1-5-3(学案)ATP的主要来源—细胞呼吸

高中生物一轮复习学案------必1修第5章

第3节 ATP的主要来源—细胞呼吸

【教学目标】

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应用。

4．进行酵母菌细胞呼吸方式的探究。

【教学重点】

有氧呼吸的过程及原理。

【教学难点】

1．细胞呼吸的原理和本质。

2．探究酵母菌细胞的呼吸方式。

【基础知识】

一、细胞呼吸的概念和类型

我们知道，ATP是生物体的直接能源物质，ATP的主要来源是呼吸作用，由于呼吸作用是在_____________进行的，因此也叫细胞呼吸。

细胞呼吸是指有机物_____________经过一系列的____________________，生成__________________________，释放能量并_____________的过程。

细胞呼吸分为有氧呼吸和无氧呼吸两种方式。

二、探究酵母菌细胞呼吸的方式

1．实验原理

（1）在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，可以将葡萄糖氧化分解形成二氧化碳和水，并释放能量。在无氧条件下，酵母菌进行无氧呼吸，能将葡萄糖转变成酒精和二氧化碳。

酵母菌有氧呼吸：_______________________________________

酵母菌无氧呼吸: _______________________________________

（2）检验酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2的量的多少

①将酵母菌两种呼吸方式产生的气体分别通入澄清的石灰水，根据产生的碳酸钙沉淀的多少，即可判断两种方式产生的CO2的量的多少，辨别酵母菌的呼吸类型。反应式如下：CO2+Ca(OH)2→CaCO3+H2O

有条件的地区可考虑用Ba(OH)2代替Ca(OH)2，现象将更明显。

②将酵母菌两种呼吸方式产生的气体分别通入溴麝香草酚蓝溶液，根据溶液颜色的变化，判断两种方式产生的CO2的量的多少。

溴麝香草酚蓝溶液在pH6．0～7．6的环境中，其颜色随着pH值的降低，将发生由蓝→绿→黄绿→黄的颜色变化。

有氧呼吸释放的CO2多，生成的H2CO3多，使溴麝香草酚蓝溶液由蓝→绿→黄绿→黄的时间短；无氧呼吸释放的CO2相对较少，溴麝香草酚蓝溶液由蓝→绿→黄绿→黄的时间较

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第 2 页 共 8 页 长。根据溴麝香草酚蓝溶液颜色变化的时间长短，可以比较酵母菌两种呼吸方式中CO 2释放量的多少。

（3）检验酵母菌无氧呼吸产生酒精

酵母菌无氧呼吸产生的酒精，在酸性条件下很容易与重铬酸钾反应生成灰绿色的硫酸铬。稀的重铬酸钾溶液为透明的橙色。化学反应式为：

3C 2H 5OH ＋2K 2Cr 2O 7＋8H 2SO 4=3CH 3COOH ＋2K 2SO 4＋2Cr 4（SO 4)3＋11H 2O

2．材料用具：

新鲜酵母（或干酵母），质量分数为5％的葡萄糖溶液。

玻璃棒，玻璃导管，试管，研钵，烧杯，量筒，500 mL 广口瓶或锥形瓶，胶塞，滴管。 质量分数为10％的NaOH 溶液，澄清的石灰水（或Ba （OH ）2溶液），蒸馏水，浓硫酸，重铬酸钾晶体，色拉油，溴麝香草酚蓝溶液。

3．实验步骤：

（1）制备酵母液

取两份新鲜酵母，每份10 g ，分别放入两个编好号的500 mL 广口瓶或锥形瓶中，再向瓶中分别加入240 mL 质量分数为5％的葡萄糖溶液，制成酵母发酵液，简称酵母液。

