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第3节ATP的主要来源——细胞呼吸1．知识：(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作用；(4)进行酵母菌细胞呼吸方式的探究。2．情感态度与价值观：(1)通过学习有氧呼吸的主要场所，树立结构和功能相适应的生物学观点；(2)通过分析有氧呼吸与无氧呼吸的关系，学会运用发展变化的观点认识生命。3．能力：(1)通过对有氧呼吸过程图解的学习，学会用多种表达形式准确描述生物学现象，培养表达能力和图文转换能力；(2)通过比较有氧呼吸和无氧呼吸的异同，学会运用对比的方法识记相关的生物学知识，培养学生综合分析问题的能力。4．重点与难点：(1)有氧呼吸的过程及原理；(2)细胞呼吸的原理和本质；(3)探究酵母菌细胞的呼吸方式。(一)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。(二)探究提示：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。(三)小字部分的问题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ADP转化为ATP。(四)旁栏思考题提示：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。(五)资料分析1．提示：参见本节参考资料。2．提示：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。一、细胞呼吸的方式1．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________________，释放能量并生成________的过程。2．分类：根据是否有________参与，细胞呼吸可分为________和________两种类型。3．探究酵母菌细胞呼吸的方式(1)酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存，属于________菌。(2)检测酵母菌在细胞呼吸中是否产生二氧化碳可使用________或溴麝香草酚蓝溶液，其中后者颜色变化过程为由蓝变________再变________。(3)检测是否产生酒精可使橙色的________溶液，其在酸性条件下与酒精发生反应，变为________。二、有氧呼吸1．反应式：________________________。2．过程：第一阶段第二阶段第三阶段场所细胞质基质线粒体基质线粒体内膜反应物葡萄糖丙酮酸和水[H]和氧气生成物________、________、ATP________、________、ATP________、ATP能量少量少量大量三、无氧呼吸1．反应式：酒精发酵反应式：_______________________________。乳酸发酵反应式：_________________________。2．过程：第一阶段与有氧呼吸相同，第二阶段的产物是________________，两个阶段的反应场所是________。答案：一、1.二氧化碳和水ATP2．氧气有氧呼吸无氧呼吸3．(1)兼性厌氧(2)澄清石灰水绿黄(3)重铬酸钾灰绿色二、1.C6H12O6＋6H2O＋6O2――→酶6CO2＋12H2O＋能量2．丙酮酸[H][H]CO2H2O三、1.C6H12O6――→酶2C2H5OH＋2CO2＋少量能量C6H12O6――→酶2C3H6O3＋少量能量2．酒精和二氧化碳或者是乳酸细胞质基质酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，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。CO2可使澄清石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。根据石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养液中CO2的产生情况。橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与乙醇(俗称酒精)发生化学反应，变成灰绿色，从而检测酒精的产生。目的要求探究酵母菌在有氧和无氧的条件下细胞呼吸的方式材料用具(略)方法步骤1．酵母菌培养液的配制取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A(500mL)和锥形瓶B(500mL)中。分别向瓶中注入240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。2．检测CO2的产生用锥形瓶和其他材料用具组装好实验装置(参考课本92页图)，并连通橡皮球(或气泵)，让空气间断而持续地依次通过3个锥形瓶(约50min)，然后将实验装置放到25℃～35℃的环境中培养8～10h。CO2可使澄清石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄。根据石灰水混浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养液中CO2的产生情况。3．检测酒精的产生橙色的重铬酸钾溶液，在酸性条件下与乙醇(俗称酒精)发生化学反应，变成灰绿色。具体做法是：各取2mL酵母菌培养液的滤液，分别注入2支干净的试管中。向试管中分别滴加0.5mL溶有0.1g重铬酸钾的浓硫酸溶液(体积分数为95%～97%)，浓硫酸有腐蚀性，往试管中滴加浓硫酸时要缓慢、小心。并轻轻振荡，使它们混合均匀。观察试管中溶液的颜色变化。进行实验请老师对实验方案提出意见，待老师认可后开始做实验。由于实验需要时间较长，观察的项目和次数要事先计划好，并做好记录。结论酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水，在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的二氧化碳。