人教新课标高中生物必修一示范教案(atp的主要来源——细胞呼吸 第2课时)

第二课时 细胞的呼吸和呼吸原理的应用 教学过程 课前准备 要求学生把上一节课的探究实验结果以书面报告形式总结。 情境创设 学生：把上一节课的探究实验结论总结。 教师：上节课我们通过探究实验，知道了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。 师生互动 （一）有氧呼吸 对于绝大多数生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式，这一过程必须有氧的参与。 有氧呼吸的主要场所是线粒体。 1.复习线粒体的结构 师：线粒体有哪些结构与呼吸作用相适应？ 生：线粒体具有内、外两层膜，内膜的某些部位向线粒体的内腔折叠形成嵴，嵴使内 膜的表面积大大增加。嵴的周围充满了液态的基质。线粒体的内膜和基质中含有许多种与 有氧呼吸有关的酶。 2.有氧呼吸的过程 （）教师：引导学生，回顾初中学过的有关呼吸的知识，在讨论中板书有氧呼吸的 反应式。即 C6H12 6 2 CO2H 2能量 教师：呼吸作用是怎样进行的呢? 学生：阅读课本 P93P 94 相关内容。 教师：有氧呼吸的全过程十分复杂，可以概括地分为三个阶段，每个阶段的反应都有 相应的酶催化。 关于呼吸作用过程的教学，可对照图（图 59）讲解，在讲解中讲清以下几点： 首先应指出，下面以葡萄糖为例讲述呼吸作用过程。其他有机物也可以通过呼吸作 用氧化分解。 第一阶段，一个分子的葡萄糖分解成两个分子的丙酮酸，在分解的过程中释放能量， 一部分被 ADP 捕获（把 ADP 转变成 ATP） ，并脱下H。这一过程在细胞质的基质完成。 第二阶段，丙酮酸进入线粒体内，继续脱H，氧化分解成二氧化碳，同时释放能量 合成 ATP。 第三阶段，前两阶段脱下的H在线粒体内，与从外界吸收或叶绿体光合作用产生的 O2 结合成水。在此过程中释放大量的能量，合成大量的 ATP。 （2）在整理出三个阶段后，根据学生状况，进一步分析以下几点： 引导学生，将呼吸作用的反应式配平 即 C6H12 66O 2 6CO26H 2能量 配平过程中，提问，呼吸作用产生的 H2O 中的 O，来自哪种原料?（学生回答出：来 自 O2） ，接着提出，消耗 6 分子的 O2 应该产生 12 个分子的 H2O，可是，如果形成 12 分子 的 H2O，又需要 24 个 H，一分子的 C6H12 6，只有 12 个 H，差 12 个 H 来自哪里?最后指 出，呼吸作用还消耗水。因而呼吸作用的反应式应改为： C6H12 66 26H 2O 6CO212H 2能量才能反映其本质。解决了这一环节， 其他物质的来龙去脉就可迅速解释清楚。 分析呼吸作用过程中的能量问题。 学生：阅读课本 P94 小字。 教师：1 mol 的葡萄糖彻底氧化分解成二氧化碳和水，释放出 2 870 kJ 的能量，其中 1 161 kJ 左右的能量被 ADP 捕获，储存在 ATP 中（约 38 mol 的 ATP） 。可见，呼吸过程中 释放的能量，只有 40储存在 ATP 中，用于推动其他生命活动。其余以热的形式散失了。 因此，在有些情况下，如新鲜蔬菜、粮食等保存，通过控制呼吸速率，可减少有机物的消 耗。 （3）线粒体是呼吸作用的主要场所。 教师：为什么说线粒体是呼吸作用的主要场所？ 学生：呼吸作用的三个阶段，后两个阶段都是在线粒体中进行的。另外，从能量角度 看，在细胞质的基质中进行的第一步产生 4 mol 的 ATP，其余 34 mol 的 ATP 是在线粒体 中产生的。因此，线粒体是呼吸作用的主要场所。 播放多媒体课件观看有氧呼吸全过程 3.归纳有氧呼吸概念 教师：请同学们归纳有氧呼吸的概念。 学生：有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物 彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成许多 ATP 的过程。 （二）无氧呼吸 1.无氧呼吸过程 教师：除前节课我们探究过的酵母菌以外，还有许多细胞在缺氧条件下也可以进行无 氧呼吸，无氧呼吸的过程又是怎样的呢？ 学生：阅读课本 P94P 95 相关内容。 教师：无氧呼吸的第一阶段与有氧呼吸的第一阶段是否相同？ 学生：无氧呼吸的第一阶段与有氧呼吸的第一阶段是相同的。 教师：接下来两者有何不同？ 学生：在有氧的情况下，丙酮酸进入线粒体继续氧化分解，脱下的氢与氧气结合而消 耗，即进行有氧呼吸；在无氧情况下，则在细胞质的基质中，在酶的作用下，利用第一阶 段脱下的氢，把丙酮酸还原成酒精或乳酸。