辽宁省沈阳市第二十一中学高中生物 第五章第三节《TP的主要来源》课件 新人教版必修1

第3节ATP的主要来源细胞呼吸 1知识：(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作用；(4)进行酵母菌细胞呼吸方式的探究。 2情感态度与价值观：(1)通过学习有氧呼吸的主要场所，树立结构和功能相适应的生物学观点；(2)通过分析有氧呼吸与无氧呼吸的关系，学会运用发展变化的观点认识生命。 3能力：(1)通过对有氧呼吸过程图解的学习，学会用多种表达形式准确描述生物学现象，培养表达能力和图文转换能力；(2)通过比较有氧呼吸和无氧呼吸的异同，学会运用对比的方法识记相关的生物学知识，培养学生综合分析问题的能力。 4重点与难点：(1)有氧呼吸的过程及原理；(2)细胞呼吸的原理和本质；(3)探究酵母菌细胞的呼吸方式。 (一)问题探讨 1两者的共同点是：都是物质的氧化分解过程；都能产生二氧化碳等产物，并且都释放出能量。 2不能。否则，组成细胞的化合物会迅速而彻底地氧化分解，能量会迅速地全部释放出来，细胞的基本结构也就会遭到彻底的破坏。 3在无氧条件下，细胞能够通过无氧呼吸来释放能量。但是，无氧呼吸比有氧呼吸释放的能量要少许多。 (二)探究 提示：重铬酸钾可以检测有无酒精存在。这一原理可以用来检测汽车司机是否喝了酒。具体做法是：让司机呼出的气体直接接触到载有用硫酸处理过的重铬酸钾或三氧化铬的硅胶(两者均为橙色)，如果呼出的气体中含有酒精，重铬酸钾或三氧化铬就会变成灰绿色的硫酸铬。 (三)小字部分的问题 有氧呼吸的能量转换效率大约是40%。这些能量大约可以使2.31025个ADP转化为ATP。 (四)旁栏思考题 提示：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。 (五)资料分析 1提示：参见本节参考资料。 2提示：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会增加，体重就会下降。应当将蔬菜和瓜果放入冰箱或地窖等冷凉的地方储藏，这样能够降低细胞呼吸的速率，减少细胞内有机物的损耗。 一、细胞呼吸的方式 1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_，释放能量并生成_的过程。 2分类：根据是否有_参与，细胞呼吸可分为_和_两种类型。 3探究酵母菌细胞呼吸的方式 (1)酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存，属于_菌。 (2)检测酵母菌在细胞呼吸中是否产生二氧化碳可使用_或溴麝香草酚蓝溶液，其中后者颜色变化过程为由蓝变_再变_。 (3)检测是否产生酒精可使橙色的_溶液，其在酸性条件下与酒精发生反应，变为_。 二、有氧呼吸 1反应式：_。 2过程：第一阶段第二阶段第三阶段场所细胞质基质线粒体基质线粒体内膜反应物葡萄糖丙酮酸和水H和氧气生成物_、_、ATP_、_、ATP_、ATP能量少量少量大量 三、无氧呼吸 1反应式：酒精发酵反应式：_。 乳酸发酵反应式：_。 2过程：第一阶段与有氧呼吸相同，第二阶段的产物是_，两个阶段的反应场所是_。 酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。通过定性测定酵母菌在有氧和无氧的条件下细胞呼吸的产物，来确定酵母菌细胞呼吸的方式。 CO2可使澄清石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。根据石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养液中CO2的产生情况。橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与乙醇(俗称酒精)发生化学反应，变成灰绿色，从而检测酒精的产生。 目的要求 探究酵母菌在有氧和无氧的条件下细胞呼吸的方式 材料用具(略) 方法步骤 1酵母菌培养液的配制取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A(500mL)和锥形瓶B(500mL)中。