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1、細胞呼吸的原理和應(yīng)用 【教學目標】 1．說出線粒體的結(jié)構(gòu)和功能。 2．說明有氧呼吸和無氧呼吸的異同。 3．說明細胞呼吸的原理，并探討其在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用。 4．進行酵母菌細胞呼吸方式的探究。 【教學重點】 有氧呼吸的過程及原理。 【教學難點】 1．細胞呼吸的原理和本質(zhì)。 2．探究酵母菌細胞的呼吸方式。 【教學過程】 教學內(nèi)容 教師活動 學生活動 回顧 ATP 的生理功能，糖類、脂肪被細胞分解 后把能量儲存在 ATP 的高能磷酸鍵中。提出問題： 有機物進入細胞后以什么方式分解的呢？在體外， 有機物與氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，放出大量能量。而生 物學家發(fā)現(xiàn)，有機物在細胞

2、內(nèi)也是通過復(fù)雜的氧化 反應(yīng)產(chǎn)生能量的。 問題探討 回顧舊知 引入 識，受教師的 1．兩者的共同點是： 都是物質(zhì)的氧化分解過程； 問題所引導， 都能產(chǎn)生二氧化碳等產(chǎn)物，并且都釋放出能量。 進入新課。 2．不能。否則，組成細胞的化合物會迅速而徹 底地氧化分解，能量會迅速地全部釋放出來，細胞 的基本結(jié)構(gòu)也就會遭到徹底的破壞。 3．在無氧條件下，細胞能夠通過無氧呼吸來釋 放能量。但是，無氧呼吸比有氧呼吸釋放的能量要 少許多。 1/10 引導其他學生對參加實驗的學生進行提問，并 進行歸納。（問題如：為什么選用酵母菌作為實驗材 料，而不選用小白鼠等；

3、NaOH 溶液的作用是什么） 對實驗的 探究酵母 菌細胞呼 總結(jié)出結(jié)論：細胞呼吸分為有氧呼吸和無氧呼 吸。引導學生說出酵母菌的有氧呼吸產(chǎn)生 CO2；無 氧呼吸產(chǎn)生酒精和 CO2。 設(shè)計、結(jié)果進 行 交 流 和 表 達，并回答老 吸的方式 酵母菌是一種單細胞真菌，在有氧無氧條件下 師和其他學生 都能生存，屬于兼性厭氧菌，因此便于用來研究細 提出的問題 胞的不同呼吸方式。比如平時我們吃的饅頭、面包 之所以松軟多孔，就是因為在和面時加入了酵母菌， 經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)生的氣體遇熱膨脹所致。 對于絕大多數(shù)生物來說，有氧呼吸是細胞呼吸 回答問題 的主要形式，這一過程必須

4、有氧的參與。有氧呼吸 （線粒體） 的主要場所是線粒體。 1．復(fù)習線粒體的結(jié)構(gòu) 觀察線粒 師：線粒體有哪些結(jié)構(gòu)與呼吸作用相適應(yīng)？ 體的結(jié)構(gòu)，并 生：線粒體具有內(nèi)、外兩層膜，內(nèi)膜的某些部 回 答 相 關(guān) 問 位向線粒體的內(nèi)腔折疊形成嵴，嵴使內(nèi)膜的表面積 題，并把多個 大大增加。嵴的周圍充滿了液態(tài)的基質(zhì)。線粒體的 問題的答案進 內(nèi)膜和基質(zhì)中含有許多種與有氧呼吸有關(guān)的酶。 行整合，得出 2．有氧呼吸的過程 線粒體適應(yīng)有 有氧呼吸 （1）教師：引導學生，回顧初中學過的有關(guān)呼 氧呼吸功能的 吸的知識，在討論中板書有氧呼吸的反應(yīng)式。即 結(jié)構(gòu)。 酶 能量 C H O

5、 D CO H O 6 12 6 2 2 2 教師：呼吸作用是怎樣進行的呢 ? 學生：閱讀課本 P93～P94 相關(guān)內(nèi)容。 學生閱讀 教師：有氧呼吸的全過程十分復(fù)雜，可以概括 相關(guān)內(nèi)容，填 地分為三個階段，每個階段的反應(yīng)都有相應(yīng)的酶催 寫表格，并進 化。 行 分 組 討 論 關(guān)于呼吸作用過程的教學， 可對照圖 （圖 5－9） 后，分別講述 講解，在講解中講清以下幾點： 2/10 ①首先應(yīng)指出，下面以葡萄糖為例講述呼吸作 有氧呼吸三個 用過程。其他有機物也可以通過呼吸作用氧化分解。 階段。 階段 物質(zhì)變化 場所 比較兩者 第一 1 分子葡萄糖分解為 2 分子丙

