教材解读高中生物 第5章 第3节 ATP的主要来源-细胞呼吸学案(新人教版)必修1

1、第3节ATP的主要来源细胞呼吸 学习目标1说出线粒体的结构和功能。2说明有氧呼吸过程及与无氧呼吸的异同。(重点)3说明细胞呼吸的原理和本质，并探讨在生产生活中的应用。(难点)4学会探究酵母菌细胞的呼吸方式。(难点), 知识结构 细胞呼吸1细胞呼吸的概念细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。2细胞呼吸的本质细胞内有机物氧化分解，并释放能量。3细胞呼吸的类型根据细胞氧化分解有机物时是否有氧气参与，把细胞呼吸分为两种，一种是需要氧气参与，为有氧呼吸；另一种是没有氧气参与，为无氧呼吸。4意义：为生命活动提供能量。在理解细胞呼吸的概念时注意

2、把握以下几点：(1)细胞呼吸发生的场所：活细胞内；(2)反应底物：有机物；(3)呼吸产物：二氧化碳或其他产物；(4)反应类型：氧化分解反应；(5)能量变化：释放能量；(6)物质变化：分解有机物、生成ATP。教材第91页参考答案问题探讨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。【例1】下列关于细胞呼吸的叙述，错误的是()A细胞呼吸必须在酶的催化下

3、进行B人体硬骨组织细胞也进行呼吸C酵母菌可以进行有氧呼吸和无氧呼吸D叶肉细胞在光照下进行光合作用，不进行呼吸作用解析：细胞呼吸是指活细胞中有机物在酶的催化作用下氧化分解并释放能量的过程。细胞呼吸一旦停止，细胞就会死亡。人体硬骨组织细胞是活细胞，可以进行细胞呼吸；叶肉细胞是活细胞，叶肉细胞在进行光合作用的同时也进行细胞呼吸；酵母菌属于兼性厌氧型微生物，既可以进行有氧呼吸，也可以进行无氧呼吸。答案：D点拨：不论动物细胞还有植物细胞，只要是活细胞，时刻都进行着细胞呼吸。 探究酵母菌的细胞呼吸方式1原理(1)酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的

4、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。有氧条件：葡萄糖CO2H2O能量无氧条件：葡萄糖酒精CO2能量酵母菌在有氧条件下进行有氧呼吸，完成细胞增殖，在无氧条件下进行无氧呼吸产生酒精，几乎不再增殖，因此在酿酒的初期先通氧气，使酵母菌大量增殖，再密闭发酵产生酒精。(2)CO2的检测使澄清的石灰水变混浊，混浊程度越高，产生的CO2越多。使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄，变化所需时间越短，产生的CO2越多。溴麝香草酚蓝水溶液简称BTB溶液，其由蓝变绿再变黄是由于细胞呼吸产生的CO2会使溶液pH发生变化所致，当pH7.6时呈蓝色，pH7.0时呈绿色，

5、pH6.0时呈黄色。(3)酒精的检测：在酸性条件下，橙色重铬酸钾溶液与酒精发生化学反应，变成灰绿色。2实验目的：探究酵母菌的呼吸方式。3材料用具20 g新鲜的食用酵母菌、600 mL质量分数为5%的葡萄糖溶液、澄清石灰水、溴麝香草酚蓝水溶液、体积分数为95%97%的含一定浓度重铬酸钾的浓硫酸溶液、锥形瓶5个、洁净的试管、小气泵。4探究过程5实验注意事项(1)配制酵母菌培养液时应选用新鲜的食用酵母菌，因为新鲜的酵母菌出芽生殖快，细胞呼吸旺盛，实验效果明显。在2535 的条件下进行实验，此时酵母菌中酶的活性最高，生命活动最旺盛，细胞呼吸明显。(2)甲组装置中，质量分数为10%的NaOH溶液可以吸收

