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1、最新人教版高中生物必修1第5章 第3节ATP的主要来源-细胞呼吸学案 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
2、动提供能量。在理解细胞呼吸的概念时注意把握以下几点：(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,
3、错误的是()A细胞呼吸必须在酶的催化下进行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
4、兼性厌氧菌,因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。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p
5、H7.6时呈蓝色,pH7.0时呈绿色,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,
6、质量分数为10%的NaOH溶液可以吸收通入空气中的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
7、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。【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,
8、应先将葡萄糖液煮沸,待冷却后加入鲜酵母,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
9、线粒体(1)线粒体的结构(图533) (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
10、所。氧气：指有氧呼吸的条件,没有氧气,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
11、段参与。各生成物产生的阶段：H在第一、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
12、合发生的另一个化学反应的产物,此外,反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
13、进入组织细胞的线粒体内至少要通过_层生物膜。(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
14、吸1无氧呼吸的概念细胞在无氧条件下,通过酶的作用,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：C
15、6H12O62C3H4O3(丙酮酸)4H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、能量的转化无氧呼吸分解有机物不彻