6、酮 細胞質(zhì) 的區(qū)別 階段 基質(zhì) 酸，產(chǎn)生少量 [H] ，釋放少量能 量 第二 丙酮酸和水徹底分解成 CO 和 2 線粒體 階段 基質(zhì) [H] 釋放少量能量 第三 [H] 與 O 結(jié)合成水，釋放大量能 2 線粒體 階段 內(nèi)膜 量 （2）在整理出三個階段后，根據(jù)學生狀況，進 一步分析以下幾點： ①引導學生，將呼吸作用的反應(yīng)式配平 即C6H12O6＋6O2 6CO2＋6H2O＋能量 配平過程中，提問，呼吸作用產(chǎn)生的 H2O 中的 O，來自哪種原料 ?（學生回答出：來自 O2），接著 提出，消耗 6 分子的 O2 應(yīng)該

7、產(chǎn)生 12 個分子的 H2O， 可是，如果形成 12 分子的 H2O，又需要 24 個 H， 分析有機 一分子的 C6H12O6，只有 12 個 H，差 12 個H 來自哪 物產(chǎn)生的熱能 里?最后指出，呼吸作用還消耗水。因而呼吸作用的 的生理意義。 反應(yīng)式應(yīng)改為： C6H12O6＋6O2＋6H2O 6CO2＋12H2O＋能量 才能反映其本質(zhì)。解決了這一環(huán)節(jié)，其他物質(zhì)的來 龍去脈就可迅速解釋清楚。 ②分析呼吸作用過程中的能量問題。 學生：閱讀課本 P93 小字。 教師：1mol 的葡萄糖徹底氧化分解成二氧化碳 和水，釋放出 2870kJ的能量，其中 977.28 kJ

8、左右的 能量被 ADP 捕獲，儲存在 ATP中（約 32mol的 ATP）。 3/10 可見，呼吸過程中釋放的能量， 只有 34％儲存在 ATP 中，用于推動其他生命活動。其余以熱的形式散失 了。因此，在有些情況下，如新鮮蔬菜、糧食等保 存，通過控制呼吸速率，可減少有機物的消耗。 （3）線粒體是呼吸作用的主要場所。 教師：為什么說線粒體是呼吸作用的主要場 所？ 學生：呼吸作用的三個階段，后兩個階段都是 在線粒體中進行的。另外，從能量角度看，在細胞 質(zhì)的基質(zhì)中進行的第一步產(chǎn)生 4 mol的 ATP，其余 28 mol 的ATP 是在線粒體中產(chǎn)生的。 因此，線粒體 是呼

9、吸作用的主要場所。 大部分以熱能的形式散失（恒溫動物，用來維持體 溫） 能量變化：（2 870 kJ/mo）l 小部分轉(zhuǎn)移到 ATP 中（穩(wěn) 定的化學能活躍的化學能） ( 977.28 kJ/mo l34)% 播放多媒體課件觀看有氧呼吸全過程 3．歸納有氧呼吸概念 教師：請同學們歸納有氧呼吸的概念。 學生：有氧呼吸是指細胞在氧的參與下，通過 多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機物徹底氧化分 解，產(chǎn)生二氧化碳和水，釋放能量，生成大量 ATP 的過程。 教師：除前節(jié)課我們探究過的酵母菌以外，還 進 行 討 有許多細胞在缺氧條件下也可以進行無氧呼吸，無 論，或者自由 氧呼吸的

10、過程又是怎樣的呢？ 發(fā)言，利用無 無氧呼吸 學生：閱讀課本 P94 相關(guān)內(nèi)容。 教師：無氧呼吸的第一階段與有氧呼吸的第一 氧 呼 吸 的 知 識，解釋教材 階段是否相同？ 中相關(guān)的實例 學生：無氧呼吸的第一階段與有氧呼吸的第一 階段是相同的。 4/10 教師：接下來兩者有何不同？ 學生：在有氧的情況下，丙酮酸進入線粒體繼 續(xù)氧化分解，脫下的氫與氧氣結(jié)合而消耗，即進行 有氧呼吸；在無氧情況下，則在細胞質(zhì)的基質(zhì)中， 在酶的作用下，利用第一階段脫下的氫，把丙酮酸 還原成酒精或乳酸。因此，兩種呼吸作用是在丙酮 酸后分道揚鑣的。 教師：請學生寫出有關(guān)化學方程式：

