第3节 ATP的主要来源--细胞呼吸

ATP的主要来源-细胞呼吸【教学目标】一、 知识与技能：学生通过学习，能够说出线粒体的结构和功能，说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同、细胞呼吸的原理，并探讨其在生产和生活中的应用。二、 过程与方法：学生通过有氧呼吸和无氧呼吸的学习，理解细胞呼吸的本质是通过有机物的氧化分解为生命活动提供能量，维持细胞的正常生活。三、 情感、态度与价值观：学生通过学习有氧呼吸的主要场所，树立结构与功能相适应的观点。【教学重点和难点】一、教学重点有氧呼吸的大致过程及原理。二、教学难点1、细胞呼吸的原理和本质；2、实验探究的设计。【教学时间】 2课时【教学手段与方法】指导学生自主学习、讨论、分析、比较、多媒体课件【教学过程】第一课时教学过程教学内容教学手段目标达成情境创设 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？呼吸作用能够像燃料燃烧那样剧烈吗？让学生思考和讨论。引入新课，发现问题。新课学习葡萄糖是细胞中的主要能源物质，在前面的学习中我们已经认识到这一点，细胞的生命活动离不开能量，许多化学反应都需要耗能，葡萄糖作为主要能源物质是怎样被细胞利用的呢？ 如同我们生活的环境一样，细胞要生活在常温、常压下，这就意味着在细胞内葡萄糖不可能通过燃烧释放出能量。在细胞中应该有一个类似葡萄糖燃烧的过程，可以将葡萄糖分子中的能量释放出来，但又不伤及细胞。又由于生命过程是持续不断的，需要葡萄糖将储存的能量逐步地、缓慢地释放，随时地被细胞利用。科学家发现在细胞中的确存在这样的过程，这就是细胞的呼吸作用。启发学生对比燃烧有机物释放能量和细胞内利用有机物中的能量之间的异同，产生认知冲突，提高思维兴奋性，继续学习。观察现象，思考问题。新课学习 “呼吸作用”与我们通常了解的“呼吸”是一回事吗？ 问问学生是否知道呼吸与呼吸作用的区别，是否将呼吸与呼吸作用相等同？ （可以带学生回忆人体呼吸的过程，让学生比较呼吸与呼吸作用的不同。） 其实“呼吸作用”并非我们学习过的“呼吸”，我们熟悉的“呼吸”指的是人和动物体与外界进行的气体交换过程。而“呼吸作用”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，释放出能量并生成ATP，因此也叫做“细胞呼吸”。正是因为所有生物的细胞都具备这一功能，才能保证所有生物正常的生命活动。“呼吸”与“呼吸作用”的现象和本质是有所区别的。 首先通过酵母菌的探究活动，同学们发现了酵母细胞可以利用环境中的葡萄糖进行生命活动，而且这个过程在有氧气和无氧气的环境下都能完成，这说明气体的交换并非细胞呼吸的本质。细胞呼吸的实质是有机物的氧化分解，能量的释放和利用。在学生已有知识背景下主动建构新知识。提出问题，引起思考。新课学习 有机物在体外燃烧时，其中储存的能量是一次性全部释放出来的，并且以光和热的形式表现出来。这就相当于放在高处的大石块，由于本身的重量和所在的高度具有了很大的势能。若石块从高处直接落下来，势能会迅速地转变成动能释放出来，产生强大的冲击力。而细胞的生命过程所需的能量需要不断地释放出来，需要随时补充给细胞。这就像放在高处的石块必须经过许多台阶缓缓滚动到最低层，将能量一点点释放出来一样，只有这样释放出来的能量才能被有效地、充分地利用。发生在细胞内的细胞呼吸无论是在有氧条件下还是在无氧条件下，其过程的进行均是如此。 细胞呼吸是一个由多种酶参与催化，多步骤的过程。细胞呼吸通常是在有氧的情况下进行的，但是某些细胞也可以在无氧的环境下进行呼吸。在有氧条件下，细胞中的有机物会彻底氧化分解成为无机物，自然会放出全部的能量。无氧条件下，细胞中的有机物降解成为其他的有机物，释放出一部分能量。总之，通过有机物的氧化分解，释放能量，被细胞利用，生命过程得以正常进行。这便是细胞呼吸的实质所在。 那么以上这样两个过程又是如何发生的呢？形象地比喻，启发学生理解细胞呼吸的实质。启发学生想像，加深学生的理解。新课学习 一、有氧呼吸 有氧呼吸是细胞中进行的分解有机物释放能量的重要生命过程。它的总化学反应式是： C6H12O6 + 6O26CO2 + 6H2O + 能量 有氧呼吸可以分为三个阶段进行。 第一阶段：葡萄糖的降解阶段。 a.发生部位：细胞质基质。 b.过程：在酶催化下葡萄糖分解为丙酮酸。 c.产物：丙酮酸、少量H和少量ATP。 第二阶段：丙酮酸分解阶段。 a.发生部位：细胞线粒体的基质内。 