分别向瓶中注入240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。 2检测CO2的产生用锥形瓶和其他材料用具组装好实验装置(参考课本92页图)，并连通橡皮球(或气泵)，让空气间断而持续地依次通过3个锥形瓶(约50min)，然后将实验装置放到2535的环境中培养810h。 CO2可使澄清石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。根据石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养液中CO2的产生情况。 3检测酒精的产生橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与乙醇(俗称酒精)发生化学反应，变成灰绿色。具体做法是：各取2mL酵母菌培养液的滤液，分别注入2支干净的试管中。向试管中分别滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液(体积分数为95%97%)，浓硫酸有腐蚀性，往试管中滴加浓硫酸时要缓慢、小心。并轻轻振荡，使它们混合均匀。观察试管中溶液的颜色变化。 进行实验 请老师对实验方案提出意见，待老师认可后开始做实验。由于实验需要时间较长，观察的项目和次数要事先计划好，并做好记录。 结论 酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水，在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的二氧化碳。 科学家通过大量的实验证实，细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。 1酵母菌被广泛用于发酵，为研究酒精发酵的产物，某研究小组设计了如图所示的装置。1号、2号试管中均加入3 mL蒸馏水和少许0.1 %BTB溶液至蓝绿色(酸性较强时，BTB溶液变为蓝色)。下列有关评价合理的是() A1号试管可以去除或将1号试管中BTB溶液换成澄清石灰水 B该装置无法检验二氧化碳的生成，仍需再补充其他装置 C温度偏高，导致发酵管内氧气少，酵母菌繁殖速度减慢，不利于发酵 D为使发酵管中尽量少含氧气，应先将有葡萄糖液煮沸，待冷却后加入鲜酵母，再加入少许石蜡油，使之浮于混合液表面 解析：1号试管起对比作用；酵母菌产生的二氧化碳会使2号试管中的BTB溶液由蓝绿色变成黄色，无需其他补充装置；80导致酵母菌死亡和发酵过程中酶变性失活；酵母菌在无氧条件下才发酵产生酒精，发酵前将葡萄糖溶液煮沸，会使氧气逸出，冷却后加酵母菌是防止高温杀死酵母菌，加石蜡油达到隔绝空气的目的。 答案：D 利用酵母菌发酵生产酒精时，投放的适宜原料和在产生酒精阶段要控制的必要条件分别是() A玉米粉和有氧B大豆粉和有氧 C玉米粉和无氧 D大豆粉和无氧 答案：C 解析：玉米粉中含有大量的糖类，是酵母菌呼吸作用的原料；生产酒精需要无氧条件。 三个阶段可表示如下：阶段反应物生成物反应场所第一阶段葡萄糖丙酮酸、 H 、少量能量细胞质基质第二阶段丙酮酸CO2、H 、少量能量线粒体基质第三阶段H、O2H2O、大量能量线粒体内膜 注意：这里的H是一种十分简化的表示方式。这一过程实际上是氧化型辅酶转化成还原型辅酶。 综合上述每氧化1mol葡萄糖，生成6mol的二氧化碳和12mol的水，同时生成38molATP。在细胞内，1mol的葡萄糖彻底氧化分解以后，释放出来的总能量是2870kJ，其中只有1161kJ转移至ATP的高能磷酸键上，能量转变效率只有40%左右，其余部分(1709kJ)的能量就以热能的形式散失掉了。 小结：有氧呼吸有如下特点： 有氧呼吸需要氧气。氧气是氧化剂，将有机物氧化分解。有氧呼吸能将有机物彻底氧化分解。所谓的彻底氧化分解，是指把有机物分解为二氧化碳和水等无机物。释放大量的能量。由于有机物被分解成无机物，有机物分子化学键中储存的能量全部释放出来，所以释放大量的热量。 