因此，两种呼吸作用是在丙酮酸后分道扬镳的。 教师：请学生写出有关化学方程式： C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）少量能量 C6H12 6 2C2H5OH（酒精）2CO 2少量能量 教师：两种呼吸作用，有何共同点？ 学生：两种呼吸作用，不仅在过程上有共同点，而且都具有分解有机物，释放能量， 产生 ATP 的本质。 教师：两种呼吸作用，放出的能量有何不同？为什么？ 教育汇-专业教育培训网站 ,上万家培训机构,海量培训课程 教育汇-专业教育培训网站 ,上万家培训机构,海量培训课程 学生：无氧呼吸，由于没有彻底分解有机物，所以释放的能量少，合成 ATP 少。因此， 利用有机物分解获得 ATP 的效率低。 教师：无氧呼吸是否有害？ 学生：由于无氧呼吸产生的小分子有机物，如酒精和乳酸，在细胞中大量积累，对细 胞有毒害。因此大多数生物不能长时间用无氧呼吸维持生命，涝田时应及时排水就是这个 道理。 教师：无氧呼吸是否有利？ 学生：生物体或部分器官组织在缺氧条件下，作为有氧呼吸的补充，是生物的适应性 的表现（举例） 。 教师：在远古时期，地球的大气中没有氧气，那时微生物的呼吸是无氧呼吸。随着大 气中出现了氧气，细胞内出现了有氧呼吸的酶类，在无氧呼吸的基础上发展出有氧呼吸。 由于有氧呼吸比无氧呼吸优越，有氧呼吸逐渐成为绝大多数生物的主要呼吸形式，但还保 留无氧呼吸的能力，使生物体或部分器官组织在缺氧条件下，作为有氧呼吸的补充，是生 物的适应性的表现（举例） 。 有些微生物，至今仍只在无氧的条件下生活。人类在生活和生产中，对其有很多利用 （举例） 。 播放多媒体课件观看无氧呼吸全过程。 2.归纳无氧呼吸概念 教师：参照有氧呼吸的概念，用准确而精练的语言概括无氧呼吸的定义。 学生：一般是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为不彻 底的氧化产物，同时释放少量能量的过程。 3.发酵 无氧呼吸如果不用于高等动植物和人体，而用于微生物则叫做发酵。需要指出的是， 工业上所说的发酵，并非完全是无氧的，如醋酸发酵就是需要氧的。 （三）比较有氧呼吸和无氧呼吸的异同 要求学生完成下表 有氧呼吸 无氧呼吸 呼吸场所 细胞质基质、线粒体 细胞质基质 是否需氧 需氧 不需氧 分解产物 二氧化碳和水 二氧化碳和酒精或乳酸 释放能量 较多 较少 联 系 从葡萄糖到丙酮酸这一阶段完全相同，从丙酮酸开始，它们才沿着不同的途径形成不同的产物 （四）细胞呼吸原理的应用 教师：对照课本 P95，说出它们应用的呼吸原理。 学生：（1）控制呼吸条件，造成只能进行有氧呼吸或无氧呼吸。如课本中的“创可贴” ，中耕松土应用的是有氧呼吸；酸菜、面包、酿酒应用的是无氧呼吸。 （2）抑制酶活性、抑制呼吸作用，减弱有机物分解速度等。低温、减少水分，加 CO2、N 2 等。 教师精讲 1.有氧呼吸 有氧呼吸全过程，可以分三个阶段： 第一阶段：C 6H12 6 2 丙酮酸4H 2ATP 第二阶段：2 丙酮酸 6CO220H2ATP 第三阶段：6O 224H 12H234ATP 从物质变化的角度来看，是有机物脱去氢，脱下的氢与氧结合生成水，又脱去 CO2， 分解成无机物。从能量的角度看，有氧呼吸是在有机物的逐渐分解中，使储存在有机物中 的能量逐步释放，一部分转移到 ATP 中，另一部分能量则以热能的形式散失。有氧呼吸之 所以能正常进行，是因为线粒体中含有与有氧呼吸有关的酶，有机物之所以彻底氧化分解， 是因为有氧气的参加。 2.无氧呼吸：只需相应的酶，不需要氧气，在有氧气存在时，无氧呼吸会受到抑制； 从物质变化的角度来看，由于缺氧，C 6H12 6 不能彻底氧化分解，而产生不彻底的氧化产 物，如 C3H6O3（乳酸） 、C 2H5OH（酒精） 。从能量的角度看，因为分解不彻底，氧化产物 中严寒储存着能量，所以释放少。无氧呼吸不一定只有在无氧条件下才能进行，如小麦、 水稻、玉米等种子的胚芽早期，在有氧条件下就可以进行无氧呼吸，但一些高等植物在通 气不良时，会诱发无氧呼吸，如苹果、梨储存久了就会产生酒味。因为酒精对细胞有毒害 作用，所以一般陆生植物不能长期进行无氧呼吸。 3.有氧呼吸与无氧呼吸的联系 （1）有氧呼吸与无氧呼吸的第一阶段是相同的，都产生丙酮酸，两种呼吸作用是在丙 酮酸后分道扬镳的。 （2）两种呼吸作用不仅在过程上有共同点，而且在本质上也有共同点，都是分解有机 物，释放能量产生 ATP。 