資源簡(jiǎn)介

細(xì)胞呼吸的原理和應(yīng)用
【教學(xué)目標(biāo)】
1．說(shuō)出線粒體的結(jié)構(gòu)和功能。
2．說(shuō)明有氧呼吸和無(wú)氧呼吸的異同。
3．說(shuō)明細(xì)胞呼吸的原理，并探討其在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用。
4．進(jìn)行酵母菌細(xì)胞呼吸方式的探究。
【教學(xué)重點(diǎn)】
有氧呼吸的過(guò)程及原理。
【教學(xué)難點(diǎn)】
1．細(xì)胞呼吸的原理和本質(zhì)。
2．探究酵母菌細(xì)胞的呼吸方式。
【教學(xué)過(guò)程】
教學(xué)內(nèi)容 教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng)
引入 回顧ATP的生理功能，糖類(lèi)、脂肪被細(xì)胞分解后把能量?jī)?chǔ)存在ATP的高能磷酸鍵中。提出問(wèn)題：有機(jī)物進(jìn)入細(xì)胞后以什么方式分解的呢？在體外，有機(jī)物與氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，放出大量能量。而生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，有機(jī)物在細(xì)胞內(nèi)也是通過(guò)復(fù)雜的氧化反應(yīng)產(chǎn)生能量的。 問(wèn)題探討 1．兩者的共同點(diǎn)是：都是物質(zhì)的氧化分解過(guò)程；都能產(chǎn)生二氧化碳等產(chǎn)物，并且都釋放出能量。 2．不能。否則，組成細(xì)胞的化合物會(huì)迅速而徹底地氧化分解，能量會(huì)迅速地全部釋放出來(lái)，細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)也就會(huì)遭到徹底的破壞。 3．在無(wú)氧條件下，細(xì)胞能夠通過(guò)無(wú)氧呼吸來(lái)釋放能量。但是，無(wú)氧呼吸比有氧呼吸釋放的能量要少許多。 回顧舊知識(shí)，受教師的問(wèn)題所引導(dǎo)，進(jìn)入新課。
探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式 引導(dǎo)其他學(xué)生對(duì)參加實(shí)驗(yàn)的學(xué)生進(jìn)行提問(wèn)，并進(jìn)行歸納。（問(wèn)題如：為什么選用酵母菌作為實(shí)驗(yàn)材料，而不選用小白鼠等；NaOH溶液的作用是什么） 總結(jié)出結(jié)論：細(xì)胞呼吸分為有氧呼吸和無(wú)氧呼吸。引導(dǎo)學(xué)生說(shuō)出酵母菌的有氧呼吸產(chǎn)生CO2；無(wú)氧呼吸產(chǎn)生酒精和CO2。 酵母菌是一種單細(xì)胞真菌，在有氧無(wú)氧條件下都能生存，屬于兼性厭氧菌，因此便于用來(lái)研究細(xì)胞的不同呼吸方式。比如平時(shí)我們吃的饅頭、面包之所以松軟多孔，就是因?yàn)樵诤兔鏁r(shí)加入了酵母菌，經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)生的氣體遇熱膨脹所致。 對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、結(jié)果進(jìn)行交流和表達(dá)，并回答老師和其他學(xué)生提出的問(wèn)題
有氧呼吸 對(duì)于絕大多數(shù)生物來(lái)說(shuō)，有氧呼吸是細(xì)胞呼吸的主要形式，這一過(guò)程必須有氧的參與。有氧呼吸的主要場(chǎng)所是線粒體。 1．復(fù)習(xí)線粒體的結(jié)構(gòu) 師：線粒體有哪些結(jié)構(gòu)與呼吸作用相適應(yīng)？ 生：線粒體具有內(nèi)、外兩層膜，內(nèi)膜的某些部位向線粒體的內(nèi)腔折疊形成嵴，嵴使內(nèi)膜的表面積大大增加。嵴的周?chē)錆M了液態(tài)的基質(zhì)。線粒體的內(nèi)膜和基質(zhì)中含有許多種與有氧呼吸有關(guān)的酶。 2．有氧呼吸的過(guò)程 （1）教師：引導(dǎo)學(xué)生，回顧初中學(xué)過(guò)的有關(guān)呼吸的知識(shí)，在討論中板書(shū)有氧呼吸的反應(yīng)式。即 教師：呼吸作用是怎樣進(jìn)行的呢 學(xué)生：閱讀課本P93～P94相關(guān)內(nèi)容。 教師：有氧呼吸的全過(guò)程十分復(fù)雜，可以概括地分為三個(gè)階段，每個(gè)階段的反應(yīng)都有相應(yīng)的酶催化。 關(guān)于呼吸作用過(guò)程的教學(xué)，可對(duì)照?qǐng)D（圖5－9）講解，在講解中講清以下幾點(diǎn)： ①首先應(yīng)指出，下面以葡萄糖為例講述呼吸作用過(guò)程。其他有機(jī)物也可以通過(guò)呼吸作用氧化分解。 階段物質(zhì)變化場(chǎng)所第一階段1分子葡萄糖分解為2分子丙酮酸，產(chǎn)生少量[H]，釋放少量能量細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)第二階段丙酮酸和水徹底分解成和[H]釋放少量能量線粒體基質(zhì)第三階段[H]與結(jié)合成水，釋放大量能量線粒體內(nèi)膜