11、 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）＋少量能量 學生思考 C6H12Ｏ6 2C2H5OH（酒精）＋ 2CO2+少量能 回答 量 教師：兩種呼吸作用，有何共同點？ 學生：兩種呼吸作用，不僅在過程上有共同點， 而且都具有分解有機物，釋放能量，產(chǎn)生 ATP 的本 質(zhì)。 教師：兩種呼吸作用，放出的能量有何不同？ 為什么？ 學生：無氧呼吸，由于沒有徹底分解有機物， 所以釋放的能量少，合成 ATP 少。因此，利用有機 物分解獲得 ATP 的效率低。 教師：無氧呼吸是否有害？ 學生：由于無氧呼吸產(chǎn)生的小分子有機物，如 酒精和乳酸，在細胞中大量積累，對細胞有毒害。 因此大

12、多數(shù)生物不能長時間用無氧呼吸維持生命， 澇田時應(yīng)及時排水就是這個道理。 教師：無氧呼吸是否有利？ 學生：生物體或部分器官組織在缺氧條件下， 作為有氧呼吸的補充，是生物的適應(yīng)性的表現(xiàn)（舉 例）。 教師：在遠古時期，地球的大氣中沒有氧氣， 5/10 那時微生物的呼吸是無氧呼吸。隨著大氣中出現(xiàn)了 氧氣，細胞內(nèi)出現(xiàn)了有氧呼吸的酶類，在無氧呼吸 的基礎(chǔ)上發(fā)展出有氧呼吸。由于有氧呼吸比無氧呼 吸優(yōu)越，有氧呼吸逐漸成為絕大多數(shù)生物的主要呼 吸形式，但還保留無氧呼吸的能力，使生物體或部 分器官組織在缺氧條件下，作為有氧呼吸的補充， 是生物的適應(yīng)性的表現(xiàn)（舉例） 。有些微生物，至今

13、 仍只在無氧的條件下生活。人類在生活和生產(chǎn)中， 對其有很多利用（舉例） 。 播放多媒體課件觀看無氧呼吸全過程。 階段 變化 場所 第一 1 分子葡萄糖分解為 2 分子丙酮 細 胞 質(zhì) 階段 酸 基質(zhì) 產(chǎn)生少量 [H] ，釋放少量能 量 第二 丙酮酸在不同酶的催化下，分 細 胞 質(zhì) 階段 解成酒精和二氧化碳，或者轉(zhuǎn) 基質(zhì) 化成乳酸 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）＋少量能量 （馬鈴薯塊莖，肌細胞，玉米胚，甜菜塊根，乳酸 菌） 酶 C6H12Ｏ6 2C2H5O H（酒精）＋2CO2＋少量能 量 （大部分高等植物，酵母菌） 能量變化：大部分以熱能的形式散失

14、；小部分 轉(zhuǎn)移到 ATP 中 注意：為什么無氧呼吸有兩種方式；為什么無 氧呼吸釋放的能量少。 2．歸納無氧呼吸概念 6/10 教師：參照有氧呼吸的概念，用準確而精練的 語言概括無氧呼吸的定義。 學生：一般是指細胞在無氧條件下 ,通過酶的催 化作用，把葡萄糖等有機物分解為不徹底的氧化產(chǎn) 物，同時釋放少量能量的過程。 3．發(fā)酵 無氧呼吸如果不用于高等動植物和人體，而用 于微生物則叫做發(fā)酵。需要指出的是，工業(yè)上所說 的發(fā)酵，并非完全是無氧的，如醋酸發(fā)酵就是需要 氧的。 旁欄思考題 提示：一般來說，如果無氧呼吸產(chǎn)生的乳酸或 酒精過多，會對細胞產(chǎn)生毒害。酵母菌在無氧以

15、及 其他條件適合的情況下，隨著發(fā)酵產(chǎn)物（如酒精） 的增多，營養(yǎng)物質(zhì)的減少以及 pH 發(fā)生變化等的影 響，它的繁殖速率逐漸下降，死亡率逐漸上升，酒 精發(fā)酵最終就會停止。其他的例子如用乳酸桿菌使 牛奶發(fā)酵形成酸牛奶，最終情況也是這樣。 有氧呼吸 無氧呼吸 呼吸場 細胞質(zhì)基 細胞質(zhì)基質(zhì) 所 質(zhì)、線粒體 比較有氧 是否需 氧 需氧 不需氧 呼吸和無 氧呼吸的 分解產(chǎn) 二氧化碳和 二氧化碳和酒 學生總結(jié) 物 水 精或乳酸 異同 釋放能 量 較多 較少 從葡萄糖到丙酮酸這一階段完全相 聯(lián)系 同，從丙酮酸開始，它們才沿著不同的 途徑形成不同

