高中生物《细胞呼吸》学案3苏教版必修1

高中生物《细胞呼吸》学案3苏教版必修1一、学习目标1、细胞呼吸：主要是指糖类、脂质和蛋白质等有机物在生活细胞内氧化分解为二氧化碳和水或分解为不彻底的氧化产物，且伴随着释放能量的过程。2、有氧呼吸：是指细胞在有氧气的参与下，通过酶的催化作用，指糖类等复杂有机物彻底氧化分解，产生出二氧化碳和水，同时释放出大量能量的过程。主要场所是线粒体。3、无氧呼吸：是指在无氧条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解成为不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。经无氧呼吸后未释放出来大量的能量贮存在不彻底的氧化产物中。场所是细胞质基质。4、有氧呼吸和无氧呼吸的比较呼吸类型比较项目有氧呼吸无氧呼吸呼吸场所主要在线粒体内细胞质基质是否需氧需氧分子参加不需要氧分子参加分解产物二氧化碳和水酒精或乳酸释放能量较多较少5、细胞呼吸原理的应用在农业生产上，要设法增强细胞呼吸，以促进作物的生长发育。对粮食储藏和果蔬保鲜来说，要设法降低细胞的呼吸速率，尽可能减少有机物的消耗。二、教材分析第1页共1页1、重点难点与疑点重点难点是细胞呼吸的概念、有氧呼吸的过程、无氧呼吸的过程、细胞呼吸原理的应用等。疑点是有氧呼吸与无氧呼吸的比较等。2、教材解读课文解读一、细胞呼吸产生能量生命体的一切生命活动都需要能量。生命活动所需要的能量主要是通过细胞呼吸来提供的。细胞呼吸主要是指糖类、脂质和蛋白质等有机物在生活细胞内氧化分解为二氧化碳和水或分解为不彻底的氧化产物，且伴随着释放能量的过程。细胞呼吸的特点是有机物在酶的催化下，氧化分解产生的能量逐步释放出来，没有剧烈的发光发热现象。有机物在生物体中被氧化而分解，释放能量，这叫做生物氧化，它发生在细胞里（真核细胞的有氧氧化主要发生在线粒体里）。有机体在呼吸时吸入氧气，呼出二氧化碳，是细胞中生物氧化的总结果，所以生物氧化也叫细胞呼吸。细胞呼吸有许多特点。首先，它是分阶段逐步完成的，每一步放出一定的能量，使能量得到充分利用。其次，它是在一系列酶的催化下，在体内近中性的环境中进行的。第三，细胞呼吸过程释放的化学能，转换成高能磷酸化合物的化学键能，主要以ATP形式贮存和利用。细胞呼吸的能量利用效率是较高的。一克分子的葡萄糖充分燃烧后，完全氧化为二氧化碳和水时，释放出2、9106焦的能量；而一克分子的ATP分解时，可被生物体利用的能量为第1页共1页3、3104焦。整个细胞呼吸过程中，一分子葡萄糖能形成38个ATP。因此，在细胞呼吸的过程中，能量转换和传递的最终效率是3、310438，除以2、9106焦，即为43%左右。这比内燃机把化学能转换为机械能的效率（15～30%）要高得多。二、细胞呼吸的过程有氧呼吸是细胞呼吸的主要类型，是生活细胞在氧气的参与下，把某些有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，同时释放能量的过程。P62页书本图4-15有氧呼吸是指细胞在有氧气的参与下，通过酶的催化作用，指糖类等复杂有机物彻底氧化分解，产生出二氧化碳和水，同时释放出大量能量的过程。主要场所是线粒体。酶有氧呼吸的三个阶段：酶第一阶段：C6H12O6──→2分子丙酮酸+少量[H]+少量ATP。场所是细胞质基质。酶第二阶段：2丙酮酸+6H2O──→6CO2+大量[H]+少量ATP。场所是线粒体基质第三阶段：大量[H]+6O2──→12H2O+大量ATP。场所是线粒体内膜。能量利用率：1mol葡萄糖在彻底氧化分解后释放出的能量为2870kJ，其中有1255kJ能量转移到ATP中，其余的能量都以热能的形式释放散失了。生物对葡萄糖中的能量利用率为：1255/2870≈0、44，即44%。酶总反应式：C6H12O6+6O2+6H2O──→6CO2+12H2O+能量说明：有氧呼吸的过程分为三个阶段，熟记这三个阶段是容易的，但要弄清其中所隐藏的知识点是有一定难度的。但必须弄楚以下几点：①CO2是在第二第1页共1页阶段产生的，是丙酮酸和水反应生成的，CO2中的氧原子一个来自葡萄糖，另一个来自水；②O2参与反应的阶段是第三阶段，是[H]和氧结合生成水，所以呼吸作用产物水中的氧来自O2；③有氧呼吸过程中的反应物和生成物中都有水，反应物中的水在第二阶段参与和丙酮酸的反应，生成物中的水是有氧呼吸第三阶段[H]和O2结合生成的；④有氧呼吸过程中三个阶段进行的场所分别是：第一阶段在细胞质基质中进行；第二阶段是在线粒体基质中进行；第三阶段是在线粒体内膜进行。