第五章細胞的能量供應(yīng)和利用

第3節(jié)細胞呼吸的原理(課時2、3)教學(xué)目標(biāo)1.生命觀念2.科學(xué)思維3.科學(xué)探究4.社會責(zé)任

通過分析有氧呼吸與無氧呼吸的過程，深入理解細胞內(nèi)物質(zhì)與能量的統(tǒng)一性，以及生物體結(jié)構(gòu)與功能（如線粒體結(jié)構(gòu)）、穩(wěn)態(tài)與平衡（如能量逐級釋放）的適應(yīng)性。

通過分析科學(xué)史料，培養(yǎng)歸納與推理的能力；通過解讀細胞呼吸速率隨O?濃度、溫度變化的曲線圖，培養(yǎng)信息轉(zhuǎn)換和模型分析的能力。

基于“液滴移動法”實驗裝置，學(xué)會設(shè)計和分析探究細胞呼吸類型的實驗方案。

運用細胞呼吸原理，分析和解釋農(nóng)業(yè)生產(chǎn)（如松土、倉儲）、食品保鮮（如果蔬、種子儲存）、人類健康（如有氧運動、破傷風(fēng)預(yù)防）中的實際問題。教學(xué)目標(biāo)(1)有氧呼吸的三個階段（場所、物質(zhì)變化、能量變化）。(2)有氧呼吸與無氧呼吸的過程比較與本質(zhì)區(qū)別。(3)細胞呼吸原理在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。(1)有氧呼吸過程中物質(zhì)和能量的變化規(guī)律。(2)理解O2濃度對細胞呼吸影響的曲線圖。(3)細胞呼吸類型的判斷方法。1.教學(xué)重點2.教學(xué)難點三、目錄CONTENTS一、有氧呼吸1.1主要場所二、無氧呼吸2.2過程三、細胞呼吸的原理與應(yīng)用當(dāng)堂訓(xùn)練小結(jié)2.1主要場所2.3總反應(yīng)式四、影響細胞呼吸的因素1.2反應(yīng)過程1.3總反應(yīng)式1.4概念1.5特點2.4概念五、細胞呼吸類型的判斷細胞呼吸的原理概念:細胞呼吸是指有機物在細胞內(nèi)經(jīng)過一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他產(chǎn)物，釋放出能量并產(chǎn)生ATP的過程。細胞內(nèi)的有機物氧化分解，并釋放能量。實質(zhì):探究·實踐1探究酵母菌細胞呼吸的方式有氧呼吸:產(chǎn)生大量二氧化碳和水無氧呼吸:產(chǎn)生酒精和少量二氧化碳溫故知新線粒體結(jié)構(gòu)一、有氧呼吸嵴基質(zhì)核糖體內(nèi)膜外膜使內(nèi)膜的表面積大大增加線粒體1.1主要場所含有許多種與有氧呼吸有關(guān)的酶史料1:將酵母菌細胞破碎后進行離心處理獲得細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體，隔絕空氣，進行如下實驗：閱讀史料1,分析有氧呼吸的第一階段的反應(yīng)過程及場所試管

加入物質(zhì)結(jié)果結(jié)論1號試管(細胞質(zhì)基質(zhì))加入等量的02、葡萄糖、熒光素和熒光素酶。原料：葡萄糖減少，02不變

產(chǎn)物：丙酮酸

現(xiàn)象：微弱熒光葡萄糖初步分解的場所是？2號試管(線粒體)原料：不變化

產(chǎn)物：無

現(xiàn)象：無熒光3號試管(線粒體和細胞質(zhì)基質(zhì))原料：葡萄糖減少，02減少

產(chǎn)物：產(chǎn)生CO2和H2O現(xiàn)象：較強熒光第一階段反應(yīng)式細胞質(zhì)基質(zhì)C6H12O6酶2C3H4O3+4[H]+少量能量一、有氧呼吸【探究活動1】1.2反應(yīng)過程史料2:將酵母菌細胞破碎后進行離心處理獲得細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體，隔絕空氣，進行如下實驗：試管

