科学·技术·社会　酶为生活添姿彩课程导入及其完整教案

第3节 ATP的主要来源──细胞呼吸和呼吸原理的应用 教学目标

1．知识目标

①说明有氧呼吸和无氧呼吸的原理和过程。

②说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同。

③获得细胞呼吸的概念

2．能力目标

①通过引导学生分析有氧呼吸的过程，培养学生分析问题的能力。

②通过学生观看多媒体演示及与教师的讨论活动，培养学生自学和主动理解新知识的技巧。

③通过学生讨论对比有氧呼吸和无氧呼吸的异同，培养学生自我构建知识体系的能力和对比、归纳的能力。

3．情感目标

①在教学中，通过分析有氧呼吸和无氧呼吸的关系，渗透生命活动不断发展变化以及适应的特性，逐步学会自觉地用发展变化的观点，认识生命。

②通过联系生产、生活等实际，激发学习生物学的兴趣，养成关心科学技术的发展，关心社会生活的意识和生命科学价值观。

教学重点和难点

1．教学重点：有氧呼吸的过程

2．教学难点：细胞呼吸的原理及本质

教学过程

导入：回顾上一节的探究实验，导入新课

1、 上一节课我们通过探究实验，知道了酵母菌在有氧和无氧的情况下都能进行细胞呼吸，但产物是不同的，那么，有氧的情况下酵母菌产生哪些产物呢？（产生大量的二氧化碳和水）无氧的情况呢？（产生酒精，还产生少量的二氧化碳）。很好。

我们所说的细胞呼吸与初中人体生理中学过的呼吸有什么区别吗？

（“呼吸”是指生物体或细胞吸入氧气和呼出二氧化碳的过程，而“细胞呼吸”是指细胞内有机物分解释放能量的过程）。

根据细胞内分解有机物的过程是否有氧参与，细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。今天我们就来了解这两种类型的细胞呼吸，它们的具体过程及其原理的应用。

2、引入课题:细胞呼吸及其原理的应用。下面我们先看第一个内容：有氧呼吸

一、有氧呼吸

对于绝大多数生物来说，有氧呼吸是细胞呼吸的主要形式，这一过程必须有氧的参与。那么有氧呼吸的主要场所在哪？（线粒体）很好，下面我们一起回顾它的结构。

1、主要场所：线粒体

师：线粒体有那些结构与呼吸作用相适应？

生：线粒体有内外两层膜，内膜的某些部位向内折叠形成嵴，嵴使内膜的表面积大大增加。嵴的周围充满了液态的基质。线粒体的内膜和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶(有利于呼吸作用的快速进行)。

师：由此，我们也看出线粒体的结构与功能是相适应的。

[过渡]

那有氧呼吸的具体过程是怎样的呢？

细胞内有氧呼吸的过程，实际上是一系列氧化还原反应的过程。在这个过程中，物质和能量的变化是相伴进行的。简单地说，它可以分为三个阶段。请大家看多媒体课件。这是位于细胞质基质中的线粒体结构示意图。咱们先整体看一下有氧呼吸的全过程。

再仔细观察：第一阶段的变化。

师：这个阶段的物质变化是什么？

生：一分子的葡萄糖分解成两分子的丙酮酸，在分解过程中产生少量的还原氢和少量的ATP。

师：这个阶段的能量变化是什么？

生：释放出少量的能量。

师：这个阶段在哪儿进行？

生：细胞质基质。

再观察：第二阶段的变化。

师：这个阶段的物质变化是什么？

生：丙酮酸在水的参与下，经过一系列的反应，彻底分解为二氧化碳和还原氢，产生少量ATP。

师：这个阶段的能量变化是什么？

生：释放出少量的能量。

师：这一步在细胞内的什么部位进行？

生：线粒体中进行。

师：具体说，是在线粒体基质中进行的。

再观察：第三阶段的变化。

师：这个阶段的物质变化是什么？

生：前两个阶段产生的还原氢，经过一系列的反应，与氧结合形成水。

师：这个阶段的能量变化是什么？

生：释放大量的能量。

师：这个阶段在细胞中的什么部位进行？

生：在线粒体中进行。

师：具体说，是在线粒体内膜上进行的。

师：有氧呼吸的三个阶段都需要什么条件？

生：都需要多种酶的催化。

好，刚才我们已经观察了有氧呼吸的具体过程，请完成下面这个表格。

②、让学生比较有氧呼吸三个阶段。（大家可相互讨论，也可以参考教材上的内容）

有氧呼吸

场

所

反应物

反应条件

产物

释放能量

细胞质的基酶

丙酮酸

第一阶段

葡萄糖

少量

质

[H]