6、通入空气中的CO2，避免空气中CO2影响实验结果。乙组中B瓶应先放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶，目的是先让B瓶中的O2耗尽，才能进行无氧条件下的实验。也可在B瓶液面覆盖石蜡油隔绝空气。酵母菌在有氧和无氧呼吸过程中均会产生CO2，因此不能依据是否有CO2产生来判断酵母菌的细胞呼吸类型，但可以以CO2产生的速率作为检测指标。教材第92页参考答案探究结论、交流和应用1酵母菌在有氧条件和无氧条件下都能进行细胞呼吸。在有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸产生大量的二氧化碳和水，在无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精，还产生少量的二氧化碳。2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

7、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。【例2】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532所示的装置图。1号、2号试管中均加入3 mL蒸馏水和少量溴麝香草酚蓝溶液。下列有关评价合理的是()A1号试管可以去除或将1号试管中溴麝香草酚蓝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，酵母菌繁殖速度减慢，不利于发酵D为使发酵管中尽量少的含有O2，应先将葡萄糖液煮沸，待冷却后加入鲜酵母

8、，再加入少许石蜡油，使之浮于混合液表面解析：1号试管起对照作用；酵母菌产生的CO2会使2号试管中的溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄，无需补充其他装置；80 会导致酵母菌死亡和酶变性失活；酵母菌在无氧条件下才能进行发酵产生酒精，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，加石蜡油是为了达到隔绝空气的目的。答案：D点拨：解答此类实验设计评价性题目，首先根据题干信息找准实验课题(或实验的目的)，再依次找出实验设计所依据的原理，这样才能从原理和目的出发，找准每一个评价是否符合实验原理，从而判断答案的正确性。 有氧呼吸1有氧呼吸的主要场所线粒体(1)线粒体的结构(图533)

9、(2)功能：有氧呼吸的主要场所。(3)线粒体普遍存在于动植物细胞中。对于绝大多数生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式，线粒体是有氧呼吸的主要场所，因此，代谢越旺盛的细胞含有的线粒体就越多。有线粒体的生物一定能进行有氧呼吸，但必须在有氧条件下；无线粒体的生物中，有的也可以进行有氧呼吸，如具有有氧呼吸酶的原核生物。2有氧呼吸的概念及实质(1)概念：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，生成大量ATP的过程。(2)对概念的理解细胞：线粒体是有氧呼吸的主要场所，其次还有细胞质基质，所以细胞是有氧呼吸的场所。氧气：指有氧呼吸的条件，没有氧气，

10、有氧呼吸不能进行。多种酶：有氧呼吸过程需要经过一系列复杂的化学反应，所以全过程有多种酶参与。有机物：指有氧呼吸的底物，有氧呼吸的底物不是只有葡萄糖一种，还包括其他的有机物，教材是以葡萄糖为例来讲述呼吸作用过程的。彻底：指底物氧化的程度，复杂的有机物经过有氧呼吸完全分解为无机物，能量完全释放。二氧化碳和水：是有氧呼吸的产物。(3)实质：细胞在氧的参与下氧化分解有机物，释放能量，供给生命活动的需要。3有氧呼吸过程(1)图解如图534所示。 (2)过程(1)有氧呼吸过程中物质和能量的变化各反应物参与的阶段：葡萄糖在第一阶段参与，H2O在第二阶段参与，O2在第三阶段参与。各生成物产生的阶段：H在第一、

11、二阶段产生，CO2在第二阶段产生，H2O在第三阶段产生。能量变化的特点：三个阶段都产生能量，但大量的能量在第三阶段产生。(2)有氧呼吸的三个阶段进行的化学反应都需要不同的酶来催化。酶具有专一性，线粒体中的酶只能氧化分解丙酮酸，并且线粒体膜上也没有运输葡萄糖的载体蛋白。因此葡萄糖不会直接进入线粒体，只有转化成丙酮酸后，才能进入线粒体被氧化分解。(3)有些细菌细胞中虽然没有线粒体，但是也可以进行有氧呼吸，因为细胞质基质中含有有氧呼吸酶。(4)在书写反应式时，能量既不能遗漏，也不能写成ATP，因为ATP不是葡萄糖氧化分解的直接产物，而是释放的能量与ADP和Pi结合发生的另一个化学反应的产物，此外，反