加入物質(zhì)結(jié)果結(jié)論4號試管(線粒體基質(zhì))加入等量的02、丙酮酸、熒光素和熒光素酶。原料:丙酮酸減少，02不變

產(chǎn)物:產(chǎn)生CO2現(xiàn)象:微弱熒光丙酮酸在線粒體的哪個部位進行氧化分解？5號試管(線粒體內(nèi)膜)原料:不變化

產(chǎn)物:無

現(xiàn)象:無熒光6號試管(線粒體基質(zhì)和線粒體內(nèi)膜)原料：丙酮酸減少，02減少

產(chǎn)物：產(chǎn)生CO2和H2O現(xiàn)象：較強熒光第二階段反應(yīng)式線粒體基質(zhì)酶2C3H4O320[H]+少量能量+6H2O+6CO2一、有氧呼吸閱讀史料2,分析有氧呼吸的第二階段的反應(yīng)過程及場所【探究活動1】史料3:將酵母菌細胞破碎后進行離心處理獲得細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體，隔絕空氣，進行如下實驗：試管

加入物質(zhì)結(jié)果結(jié)論4號試管(線粒體基質(zhì))加入等量的02、丙酮酸、熒光素和熒光素酶。原料：丙酮酸減少，02不變

產(chǎn)物：產(chǎn)生CO2現(xiàn)象：微弱熒光第三階段的發(fā)生場所是?

5號試管(線粒體內(nèi)膜)原料：不變化

產(chǎn)物：無

現(xiàn)象：無熒光6號試管(線粒體基質(zhì)和線粒體內(nèi)膜)原料：丙酮酸減少，02減少

產(chǎn)物：產(chǎn)生CO2和H2O現(xiàn)象：較強熒光第三階段反應(yīng)式線粒體內(nèi)膜酶24[H]12H2O+大量能量+6O2閱讀史料3,分析有氧呼吸的第三階段的反應(yīng)過程及場所【探究活動1】一、有氧呼吸1.4概念

有氧呼吸是指細胞在有氧的參與下，通過多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機物氧化分解，產(chǎn)生二氧化碳和水，釋放能量，生成大量ATP的過程。1.3總反應(yīng)式C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量酶一、有氧呼吸1.5特點①有氧呼吸過程溫和；②有機物中的能量經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)逐步釋放；③有氧呼吸釋放的能量有相當(dāng)一部分儲存在ATP中。一、有氧呼吸有氧呼吸的過程(視頻)為什么線粒體不能直接氧化分解葡萄糖？①

線粒體膜上沒有葡萄糖轉(zhuǎn)運載體；②

線粒體中沒有氧化分解葡萄糖的酶。

其余1892.72kJ主要以熱能的形式散失掉。1mol葡萄糖釋放能量2870kJ有977.28kJ轉(zhuǎn)移至ATP能量效率高達34％，使32molADP轉(zhuǎn)化為ATP。1mol葡萄糖徹底氧化分解可以釋放出2870kJ能量，可以使977.28kJ左右的能量儲存在ATP中，其余的能量則以熱能的形式散失掉了。請你計算一下，有氧呼吸的能量轉(zhuǎn)化效率大約是多少，這些能量大約能使多少ADP轉(zhuǎn)化為ATP？一、有氧呼吸討論與燃燒迅速釋放能量相比，有氧呼吸是逐級釋放能量的，這對于生物體來說具有什么意義？一、有氧呼吸討論①可使有機物中的能量逐步轉(zhuǎn)移到ATP中，保證能量得到最充分的利用意義②能量緩慢有序地釋放，有利于維持細胞的相對穩(wěn)定長時間處于水淹的水稻為何會出現(xiàn)爛根現(xiàn)象？二、無氧呼吸PARTONE無氧呼吸