丙酮酸

酶 CO2

第二阶段

线粒体基质

少量

H2O

[H]

[H]

酶

第三阶段

线粒体内膜

H2O

大量

O2

很好。由此，我们也看出有氧呼吸的场所除了线粒体外还有细胞质基质。下面我们再详细看看它的过程。

有氧呼吸利用的有机物有：糖类、脂肪、蛋白质等，但最常利用的是葡萄糖

。有氧呼吸的反应过程十分复杂，基本可分为三个连续的阶段：

A、第一阶段：在细胞质基质中，1分子葡萄糖分解成2分子丙酮酸，同时脱下4个[H]；并释放出少

量的能量。反应式可表示为：

酶

C6H12O6

→2C3H4O3+ 4[H] +少量能量

二氧化碳和20个[H]；并释放少量的能量。反应式表示为：

酶

2C3H4O3 + 6H2O→6CO2+ 20[H] +少量能量

热能（散失）

2ATP B、第二阶段：丙酮酸进入线粒体的基质中，2分子丙酮酸与外界吸收的6分子水彻底分解成6分子

由反应式中，我们可以看出二氧化碳中的氧原子一个来自丙酮酸（葡萄糖），另一个来自水。

C、第三阶段：在线粒体的内膜上，前两阶段脱下的共24个[H]与从外界吸收或叶绿体光合作用产生的6分子O2结合成水；同时释放大量的能量。反应式表示为：

酶

热能（散失）

24[H]+6O6

→12H2O+大量能量

34ATP

氧气参与了第三阶段的反应，所以呼吸作用产物水中的氧来自氧气。

好，现在三阶段的反应式都呈现出来了，大家能否根据三阶段的反应式总结出总反应式呢？（提示：反应式的左边把各阶段所有的反应物加起来，右边把各阶段所有的生成物加起来，然后再消去中间产物）

②让学生归纳总结出有氧呼吸的总反应式

酶

C6H12O6+6O6+6H2O

6CO2+12H2O +大量能量

酶

很好，现在比较一下：这个反应式和课本P93的反应式C6H12O6+6O6

6CO2+6H2O+ 能量有什么不同？（水不同）能否抵消呢？（不能，因为反应物中的水在第二阶段参与丙酮酸的反应，生成物中的水是第三阶段[H]和氧气合成的）

请同学们根据有氧呼吸过程和反应式自己总结出有氧呼吸的概念。（提示学生从条件、物质变化、能量变化角度考虑）。

有氧呼吸：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。

从物质变化角度来看，有氧呼吸是有机物在分解过程中产生二氧化碳和还原氢，还原氢与氧结合生成水，即有机物最终彻底氧化分解成二氧化碳和水。从能量变化角度来看，有氧呼吸是在有机物逐步分解中使贮存于有机物中的能量逐步转移到ATP中，一部分能量则以热能的形式散失。这一变化过程与有机物的体外燃烧（能量一下子全释放出来）是有区别的。在生物体内1mol的葡萄糖在彻底氧化分解以后，共释放出2870kJ的能量，其中有1161kJ的能量储存在ATP中，其余的能量都以热能的形式散失了。

[过渡]：刘翔在训练时常会在第二天早上肌肉发酸发痛，某地区蔬菜长势良好，一场洪水将蔬菜根部淹没，十多天后，洪水才慢慢退去。洪水退去后，蔬菜会出现烂根的情况，酸奶或泡菜，啤酒或米酒，在制作过程中都要密闭处理----发酵后制成口感舒适、略带酸味或酒味的食品。这是为什么呢？