16、的產(chǎn)物 細胞呼吸 定義： 7/10 有氧呼吸和無氧呼吸都屬于細胞呼吸。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，釋放能量并生成 ATP 的過 程。所有生物的生存，都離不開細胞呼吸釋放的能 量。 意義： 細胞呼吸除了能為生物體提供能量，還是生物 體代謝的樞紐。蛋白質(zhì)、糖類和脂質(zhì)的代謝，都可 以通過細胞呼吸過程聯(lián)系起來。 內(nèi)因：遺傳因素（決定呼吸酶的種類和數(shù)量） ( 1）不同的植物呼吸速率不同； （2）同一植物不同發(fā)育時期呼吸速率不同； （3）同一植物不同器官呼吸速率不同。 呼吸速率的比較：陽生植物大于陰生植物，幼 苗期大于成熟期

17、，生殖器官大于營養(yǎng)器官。 外因：環(huán)境因素 （1）溫度 影響有氧 在一定范圍內(nèi)，隨溫度升 呼吸的因 高呼吸速率逐漸加強，超過最 素及其在 適溫度，隨溫度升高，呼吸酶 生產(chǎn)實踐 的活性逐漸減弱，呼吸速率逐 中的應(yīng)用 漸下降，甚至完全停止。 應(yīng)用：生產(chǎn)上常利用這一原理在低溫下儲存蔬 菜、水果，在大棚蔬菜的栽培過程中夜間適當降溫， 降低呼吸作用減少有機物的消耗，提高產(chǎn)量。 （2）氧氣的濃度 8/10 氧氣濃度： 氧 氣 濃 度 為 零 時，無氧呼吸最 強，有氧呼吸速 率為零。隨氧氣 濃度的增大，無 氧呼吸逐漸被抑制，有氧呼吸不斷加強，當氧氣濃 度達到一定值后，隨

18、氧氣濃度增大，有氧呼吸不再 加強（受呼吸酶數(shù)量的影響）。如圖所示。 應(yīng)用：生產(chǎn)中常利用降低氧的含量能夠抑制呼 吸作用減少有機物消耗這一原理來延長蔬菜、水果 保鮮時間。 （3）二氧化碳的濃度 增加二氧化碳的濃度對細 胞呼吸有明顯的抑制效應(yīng)（從 化學平衡的角度得到解釋）。 在蔬菜水果保鮮中，增加二氧化碳的濃度也具有良 好的保鮮效果。 應(yīng)用：如在冬天，北方地區(qū)常用地窖來儲存大 白菜，在冬季地窖里的溫度比外界要高一些，一般 不會結(jié)冰；地窖的口基本是密封的，地窖中的大白 菜進行細胞呼吸．消耗掉地窖中的大量氧氣，地窖 中氧氣的含量下降，二氧化碳的含量上升，。這兩 個因素都會

19、使細胞呼吸速率下降，延長大白菜的保 鮮時間。 ( 4）含水量 在一定范圍內(nèi)，細胞呼吸強度隨含水量的增加 而加強，隨含水量的減少而減弱（即自由水含量增 加時，代謝旺盛）。 應(yīng)用：種子在貯藏時，必須降低含水量，使種 子呈風于狀態(tài)（使細胞呼吸降至最低，以減少有機 9/10 物的消耗）。如果種子中含水量過多，細胞呼吸加 強，使種子堆溫度上升，反過來又進一步促進種子 的呼吸。 （5）生產(chǎn)實踐中的其他應(yīng)用①、合理灌溉、帶 土移栽等都是為了保證細胞正常的呼吸。 中耕松土的好處：增加土壤中的氧氣含量，從 而促進根細胞的呼吸，有利于根對礦物質(zhì)的吸收； 促進硝化細菌的繁殖，使 土壤中的 NH 轉(zhuǎn)變?yōu)? + 4 NO - ，提高土壤肥力。 3 ②在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為了使有機物向著人們需要 的器官積累，常把下部變黃的、已無光合能力、仍 然消耗養(yǎng)分的枝葉去掉，使光合作用的產(chǎn)物更多地 轉(zhuǎn)運到有經(jīng)濟價值的器官中去。 10/ 10