（2）在整理出三個(gè)階段后，根據(jù)學(xué)生狀況，進(jìn)一步分析以下幾點(diǎn)： ①引導(dǎo)學(xué)生，將呼吸作用的反應(yīng)式配平 即C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O＋能量 配平過(guò)程中，提問(wèn)，呼吸作用產(chǎn)生的H2O中的O，來(lái)自哪種原料 （學(xué)生回答出：來(lái)自O(shè)2），接著提出，消耗6分子的O2應(yīng)該產(chǎn)生12個(gè)分子的H2O，可是，如果形成12分子的H2O，又需要24個(gè)H，一分子的C6H12O6，只有12個(gè)H，差12個(gè)H來(lái)自哪里 最后指出，呼吸作用還消耗水。因而呼吸作用的反應(yīng)式應(yīng)改為： C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋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(lái)龍去脈就可迅速解釋清楚。 ②分析呼吸作用過(guò)程中的能量問(wèn)題。 學(xué)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，其中左右的能量被ADP捕獲，儲(chǔ)存在ATP中（約32mol的ATP）。可見(jiàn)，呼吸過(guò)程中釋放的能量，只有34％儲(chǔ)存在ATP中，用于推動(dòng)其他生命活動(dòng)。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(guò)控制呼吸速率，可減少有機(jī)物的消耗。 （3）線粒體是呼吸作用的主要場(chǎng)所。 教師：為什么說(shuō)線粒體是呼吸作用的主要場(chǎng)所？ 學(xué)生：呼吸作用的三個(gè)階段，后兩個(gè)階段都是在線粒體中進(jìn)行的。另外，從能量角度看，在細(xì)胞質(zhì)的基質(zhì)中進(jìn)行的第一步產(chǎn)生的ATP，其余 的ATP是在線粒體中產(chǎn)生的。因此，線粒體是呼吸作用的主要場(chǎng)所。 大部分以熱能的形式散失（恒溫動(dòng)物，用來(lái)維持體溫） 能量變化：（）小部分轉(zhuǎn)移到ATP中（穩(wěn)定的化學(xué)能活躍的化學(xué)能）() 播放多媒體課件觀看有氧呼吸全過(guò)程 3．歸納有氧呼吸概念 教師：請(qǐng)同學(xué)們歸納有氧呼吸的概念。 學(xué)生：有氧呼吸是指細(xì)胞在氧的參與下，通過(guò)多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機(jī)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(guò)程。 回答問(wèn)題（線粒體） 觀察線粒體的結(jié)構(gòu)，并回答相關(guān)問(wèn)題，并把多個(gè)問(wèn)題的答案進(jìn)行整合，得出線粒體適應(yīng)有氧呼吸功能的結(jié)構(gòu)。 學(xué)生閱讀相關(guān)內(nèi)容，填寫(xiě)表格，并進(jìn)行分組討論后，分別講述有氧呼吸三個(gè)階段。 比較兩者的區(qū)別 分析有機(jī)物產(chǎn)生的熱能的生理意義。
無(wú)氧呼吸 教師：除前節(jié)課我們探究過(guò)的酵母菌以外，還有許多細(xì)胞在缺氧條件下也可以進(jìn)行無(wú)氧呼吸，無(wú)氧呼吸的過(guò)程又是怎樣的呢？ 學(xué)生：閱讀課本P94相關(guān)內(nèi)容。 教師：無(wú)氧呼吸的第一階段與有氧呼吸的第一階段是否相同？ 學(xué)生：無(wú)氧呼吸的第一階段與有氧呼吸的第一階段是相同的。 教師：接下來(lái)兩者有何不同？ 學(xué)生：在有氧的情況下，丙酮酸進(jìn)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(jìn)行有氧呼吸；在無(wú)氧情況下，則在細(xì)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(yáng)鑣的。 