其实，除酵母菌以外，还有许多细胞在缺氧条件下也可以进行无氧呼吸。下面我们来学习细胞呼吸的第二种类型：无氧呼吸

二、无氧呼吸

大家看无氧呼吸的过程。

师：无氧呼吸包括几个阶段？

生：两个阶段。

师：场所在哪儿？

生：细胞质基质。

师：第一阶段与有氧呼吸的第一阶段是否相同？

生：相同。

师：接下来两者有何不同？

热能（散失）

2ATP

生：在有氧的情况下，丙酮酸进入线粒体继续氧化分解，脱下的还原氢与氧气结合形成水，即进行有氧呼吸；在无氧情况下，则在细胞质基质中，在酶的作用下，利用第一阶段脱下的还原氢，把丙酮酸还原成酒精或乳酸。因此，两种呼吸方式是在形成丙酮酸后产生差别的。

下面请同学们试着写出无氧呼吸的反应式。

无氧呼吸有两种反应式，一种是产酒精和二氧化碳的，能进行这类反应的生物包括多数高等植物、酵母菌。

2C2H5OH＋2CO2＋少量能量

C6H12O6另一种是产乳酸的，能进行这类反应的生物包括高等动物和人、乳酸菌、马铃薯的块茎、甜菜的块根、玉米胚。

酶2C3H6O3＋少量能量

C6H12O6注意：无论是生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，生成少量的ATP，第二阶段不释放能量，大量的能量储藏在不彻底氧化产物中，如酒精、乳酸等。

请同学们根据无氧呼吸过程和反应式自己总结出无氧呼吸的概念。（也是从条件、物质变化、能量变化角度考虑）。

无氧呼吸一般是指细胞在无氧的条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解为尚未彻底氧化的产物，同时释放出少量能量的过程。

1mol葡萄糖无氧呼吸释放196.65KJ能量，有61.08KJ转移至ATP，其余以热能形式散失。在无氧呼吸中有大量能量没有释放出来，储存在酒精或乳酸中。

原始大气中并没有氧气的存在，直到20~30亿年以前，蓝藻在地球出现以后，地球的大气才逐渐有了氧气。所以，有氧呼吸是在无氧呼吸的基础上发展而来的，由于有氧呼吸比无氧呼吸优越，有氧呼吸逐渐成为绝大多数生物的主要呼吸形式，但还保留着无氧呼吸的能力。（如：生物体或部分组织器官在缺氧条件下，无氧呼吸作为有氧呼吸的补充能够维持正常生命活动，是生物的适应性的表现!）由于无氧呼吸产生的小分子有机物，如酒精和乳酸，在细胞中大量积累，对细胞有毒害。因此大多数生物不能长时间用无氧呼吸维持生命。但有些微生物，却至今仍只能在无氧的条件下生活，比如：乳酸菌，破伤风杆菌等。