12、应式中的能量包括散失的热能。4有氧呼吸中的能量利用率1 mol葡萄糖在体内彻底氧化分解释放出2 870 kJ的能量，其中有1 161 kJ的能量储存在ATP中，其余的能量以热能的形式散失，以维持体温的恒定。葡萄糖有氧分解时，能量利用率为1 161/2 870100%40.45%左右，还有59.55%左右的能量以热能的形式散失。【例3】请据图535回答下列问题。(1)图中1、2、3所代表的物质名称分别为：_、_、_。(2)填写4、5、6所代表的能量的多少分别为：_、_、_。(3)有氧呼吸的主要场所是_，进入该场所反应的物质是_。(4)人体内血红蛋白携带的O2进入组织细胞的线粒体内至少要通过_层生

13、物膜。(5)有氧呼吸的第一阶段场所是_，第二阶段场所是_，第三阶段场所是_。解析：本题图示是有氧呼吸过程图解，C6H12O6在细胞质基质中分解为丙酮酸和H，进入线粒体的丙酮酸与水生成CO2和H，前两个阶段都生成少量能量。第三阶段将前两个阶段产生的H与O2结合生成大量能量和H2O，此过程在线粒体内膜上进行。答案：(1)丙酮酸H2OCO2(2)少量能量少量能量大量能量(3)线粒体丙酮酸(4)6(5)细胞质基质线粒体基质线粒体内膜点拨：解答以上问题，关键是掌握有氧呼吸的不同场所，底物能量释放多少等，另外注意区别真核、原核生物的有氧呼吸场所和物质跨膜层数。 无氧呼吸1无氧呼吸的概念细胞在无氧条件下，通

14、过酶的作用，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。从无氧呼吸的概念可以看出，无氧呼吸有以下几个特点：(1)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。(2)细胞在无氧呼吸过程中，把有机物不彻底氧化分解，形成不彻底的氧化产物。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、乳酸等等。(3)释放能量少。因为这个过程没有氧参与，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，所以无氧呼吸释放的能量很少。2场所细胞质基质中。3过程(以葡萄糖为底物)(1)第一阶段：C6H12O62C3H4O3(丙酮酸)4

15、H少量能量。(2)第二阶段：2C3H4O32C2H5OH(酒精)2CO2或2C3H4O32C3H6O3(乳酸)。(3)总反应式C6H12O62C2H5OH(酒精)2CO2少量能量C6H12O62C3H6O3(乳酸)少量能量(1)无氧呼吸第一阶段与有氧呼吸的第一阶段完全相同。(2)无氧呼吸只在第一阶段释放出少量的能量，生成少量ATP。(3)由于酶的不同决定了丙酮酸被还原的产物也是不同的：大多数植物、酵母菌、苹果果实无氧呼吸的产物为酒精和二氧化碳；有些高等植物的某些器官在进行无氧呼吸时产生乳酸，如玉米胚、马铃薯块茎、甜菜块根等；高等动物、人及乳酸菌无氧呼吸只产生乳酸。4无氧呼吸过程中物质、能量的转

16、化无氧呼吸分解有机物不彻底，释放的能量很少，还有大量的能量储存在氧化产物酒精或乳酸中。1 mol葡萄糖在分解成乳酸时，只释放出196.65 kJ的能量，转移到ATP中的能量只有61.08 kJ，能量利用率为31.06%。1 mol葡萄糖在分解形成酒精、CO2时，释放225.94 kJ的能量，转移到ATP中的能量只有61.08 kJ ，能量利用率为27.03%。5有氧呼吸与无氧呼吸的比较有氧呼吸无氧呼吸不同点反应条件需要O2、酶和适宜的温度不需要O2，需要酶和适宜的温度呼吸场所第一阶段在细胞质基质，第二、三阶段在线粒体中细胞质基质中分解产物CO2和H2OCO2、酒精或乳酸释放能量1 mol葡萄糖