場所反應(yīng)物產(chǎn)物釋能反應(yīng)式第一階段第二階段總反應(yīng)式2.有機物中能量的去路有哪些？絕大部分能量去路呢？3.總結(jié)無氧呼吸的概念。4.細胞呼吸對生物有什么意義？二、無氧呼吸自主閱讀課本P94-95頁，小組合作完成以下問題?！咎骄炕顒?】2.2過程：無氧呼吸

場所反應(yīng)物產(chǎn)物釋能第一階段第二階段細胞質(zhì)基質(zhì)細胞質(zhì)基質(zhì)C6H12O62C3H4O3

[H]2C3H4O3

[H]少量能量無能量2C3H6O32C2H5OH和CO2

第一階段反應(yīng)式：第二階段反應(yīng)式：C6H12O6酶+4[H]

+少量能量

2C3H4O3

2C3H6O3(乳酸)+4[H]2C3H4O3

2CO2+

2C2H5OH(酒精)二、無氧呼吸2.1主要場所：細胞質(zhì)基質(zhì)+4[H]2C3H4O3

酶酶

C6H12O6酶2C3H6O3(乳酸)+少量能量C6H12O62C2H5OH(酒精)+2CO2

+少量能量酶乳酸發(fā)酵酒精發(fā)酵無氧呼吸中的葡萄糖分子中的大部分能量存留在酒精或乳酸中.2.3總反應(yīng)式：同樣是分解葡萄糖，為何無氧呼吸只能釋放少量能量？二、無氧呼吸例:高等動物、乳酸菌、高等植物的某些器官：馬鈴薯塊莖、甜菜塊根、玉米胚細胞

