ATP的主要来源

第3节 ATP的主要来源──细胞呼吸
一、 目标
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。
二、 重点和难点
1.教学重点
有氧呼吸的过程及原理。
2.教学难点
（1）细胞呼吸的原理和本质。
（2）探究酵母菌细胞的呼吸方式。
三、教学方法
探究法、讲述法、实验法
四、课时安排
2
五、教学过程
〖引入〗以“问题探讨”引入，学生思考讨论回答，教师提示。
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。
〖问题〗以“本节聚焦”发问，引起学生的思考注意。
〖板书〗细胞呼吸：是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳户其他产物，释放出能量并产生ATP的过程。
一、细胞呼吸的方式
〖探究〗“探究酵母菌细胞呼吸的方式”，学生思考探究回答，老师提示。
〖提示〗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。
〖板书〗（通过探究酵母菌细胞呼吸的方式，只做到细胞呼吸的方式有：）
㈠有氧呼吸
㈡无氧呼吸
〖板书〗㈠有氧呼吸
〖讲述〗结合课本图5－9来讲述有氧呼吸的全过程。（适当可补充一些方程式）
有氧呼吸使有机物彻底氧化分解，是生物体高效率地获取能量的反应过程。其反应过程包含许多反应步骤，基本可分为三个连续的阶段，第一阶段是在细胞质的基质中进行，产生丙酮酸和[H]并可释放少量能量；第二阶段在线粒体中进行，丙酮酸和H2O脱[H]产生CO2也可释放少量能量；第三阶段也在线粒体中进行，第一、二阶段产生的[H]与O2反应产生H2O并可释放大量的能量。三个阶段有不同的酶参与催化。
细胞通过呼吸把光合作用贮藏在有机物中的能量释放出来，除小部分以热能的形式散失，大部分转移到ATP中，随时提供生命活动的需要。

〖板书〗

〖小字部分的问题〗学生思考计算回答，教师提示。
有氧呼吸的能量转换效率大约是40%。这些能量大约可以使2.3×1025个ATP转化为ADP。
〖解释〗因为1 mol的物质含有6.02×1023个分子，所以，每氧化1 mol的葡萄糖，则生成6 mol的二氧化碳和6 mol的水，并生成38 mol的ATP。在标准状态标准状态（是指作用物的质量浓度为1 mol/L、pH为7.0、温度为25 ℃的状态。）下，1 mol ADP形成1 mol ATP，需要30.54 kJ的能量，那么，38个ATP就需要1 161 kJ的能量。每氧化1 mol葡萄糖释放出来的能量是2 870 kJ，其中只有1 161 kJ被保留在ATP中，它们可供细胞生命活动利用。这就是说，有氧呼吸的能量转换效率约为40%左右，其余的能量则以热能的形式散失或作他用。
〖板书〗㈡无氧呼吸
无氧呼吸是细胞在缺氧的条件下进行的，有机物的氧化分解不彻底，产生的能量较少。微生物的无氧呼吸通常称为发酵，有两种类型：酒精发酵和乳酸发酵。

C6H12O6 + 2ADP+2Pi→2C2H5OH + 2CO2+2ATP

C6H12O6 + 2ADP+2Pi→2C3H6O3 + 2ATP

从上述反应式可以看出，细胞在有氧呼吸时，吸收O2的量与放出的CO2量相同，而无氧呼吸时不需要O2，但产生CO2。这样，如果某种生物呼吸时，吸收O2的量与放出CO2的量相同，则该生物只进行有氧呼吸；如果某种生物不吸收O2，但有CO2释放，则说明该生物只进行无氧呼吸；如果某种生物释放的CO2量比吸收的O2的量多，则说明该生物既进行有氧呼吸，又进行无氧呼吸。在有氧呼吸与无氧呼吸同时存在时，哪种细胞呼吸占优势，则要从CO2的释放量与O2吸收量的差值来计算。

①有氧呼吸与无氧呼吸的关系如下表。（操而记之）

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中，第二、三阶段在线粒体内全过程都在细胞质基质内
分解产物CO2和H2OCO2、酒精或乳酸
释放能量较多，1 mol葡萄释放能量2870 kJ，其中1161 kJ转移至ATP中1 mol葡萄糖释放能量196．65 kJ(生成乳酸)或222 kJ(生成酒精)，其中均有61．08 kJ转移至ATP中
相同点其实质都是：分解有机物，释放能量，生成ATP供生命活动需要
相互联系第一阶段(从葡萄糖到丙酮酸)完全相同，之后在不同条件下，在不同的场所沿不同的途径，在不同的酶作用下形成不同的产物：

〖旁栏思考题〗学生思考讨论回答，教师提示。
〖提示〗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，营养物质的减少以及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。
〖板书〗二、细胞呼吸的应用
〖资料分析〗学生思考讨论回答，教师提示。
〖提示〗1. ①选用“创可贴”等敷料包扎伤口，既为伤口敷上了药物，又为伤口创造了疏松透气的环境、避免厌氧病原菌的繁殖，从而有利于伤口的痊愈。
②酵母菌是兼性厌氧微生物。酵母菌在适宜的通气、温度和pH等条件下，进行有氧呼吸并大量繁殖；在无氧条件下则进行酒精发酵。醋酸杆菌是一种好氧细菌。在氧气充足和具有酒精底物的条件下，醋酸杆菌大量繁殖并将酒精氧化分解成醋酸。
谷氨酸棒状杆菌是一种厌氧细菌。在无氧条件下，谷氨酸棒状杆菌能将葡萄糖和含氮物质（如尿素、硫酸铵、氨水）合成为谷氨酸。谷氨酸经过人们的进一步加工，就成为谷氨酸钠──味精。
③对于板结的土壤及时进行松土透气，可以使根细胞进行充分的有氧呼吸，从而有利于根系的生长和对无机盐的吸收。此外，松土透气还有利于土壤中好氧微生物的生长繁殖，这能够促使这些微生物对土壤中有机物的分解，从而有利于植物对无机盐的吸收。
④水稻的根系适于在水中生长，这是因为水稻的茎和根能够把从外界吸收来的氧气通过气腔运送到根部各细胞，而且与旱生植物相比，水稻的根也比较适应无氧呼吸。但是，水稻根的细胞仍然需要进行有氧呼吸，所以稻田需要定期排水。如果稻田中的氧气不足，水稻根的细胞就会进行酒精发酵，时间长了，酒精就会对根细胞产生毒害作用，使根系变黑、腐烂。
⑤较深的伤口里缺少氧气，破伤风芽孢杆菌适合在这种环境中生存并大量繁殖。所以，伤口较深或被锈钉扎伤后，患者应及时请医生处理。
⑥有氧运动是指人体细胞充分获得氧的情况下所进行的体育锻炼。人体细胞通过有氧呼吸可以获得较多的能量。相反，百米冲刺和马拉松长跑等无氧运动，是人体细胞在缺氧条件下进行的高速运动。无氧运动中，肌细胞因氧不足，要靠乳酸发酵来获取能量。因为乳酸能够刺激肌细胞周围的神经末梢，所以人会有肌肉酸胀乏力的感觉。
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。

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