菌可进行的,场所是细胞质基质,是酒精发酵,酵母菌和一些植物组织器官可进行,而动物不能进行。2.细胞内糖分解代谢过程如下图所示,下列叙述错误的是()A.植物细胞能进行过程和或过程和B.真核细胞的细胞质基质中能进行过程和C.动物细胞内,过程比过程释放的能量多D.乳酸菌细胞内,过程产生H,过程消耗HB问题引领:1.温度为什么会影响细胞呼吸?2.氧气浓度的升高对有氧呼吸和无氧呼吸分别有什么影响?3.水分对细胞呼吸有影响吗?影响细胞呼吸的外界因素及与生产、生活实践的关系要
21、点三教师参考1.温度通过影响呼吸酶的活性来影响呼吸强度。与温度影响酶活性的曲线特征一致。生产上常利用这一原理在低温下储存蔬菜、水果,在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降温,来降低细胞呼吸,减少有机物的消耗。2.氧浓度(1)对有氧呼吸:氧是有氧呼吸的原料之一,在一定范围内,随着氧浓度增加,有氧呼吸强度也增加,但氧浓度达到一定值时有氧呼吸强度将不再随氧浓度增加而增加。(2)对无氧呼吸:随氧浓度增加而受抑制,氧浓度越高,抑制作用越强,氧浓度达一定值时,被完全抑制。作物栽培中,采取中耕松土、定期排水、防止土壤板结等措施,都是为了保证根的正常细胞呼吸。生产中还常利用降低氧的浓度能够抑制呼吸作用,减少有机物消
22、耗这一原理来延长蔬菜、水果保鲜时间。生产中利用各种微生物的呼吸类型和发酵各阶段对氧气的需要,控制通气的情况,以生产各种产品如酒精、食醋或味精等。3.水分水为细胞呼吸提供反应环境,一定范围内随水含量的增加细胞呼吸加强。种子在贮藏时,必须降低含水量,使种子呈风干状态,降低细胞呼吸,减少有机物消耗;同时防止微生物大量繁殖,使种子变质。【典例3】如图表示某植物的非绿色器官在氧浓度为a、b、c、d时,CO2释放量和O2吸收量的变化。下列相关叙述正确的是()A.氧浓度为a时最适于储藏该植物器官B.氧浓度为b时,无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的5倍C.氧浓度为c时,无氧呼吸强度最弱D.氧浓度为d时,有氧呼
23、吸强度与无氧呼吸强度相等解析:氧浓度为c时最适于储藏该植物器官,因为c点呼吸强度最弱;氧浓度为b时,有氧呼吸吸收氧气的量是3,消耗葡萄糖的量是0.5,无氧呼吸产生的二氧化碳的量是8-3=5,所以消耗葡萄糖的量是2.5,所以无氧呼吸消耗葡萄糖的量是有氧呼吸的5倍;氧浓度为d时,无氧呼吸强度最弱,是0;氧浓度为d时,只进行有氧呼吸。答案:B备选例题如图表示大气中氧的浓度对植物组织内CO2产生的影响,试据图回答:(1)A点表示植物组织释放的CO2较多,这些CO2是的产物。(2)由A到B,CO2的释放量急剧减少,其原因是。(3)由B到C,CO2的释放量又不断增加,其主要原因是。(4)为了有利于贮藏蔬菜
24、和水果,贮藏室内的氧气应调节到图中的哪一点所对应的浓度?。采取这一措施的理由是。解析:植物组织内CO2的产生是通过细胞的呼吸作用完成的。在氧气浓度不同的环境中,植物细胞呼吸作用的主要方式会发生变化。在氧气浓度较低的环境中(如A点),植物细胞主要进行无氧呼吸,在酶的作用下,将葡萄糖分解为不彻底的氧化产物酒精,同时产生少量CO2。随着氧气浓度的增加(如B点),无氧呼吸受到抑制,有氧呼吸尚未开始,此时通过无氧呼吸产生的CO2会急剧减少。在一定浓度范围内,随着氧气浓度的继续升高(如BC),植物细胞的无氧呼吸不再进行,有氧呼吸开始后其速度逐渐加快,在此过程中不断地将葡萄糖等有机物进行彻底氧化分解,产生大
25、量CO2。生产实践中,人们应用以上原理,在贮运蔬菜、水果等农产品的仓库或车厢内,通过调节和控制其中氧的浓度,使植物细胞的呼吸作用控制在非常微弱的状态,减少贮运过程中有机物的消耗。当然,人们还可以应用降低温度,充填CO2气体等措施来达到以上目的。答案:(1)无氧呼吸(2)氧气增加,无氧呼吸受到抑制(3)氧气含量增加,有氧呼吸加强,释放的CO2量增多(4)B点 有氧呼吸非常微弱,同时又抑制无氧呼吸,蔬菜、水果内有机物消耗得慢解析:酵母菌是兼性厌氧型生物,在有氧气存在时进行有氧呼吸,氧化分解葡萄糖,产物是二氧化碳和水;在无氧条件下则进行无氧呼吸,产物是酒精和二氧化碳。B装置中无水、干酵母不能进行无氧
26、呼吸。C项装置中无葡萄糖,不能进行无氧呼吸。因为氧气能抑制无氧呼吸,故D装置不适合产生酒精。【题组演练】1.在适宜的温度条件下,在下列装置中都放入干酵母(内有活酵母菌),其中适合于产生酒精的装置是()A解析:从图中可以看出,在氧浓度为a时,氧气的吸收量是二氧化碳的释放量的一半,说明此时释放的二氧化碳一半来自有氧呼吸,一半来自无氧呼吸,有氧呼吸与无氧呼吸释放的二氧化碳量相等,因此有氧呼吸比无氧呼吸消耗的有机物少,但释放的能量多。2.如图表示的是某植物的非绿色器官呼吸时O2的吸收量和CO2的释放量之间的相互关系,其中线段XY=YZ,则在氧浓度为a时()A.有氧呼吸比无氧呼吸消耗的有机物多B.有氧呼
27、吸比无氧呼吸释放的能量多C.有氧呼吸比无氧呼吸释放的CO2多D.有氧呼吸和无氧呼吸释放的能量相等B3.将等量且足量的苹果新鲜果肉分别置于O2浓度不同的密闭容器中,1小时后,测定O2的吸收量和CO2的释放量,结果如下表:变化量O2浓度01%2%3%5%7%10%15%20%25%O2吸收量/mol00.10.20.30.40.50.60.70.80.8CO2释放量/mol10.80.60.50.40.50.60.70.80.8解析:从表格中可以看出当O2浓度为1%时,氧气吸收量为0.1,故开始进行有氧呼吸;当O2浓度为5%时,总的CO2释放量最小,适合储藏水果;当O2浓度低于20%时,随着O2浓度的增加,有氧呼吸速率逐渐加快,当O2浓度超过20%时,有氧呼吸速率不变;苹果进行无氧呼吸时,产生酒精和二氧化碳。由表中分析,下列叙述正确的是()A.当O2浓度为2%时苹果开始进行有氧呼吸B.O2浓度为5%时适合储藏水果C.有氧呼吸速率与O2浓度成正相关D.苹果进行无氧呼吸时产生乳酸B点击进入课时训练 谢谢观赏Thanks!