2用含18O的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的氧原子，18O转移的途径是 () A葡萄糖丙酮酸水 B葡萄糖丙酮酸氧 C葡萄糖氧水 D葡萄糖丙酮酸二氧化碳 解析：葡萄糖的有氧呼吸过程分为三个阶段，第一阶段是葡萄糖在无氧参与的情况下分解成丙酮酸(糖酵解)，同时产生H和少量ATP，第二阶段是丙酮酸分解成CO2，同时产生H和少量ATP；第三阶段是第一阶段和第二阶段产生的H还原从空气中吸收进来的氧，生成水，同时产生了大量的ATP。从C6H12O6被氧化分解产生H2O和CO2的全过程可以看出，葡萄糖中18O的转移途径是葡萄糖丙酮酸二氧化碳。 答案：D 葡萄糖在细胞质内分解至丙酮酸的过程中，下列叙述正确的是() A在线粒体中进行无氧呼吸 B需在有氧条件下进行 C不产生CO2 D反应速度不受温度影响 答案：C 解析：葡萄糖在细胞质基质中分解成两分子丙酮酸和少量H及少量的能量，这一阶段也是无氧呼吸的第一阶段，因此不需氧的参与。 无氧呼吸的概念可总结为：无氧呼吸是指在无氧条件下，通过酶的作用，细胞把糖类等有机物分解成不彻底的氧化产物，同时释放少量能量的过程。如果用于微生物，习惯上称为发酵。产生酒精的叫做酒精发酵；产生乳酸的叫做乳酸发酵。 无氧呼吸的反应式可以概括为以下两种： 无氧呼吸的全过程，可以概括地分为两个阶段，这两个阶段需要不同的酶催化，但都是在细胞质基质中进行的。 第一个阶段与有氧呼吸的第一个阶段完全相同。 第二个阶段是，丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳，或者转化成乳酸。 无论是分解成酒精和二氧化碳或者是转化成乳酸，无氧呼吸都只在第一阶段释放出少量的能量，生成少量ATP。 葡萄糖分子中的大部分能量则存留在酒精或乳酸中。 1mol葡萄糖在分解成乳酸以后，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%的能量都以热能的形式散失了。无氧呼吸过程不但释放的能量很少，而且产生的酒精等不彻底氧化产物对生物细胞有毒害作用，所以，一般陆生植物和动物细胞不能长期忍受无氧呼吸。 除酵母菌外，还有许多种细菌和真菌能够进行无氧呼吸。此外，马铃薯块茎、苹果果实等植物器官的细胞以及动物骨骼肌的肌细胞等，除了能够进行有氧呼吸外，在缺氧条件下也能进行无氧呼吸。 小结：无氧呼吸有如下特点： 细胞的无氧呼吸是在缺氧的条件下进行的，以适应不利的环境条件。细胞的无氧呼吸过程中，把有机物不彻底氧化分解，形成不彻底氧化产物。所谓不彻底的氧化产物，是指有机物经过无氧呼吸分解后，仍然是一些小分子有机物，如酒精、乳酸等。释放能量少。因为这个过程没有氧气参与，只依靠细胞内的酶来分解有机物，形成的不彻底的氧化产物中仍储存着大量能量，所以无氧呼吸过程释放的能量很少。 3人红细胞无线粒体但能携带氧。红细胞所需能量的来源主要是利用() A葡萄糖，进行有氧呼吸 B葡萄糖，进行无氧呼吸 C乳酸，进行有氧呼吸 D乳酸，进行无氧呼吸 解析：红细胞尽管携带氧气，但由于本身不含有线粒体(不含进行有氧呼吸的酶)，所以不能进行有氧呼吸。但红细胞含有无氧呼吸的酶，能够进行无氧呼吸。动物细胞无氧呼吸的原料是葡萄糖，产物是乳酸和能量。考查红细胞的能量来源。 答案：B 下列有关细胞呼吸的叙述中，错误的是(多选)() A蛔虫进行无氧呼吸 B哺乳动物的红细胞只能进行无氧呼吸 C长跑时，人体产生的CO2是有氧呼吸和无氧呼吸的共同产物 D发酵和无氧呼吸为同一概念 答案：CD 解析：A蛔虫生活于动物和人肠道内只能进行无氧呼吸。B易错选，因为红细胞运输O2，认为能有氧呼吸，但忽视红细胞没有氧化酶，只进行无氧呼吸。人在无氧呼吸时不产生CO2。发酵是对细菌无氧呼吸的特称，并不是同一概念。 1.包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布或松软的“创可贴”等敷料。(这样透气性好，细胞呼吸正常并能抑制厌氧病菌的繁殖。) 2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。(以保证根系细胞呼吸对氧气的需要。) 3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。(利用各种菌的呼吸类型和发酵各生产阶段对氧气的需要控制通气的情况，以生产各种产品。) 