（2）实验装置

质量分数为10% 酵母液 石灰水 酵母液 石灰水

的NaOH 溶液 （或Ba(OH)2溶液） （或Ba(OH)2溶液）

装置1 装置2

（在装置2的酵母液中加一些色拉油，以隔绝空气）

（3）检测

①使用石灰水（或Ba(OH)2溶液）检测CO 2的生成

在室温25 ℃、湿度55%条件下，10 min 时，可见装置1中石灰水变混浊，装置2中石灰水刚冒出气泡；20 min 时，装置2中石灰水变混浊。

实验现象：比较单位时间内两种装置中石灰水混浊的程度。

可观察到装置1与装置2中的酵母液均有气体产生，并使石灰水变浑浊，但装置1中石灰水的混浊程度（沉淀）多于装置2，装置1中石灰水变混浊的时间早于装置2。

②使用溴麝香草酚蓝溶液检测CO 2的生成

溴麝香草酚蓝溶液的配制：在锥形瓶中加入5 mL 质量浓度为10-4 g/mL 的溴麝香草酚蓝溶液、100 mL 蒸馏水、1滴质量浓度为0．1 g/mL 的NaOH 溶液。此时溶液为蓝色。

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注意：仍使用装置1和装置2，但要将瓶中的石灰水换成溴麝香草酚蓝溶液，按装置图将反应容器连接好，装置1和装置2要同时连通溴麝香草酚蓝溶液。

实验现象：在室温25 ℃、湿度55%条件下，20 min时可见以下现象。

装置1 溴麝香草酚蓝溶液在130 s时由蓝色变成绿色；190 s时变成黄绿色；270 s 时变成黄色。

装置2 溴麝香草酚蓝溶液需330 s才变成黄色。

③检测酒精的生成

取2支试管，按装置标号分别给试管标上1、2号。向1、2号试管中各加入0．1 g 重铬酸钾晶体，然后分别向2支试管中小心地加入0．5 mL浓硫酸，振荡试管使晶体溶解，待溶液冷却后备用。在室温25 ℃、湿度55%条件下，20 min时，将装置1和装置2中的酵母液，分别过滤，将滤液盛在2支干净的试管中。各取出2 mL滤液，分别加入1、2号试管中，振荡试管。

实验现象：看单位时间内溶液颜色的变化。

1号试管的溶液（即装置1的溶液）橙色略有变化，即有一点灰绿色出现。

2号试管的溶液（即装置2的溶液）由橙色变为灰绿色（在橙色背景中可能显青黄色）。

4．分析结果

（1）如果在室温25 ℃、湿度55%条件下，安装好装置，一般在实验开始后25 min 左右就会出现比较明显的实验现象。

（2）无论是酵母菌的有氧呼吸还是无氧呼吸，都可以检测到二氧化碳的生成。二氧化碳的生成量可依据单位时间内石灰水变混浊的程度来判断。

（3）在酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的装置中都可以检测到酒精的生成。这是因为在我国目前中学生物实验室的条件下，难以做到让有氧装置中的每一个酵母菌细胞都处于有氧环境中。因此在有氧呼吸装置中也可能有部分酵母菌进行无氧呼吸，产生酒精。