簡記：馬吃甜玉米例：高等植物被水淹、水果、酵母菌2.4.概念：在沒有氧氣參與的情況下，葡萄糖等有機物經(jīng)過不完全分解，釋放少量能量的過程。二、無氧呼吸呼吸方式有氧呼吸無氧呼吸不同點場所條件產(chǎn)物能量ATP產(chǎn)生階段相同點聯(lián)系實質(zhì)意義細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體細胞質(zhì)基質(zhì)O2、多種酶無O2參與、多種酶徹底分解為12H2O+6CO2不徹底分解為2酒精和2CO2或2乳酸大量能量，大部分能量以熱能散失少量能量，大部分能量儲存在乳酸或酒精中三個階段均產(chǎn)生ATP僅在第一階段產(chǎn)生ATP分解有機物，釋放能量，合成ATP第一階段反應(yīng)完全相同，且都在細胞質(zhì)基質(zhì)中進行為生物體的各項生命活動提供能量二、無氧呼吸呼吸方式分兩種，有氧無氧看氧氣。有氧三步徹底解，線粒體里產(chǎn)水電。無氧一步在質(zhì)基，乳酸酒精是產(chǎn)物。動物乳酸植物酒，記住特點分得清。記憶口訣三、細胞呼吸的原理與應(yīng)用選用“創(chuàng)可貼”等敷料包扎傷口，既為傷口敷上了藥物，又為傷口創(chuàng)造了疏松透氣的環(huán)境、避免厭氧病原菌的繁殖，從而有利于傷口的痊愈。酵母菌是兼性厭氧微生物。酵母菌在適宜的通氣、溫度和pH等條件下，進行有氧呼吸并大量繁殖；在無氧條件下則進行酒精發(fā)酵。對于板結(jié)的土壤及時松土透氣，可以促進根細胞有氧呼吸，有利于根系的生長和對無機鹽的吸收。三、細胞呼吸的原理與應(yīng)用較深的傷口里缺少氧氣，破傷風(fēng)芽孢桿菌適合在這種環(huán)境中生存并大量繁殖。所以，傷口較深或被銹釘扎傷后，患者應(yīng)及時請醫(yī)生處理。有氧運動是指人體細胞充分獲得氧的情況下所進行的體育鍛煉。人體細胞通過有氧呼吸可以獲得較多的能量。相反，百米沖刺等無氧運動，是人體細胞在缺氧條件下進行的高速運動。物質(zhì)的儲存：（1）儲存糧食：適宜的低溫，低氧，干燥（水分很少）。（2）儲存水果、蔬菜：適宜的低溫，低氧，適宜的濕度。1.（2021河北卷·改編）下列有關(guān)細胞呼吸的敘述，錯誤的是（）A.與有氧呼吸相比，無氧呼吸過程中有機物分解不徹底，釋放的能量少B.人體劇烈運動時，骨骼肌細胞產(chǎn)生的CO?量等于消耗的O?量C.蔬菜零上低溫保鮮，主要目的是減少有機物的消耗D.農(nóng)田適時排水松土，可促進作物根系的呼吸作用，利于作物生長當(dāng)堂訓(xùn)練解析:C錯誤:零上低溫保鮮的主要目的不僅是減少有機物消耗，更重要的是抑制微生物的繁殖，從而延緩腐爛。2.下圖是細胞代謝過程中某些物質(zhì)的變化過程示意圖，下列敘述正確的是()A.在乳酸菌細胞中，能進行過程①②④B.過程①④都需要O2的參與才能正常進行C.植物細胞中均不會發(fā)生②D.真核細胞中催化過程①②③酶均位于細胞質(zhì)基質(zhì)中當(dāng)堂訓(xùn)練解析:A錯誤:乳酸菌是嚴(yán)格厭氧菌，只能進行乳酸發(fā)酵（②），不能進行有氧呼吸（①和④）。B無氧呼吸的第一階段和有氧呼吸的過程①一樣；C錯誤:某些植物細胞在缺氧時也會產(chǎn)生乳酸（如馬鈴薯塊莖、甜菜塊根、玉米胚等）。3.下列關(guān)于細胞呼吸原理應(yīng)用的敘述，錯誤的是（）A.創(chuàng)可貼要求透氣性好，是為了防止厭氧菌大量繁殖B.給農(nóng)作物松土，可促進根細胞的有氧呼吸，利于無機鹽的吸收C.皮膚破損較深時，應(yīng)及時到醫(yī)院注射破傷風(fēng)抗毒血清D.零下低溫、無氧環(huán)境有利于水果、蔬菜的保鮮當(dāng)堂訓(xùn)練解析:D選項:零下低溫會使水果、蔬菜細胞結(jié)冰，導(dǎo)致細胞結(jié)構(gòu)破壞，無法保鮮。應(yīng)采用零上低溫、低氧環(huán)境。

6CO2+12H2O+能量

C6H12O6+6H2O+6O2酶四、影響細胞呼吸的因素反應(yīng)物條件產(chǎn)物影響細胞呼吸因素不同植物呼吸速率不同（水生＞旱生；陽生＞陰生）同一植物不同發(fā)育時期不同（幼苗期、開花期＞成熟期）同一植物不同器官呼吸速率不同（生殖器官＞營養(yǎng)器官）內(nèi)因外因溫度、O2濃度、H2O、CO2濃度等四、影響細胞呼吸的因素(1)O2濃度影響原理:O2是有氧呼吸的反應(yīng)物,O2促進有氧呼吸,抑制無氧呼吸5O2（%）1.00.5B101520ACOCO2釋放量CO2釋放量無氧呼吸有氧呼吸