4稻田也需要定期排水，否则水稻幼根因缺氧而变黑、腐烂。(以保证水稻根系细胞呼吸对氧气的需要，避免进行无氧呼吸产生酒精等对细胞有毒害作用。) 5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，如清理伤口、敷药并注射破伤风抗毒血清。因在深部缺氧的情况下，破伤风芽孢杆菌容易大量繁殖。) 6提倡慢跑等有氧运动的原因之一，是不致因剧烈运动导致氧的不足，而使肌细胞因无氧呼吸产生大量乳酸。乳酸的大量积累会使肌肉酸胀乏力。(人在剧烈活动时，以无氧呼吸供能为主，这时会产生大量乳酸，积累在骨骼肌处使人感到酸胀乏力；若进行慢跑，则以有氧呼吸供能，这时产生的是CO2和水不会产生酸胀乏力感。) 4(2010新课标)下列关于呼吸作用的叙述，正确的是 () A无氧呼吸的终产物是丙酮酸 B有氧呼吸产生的H在线粒体基质中与氧结合生成水 C无氧呼吸不需要O2的参与，该过程最终有H的积累 D质量相同时，脂肪比糖原有氧氧化释放的能量多 解析：本题考查细胞呼吸的相关知识。质量相同的脂肪和糖原相比，前者H的含量高一些，因此在氧化分解时所释放的能量也会更多。 答案：D 在种子、果实、蔬菜保鲜实践中，下列哪项措施是不合适的 () A适当降低环境温度 B降低环境氧气含量 C形成无氧环境 D消毒灭菌 答案：C 解析：若形成无氧环境，使细胞进行无氧呼吸产生酒精造成蔬菜腐烂。有氧呼吸无氧呼吸不同点场所细胞质基质和线粒体始终在细胞质基质条件需分子氧、酶不需分子氧、需酶产物CO2、H2O酒精和CO2或乳酸能量大量(合成38个ATP)少量(合成2个ATP)相联系从葡萄糖分解为丙酮酸阶段相同，以后阶段不同同实质分解有机物，释放能量，合成ATP点意义为生物体的各项生命活动提供能量 注意：(1)有氧呼吸是在无氧呼吸基础上进化而来的。 (2)因有氧呼吸过程中有机物及能量的利用率高，绝大多数生物在进化的过程中形成了以有氧呼吸为主的细胞呼吸方式，但仍保留无氧呼吸的酶系统以应付暂时缺氧的不利环境。 影响细胞呼吸的外界因素有：温度、氧气浓度、二氧化碳浓度、含水量等，主要是温度。 (1)影响细胞呼吸的外界因素主要是温度。温度通过影响细胞呼吸有关酶的活性而影响细胞呼吸。因此细胞呼吸对温度的变化很敏感，最适温度一般为2530。多数植物在0以下，细胞呼吸很弱或几乎停止。在一定范围内，细胞呼吸的速率随温度的升高而明显加快，但超过一定限度后，细胞呼吸反而会减弱。 (2)O2也是影响细胞呼吸速率的因素，在一定范围内，随O2浓度的增加，有氧呼吸的速率也增加，超过一定限度，O2浓度再增加，有氧呼吸的速率也不再增加。氧气对无氧呼吸有抑制作用，二氧化碳对有氧呼吸有抑制作用。 (3)在一定范围内细胞呼吸强度随含水量的增加而加强，随含水量的减少而减弱。 联系有关实际，在生产实践中根据需要常采取一定措施促进或抑制细胞呼吸。例如： 作物栽培中，采取中耕松土等措施，防止土壤板结，就是为了保证根的正常细胞呼吸。 粮油种子的贮藏，必须降低含水量，使种子呈风干状态，使细胞呼吸速率降至最低，以减少有机物消耗。如果种子含水量过高，呼吸较强，使贮藏的种子堆中温度上升，反过来又进一步促进种子的呼吸，使种子品质变坏。 在果实和蔬菜的保鲜中，常通过控制细胞呼吸以降低它们的代谢强度，达到保鲜的目的。例如，某些果实和蔬菜可放在低温下或降低空气中的氧含量及增加二氧化碳的浓度，减弱细胞呼吸，使整个器官代谢水平降低，延缓老化。 在农业生产中，为了使有机物向着人们需要的器官积累，常把下部变黄的、已无光合能力、仍然消耗养分的枝叶去掉，使光合作用的产物更多地转运到有经济价值的器官中去。， 人在剧烈运动时，会因无氧呼吸积累过多的乳酸而感到肌肉酸痛；从平原地区初入高原生活的人也因缺氧而影响正常的细胞呼吸而感到诸多不适。 长期的无氧呼吸对陆生植物的影响： 无氧呼吸产生的酒精，使细胞的蛋白质变性，而对细胞有毒害作用。 无氧呼吸过程释放的能量少，不能满足植物生命活动的需要。 为确定人体在运动时呼出气体中的CO2浓度是否比静止时高，某同学进行了如下探究： 假出假设：人体在运动时呼出气体中CO2的浓度比静止时高。 实验过程： 在3个烧杯中，分别注入100 mL蒸馏水，测定其pH。实验者在安静状态(静坐2 min)、中度运动(步行2 min)以及剧烈运动(跑绳2 min)后，立即分别向上述3个烧杯的水中吹入等量气体，测定pH。