5．得出结论

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。

科学家通过大量事实证明：

（1）细胞呼吸有两种方式：有氧呼吸和无氧呼吸。

（2）细胞的无氧呼吸包括两种形式：生成酒精的无氧呼吸和生成乳酸的无氧呼吸。

三、有氧呼吸

复习完后一定要弄清楚以下三问题：1. 有氧呼吸有几个阶段？2.哪个阶段释放的能量最多？3.每一个阶段产生的物质是什么？

1、有氧呼吸的过程：

第一阶段：发生在细胞质的基质中。

在酶的催化作用下，—分子葡萄糖脱氢氧化成两分子丙酮酸,脱下少量的氢[H],释放少量的能量生成少量的ATP。

反应式：____________________________________________________

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第二阶段：发生在线粒体（基质）中。

在酶的催化作用下，两分子丙酮酸氧化脱羧,经一系列反应,分解成二氧化碳和[H],释放出少量能量生成少量ATP。

反应式：____________________________________________________

第三阶段：发生在线粒体（内膜上）中。

在酶的催化作用下，前两阶段产生的氢[H]，经过一系列反应，被氧化成水，同时释放大量的能量，生成较多的ATP。

反应式：____________________________________________________

列表比较有氧呼吸的三个阶段：（抓紧时间填上）

2.有氧呼吸的场所的几个问题

问题1：进行有氧呼吸的场所是什么？

回答：_________________________________。

问题2：下列物质中，哪些物质能够通过线粒体的膜？丙酮酸、葡萄糖、ATP、[H]、O2、CO2、H2O。

回答：____________________________________________。

问题3：为什么葡萄糖不能够进入到线粒体中进行有氧呼吸？

回答：____________________________________________。

3. 有氧呼吸的能量变化

在生物体内，lmol葡萄糖在彻底氧化分解后，共释放出_______KJ能量，其中有_______KJ左右能量储存在ATP中(大约为_______molATP)供给生命活动需要(其余能量_______kJ以热能形式散失了)，可见有氧呼吸能量转变效率只有40%左右。

有机物中稳定的化学能—→ATP中活跃的化学能或热能(释放到大气中或维持体温)

4.有氧呼吸的表达式

根据有氧呼吸的各个阶段的表达式或有氧呼吸的过程可知：氧化分解1摩尔葡萄糖需要消耗6摩尔氧气和6摩尔水，将产生12摩尔水和6摩尔二氧化碳，释放出大量的能量，形成38摩尔ATP。其表达式为：

_______________________________________________________________

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5. 有氧呼吸的概念

有氧呼吸是指体内细胞______________，通过______________，把糖类等有机物_______氧化分解，_____________________，同时释放出_______能量的过程。

四、无氧呼吸

除酵母菌外，还有许多种细胞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细胞等，除了能够进行有氧呼吸，在缺氧条件下也能进行无氧呼吸。一般地说，无氧呼吸最常利用的物质也是葡萄糖。

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酶的催化，但都是在细胞质基质中进行的。

第一阶段与有氧呼吸的第一阶段完全相同。

第二阶段是：丙酮酸在不同酶的催化下，分解为_____________________，或者转化为______________。

无论是分解为酒精和二氧化碳或者转化为乳酸，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，葡萄糖分子中的大部分能量则存留在______________中。

无氧呼吸的反应式可以概括为以下两种：

________________________________________________________

_________________________________________________

酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也电做发酵。产生酒精的叫酒精发酵，产生乳酸的叫乳酸发酵。

无氧呼吸的概念：

指细胞在无氧条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解成为不彻底的氧化产物（乳酸或酒精等），同时释放少量能量的过程。

五、细胞呼吸原理的应用

我们可以看一下《一本通》P43的资料分析：

材料一：用透气的消毒纱布或松软的创可贴等敷料，主要是为了防止厌氧性微生物如破伤风杆菌的大量繁殖而引起破伤风。因为在通气的条件下，伤口处有足够的氧气，可__________________________________________。

材料二：利用麦芽、葡萄、粮食和酵母菌以及发酵罐等，在控制通气的条件下，可以生产各种酒；利用淀粉、醋酸杆菌或谷氨酸棒状杆菌以及发酵罐，在控制通气的条件下，可以生产食醋或味精。

材料三：花盆里的土壤板结后，空气不足，会影响根系生长，需要及时松土透气。

材料四：稻田也需要定期排水，否则水稻幼根会因缺氧而变黑、腐烂。

材料三与材料四：在有氧条件下，根细胞可进行需氧呼吸，保证根细胞进行各项生命活动的能量需求。植物在缺氧条件下进行无氧呼吸产生酒精，对根细胞有毒害作用。

材料五：破伤风由破伤风芽孢杆菌引起，这种病菌只能进行______________。皮肤

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破损较深或被锈钉扎伤后，病菌就容易大量繁殖。（遇到这种情况，需要及时到医院治疗，如清理伤口、敷药并注射破伤风抗毒血清。）

材料六：提倡慢跑等有氧运动的原因之一，是____________________________ ______________________________________。乳酸的大量积累会使肌肉酸胀乏力。