b.过程：在酶的催化下，丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和H。 c.产物：二氧化碳、H、少量ATP。 第三阶段：H和氧结合生成水，释放大量能量的阶段。 a.发生部位：细胞线粒体内膜上。 b.过程：在酶的催化下，前两阶段释放的H和氧结合形成水，并释放出大量能量，形成大量ATP。 c.产物：水和ATP。 此处一定要让学生理解有氧呼吸的中间过程和中间产物，有条件的学校可以根据学生理解和接受能力的情况，将有氧呼吸的主要过程（三羧酸循环）较详细地介绍给学生，便于学生理解。 二、无氧呼吸 无氧呼吸是指细胞可以在无氧的条件下，将有机物分解为不彻底的氧化产物，并释放出少量能量的过程。它的总反应式是： C6H12O66CO2 + 2C2H5OH（酒精）+少量能量 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+少量能量 通常无氧呼吸分为两个阶段。 第一阶段：葡萄糖降解阶段。 a.发生部位：细胞质基质中。 b.过程：与有氧呼吸相同。 c.产物：丙酮酸、少量ATP。 第二阶段：丙酮酸继续分解阶段。 a.发生部位：细胞质基质。 b.过程：在不同酶的催化下，丙酮酸继续分解产生酒精和二氧化碳或乳酸，并释放出少量能量。 c.产物：酒精和二氧化碳或乳酸，少量能量。 最常见的无氧呼吸发生在微生物身上，常常称为“发酵”，如酒精发酵和乳酸发酵。人和高等动物细胞内也有类似乳酸发酵的过程。人在剧烈运动时，或从平原进入高原时，身体的局部组织缺氧，产生的丙酮酸不能及时进入线粒体进行有氧氧化，于是丙酮酸可以通过乳酸发酵的途径进行无氧呼吸。无氧呼吸只能形成少量ATP，与有氧呼吸相比相差很大。 有条件的学校，老师可以进一步分析无氧呼吸产生的乳酸的去路，以便加深学生对这一过程的理解。例如，无氧呼吸产生的乳酸最终可以进入肝脏，在那里形成丙酮酸再次进入线粒体参与有氧氧化；同时产生的乳酸进入血液中还可以进一步刺激呼吸，加快氧气的供应等。多媒体软件的展示或挂图的说明。也可以在黑板上画版图进行说明。画版图说明无氧呼吸过程，板书其要点。利用教学媒体增加教学的直观性，促进学生对概念的理解。小结 学习了细胞呼吸之后可以让学生自己设计一个比较表，比较有氧呼吸和无氧呼吸的异同，在这个过程中帮助学生梳理概念，理解细胞呼吸的原理。 可以鼓励一部分学有余力的学生讨论ATP与细胞呼吸的关系，比如可以让这部分学生进一步了解ATP在能量储存和释放中扮演的角色；了解ATP与生命活动的密切关系；了解ATP与酶活动的关系等。让这部分学生发挥其作用，以短文的形式写出自己的学习体会，帮助全班同学学习和理解这部分知识。比较，总结概念。启发学生总结和概括。分析讨论在学习了细胞呼吸后，针对细胞呼吸的原理应用于生活实际和生产实践，一定要让学生利用教材上资料分析中的素材进行讨论，争取将每一个实例分析透，让学生充分讨论并提出自己的观点，同时还可以提出更多的例子，利用讨论来检验学生对概念的理解和掌握。运用原理解释生活现象和生产实践中的问题。巩固概念的学习。学以致用，掌握第二课时一、不同呼吸类型的分析（1）有氧呼吸问题导学：预习P9394，完成问题：1回顾线粒体的结构：具有内、外双层膜，内膜向内折叠形成 ，嵴的周围充满了 。在线粒体的 和 含有许多种与有氧呼吸有关的酶。思考，为什么说线粒体是有氧呼吸的主要场所？2有氧呼吸如何进行？在哪儿进行？其底物、产物、条件怎样？3有氧呼吸分几步完成？各步反应的反应式是怎样的？4以表格的形式比较有氧呼吸三个阶段的反应物、场所、条件、产物及放能情况。有氧呼吸场所反应物产物放能第一阶段第二阶段第三阶段 5有氧呼吸的总反应式如何书写？如何定义有氧呼吸？（2）无氧呼吸预习P9495，完成问题：1何为无氧呼吸？有哪些类型？不同类型有何异同？2无氧呼吸过程分哪几个阶段？各阶段的反应式、原料、产物、条件、场所是怎样的？3哪些生物可以进行无氧呼吸？人和动物可以进行无氧呼吸吗？动物、植物与微生物进行无氧呼吸的情况相同吗？（3）有氧呼吸和无氧呼吸的比较呼吸方式有氧呼吸无氧呼吸不同点反应场所反应条件产物能量相同点实质联系教师强调：1无氧呼吸因其产物不同而分为酒精发酵和乳酸发酵；2均分为两个阶段，不同在于第二阶段，第一阶段是相同的；要能够正确书写各个阶段的反应式、场所、原料、产物与条件。