教師：請(qǐng)學(xué)生寫(xiě)出有關(guān)化學(xué)方程式： C6H12O62C3H6O3（乳酸）＋少量能量 C6H12Ｏ62C2H5OH（酒精）＋2CO2+少量能量 教師：兩種呼吸作用，有何共同點(diǎn)？ 學(xué)生：兩種呼吸作用，不僅在過(guò)程上有共同點(diǎn)，而且都具有分解有機(jī)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(xué)生：無(wú)氧呼吸，由于沒(méi)有徹底分解有機(jī)物，所以釋放的能量少，合成ATP少。因此，利用有機(jī)物分解獲得ATP的效率低。 教師：無(wú)氧呼吸是否有害？ 學(xué)生：由于無(wú)氧呼吸產(chǎn)生的小分子有機(jī)物，如酒精和乳酸，在細(xì)胞中大量積累，對(duì)細(xì)胞有毒害。因此大多數(shù)生物不能長(zhǎng)時(shí)間用無(wú)氧呼吸維持生命，澇田時(shí)應(yīng)及時(shí)排水就是這個(gè)道理。 教師：無(wú)氧呼吸是否有利？ 學(xué)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(bǔ)充，是生物的適應(yīng)性的表現(xiàn)（舉例）。 教師：在遠(yuǎn)古時(shí)期，地球的大氣中沒(méi)有氧氣，那時(shí)微生物的呼吸是無(wú)氧呼吸。隨著大氣中出現(xiàn)了氧氣，細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)了有氧呼吸的酶類(lèi)，在無(wú)氧呼吸的基礎(chǔ)上發(fā)展出有氧呼吸。由于有氧呼吸比無(wú)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(wú)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(bǔ)充，是生物的適應(yīng)性的表現(xiàn)（舉例）。有些微生物，至今仍只在無(wú)氧的條件下生活。人類(lèi)在生活和生產(chǎn)中，對(duì)其有很多利用（舉例）。 播放多媒體課件觀看無(wú)氧呼吸全過(guò)程。 階段變化場(chǎng)所第一階段1分子葡萄糖分解為2分子丙酮酸 產(chǎn)生少量[H]，釋放少量能量細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)第二階段丙酮酸在不同酶的催化下，分解成酒精和二氧化碳，或者轉(zhuǎn)化成乳酸細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)
C6H12O62C3H6O3（乳酸）＋少量能量 （馬鈴薯塊莖，肌細(xì)胞，玉米胚，甜菜塊根，乳酸菌） 酶 C6H12Ｏ62C2H5OH（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；小部分轉(zhuǎn)移到ATP中 注意：為什么無(wú)氧呼吸有兩種方式；為什么無(wú)氧呼吸釋放的能量少。 2．歸納無(wú)氧呼吸概念 教師：參照有氧呼吸的概念，用準(zhǔn)確而精練的語(yǔ)言概括無(wú)氧呼吸的定義。 學(xué)生：一般是指細(xì)胞在無(wú)氧條件下,通過(guò)酶的催化作用，把葡萄糖等有機(jī)物分解為不徹底的氧化產(chǎn)物，同時(shí)釋放少量能量的過(guò)程。 3．發(fā)酵 無(wú)氧呼吸如果不用于高等動(dòng)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(shuō)的發(fā)酵，并非完全是無(wú)氧的，如醋酸發(fā)酵就是需要氧的。 旁欄思考題 提示：一般來(lái)說(shuō)，如果無(wú)氧呼吸產(chǎn)生的乳酸或酒精過(guò)多，會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒害。酵母菌在無(wú)氧以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(yíng)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(huì)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。 進(jìn)行討論，或者自由發(fā)言，利用無(wú)氧呼吸的知識(shí)，解釋教材中相關(guān)的實(shí)例 學(xué)生思考回答
比較有氧呼吸和無(wú)氧呼吸的異同 有氧呼吸無(wú)氧呼吸呼吸場(chǎng)所細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)是否需氧需氧不需氧分解產(chǎn)物二氧化碳和水二氧化碳和酒精或乳酸釋放能量較多較少聯(lián)系從葡萄糖到丙酮酸這一階段完全相同，從丙酮酸開(kāi)始，它們才沿著不同的途徑形成不同的產(chǎn)物