①Q(mào)點：②P點：③R點：④A點：⑤B點：不消耗O2，只產(chǎn)生CO2?只進行

呼吸。消耗O2量=產(chǎn)生CO2量?只進行

呼吸無氧有氧產(chǎn)生CO2_____

?組織細胞呼吸______

最少此時有機物消耗最少，R點對應(yīng)的O2濃度是儲藏蔬菜、水果的最佳O2濃度。最弱點有氧呼吸釋放的CO2量______無氧呼吸釋放的CO2量，但二者消耗葡萄糖的速率_______。等于不相等無氧呼吸終止點。四、影響細胞呼吸的因素(1)O2濃度影響原理:O2是有氧呼吸的反應(yīng)物,O2促進有氧呼吸,抑制無氧呼吸5O2（%）1.00.5B101520ACOCO2釋放量CO2釋放量無氧呼吸有氧呼吸

通過降低氧氣濃度來抑制細胞呼吸，減少有機物消耗，延長蔬菜、水果的保鮮時間。實踐應(yīng)用四、影響細胞呼吸的因素(2)溫度影響原理:影響酶的活性

實踐應(yīng)用溫度呼吸速率①最適溫度:細胞呼吸最強。②超過最適溫度:呼吸酶活性降低，甚至變性失活，細胞呼吸受抑制。③低于最適溫度:呼吸酶活性下降，細胞呼吸受抑制。①在零上低溫條件下儲存蔬菜、水果②在大棚蔬菜的栽培過程中，適當(dāng)增大晝夜溫差以減少有機物的消耗，提高產(chǎn)量。[易錯提醒]自然條件下因溫度高而使植物死亡的直接原因:水分蒸發(fā)過多造成的水分失衡。四、影響細胞呼吸的因素(3)CO2濃度影響原理:CO2是細胞呼吸的產(chǎn)物,積累過多會抑制細胞呼吸

5CO2(%)1.00.5101520O呼吸速率①地窖中CO2濃度高，有利于蔬菜水果的儲存。②在水果、蔬菜保鮮中，增加CO2濃度可抑制細胞呼吸，減少有機物的消耗實踐應(yīng)用四、影響細胞呼吸的因素(4)水分影響原理:自由水含量較高時細胞呼吸旺盛

實踐應(yīng)用呼吸速率含水量①抑制細胞呼吸:哂干的種子中自由水含量降低，細胞呼吸減慢，更有利于儲存②促進細胞呼吸:浸泡種子有利于種子萌發(fā)在一定范圍內(nèi)，細胞呼吸速率，隨含水量的增加而加快；超過一定范圍，細胞呼吸速率隨含水量的增加而減慢。注意:土壤板結(jié)、長期水淹，出現(xiàn)爛根現(xiàn)象，需要及時排水。O2吸收=0O2吸收=CO2釋放O2吸收＜CO2釋放酒精量=CO2釋放酒精量＜CO2釋放底物為葡萄糖僅有氧呼吸(如多數(shù)植物)或同時進行產(chǎn)乳酸的無氧呼吸(如動物)僅無氧呼吸有氧+產(chǎn)酒精無氧呼吸僅進行產(chǎn)酒精的無氧呼吸有氧+產(chǎn)酒精的無氧呼吸無CO2釋放只進行產(chǎn)乳酸的無氧呼吸注意：若細胞CO2釋放量小于O2消耗量，說明細胞呼吸的底物不只是糖類，可能還有脂肪。五、細胞呼吸類型的判斷五、細胞呼吸類型的判斷(1)實驗裝置：欲確認(rèn)某生物的細胞呼吸方式，應(yīng)設(shè)置兩套如下實驗裝置，

①NaOH溶液:

吸收細胞呼吸所產(chǎn)生的CO2②液滴移動距離：細胞呼吸吸收的O2量③液滴移動的距離：細胞呼吸產(chǎn)生的CO2量與吸收的O2量的差值。液滴移動法探究細胞呼吸的方式五、細胞呼吸類型的判斷液滴移動法探究細胞呼吸的方式裝置一測定有氧呼吸①若種子進行有氧呼吸液滴左移，左移距離代表氧氣的消耗量。②若種子進行酒精發(fā)酵液滴不動。③若種子進行乳酸發(fā)酵液滴不動。五、細胞呼吸類型的判斷液滴移動法探究細胞呼吸的方式裝置二測定酒精的無氧呼吸①若種子進行有氧呼吸液滴不移動。②若種子進行酒精發(fā)酵液滴右移，右移的距離代表無氧呼吸釋放的CO2。③若種子進行乳酸發(fā)酵液滴不動。五、細胞呼吸類型的判斷實驗結(jié)果結(jié)論

