第五章第三节ATP的主要来源-细胞呼吸

学习目标1．知识与技能（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。2．过程与方法（1）通过酵母菌细胞呼吸方式的探究，学生认识到有氧呼吸和无氧呼吸的条件和生成的产物，为后面学习有氧呼吸和无氧呼吸打下了基础。（2）通过有氧呼吸和无氧呼吸教学课件，让学生了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。（3）通过让学生分析课本中相关的图文资料，说明这些事例中所应用的细胞呼吸原理。（4）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理解相关的生物学知识，培养综合分析能力。3．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基本观点。（2）通过分析有氧呼吸与无氧呼吸的关系，理解生命活动不断发展变化以及适应的特性，学会运用发展变化的观点认识生命。知识清单一、细胞呼吸方式1．实质：细胞呼吸是指①__________在细胞内经过一系列的氧化分解，生成②__________或其他产物，释放出能量并生成③__________的过程。2．类型：④__________和⑤__________。3．探究酵母菌细胞呼吸的方式（1）设计思路：设计和进行⑥__________实验，分析⑦__________条件下和⑧__________条件下酵母菌细胞呼吸情况。（2）结果：①有氧条件下，酵母菌产生⑨_______。②⑩__________条件下，酵母菌产生⑪__________。二、细胞呼吸过程1．有氧呼吸（1）必要条件：有⑫_________参与，⑬_________催化。（2）主要场所：⑭__________，在其基质和⑮__________上含有许多与有氧呼吸有关的酶。（3）总反应式：⑯____________________________。（4）过程第一阶段①物质变化：C6H12O6――→⑰______________+少量【H】+少量能量；②场所：⑱____________________

。酶第二阶段①物质变化：⑲___________

+⑳_________

―→21__________+大量【H】+少量能量；②场所：22_____________。第三阶段①物质变化：23________+24_________―→H2O+25__________；②场所：26_______________上。（5）能量转化1.mol葡萄糖彻底氧化分解后，释放出2870kJ的能量，其中27___________的能量储存在28___________中，其余的以29_________形式散失掉。2.无氧呼吸（1）条件：缺氧。（2）场所：30_________。（4）化学反应式

①C6H12O6―→33__________+少量能量

②C6H12O6―→34_________+35_________+少量能量（5）能量转化1.Mol葡萄糖经过不彻底氧化分解产生乳酸时，只释放出196.65kJ的能量，其中有36____________的能量储存在ATP中，其余以37__________形式散失。酶酶三、细胞呼吸原理的应用1.38_____________的应用：如松软的“创可贴”、“松土”、稻田排水等。2.39_____________的应用：如皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，注射破伤风抗毒血清；不要剧烈运动等。答案：①有机物②CO2③ATP④有氧呼吸⑤无氧呼吸⑥对比⑦有氧⑧无氧⑨水和大量CO2⑩无氧⑪酒精和少量CO2⑫氧气⑬酶⑭线粒体⑮内膜⑯C6H12O6+6H2O+6O2―→6CO2+12H2O+能量⑰2个丙酮酸⑱细胞质基质⑲（2个）丙酮酸⑳H2O21CO2