學(xué)生總結(jié)
細(xì)胞呼吸 定義： 有氧呼吸和無(wú)氧呼吸都屬于細(xì)胞呼吸。細(xì)胞呼吸是指有機(jī)物在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)過(guò)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(guò)程。所有生物的生存，都離不開(kāi)細(xì)胞呼吸釋放的能量。 意義： 細(xì)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(lèi)和脂質(zhì)的代謝，都可以通過(guò)細(xì)胞呼吸過(guò)程聯(lián)系起來(lái)。
影響有氧呼吸的因素及其在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用 內(nèi)因：遺傳因素（決定呼吸酶的種類(lèi)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(shí)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(yáng)生植物大于陰生植物，幼苗期大于成熟期，生殖器官大于營(yíng)養(yǎng)器官。 外因：環(huán)境因素 （1）溫度 在一定范圍內(nèi)，隨溫度升高呼吸速率逐漸加強(qiáng)，超過(guò)最適溫度，隨溫度升高，呼吸酶的活性逐漸減弱，呼吸速率逐漸下降，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(chǔ)存蔬菜、水果，在大棚蔬菜的栽培過(guò)程中夜間適當(dāng)降溫，降低呼吸作用減少有機(jī)物的消耗，提高產(chǎn)量。 （2）氧氣的濃度 氧氣濃度：氧氣濃度為零時(shí)，無(wú)氧呼吸最強(qiáng)，有氧呼吸速率為零。隨氧氣濃度的增大，無(wú)氧呼吸逐漸被抑制，有氧呼吸不斷加強(qiáng)，當(dāng)氧氣濃度達(dá)到一定值后，隨氧氣濃度增大，有氧呼吸不再加強(qiáng)（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(jī)物消耗這一原理來(lái)延長(zhǎng)蔬菜、水果保鮮時(shí)間。 （3）二氧化碳的濃度 增加二氧化碳的濃度對(duì)細(xì)胞呼吸有明顯的抑制效應(yīng)（從化學(xué)平衡的角度得到解釋?zhuān)Ｔ谑卟怂ｕr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(lái)儲(chǔ)存大白菜，在冬季地窖里的溫度比外界要高一些，一般不會(huì)結(jié)冰；地窖的口基本是密封的，地窖中的大白菜進(jìn)行細(xì)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(gè)因素都會(huì)使細(xì)胞呼吸速率下降，延長(zhǎng)大白菜的保鮮時(shí)間。 (4）含水量 在一定范圍內(nèi)，細(xì)胞呼吸強(qiáng)度隨含水量的增加而加強(qiáng)，隨含水量的減少而減弱（即自由水含量增加時(shí)，代謝旺盛）。 應(yīng)用：種子在貯藏時(shí)，必須降低含水量，使種子呈風(fēng)于狀態(tài)（使細(xì)胞呼吸降至最低，以減少有機(jī)物的消耗）。如果種子中含水量過(guò)多，細(xì)胞呼吸加強(qiáng)，使種子堆溫度上升，反過(guò)來(lái)又進(jìn)一步促進(jìn)種子的呼吸。 （5）生產(chǎn)實(shí)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(xì)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(jìn)根細(xì)胞的呼吸，有利于根對(duì)礦物質(zhì)的吸收；促進(jìn)硝化細(xì)菌的繁殖，使土壤中的轉(zhuǎn)變?yōu)椋岣咄寥婪柿Α?②在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為了使有機(jī)物向著人們需要的器官積累，常把下部變黃的、已無(wú)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(yùn)到有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的器官中去。

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