3对生物的无氧呼吸应注意以下几点：一是乳酸菌、破伤风杆菌及体内寄生虫均进行无氧呼吸；二是不同生物进行无氧呼吸的产物种类可能不同，动物无氧呼吸的产物是乳酸，植物无氧呼吸一般产生的是酒精（马铃薯块茎、甜菜块根产生的是乳酸），微生物两种情况均有；三是多数进行有氧呼吸的生物仍然保留有无氧呼吸的能力。二、探究请学生回忆探究实验（或科学研究）的一般步骤；思考： 为了探究种子萌发时进行的呼吸类型，某研究性学习小组设计了下列实验。请根据要求填空。实验目的：探究种子萌发时所进行的呼吸类型 实验原理：种子萌发过程如果只进行有氧呼吸，则吸收的氧气量和放出的二氧化碳量相等；如果只进行无氧呼吸，则不吸收氧气，能放出二氧化碳；如果既有有氧呼吸又进行无氧呼吸，则吸收的氧气量小于放出的二氧化碳量。实验材料和用具：萌发的豌豆种子、带橡皮塞的玻璃钟罩两只、100mL烧杯4个、两根弯曲的其中带有红色液珠的刻度玻璃管、NaOH溶液、清水、凡士林实验方法：将实验材料和用具配置好实验装置，如果想得到实验结论应该如何设计实验？（绘装置图表示，并用简短的文字说明）实验结果及预测： ； ； 。问题讨论：如果将萌发的种子换成植物叶片，应该将该装置放于何种条件下？三、小结(1)有氧呼吸主要场所：线粒体能量去向：一部分以热能形式散失,另一部分转移到ATP中总反应式：C6H12O6+6H2O+6O26CO2+ 12H2O +能量有氧呼吸概念：细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把糖类等有机物彻底氧化分解，产生出二氧化碳和水，释放出能量，生成许多ATP的过程。(2)无氧呼吸场所：细胞质基质总反应式：C6H12O62C3H6O3(乳酸)+少量能量 或 C6H12O6 2C2H5OH(酒精)+ 2CO2 + 少量能量无氧呼吸概念：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成为不彻底氧化产物，同时释放出少量能量的过程。四、巩固1、下图表示某种植物的非绿色器官在不同氧浓度下O2吸收量和CO2释放量的变化。请据图回答下列问题： A点表示植物组织的CO2较多，这些CO2_的产物。 由A到P，CO2的释放量急剧减少，其原因是 。 由P到C，CO2的量逐渐增加，其主要原因是_ 。(4)外界氧浓度在10以下时，该器官的呼吸作用方式是_。(5)该器官的CO2释放与O2的吸收两条曲线在P点相交后则重合为一条线，此时该器官的呼吸作用方式是_ _，进行此种呼吸方式所用的底物是_。（6） 为了有利于储存蔬菜和水果，储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 。2、如图所示的曲线，表示的是一个贮藏白菜的地窖，随着氧气的消耗，二氧化碳浓度变化的情况。请回答：(1)AB段O2的消耗量很大，CO2浓度上升也很快，白菜在进 行_呼吸。 (2)CD段O2浓度接近于0，而CO2浓度仍在上升，白菜在进行_呼吸。(3)BC段O2浓度已很低，CO2浓度几乎不上升，原因是_ 。(4)为了有益较长时间地贮藏大白菜，应把地窖里的O2浓度控制在_段范围内。学 案一、 以表格的形式比较有氧呼吸三个阶段的反应物、场所、条件、产物及放能情况。有氧呼吸场所反应物产物放能第一阶段第二阶段第三阶段 二、 列表比较有氧呼吸和无氧呼吸 呼吸方式有氧呼吸无氧呼吸不同点反应场所反应条件产物能量相同点实质联系三、探究为了探究种子萌发时进行的呼吸类型，某研究性学习小组设计了下列实验。请根据要求填空。实验目的：探究种子萌发时所进行的呼吸类型 实验原理：种子萌发过程如果只进行有氧呼吸，则吸收的氧气量和放出的二氧化碳量相等；如果只进行无氧呼吸，则不吸收氧气，能放出二氧化碳；如果既有有氧呼吸又进行无氧呼吸，则吸收的氧气量小于放出的二氧化碳量。实验材料和用具：萌发的豌豆种子、带橡皮塞的玻璃钟罩两只、100mL烧杯4个、两根弯曲的其中带有红色液珠的刻度玻璃管、NaOH溶液、清水、凡士林实验方法：将实验材料和用具配置好实验装置，如果想得到实验结论应该如何设计实验？（绘装置图表示，并用简短的文字说明）实验结果及预测： ； ； 。问题讨论：如果将萌发的种子换成植物叶片，应该将该装置放于何种条件下？四、巩固1、下图表示某种植物的非绿色器官在不同氧浓度下O2吸收量和CO2释放量的变化。请据图回答下列问题： A点表示植物组织的CO2较多，这些CO2_的产物。 由A到P，CO2的释放量急剧减少，其原因是_ 。 由P到C，CO2的量逐渐增加，其主要原因是_ 。(4)外界氧浓度在10以下时，该器官的呼吸作用方式是_。(5)该器官的CO2释放与O2的吸收两条