无氧呼吸是指生活细胞在无氧或缺氧条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物不彻底地氧化分解成乙醇或乳酸等，同时释放出较少的能量的过程。无氧呼吸是指在无氧条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解成为不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。经无氧呼吸后未释放出来大量的能量贮存在不彻底的氧化产物中。微生物的无氧呼吸习惯上称为发酵。酶无氧呼吸的两个阶段第一阶段：C6H12O6──→2分子丙酮酸+少量[H]+少量ATP。场所是细胞质基质。酶第二阶段：丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解的产物是不同的。酶产物是酒精的反应方程式：2丙酮酸(CH3COCOOH)+2[H]──→2CH3CH2OH+2CO2+能量。如高等陆生植物在水淹的情况下，进行的短时间无氧呼吸；酵母菌的无氧呼吸，苹果的无氧呼吸等。第1页共1页产物是乳酸的反应方程式：2丙酮酸(CH3COCOOH)+2[H]──→2C3H6O3+能量。如人和动物细胞在暂时相对缺氧时的无氧呼吸，玉米的胚、马铃薯的块茎、甜菜的块根等的无氧呼吸产物均是乳酸。能量利用率：1mol葡萄糖经无氧呼吸分解成乳酸或酒精后，共释放出196、65kJ能量，其中有61、08kJ的能量贮存在ATP，其余的能量都是以热能的形式散发了。所以无氧呼吸的能量利用率为：61、08/196、65≈0、31，即31%。葡萄糖丙酮酸CO2+H2O+能量（大量）C2H5OH（酒精）+CO2+能量（少量）C3H6O3（乳酸）+能量（少量）或无氧有氧P64页书本图4-18有氧呼吸和无氧呼吸的比较呼吸类型比较项目有氧呼吸无氧呼吸呼吸场所主要在线粒体内细胞质基质是否需氧需氧分子参加不需要氧分子参加分解产物二氧化碳和水酒精或乳酸释放能量较多较少说明：有氧呼吸和无氧呼吸的实质是一样的，都是氧化分解有机物并且释放能量。进行的具体过程既有相同之处，也有不同的地方。相同点是第一阶段完全一样，都是糖酵解过程，所需的酶和进行的场所完全一样。但从第二阶段开始就分道扬镳了，在无氧条件下，[H]还原丙酮酸，不同的生物由于酶不同，还原的产物也就不同。如马铃薯、玉米的胚、动物细胞、乳酸菌等的产物是乳酸，无氧呼吸产第1页共1页物是乳酸时就没有CO2。如苹果、陆生植物的根、酵母菌等进行无氧呼吸的产物是酒精和CO2。不论无氧呼吸的产物是什么，都有一个共同点：没有水生成。无氧呼吸的整个过程都是在细胞质基质中进行的，而有氧呼吸除第一阶段在细胞质基质中进行外，第二、第三阶段都是在线粒体中进行的。影响呼吸作用的因素1、温度：温度能影响呼吸作用，主要是影响呼吸酶的活性。一般而言，在一定的温度范围内，呼吸强度随着温度的升高而增强。如下图曲线所示。温度呼吸强度根据温度对呼吸强度的影响原理，在生产实践上贮藏蔬和水果时应该降低温度，以减少呼吸消耗。温度降低的幅度以不破坏植物组织为标准，否则细胞受损，对病微原生物的抵抗力大减，也易腐烂损坏。2、氧气：氧气是植物正常呼吸的重要因子，氧气不足直接影响呼吸速度，也影响到呼吸的性质。绿色植物在完全缺氧条件下就进行无氧呼吸，大多数陆生植物根尖细胞的无氧呼吸产物是酒精和CO2，酒精对细胞有毒害作用，所以大多数陆生植物不能长期忍受无氧呼吸。在低氧条件下通常无氧呼吸与有氧呼吸都能发生，氧气的存在对无氧呼吸起抑制作用。有氧呼吸强度随氧浓度的增加而增强。关于无氧呼吸和有氧呼吸与氧浓度之间的关系用下图的曲线来表示。微生物的无氧呼吸称为发酵，氧气对发酵有抑制作用，图中的曲线也适用于微生物的无氧呼吸和有氧呼吸的描述。根据氧对呼吸作用影响的原理，在贮存蔬菜水果时就降低氧的浓度，一般降到CO2的释放量||||||51015202530第1页共1页O2%CO2释放的总量无氧呼吸有氧呼吸无氧呼吸消失点氧的浓度与有氧无氧呼吸之间的关系无氧呼吸的消失点，如降得太低，植物组织就进行无氧呼吸，无氧呼吸的产物（如酒精等）往往对细胞有一定的毒害作用，而影响蔬菜水果的贮藏保鲜。3、CO2：增加CO2的浓度对呼吸作用有明显的抑制效应。这可以从化学平衡的角度得到解释。据此原理，在蔬菜水果的保鲜中，增加CO2的浓度也具有良好的保鲜效果。4、水：水既是呼吸作用的原料，也是呼吸作用的产物，呼吸作用的过程也必须在细胞内的水环境中才能完成。