17、释放能量2 870 kJ，其中1 161 kJ转移至ATP中1 mol葡萄糖释放能量196.65 kJ(生成乳酸)或225.94 kJ(生成酒精和CO2)，其中均只有61.08 kJ转移至ATP中特点有机物彻底氧化分解，能量完全释放有机物没有彻底氧化分解，能量没有完全释放相同点实质分解有机物，释放能量，生成ATP为生物体的生命活动提供能量意义细胞呼吸为生物体的生命活动提供能量；细胞呼吸为生物体内其他化合物的合成提供原料联系第一阶段(从葡萄糖到丙酮酸)完全相同，之后在不同的条件、不同的场所和不同酶的作用下沿不同的途径形成不同的产物葡萄糖 有氧CO2H2O能量（大量）,无氧C2H5OH（酒精）CO

18、2能量（少量）C3H6O3（乳酸）能量（少量）有氧呼吸与无氧呼吸的记忆口诀：生物氧化两类型，有氧无氧均进行；有氧呼吸三步走，两步脱氢一氧化，一在基质余在“线”；无氧呼吸两去路，一为酒精二乳酸。教材第95页参考答案旁栏思考题一般来说，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。【例4】(2011海南)细胞内糖分解代谢过程如图536所示，下列叙述错误的是()A植物细

19、胞能进行过程和或过程和B真核细胞的细胞质基质中能进行过程和C动物细胞内，过程比过程释放的能量多D乳酸菌细胞内，过程产生H，过程消耗H解析：植物细胞能进行过程和、和、和；真核细胞的细胞质基质中能进行无氧呼吸的全过程，即和或和；动物细胞中过程(有氧呼吸第二、三阶段)比过程(有氧呼吸的第一阶段)释放的能量多；包括乳酸菌在内的细胞无氧呼吸过程中，第一阶段()产生的H，在第二阶段(或)消耗。答案：B点拨：有氧呼吸与两种不同形式的无氧呼吸第一阶段是完全相同的，都是葡萄糖无氧酵解过程，其产物丙酮酸，在有氧呼吸中被氧化成二氧化碳，而在无氧呼吸中是被第一阶段产生的H还原成乳酸或乙醇和CO2。 影响细胞呼吸的因素

20、及细胞呼吸原理的应用1影响细胞呼吸的内因遗传因素遗传因素决定酶的种类和数量，进而影响呼吸的类型、速率等。(1)生物的呼吸类型需氧型必须在氧气充足的条件下才能正常生活，如大多数动植物的细胞呼吸。厌氧型需要在无氧的条件下才生活得好，有氧则呼吸作用受抑制，如常见的乳酸菌的呼吸。兼性厌氧型在有氧条件下进行有氧呼吸，无氧条件下则进行无氧呼吸，如酵母菌的呼吸类型。(2)不同生理状态或生理期，呼吸作用有差异(以植物为例)。不同种类的植物呼吸速率不同，如旱生植物小于水生植物，阴生植物小于阳生植物。同一植物在不同的生长发育时期呼吸速率不同，如幼苗期、开花期呼吸速率升高，成熟期呼吸速率下降。同一植物的不同器官呼吸

21、速率不同，如生殖器官大于营养器官。2影响细胞呼吸的外因环境因素(1)温度温度影响呼吸作用，主要是通过影响呼吸酶的活性来实现的。呼吸速率与温度的关系如图537所示。生产上常用这一原理在低温下储藏水果、蔬菜。在大棚蔬菜的栽培过程中夜间适当降低温度，降低呼吸作用，减少有机物的消耗，提高产量。 (2)O2的浓度在O2浓度为零时只进行无氧呼吸；浓度为10%以下，既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸；浓度为10%以上，只进行有氧呼吸(如图538所示)。生产中常利用降低氧的浓度抑制呼吸作用，减少有机物消耗这一原理来延长蔬菜、水果保鲜时间。(3)CO2浓度(图539)CO2是呼吸作用的产物，对细胞呼吸有抑制作用，实验