【当堂练习】

1、氧气在有氧呼吸过程中具体用于（）

A、葡萄糖的氧化

B、丙酮酸的氧化

C、氢的氧化

D、碳的氧化

2、有氧呼吸与无氧呼吸过程中都能够产生（）

A、乳酸

B、丙酮酸

C、脂肪酸

D、HCO3-

3、在生物的呼吸过程中，有CO2放出时，此过程一定（）

A、不是乳酸发酵

B、不是酒精发酵

C、是有氧呼吸

D、是无氧呼吸

4、农作物施肥结合松土，可以提高肥效的原因是什么？

5、下列不产生ATP的生理过程是（）

A、有氧呼吸

B、暗反应

C、光反应

D、无氧呼吸

6、温室内栽培农作物，在阳光充足及其他条件均适宜的情况下，为提高产量，可采用的适当措施有哪些？

【基础知识】答案

一、细胞呼吸的概念和类型

细胞内。

在细胞内；氧化分解；氧化碳和或其他产物；生成ATP。

二、探究酵母菌细胞呼吸的方式

1．实验原理

酵母菌有氧呼吸：C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O+能量

酵母菌无氧呼吸：C6H12O 62C2H5OH+2CO2+能量

三、有氧呼吸

1、有氧呼吸的过程：

第一阶段：C6H12O6—————→2CH3COCOOH（丙酮酸）+4[H]+能量（2ATP）

第二阶段：2CH3COCOOH（丙酮酸）＋6H２O——→6CO2＋20[H]+能量（2ATP）

第三阶段：24[H]+6O２——→12H２O+能量（34ATP）

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第 7 页 共 8 页 列表比较有氧呼吸的三个阶段：

2.有氧呼吸的场所的几个问题

问题1：回答：细胞质基质和线粒体。

问题2：回答：丙酮酸、ATP 、[H]、O 2、CO 2、H 2O 。

问题3：回答：因为线粒体的膜具有选择透过性。

3. 有氧呼吸的能量变化

2870；116 (38molATP) (1709)，

4.有氧呼吸的表达式

酶

C 6H 12O 6＋6 H ２O ＋6O ２——→12H ２O ＋6CO 2＋能量

5. 有氧呼吸的概念

在氧的参与下；酶的催化作用；彻底；产生二氧化碳和水；大量。

四、无氧呼吸

酒精和二氧化碳；乳酸。

酒精或乳酸。

无氧呼吸的反应式：

C 6H 12O 2

2C 2H 5OH （酒精）+2CO 2+能量 或C 6H 12O 2 2C 3H 6O 3（乳酸）+2CO 2+能量

五、细胞呼吸原理的应用

材料一：抑制厌氧型病原微生物的繁殖。

材料五：无氧呼吸。

材料六：不致因剧烈运动导致氧的不足，而使肌细胞因无氧呼吸产生大量乳酸。

【当堂练习】答案：

1、C

2、B

3、A

4、离子吸收主要是主动转运，主动转运要消耗能量，而给植物松土可以促进根的有氧呼吸，使得植物根部细胞能量供应充分。

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5、B

6、适当增加二氧化碳含量、适当调节温度、向培养液通入一定的空气或者中耕松土，促进呼吸，促进矿物质的吸收，促进生长。

课本答案与提示

第3节 ATP的主要来源──细胞呼吸

（一）P41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）P41探究：重铬酸钾可以检测有无酒精存在。想一想，这一原理在日常生活中有可以有什么用处？

答：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）P43左上角在细胞内，1mol葡萄糖……

答：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ATP 转化为ADP。

（四）P44练习

基础题

1.C。

2.B。

3.提示：有氧呼吸与无氧呼吸的第一个阶段完全相同：都不需要氧；都与线粒体无关。联想到地球的早期以及原核细胞的结构，可以作出这样的推测：在生物进化史上先出现无氧呼吸而后才出现有氧呼吸，即有氧呼吸是由无氧呼吸发展变化而形成的。先出现原核细胞而后出现真核细胞，即真核细胞是由原核细胞进化而来的。

4.不能。因为绿色植物在光合作用中也能形成ATP。

拓展题

提示：人与鸟类和哺乳类维持体温的能量来源都是细胞呼吸。在这些生物的细胞呼吸过程中，葡萄糖等分子中稳定的化学能释放出来：除一部分储存在ATP中外，其余的则转化成热能，可以直接用于提升体温；ATP水解释放出的能量，除了维持各项生命活动外，有一部分也能转化成热能，用于提升体温。而维持体温的相对稳定，还需复杂的调节机制。

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