裝置一液滴裝置二液滴不動不動不動右移左移右移左移不動左移左移只進行產(chǎn)生乳酸的無氧呼吸或種子已經(jīng)死亡

只進行產(chǎn)生酒精的無氧呼吸

進行有氧呼吸和產(chǎn)生酒精的無氧呼吸只進行有氧呼吸或進行有氧呼吸和產(chǎn)生乳酸的無氧呼吸除糖類外還含有脂質(zhì)種子進行有氧呼吸時,底物中五、細胞呼吸類型的判斷(2)物理誤差校正：為使實驗結(jié)果精確，除減少無關(guān)變量的干擾外，還應(yīng)設(shè)置對照裝置。對照裝置與裝置二相比，不同點是用“煮熟的種子”代替“發(fā)芽種子”。矯正方法1.以下甲、乙兩圖都表示某植物的非綠色器官CO2釋放量和O2吸收量的變化。下列相關(guān)敘述不正確的是(

)

A．甲圖中氧濃度為a時的情況對應(yīng)的是乙圖中的A點B．甲圖中氧濃度為b時的情況對應(yīng)的是乙圖中的D點C．甲圖的a、b、c、d四種濃度中c是最適合貯藏的D．甲圖中氧濃度為d時沒有酒精產(chǎn)生解析:B錯誤:甲圖

b時，CO2?

釋放量>

O2，說明有無氧呼吸+有氧呼吸。乙圖

D點：在乙圖里D點一般是兩條線交點（只有有氧呼吸點），此時CO2?

釋放量=

O2O2?

吸收量，RQ=1。所以

b時（有無氧呼吸）不應(yīng)對應(yīng)D點，而應(yīng)對應(yīng)乙圖中RQ>1的某個點（比如C點）。解析:B錯誤:甲圖

b時，CO2?

釋放量>

O2，說明有無氧呼吸+有氧呼吸。乙圖

D點：在乙圖里D點一般是兩條線交點（只有有氧呼吸點），此時CO2?

釋放量=

O2O2?

吸收量，RQ=1。所以

b時（有無氧呼吸）不應(yīng)對應(yīng)D點，而應(yīng)對應(yīng)乙圖中RQ>1的某個點（比如C點）。解析:B錯誤:甲圖b時，CO2?

釋放量>

O2，說明有無氧呼吸+有氧呼吸。乙圖D點：在乙圖里D點一般是兩條線交點(只有有氧呼吸點)，此時CO2?

釋放量=

O2?

吸收量，RQ=1。所以b時(有無氧呼吸)不應(yīng)對應(yīng)D點，而應(yīng)對應(yīng)乙圖中RQ>1的某個點(比如C點)。當(dāng)堂訓(xùn)練2.某同學(xué)將酵母菌接種在馬鈴薯培養(yǎng)液中進行實驗，不可能得到的結(jié)果是（）A．該菌在有氧條件下能夠繁殖B．該菌在無氧呼吸的過程中無丙酮酸產(chǎn)生C．該菌在無氧條件下能夠產(chǎn)生乙醇D．該菌在有氧和無氧條件下都能產(chǎn)生CO2解析:B錯誤:酵母菌無氧呼吸(酒精發(fā)酵)途徑:葡萄糖→丙酮酸(糖酵解)→乙醇+CO2。丙酮酸是必經(jīng)中間產(chǎn)物，不可能沒有丙酮酸產(chǎn)生。當(dāng)堂訓(xùn)練3.在生產(chǎn)實踐中，貯