说明：无氧呼吸如果不用在高等动植物和人体，而用于微生物则叫“发酵”，但要注意，发酵工业中所说的发酵，并非完全是无氧的。（如：醋酸发酵就是需要氧的）。

三、有氧呼吸与无氧呼吸的比较

学习完了有氧呼吸和无氧呼吸的知识，咱们把它们进行一下比较。

呼吸类型

比较项目

反应场所

细胞质基质、线粒体（主要）

反应条件

产物

释放能量多少

需酶、氧气

CO2、H2O 较多

①两者第一阶段完全相同

联 系

②都分解有机物、释放能量

由此，不管是有氧呼吸还是无氧呼吸，它们的实质都是：有机物氧化分解，释放能量供给生物生命活动所需。

四、细胞呼吸原理的应用

1．在酿酒业上的应用：先通气，让酵母菌进行有氧呼吸，使其数量增加；然后隔绝空气，使其发酵，需酶、不需氧

CO2、酒精或乳酸

较少

细胞质基质

有氧呼吸

无氧呼吸

酶

产生酒精。

2. 在农业生产上：中耕松土，促进根系的有氧呼吸，有利于根系的生长及对矿质离子的吸收。

3 .在医学上：利用氧气驱蛔虫、抑制破伤风等厌氧型细菌的繁殖。

4 . 在物质的储存时：要注意降低温度和保持干燥，控制氧气的浓度，抑制其呼吸作用，减少有机物的消耗。

五、目标练习：

1、与有氧呼吸相比，无氧呼吸最主要的特点是（ D ）

Ａ、分解有机物 Ｂ、释放能量

Ｃ、需要酶催化 Ｄ、有机物分解不彻底

2、 C6H12O6

是细胞进行有氧呼吸最常利用的物质。将一只实验小鼠放入含有放射性18O2气体的容器内，

18O2进入细胞后，最先出现的放射性化合物是 ( D ) A、丙酮酸 B、乳酸 C、 CO2 D、 H2O 3、种在湖边的玉米，长期被水淹，生长不好，其原因是（ D ）

A.根细胞吸收水分过多 B.营养缺乏

C.光合作用强度不够 D.细胞有氧呼吸受阻

4、下列关于植物细胞呼吸的叙述，正确的是（ A ）

Ａ.细胞呼吸的中间产物丙酮酸可以通过线粒体双层膜

Ｂ.是否产生CO2是有氧呼吸和无氧呼吸的主要区别

Ｃ.高等植物进行有氧呼吸，不能进行无氧呼吸

Ｄ.种子库中贮藏的风干种子不进行细胞呼吸

5、一运动员正在进行长跑训练,从他的大腿肌肉细胞中检测到3种化学物质 ,其浓度变化如右图所示，图中 P、Q、R三曲线依次代表 （ B ）

A. O2、CO2、乳酸 B.乳酸、CO2、O2

C. CO2、O2、乳酸 D.CO2、乳酸、O2

六、板书设计

第3节 ATP的主要来源──细胞呼吸

一、有氧呼吸：

第一阶段：C6H12O6 2C3H4O3+4[H]+ATP（少量） 细胞质基质

酶

酶

第二阶段：C3H4O3+3H2O 3CO2+10[H]+ATP（少量） 线粒体基质

第三阶段：24[H]+6O2 12H2O+ATP（大量） 线粒体内膜

总反应式：C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+ATP 二、无氧呼吸：

酶

酶

C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量 （多数高等植物、酵母菌）

C6H12O6 2C3H6O3+能量 （高等动物和人、乳酸菌、马铃薯的块茎、甜菜的块根、玉米胚）

酶

酶

七、为下一节课做铺垫

思考：有人说细胞呼吸和光合作用是两个相反的过程，你认为呢？让学生带着这个问题回去预习光合作用的原理

九、教学反思

本节课通过利用多媒体技术设置了一系列问题情境，层层设问，在学生答问、质疑、讨论过程中让学生建构新概念和新的知识体系，并通过教师及时掌握反馈信息，适时点拨、调节，让学生在推理判断中培养良好的思维习惯和对知识的迁移能力，通过多媒体课件等直观教学手段，能很好地解决了教学中的重点和难点，大大的提高了教学的效率，预测能收到较理想的教学效果. 本节课另一个显著的特点就是利用多媒体课件等信息技术，运用多媒体课件,可把抽象内容具体化、复杂过程简单化、枯燥内容形象化、隐形内容显形化。可以在保证教学质量的前提下,提高信息传送量,化解教学难点,优化教学效果。1.有利于展示微观世界。对于微观世界中神秘复杂,看不见、摸不着的事物,利用口头表述、模型、挂图或投影、幻灯等传统的教学方式,是很难讲解清楚的,而多媒体课件具有“只要想得到,就能做得到”的特点,可以将这些内容生动逼真地展现在学生的面前。例如,本节课的有氧呼吸和无氧呼吸的各个阶段的反应，如果单凭语言和文字很难表达清楚。即便能讲清,学生也未必能正确理解。多媒体技术可把这一难题轻松化解。

但由于本节课知识点较多，并且师生互动场合较多，在教学时间上可能略为紧迫，这就要求教师有较高的组织教学能力。