22、证明，在CO2浓度升高到1%10%时，呼吸作用明显被抑制。 (4)含水量(图5310)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。在作物种子的储藏时，将种子风干，以减弱细胞呼吸，减少有机物的消耗。3细胞呼吸原理的应用类型应用原理有氧呼吸提倡有氧运动不会因剧烈运动时无氧呼吸积累过多的乳酸而使肌肉酸胀无力作物栽培时及时松土透气利用根的有氧呼吸，促进水和无机盐的吸收稻田定期排水水稻的根比较适应无氧呼吸，但也需要进行有氧呼吸，定期排水避免根无氧呼吸产生大量酒精对细胞产生毒害作用，使其腐烂生产醋酸、味精等利用醋酸杆菌、谷氨酸棒状杆菌的有氧呼吸利用酵母菌发面在馒头、面包的制作过程

23、中，利用酵母菌的有氧呼吸，使馒头、面包变得松软可口无氧呼吸选用“创可贴”、透气消毒纱布包扎伤口为伤口创造有氧的环境，避免厌氧病菌的繁殖，有利于伤口的愈合伤口过深或被锈钉扎伤，需及时治疗避免破伤风芽孢杆菌进行无氧呼吸而大量繁殖，引发破伤风制作酸菜、酸奶、泡菜等利用乳酸菌无氧呼吸产生乳酸的过程教材第 9596页参考答案资料分析1用透气的创可贴包扎伤口，可防止厌氧型病原菌在伤口内繁殖，有利于伤口的愈合；利用粮食和酵母菌在控制通气的条件下进行发酵，酵母菌进行无氧呼吸产生酒精；给土壤板结的花盆松土，有利于根进行有氧呼吸，促进生长。2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

24、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。【例5】以图5311所示甲、乙两图都表示苹果组织细胞中CO2释放量和O2吸收量的变化。下列相关叙述不正确的是()A甲图中氧浓度为a时的情况对应的是乙图中的A点B甲图中氧浓度为b时的情况对应的是乙图中的CD段C甲图的a、b、c、d四个浓度中c是最适合储藏的氧浓度D甲图中氧浓度为d时没有酒精产生解析：甲图中氧浓度为a时，细胞只释放CO2不吸收O2，说明细胞只进行无氧呼吸，对应乙图中的A点，A项正确；甲图中氧浓度为b时CO2的释放量远远大于O2的吸收量，说明既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸，且无

25、氧呼吸强度大，应对应乙图中AC段之间，B项错误；储藏植物器官应选择CO2产生量最少即细胞呼吸最弱时(图甲中的c点)的氧浓度，C项正确；氧浓度为d时，CO2的释放量与O2的吸收量相等，细胞只进行有氧呼吸，因此没有酒精产生，D项正确。答案：B点拨：解答呼吸作用类的图表题时，需从图表中获取正确的信息，根据呼吸作用的过程和实质才能做出正确的判断。 呼吸作用的曲线分析及计算1曲线分析(图5312)O2浓度当O2浓度为A时，CO2的释放总量最少，即有机物的消耗最少，此时的O2浓度最有利于水果、蔬菜等的保存。2有氧呼吸与无氧呼吸的相关计算(1)根据反应式计算有氧呼吸。 (2)有氧呼吸与无氧呼吸中CO2产生量、葡萄糖的消耗量与ATP合成量的比较在消耗相同葡萄糖的情况下，有氧呼吸与无氧呼吸中CO2产生量的比为31，ATP合成量的比为191。在产生相同CO2的情况下：有氧呼吸与无氧呼吸消耗葡萄糖的比为13。在合成相同ATP的情况下：有氧呼吸与无氧呼吸消耗葡萄糖的比为119。在一个有氧呼吸与无氧呼吸同时进行的过程中，O2的吸收量与CO2的产生量的比为34时，说明此过程中有氧呼吸强度与无氧呼吸强度相等，若此比例小于34，说明此过程中无氧呼吸占优势；若此比例大于34，说明此过程中有氧呼吸占优势。根据CO2的释放量和O2的消耗量判断细