4.细胞呼吸原理的应用 主要是从控制反应的条件来应用的，如有无氧气、水分、温度等。 评价反馈 学生做课本探究练习题，教师检查评讲。 课堂小结 1.呼吸作用 2.有氧呼吸与无氧呼吸的比较 布置作业 教育汇-专业教育培训网站 ,上万家培训机构,海量培训课程 教育汇-专业教育培训网站 ,上万家培训机构,海量培训课程 练习 P96：1、2、3、4。 课后拓展 1.线粒体有哪些与功能相适应的结构特点？ 电镜下观察，线粒体由内外两层膜组成。外膜即界限膜，使线粒体与周围的细胞质分 开，是各种分子和离子进入线粒体内部的屏障。内膜的不同部位向线粒体的中心腔折叠， 形成嵴。这样就大大增加了酶分子附着的表面，并且把分子密集地包在线粒体里。内膜和 外膜在化学成分和物理特性上都有显著的差异。例如，它们在蛋白质的含量上，特别是在 类脂上的分布上是很不相同的。外膜比内膜的磷脂含量要高 2 至 3 倍；外膜的通透性也比 内膜高得多。外膜的通透性，为线粒体与周围细胞质之间进行充分的物质交换提供了条件。 内膜的通透性差，可以使催化有氧呼吸第二、三阶段的复杂酶系统保留在内膜的间隔中， 保证有氧呼吸的进行。线粒体膜上还有小孔，这样，有氧呼吸所产生的 ATP 可以更加容易 地向线粒体外面扩散。 2.线粒体的研究 人体的每一个细胞都含有数百个线粒体，一个线粒体又含有几个环状 DNA。其中每一 个环都包含着几十个基因，最近 10 年来的研究成果表明，线粒体 DNA 在许多方面具有重 要 作用。 线粒体 DNA 的缺陷与数十种人类遗传病有关，并且这些疾病很多是与脑部和肌肉有 关的遗传病。例如，线粒体肌病和神经性肌肉衰弱、运动失调及眼视网膜炎等。这些遗传 病都是只能通过母亲遗传给后代的。 随着对线粒体 DNA 研究的进一步深入，线粒体 DNA 的检验还越来越多地用于对罪犯 的鉴别，以及对死者的查找核对上。这是因为与核内 DNA 比较，在一些可利用部分（如 一根头发、一块骨骸或一颗牙齿）的细胞中，更容易得到大量的线粒体 DNA。 此外，遗传学家通过对世界各地人类不同种群线粒体的对比分析，推断出人类历史上 几次大迁徙的情况及时间表。例如，用这种方法推算出北美印第安人的祖先是在 1.5 万年 前，由亚洲经过西伯利亚和阿拉斯加迁徙到北美洲的。 3.细胞呼吸原理的应用 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。 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。 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。 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。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。 图 532 水稻根的横切面 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。 4.呼吸速率 呼吸速率是指单位数量的活体组织，在单位时间内，分解有机物的速率。它是植物呼 吸作用强弱的生理指标。因为测定有机物分解的速率是非常困难的，所以一般以测定植物 释放二氧化碳或吸收氧气的速率来衡量呼吸速率。因呼吸作用是植物物质代谢的中心环节， 通常呼吸速率作为植物生理活动强弱的指标。 5.影响呼吸速率的因素 （1）内部因素 不同种类植物的呼吸速率不同，一般旱生植物生长缓慢，呼吸速率 比水生植物低；阴生植物所处的光强度较弱，呼吸也较弱，呼吸速率比阳生植物低。同一 种植物在不同的生长发育时期，呼吸速率也不同，一般在幼苗期、开花期等生长旺盛期， 呼吸速率增高。同一种植物的不同器官，呼吸速率也不同，一般生殖器官比营养器官高， 幼嫩组织器官比衰老的组织器官高。 （2）外界因素对呼吸速率的影响 温度 呼吸作用是一系列的化学过程，这些化学反应大多需要酶来催化完成，而酶 的活性直接受温度的影响，因此温度对呼吸作用的影响很大。一般植物在 0 以下，呼吸 作用很弱或几乎停止，呼吸作用的最适宜温度一般在 2535 之间，呼吸作用的最高点一 般在 4555 。 氧气 呼吸作用需要游离的氧气，由于大气中氧气的含量约占大气成分的 21， 因此，植物的地上部分一般不会受到缺氧的危害。但土壤中氧气的含量是随土壤水分含量 以及土壤板结程度而改变，当土壤中含量低于 25时根系的正常呼吸会受到影响。在 储藏植物种子、果实时，为了保持其品质，常通过控制水分、温度和氧气含量