经多次重复实验，所得平均数据如下表：运动状态 安静中度运动剧烈运动实验前pH 6.16.16.1实验后pH5.95.65.3 请回答： (1)作出上述假设的依据是_。 (2)该实验的原理是_。 (3)从表中数据可以看出_越大，_下降幅度越大，由此可以得出结论：_，从而可以验证上述假设。 (4)人体代谢产生的CO2，正常情况下来自三大类有机物的分解，这三大类物质是_。人体糖代谢产生CO2的细胞器是_。 解析：该题的实验目的为：探究人体在运动时呼出气体中的CO2浓度是否比静止时高。自变量为运动强度，因变量为呼出气体中CO2的浓度。通过改变“活动方式”来控制自变量，通过测定相关溶液的pH大小来检测因变量。pH越小，则呼出CO2越多。 答案：(1)由于人体在运动时耗能增加，呼吸作用加强，产生CO2的量增加，所以呼出的CO2的浓度增加(2)CO2在水中溶解后使水的pH下降，人在不同运动状态下产生的CO2量不同，溶于水后也会导致pH不同，通过测定水的pH的变化可以推测呼出气体中CO2浓度的变化(3)运动强度pH随着运动强度的增强，呼出气体中的CO2浓度增加(4)糖类、脂肪和蛋白质线粒体 1我国青藏高原农区大麦高产的主要原因是由于当地 () A昼夜温差大，太阳辐射强 BCO2浓度高 C雨量充沛 D气温偏低，水分蒸发少 答案：A 解析：昼夜温差大，白天利于光合作用，而晚上呼吸作用较微弱，利于有机物的积累。 2在有氧呼吸过程中，葡萄糖被分解为丙酮酸是发生在细胞的 () A细胞核里B细胞质基质里 C线粒体里 D高尔基体里 答案：B 解析：有氧呼吸的过程第一阶段发生在细胞质基质中。 3种子在缺氧条件下萌发，引起烂芽的原因是() A缺乏氧气无法细胞呼吸 B缺少阳光无法进行光合作用 C乳酸多而中毒 D发生酒精中毒 答案：D 解析：种子在缺氧条件下，会因无氧呼吸而产生酒精。 4生物界与非生物界之间的主要联系是() A光合作用和细胞呼吸 B消化作用和细胞呼吸 C细胞呼吸和蒸腾作用 D光合作用和蒸腾作用 答案：A 解析：光合作用将无机环境中的CO2转变为有机物，贮存于生物体内；而呼吸作用正好与光合作用相反。 5有氧呼吸中，产生大量ATP发生在() A葡萄糖分解成丙酮酸时 B产生CO2时 C氢和氧结合生成水时 D丙酮酸大量脱H时 答案：C 解析：ATP大量产生于有氧呼吸的第三阶段。 6酵母菌在氧气充足条件下不能进行酒精发酵，有同学认为是氧气抑制了酵母菌无氧呼吸，也有同学认为是有氧呼吸产生的ATP抑制了酵母菌无氧呼吸。该同学用质量分数为5%的葡萄糖溶液、只含酵母菌细胞质基质的上清液和ATP溶液、蒸馏水等进行实验，并设计实验探究酵母菌在氧气充足条件下不能进行无氧呼吸的原因。请完成下列实验步骤： (1)取锥形瓶等连接如图所示装置三套，依次编号为A、B、C。1号锥形瓶中都加质量分数为10%的NaOH溶液，3号锥形瓶中都加澄清的石灰水。 (2)三套装置的2号锥形瓶中，除都加入10 mL酵母菌细胞质基质的上清液、10 mL质量分数为5%的葡萄糖溶液外，A装置还需加2 mL蒸馏水；B装置加；C装置加。 (3)A、B、C三套装置均先持续通入N2 5min，去除锥形瓶中的氧气，再将A、B、C三套装置分别作如下处理：A装置持续通入N2，B装置，C装置。 (4)将三套装置放在温度适宜(2535)的相同条件下培养相同时间(810 h)。 (5)请依据下列预期的石灰水是否浑浊的情况，填写相应的结论。 答案：(2)2 mLATP溶液2 mL蒸馏水(3)持续通入N2持续通入空气(5)酵母菌无氧呼吸受ATP抑制，不受氧气抑制酵母菌无氧呼吸不受ATP抑制，受氧气抑制酵母菌无氧呼吸既受ATP抑制，又受氧气抑制酵母菌无氧呼吸既不受ATP抑制，也不受氧气抑制 解析：该实验的目的为：探究酵母菌在氧气充足条件下不能进行无氧呼吸的原因，实际上是两个实验，即探究是否是ATP抑制了酵母菌的无氧呼吸和探究是否是氧气抑制了酵母菌无氧呼吸。前者的自变量为ATP的有无，后者的自变量为氧气的有无；前者的设置方法即在装置的2号瓶中一组加入ATP溶液，一组不加；后者的自变量设置是在装置的1号瓶中一组持续通入空气，另一组通入N2。因自变量有两个，可分三组实验，对照组是不加ATP液，通入N2。因变量为是否进行无氧呼吸，观察指标为石灰水变浑浊程度。