科学家通过大量的实验证实，细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。1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所示的装置。1号、2号试管中均加入3mL蒸馏水和少许0.1%BTB溶液至蓝绿色(酸性较强时，BTB溶液变为蓝色)。下列有关评价合理的是()A．1号试管可以去除或将1号试管中BTB溶液换成澄清石灰水B．该装置无法检验二氧化碳的生成，仍需再补充其他装置C．温度偏高，导致发酵管内氧气少，酵母菌繁殖速度减慢，不利于发酵D．为使发酵管中尽量少含氧气，应先将有葡萄糖液煮沸，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号试管起对比作用；酵母菌产生的二氧化碳会使2号试管中的BTB溶液由蓝绿色变成黄色，无需其他补充装置；80℃导致酵母菌死亡和发酵过程中酶变性失活；酵母菌在无氧条件下才发酵产生酒精，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，加石蜡油达到隔绝空气的目的。答案：D利用酵母菌发酵生产酒精时，投放的适宜原料和在产生酒精阶段要控制的必要条件分别是()A．玉米粉和有氧B．大豆粉和有氧C．玉米粉和无氧D．大豆粉和无氧答案：C解析：玉米粉中含有大量的糖类，是酵母菌呼吸作用的原料；生产酒精需要无氧条件。概括地说，有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，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，生成许多ATP的过程。有氧呼吸最常利用的物质是葡萄糖，其反应式可以简写成：C6H12O6＋6O2――→酶6CO2＋6H2O＋能量有氧呼吸的全过程十分复杂，可以概括地分为三个阶段，每个阶段的反应都有相应的酶催化。三个阶段可表示如下：阶段反应物生成物反应场所第一阶段葡萄糖丙酮酸、[H]、少量能量细胞质基质第二阶段丙酮酸CO2、[H]、少量能量线粒体基质第三阶段[H]、O2H2O、大量能量线粒体内膜注意：这里的[H]是一种十分简化的表示方式。这一过程实际上是氧化型辅酶Ⅰ转化成还原型辅酶Ⅰ。综合上述每氧化1mol葡萄糖，生成6mol的二氧化碳和12mol的水，同时生成38molATP。在细胞内，1mol的葡萄糖彻底氧化分解以后，释放出来的总能量是2870kJ，其中只有1161kJ转移至ATP的高能磷酸键上，能量转变效率只有40%左右，其余部分(1709kJ)的能量就以热能的形式散失掉了。小结：有氧呼吸有如下特点：①有氧呼吸需要氧气。氧气是氧化剂，将有机物氧化分解。②有氧呼吸能将有机物彻底氧化分解。所谓的彻底氧化分解，是指把有机物分解为二氧化碳和水等无机物。③释放大量的能量。由于有机物被分解成无机物，有机物分子化学键中储存的能量全部释放出来，所以释放大量的热量。2用含18O的葡萄糖跟踪有氧呼吸过程中的氧原子，18O转移的途径是()A．葡萄糖―→丙酮酸―→水B．葡萄糖―→丙酮酸―→氧C．葡萄糖―→氧―→水D．葡萄糖―→丙酮酸―→二氧化碳解析：葡萄糖的有氧呼吸过程分为三个阶段，第一阶段是葡萄糖在无氧参与的情况下分解成丙酮酸(糖酵解)，同时产生[H]和少量ATP，第二阶段是丙酮酸分解成CO2，同时产生[H]和少量ATP；第三阶段是第一阶段和第二阶段产生的[H]还原从空气中吸收进来的氧，生成水，同时产生了大量的ATP。从C6H12O6被氧化分解产生H2O和CO2的全过程可以看出，葡萄糖中18O的转移途径是葡萄糖→丙酮酸→二氧化碳。答案：D葡萄糖在细胞质内分解至丙酮酸的过程中，下列叙述正确的是()A．在线粒体中进行无氧呼吸B．需在有氧条件下进行C．不产生CO2D．反应速度不受温度影响答案：C解析：葡萄糖在细胞质基质中分解成两分子丙酮酸和少量[H]及少量的能量，这一阶段也是无氧呼吸的第一阶段，因此不需氧的参与。无氧呼吸的概念可总结为：无氧呼吸是指在无氧条件下，通过酶的作用，细胞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。如果用于微生物，习惯上称为发酵。产生酒精的叫做酒精发酵；产生乳酸的叫做乳酸发酵。无氧呼吸的反应式可以概括为以下两种：C6H12O6――→酶2C3H6O3(乳酸)＋少量能量C6H12O6――→酶2C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量无氧呼吸的全过程，可以概括地分为两个阶段，这两个阶段需要不同的酶催化，但都是在细胞质基质中进行的。第一个阶段与有氧呼吸的第一个阶段完全相同。第二个阶段是，丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳，或者转化成乳酸。无论是分解成酒精和二氧化碳或者是转化成乳酸，无氧呼吸都只在第一阶段释放出少量的能量，生成少量ATP。葡萄糖分子中的大部分能量则存留在酒精或乳酸中。1mol葡萄糖在分解成乳酸以后，只释放出196.65kJ的能量，其中只有61.08kJ的能量储存在ATP中，近69%的能量都以热能的形式散失了。无氧呼吸过程不但释放的能量很少，而且产生的酒精等不彻底氧化产物对生物细胞有毒害作用，所以，一般陆生植物和动物细胞不能长期忍受无氧呼吸。除酵母菌外，还有许多种细菌和真菌能够进行无氧呼吸。此外，马铃薯块茎、苹果果实等植物器官的细胞以及动物骨骼肌的肌细胞等，除了能够进行有氧呼吸外，在缺氧条件下也能进行无氧呼吸。小结：无氧呼吸有如下特点：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细胞的无氧呼吸过程中，把有机物不彻底氧化分解，形成不彻底氧化产物。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。③释放能量少。因为这个过程没有氧气参与，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，所以无氧呼吸过程释放的能量很少。3人红细胞无线粒体但能携带氧。红细胞所需能量的来源主要是利用()A．葡萄糖，进行有氧呼吸B．葡萄糖，进行无氧呼吸