22线粒体基质23【H】24O2

25大量能量26线粒体内膜271161kJ28ATP29热能30细胞质基质31酒精32乳酸332C3H6O3

342C2H5OH352CO2

3661.08kJ37热能38有氧呼吸39无氧呼吸酶难点互动难点1：探究酵母菌细胞呼吸方式1.设计思路——设计对比实验控制变量→结果比较分析→得出结论（有氧、无氧条件）（CO2的多少）（两种呼吸方式）2.实验原理（1）酵母菌是兼性厌氧菌，在有氧和无氧条件下均能生存，有氧呼吸产生H2O和CO2，无氧呼吸产生酒精和CO2（2）CO2可使澄清的石灰水变混浊，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的产量；橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色。3．实验流程提出问题：酵母菌使葡萄糖发酵产生酒精是在有氧还是无氧条件下；酵母菌在有氧和无氧条件下细胞呼吸的产物是什么作出假设：针对上述问题，根据已有的知识和生活经验（如酵母菌可用于酿酒、发面等）作出合理的假设实验结论：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特别提示：①空气通入A瓶之前先用NaOH溶液吸收CO2，排除空气中CO2对实验结果的干扰。②B瓶应封口放置一段时间后，再连通澄清石灰水，其原因是：封口放置一段时间后，酵母菌会将瓶中的氧气消耗尽，可以确保通入澄清石灰水(或溴麝香草酚蓝水溶液)的CO2是酵母菌无氧呼吸所产生的。例1：（2010·南京模拟）酵母菌被广泛应用于发酵，为研究酒精发酵的产物，某研究小组设计了如下图所示的装置。1号、2号试管中均加入3mL蒸馏水和少许0.1%的溴麝香草酚蓝水溶液至蓝绿色（若酸性较强时，溴麝香草酚蓝水溶液呈黄色）。下列有关叙述合理的是()A．1号试管可以去除或将1号试管中的溴麝香草酚蓝水溶液换成澄清石灰水B．该装置无法检验CO2的生成，仍需再补充其他装置C．温度偏高导致发酵管内O2少，酵母菌繁殖速率减慢，不利于发酵D．为使发酵管中含有尽量少的O2，应先将葡萄糖溶液煮沸，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答案：D解析：1号试管起对照作用。酵母菌产生的CO2会使2号试管中的溴麝香草酚蓝水溶液由蓝绿色变成黄色，无需补充其他装置。80℃条件下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发酵产生酒精；发酵前将葡萄糖溶液煮沸，会使其中的O2逸出；冷却后加酵母菌是防止高温杀死酵母菌；加石蜡油是为了避免O2进入溶液，以达到隔绝空气的目的。变式训练1为验证“酵母菌分解葡萄糖时只在无氧条件下能产生酒精”，某生物课题组设置了实验进行探究。实验原理：橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色。实验步骤如下：①用开水配制5%葡萄糖溶液200mL，冷却到室温(26℃)后，加入20g新鲜的食用酵母菌，配制成酵母菌培养液。②用注射器分别吸取100mL含酵母菌的葡萄糖溶液注入带有橡皮塞并抽去空气的锥形瓶A、B中（如上图）。在适宜条件（无菌、25℃～35℃等）中培养数小时。③从A、B瓶中各取2mL酵母菌培养液的滤液，分别注入1、2两支干净的试管中。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%），并轻轻振荡，使它们混合均匀。④观察试管中的溶液颜色变化。请回答该实验中的一些问题：（1）配制培养液时，用开水配制并等到葡萄糖溶液冷却后再加入新鲜食用酵母菌的原因是____________。（2）为什么要用注射器吸取溶液注入锥形瓶内？____________。若实验中只有敞口的锥形瓶，可采用什么方法使实验能继续进行？__________________________________。（3）请你预测检测的结果，1、2两支试管中的溶液颜色分别是______________________________________。（4）重铬酸钾可以检测有无酒精存在。想一想，这一原理在日常生活中可以有什么用处？答案：（1）用开水配置可排除掉水中的O2；冷却后再加入新鲜食用酵母菌是防止酵母菌死亡和酶遇高温失活（2）避免空气进入锥形瓶，尽量使锥形瓶内保持无氧状态在锥形瓶B的液面覆盖石蜡油以隔绝空气（3）1号橙色、2号灰绿色（4）重铬酸钾可以检测有无酒精的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：让司机呼出的气体直接接触到载有硫酸处理过的重铬酸钾硅胶(橙色)，如果呼出的气体中含有酒精，重铬酸钾就会变成灰绿色的硫酸铬。]解析：该实验为验证性实验，其实验的原理是：酵母菌无氧呼吸的终产物有CO2和酒精；橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色。设计了A、B两组作为对照，A组为有氧条件，B组为无氧条件，除有氧和无氧这一单因子变量外，实验中要保证其他因素都相同，排除无关因素对实验结果的影响。比如：用开水配制葡萄糖溶液、锥形瓶加塞并抽去空气、用注射器向锥形瓶内注入酵母菌培养溶液等措施都是为了尽量保证无氧状态。我们还可以通过在液面覆盖石蜡油以隔绝空气的措施来创造无氧的条件。难点2有氧呼吸和无氧呼吸1．有氧呼吸（1）概念：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。（2）主要场所——线粒体双层膜：内膜向内腔折叠成嵴，增大内膜表面结构积，其上分布有氧呼吸第三阶段的酶基质：分布有氧呼吸第二阶段的酶（3）有氧呼吸过程图解与三阶段的比较①图解：说明：图示是某一植物细胞图解（忽略细胞与线粒体大小比例）阶段项目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(C6H12O6)水＋丙酮酸[H]＋O2生成物丙酮酸＋[H]CO2＋[H]H2O产生ATP的数量少量少量大量与氧的关系不需要不需要必需②三个阶段比较（4）有氧呼吸总反应式及各元素的去向2．无氧呼吸（1）概念：是指细胞在无氧条件下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物不彻底氧化分解，释放能量，生成少量ATP的过程。（2）场所：细胞质基质。（3）过程：项目有氧呼吸无氧呼吸不同点条件需O2、酶和适宜的温度不需O2，需酶和适宜的温度场所细胞质基质(第一个阶段)线粒体基质(第二个阶段)线粒体内膜(第三个阶段)细胞质基质产物CO2和H2O酒精和CO2或乳酸能量2870kJ/mol,1161kJ转移至ATP中，1709kJ以热能形式散失。利用率40.45%，产生38molATP196.65kJ/mol(乳酸)，利用率31.06%。222kJ/mol(酒精)，利用率27.51%。均有61.08kJ转移至ATP中，产生2molATP3．有氧呼吸与无氧呼吸的比较项目有氧呼吸无氧呼吸相同点实质分解有机物，释放能量，生成ATP供生命活动需要意义①为生物体的各项生命活动提供能量②细胞呼吸能为体内其他化合物的合成提供原料（如丙酮酸）联系第一个阶段从葡萄糖到丙酮酸完全相同，之后在不同条件，不同的场所，不同的酶的作用下沿不同的途径形成不同的产物。葡萄糖→丙酮酸（3）有氧呼吸与无氧呼吸物质的量的比例：①规律1：消耗等量的葡萄糖时，无氧呼吸与有氧呼吸产生的CO2物质的量之比为1:3。②规律2：消耗等量的葡萄糖时，有氧呼吸消耗的氧气的物质的量与有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2物质的量之和的比为3:4。③规律3：产生等量的CO2时，无氧呼吸与有氧呼吸消耗的葡萄糖物质的量之比为3:1。④规律4：产生等量的CO2时，无氧呼吸与有氧呼吸产生的ATP物质的量之比为3:19。⑤规律5：消耗等量的葡萄糖时，无氧呼吸与有氧呼