干燥的种子不能进行呼吸作用或呼吸作用强度极低，原因是细胞内缺少自由水，如果种子中含水量高，种子就会进行呼吸作用，从而影响种子的贮存寿命。种子在萌发过程中的呼吸作用强度会随着种子含水量的增加而增强，但如果环境中的含水量过多会影响氧气的供应，使萌发的种子缺氧而进行无氧呼吸，由于无氧呼吸的产物是酒精，对细胞有毒害作用，从而导致烂根烂芽。长期水淹会使陆生植物发黄、萎蔫，甚至死亡，原因是土壤中含水量过多，土壤中空气就会减少，甚至没有空气，此时根细胞就会进行无氧呼吸，无氧呼吸对陆生植物根系的危害是多方面的。主要是无氧呼吸产生的酒精对根细胞有毒害作用。其次是无氧呼吸提供的能量少，降低了根系对矿质元素离子的吸收，导致植物发黄。再次由于无氧呼吸为满足根的基本生理活动必需分解大量的有机物才能产生足够的能量维持基本的生命活动，所以长期水淹也会因根细第1页共1页胞内物质的过度消耗而导致根系死亡。水生植物能长期生活在水中，是通过长期的自然选择，产生了一系列的特征，如根、茎、叶中有气腔等通气结构，无氧呼吸的产生不是酒精而是其它的有机小分子物质，减轻了酒精对细胞的毒害作用，等等。三、细胞呼吸原理的应用细胞呼吸是生物体内重要的代谢活动，它不仅为生命活动提供能量，其中间产物还是各种有机物之间转化的枢纽。因此，细胞呼吸的原理在生产实践中有广泛的应用。就植物而言，细胞呼吸为植物吸收营养物质、细胞的分裂、植株的生长和发育等提供能量和各种原料，因此，在农业生产上，要设法增强细胞呼吸，以促进作物的生长发育。例如，早稻育秧初期适时排水、水稻生产中的适时露田和晒田等措施的实施都是为了增强根系的细胞呼吸。细胞呼吸要消耗有机物，使有机物积累减少。因此，对粮食储藏和果蔬保鲜来说，要设法降低细胞的呼吸速率，尽可能减少有机物的消耗等。粮食安全储藏时，要注意降低温度和保持干燥。例如，稻谷等种子含水量超过14、5%，时呼吸速率就会骤然增加。在生产上，常用晒干、充氮、通风和密闭等方法抑制细胞呼吸，延长保存期限。果蔬储藏时，采用降低氧浓度或温度等方法，也是为了抑制细胞呼吸。例如，苹果、梨、柑、橘等果实在0～1℃时可储藏几个月不坏；荔枝一般只能短期保鲜，但采用低温速冻等方法可保鲜6～8个月。农村广泛采用密闭的土窖保存水果蔬菜，也是利用水果自身产生的二氧化碳抑制细胞呼吸的原理。拓展阅读线粒体细胞的呼第1页共1页吸作用主要是在线粒体内进行的。线粒体的内部结构，在光学显微镜下不能分辨,只有在电子显微镜下才能看清楚。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障壁。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，并且把酶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，特别是在类脂的分布上是很不相同的。外膜比内膜的磷脂含量要高2～3倍；外膜的通透性也比内膜高得多。外膜的通透性高,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,可以使催化三羧酸循环的复杂酶系统保留在内膜的间隔中，保证呼吸作用的进行。线粒体膜上还具有小孔，这样，呼吸作用所产生的ATP可以更容易地向线粒体外面扩散。线粒体既然是细胞进行呼吸作用的主要场所，那么有关催化三羧酸循环、氨基酸代谢、脂肪酸分解、电子传递、能量转换、DNA复制和RNA合成等过程所需要的一百多种酶和辅酶,都分布在线粒体的外膜、膜内空间、内膜和基质中。这些酶和辅酶的主要功能是参加三羧酸循环中的氧化反应、电子传递和能量转换。有氧运动人体的所有活动都需要能量。这些活动包括人体自身的生理活动，如呼吸、心跳、消化等等，以及人体每天所从事的生活、学习、工作和娱乐等过程中涉及到的活动，如行走、跳跃、说话等等。这些活动所需的能量来源于在细胞中进行的由物质转第1页共1页变成能量的过程，也就是我们每天进食的食物分子中储存的化学能，转变成能被生命等各种活动过程利用的能量的过程。人体所能利用的直接能量形式是ATP，储存在各种营养素中的能量必须转变成ATP的形式才能为人体的各种需能过程所利用。完成这种转变的方式就是能量代谢过程。一般按能量代谢过程是否必须氧的参与，而将其分为无氧代谢和有氧代谢。不同的代谢过程利用的能源物质不同，无氧代谢主要利用糖，有氧代谢可以利用糖、脂肪和蛋白质。人体在正常活动时主要通过有氧代谢来获得能量，而在某些特殊情况下则主要通过无氧代谢来获得能量。运动时，由于运动的强度（剧烈程度）不同，体内为运动提供能量需要的代谢过程也不相