ATP的主要来源—细胞呼吸(教案)

ATP的主要来源——细胞呼吸

一、课堂导入

燃烧，是一种常见的化学反应，在日常生活中燃烧的应用很广泛，比如生火做饭、利用燃烧提供的能量产生动力（汽车、早期的火车等）、火力发电，这里所说的燃烧是一种剧烈的氧化过程，需要消耗氧气，会产生二氧化碳并释放大量的能量。其实在我们生物体内，也在进行着一种类似于燃烧的过程——细胞呼吸，上一节我们学习了被誉为细胞能量通货的物质——ATP，ATP分子高能磷酸键中能量的主要源就是细胞呼吸，由此可见细胞呼吸对于生物体生命活动的正常进行具有重要的意义，接下来我们就一起来具体的了解一下细胞呼吸。

二、细胞呼吸的方式

前面我们讲到了在无机环境中的燃烧反应需要消耗氧气并且会产生二氧化碳，那么类似于燃烧过程的细胞呼吸是不是也是如此呢？针对这个问题我们进行了一个探究实验，这个实验的主角是——酵母菌，酵母菌其实大家都不陌生（先提问大家知不知道酵母菌在日常生产生活中的应用），我们蒸馒头和酿酒都会利用到它（老面馒头：就是把一块面团放在空气中，目的是让野生的酵母菌在上面繁殖，做馒头的时候将这块面团放在新面团里，而蒸出来馒头之所以松软可口就是因为里面的菌母在进行呼吸作用的时候产生了二氧化碳，那么这个过程中需不需要消耗氧气？）（酿酒的过程其实也利用了酵母菌，但是在这个过程中产生了酒精，同样的酿酒的时候又有没有消耗氧气，除了产生酒精还有没有产生二氧化碳？），让学生做出假设。这些疑

问，在在实验中大家都可以找得到答案。首先我们先一起来认识认识我们本次实验的主角酵母菌，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。在本次试验中我们需要探究的是在有氧条件和无氧条件下酵母菌的呼吸情况。

相关问题：1、实验的自变量—氧气的有无

2、实验的因变量—是否有二氧化碳和酒精的生成

3、设置两个实验组

4、实验过程中怎么保证酵母菌正常生活？（配置适

宜的酵母菌培养液，温度控制在25℃）

5、怎样鉴定有无二氧化碳和酒精的产生？如何比较

产生的二氧化碳的多少？

结论：酵母菌在有氧和无氧的条件下都能进行细胞呼吸，在有氧的条件下产生二氧化碳；在无氧的条件下产生酒精和少量二氧化碳。

细胞呼吸可以分为有氧呼吸和无氧呼吸两类。

三、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，有氧呼吸的主要场所是在线粒体，接下来我们先一起来复习一下线粒体的相关结构：线粒体具有内外两层膜，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，线粒体的内膜上和基质中含有多种与呼吸作用有关的酶；活细胞中的线粒体可以向代谢比较旺盛的地方运动。

有氧呼吸的过程十分复杂，可以概括的分为三个阶段，每个阶段

的反应都有相应的酶催化，提问：第一个阶段发生的物质变化是什么？（一分子的葡萄糖分解成两分子的丙酮酸，在分解的过程中产生少量的[H]和少量的ATP），这个阶段的能量变化是怎样的？（释放出少量的能量），这个阶段的反应在什么地方进行？（细胞质基质中）；第二阶段：在线粒体基质中，丙酮酸在水的参与下，彻底分解为二氧化碳和[H]，产生少量的ATP，释放出少量的能量；第三阶段：在线粒体内膜上，前两个阶段产生的[H]，与氧结合生成水，释放出大量的能量。在了解有氧呼吸三个阶段的具体过程之后，让同学们书写有氧呼吸的总方程式：

注：参与三个阶段的酶不相同

水是在第二个阶段参与进去的

氧气是在第三个阶段参与进去的

从能量变化的角度来讲，有氧呼吸是有机物在逐步分解中将储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。

总结有氧呼吸的概念：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，生成大量ATP的过程。

与无机环境中的燃烧相比：在温和的条件下进行，有机物中的能量是经过一系列化学反应逐步释放的，这些能量有相当一部分储存在ATP中。

三、无氧呼吸

（在远古时期，地球的大气中没有氧气，那时微生物的呼吸方式是无氧呼吸。随着大气中出现了氧气，细胞内逐渐出现了有氧呼吸的酶类，进而在无氧呼吸的基础上发展出有氧呼吸，由于有氧呼吸更优越，因此逐渐成为绝大多数生物的主要呼吸方式，但还保留有无氧呼吸的能力，是生物体或部分组织器官再缺氧的条件下，作为有氧呼吸的补充，是生物适应性的表现）除了酵母菌，马铃薯块茎、苹果果实等植物器官的细胞，动物骨骼肌的肌细胞等也可以在缺氧的条件下进行无氧呼吸，例如苹果放久的会出现酒精味，就是无氧呼吸产生了酒精。对比有氧呼吸的过程，让学生自学无氧呼吸的全过程：无氧呼吸分为几个阶段？各阶段的反应分别在什么场所进行？各个阶段都发生了哪些物质变化？各个阶段的能量变化是怎样的？跟有氧呼吸相比较有哪些异同（呼吸场所、是否需氧、分解产物、释放能量的多少）？归纳出无氧呼吸的定义：是指细胞在无氧的条件下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物氧化分解，产生酒精和二氧化碳或者转化成乳酸，释放少量能量，生成少量ATP的过程。

注：无氧呼吸只有第一阶段释放少量能量和生成少量ATP

无氧呼吸：大多数植物细胞（根细胞）——酒精+二氧化碳

马铃薯块茎、甜菜块根、玉米胚——乳酸

动物细胞——乳酸

微生物：乳酸菌——乳酸

酵母菌——酒精+二氧化碳

（酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫发酵）

辩证的看待无氧呼吸：

利：生物体或部分组织器官再缺氧条件下，作为有氧呼吸的补充，是生物适应性的表现。

弊：无氧呼吸产生的小分子有机物在细胞中大量累积，对细胞有毒害作用，因此大多数生物不能靠无氧呼吸长时间的维持生命。

四、细胞呼吸原理的应用

学生自学

五、补充：影响细胞呼吸的因素

1、内因：不同种类的植物呼吸速率不同，旱生植物＜水生植物、阴生植物＜阳生植物。

同一植物的不同生长发育时期的呼吸速率不同，如幼苗期、开花期呼吸速率升高，成熟期呼吸速率下降。

同一植物不同器官呼吸速率不同，生殖器官＞营养器官

2、外因：

（1）温度通过影响呼吸酶活性来影响呼吸强度

（2）O2浓度：

在一定范围内，随着O2增加，有氧呼吸强度增加，但O2浓度达

到一定值时有氧呼吸强度将不再随O2浓度的增加而增加。

对无氧呼吸：随O2浓度增加而受抑制，O2浓度越高，抑制作用越强，O2浓度达到一定值时，被完全抑制。

（3）二氧化碳浓度：作为呼吸作用产物，二氧化碳浓度高会抑制反应正方向进行；同时，二氧化碳浓度增高会降低细胞内的PH，使呼吸作用的酶活性降低；低二氧化碳浓度会在一定程度上促进细胞呼吸。