2019-2020年高中生物《細胞呼吸》教案1 蘇教版必修1.doc

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2019-2020年高中生物《細胞呼吸》教案1 蘇教版必修1 一、知識結構 二、教學目的 1.細胞呼吸的概念(C:理解)。 2.生物的有氧呼吸和無氧呼吸(C:理解)。 3.細胞呼吸的意義(C:理解)。 三、重點和難點 1.教學重點 (1)有氧呼吸和無氧呼吸的知識。 (2)呼吸作用的意義。 2.教學難點 有氧呼吸和無氧呼吸的知識。 四、教學建議 在本節(jié)內容教學的一開始,教師首先要明確,呼吸作用是所有生物和活細胞的重要生理作用,不是宏觀的氣體交換過程,而是發(fā)生在每一個活細胞中的有機物的氧化分解、能量釋放并且生成高能化合物ATP的過程。 在教學過程中,要抓住如下一些關鍵問題,使復雜的知識變得容易理解。 一是糖類、脂肪和蛋白質等有機物都富含能量,這些儲存的能量是來自光合作用中所固定的光能。 二是這些有機物只有在被氧化為更簡單一些的有機物或者是被徹底氧化為水和二氧化碳時,才能部分地或者全部地把儲存的能量釋放出來。 三是釋放出來的能量或者是以熱能的形狀散失,或者是用來維持體溫的恒定,更重要的是必需有相當一部分的能量為ADP→ATP的轉化過程所捕獲,并儲存于ATP分子的高能磷酸鍵中,才能成為用于各種生命活動的“能量貨幣”。 四是完成能量的釋放和轉移的結構基礎分別是細胞質的基質和線粒體,以及相關的酶系統(tǒng)。 五是在生物進化史上,遠古地球大氣缺氧,那時生物以無氧呼吸生活,隨著綠色植物的出現(xiàn)和繁盛,大氣中的氧氣增加,于是以有氧呼吸生活的生物占了主導地位,同時細胞質內有了專門用于有氧呼吸的細胞器──線粒體。但是仍保留有無氧呼吸的能力。 六是用比較的方法討論無氧呼吸和有氧呼吸的過程及其區(qū)別。也許先介紹微生物的發(fā)酵(酒精發(fā)酵和乳酸發(fā)酵),再講有氧呼吸,最后指出高等動植物體內的無氧呼吸,更能順理成章。 七是總結細胞呼吸作用的生理意義。 另外,對于高中學生來說,應當指出無論是無氧呼吸還是有氧呼吸,都是氧化還原反應。氧化,不在于有無分子氧參加,失電子為氧化,得電子則為還原。指出這點,可以使學生理解起來更容易一些,并且和化學基礎知識相結合。 五、復習題 參考答案 一、1.(╳)；2.(╳)。 二、1.(D)；2.(D)。 三、提示:相同點是丙酮酸徹底氧化分解成為二氧化碳和水,全過程釋放較多的能量。不同點是丙酮酸分解成為酒精和二氧化碳,或者轉化成為乳酸,全過程釋放較少的能量。 旁欄思考題 蘋果在儲藏過程中進行無氧呼吸產生了酒精,所以聞起來有酒味。 六、參考資料 有氧呼吸的過程 在呼吸作用的過程中,葡萄糖分子并不是像燃燒那樣一下子就氧化成二氧化碳和水,而是要經過一系列復雜的化學反應的。有氧呼吸的過程可以分為以下三個步驟: (1)糖酵解──將一分子葡萄糖分解成兩分子丙酮酸,并且發(fā)生氧化(脫氫)和生成少量ATP。 (2)三羧酸循環(huán)──丙酮酸徹底分解為二氧化碳和氫(這個氫被傳遞氫的輔酶攜帶著),同時生成少量ATP。 (3)氧化磷酸化──氫(氫離子和電子)被傳遞給氧以生成水,并且放出大部分的能量,以生成ATP。 高中《生物》(必修)課本中談到的有氧呼吸的三步化學反應,就是指這三個步驟。 　?。ㄒ唬┨墙徒? 糖酵解名稱的由來,是因為動物進行呼吸作用時,首先利用糖元(動物淀粉)作為呼吸基質,把它轉變成為葡萄糖,然后葡萄糖在無氧條件下進行分解而生成乳酸,所以這個過程稱為糖酵解。 糖酵解的過程主要分為下列兩步(圖3-9)： ①葡萄糖經過兩次磷酸化,并且發(fā)生異構化以后,轉變成1,6-二磷酸果糖。這就是說,一個六碳化合物變成帶有兩個磷酸的化合物。這一過程要消耗兩分子ATP。 ②1,6-二磷酸果糖是不穩(wěn)定的化合物,它在醛縮酶的作用下,很容易分解成為兩個磷酸丙糖——磷酸二羥丙酮和磷酸甘油醛。這兩者可以互相轉化,處于平衡狀態(tài)。當磷酸甘油醛進一步轉化而被消耗掉的時候,磷酸二羥丙酮也就跟著轉變?yōu)榱姿岣视腿?參加到以后的反應中去。 由磷酸甘油醛轉變?yōu)榱姿岣视退岬臅r候,脫出的氫被氧化型輔酶I(NAD)攜帶著,成為還原型輔酶I (NADH2)。在這個氧化過程中放出的能量被ATP攜帶著。以后在磷酸烯醇式丙酮酸轉變?yōu)楸岬姆磻幸采葾TP。 在由葡萄糖到丙酮酸的整個過程中,能位是逐步下降的,但只有上述這兩個反應的能位下降較大,足以生成ATP。其他反應則只有微小的下降,不足以生成ATP。因此,一分子1,6-二磷酸果糖實際上可以形成兩分子丙酮酸,共得到四分子ATP,但在糖酵解的開始階段用掉了兩分子ATP,所以一分子葡萄糖經過糖酵解凈得兩分子ATP。 糖酵解的過程可以概括如下： 丙酮酸是呼吸過程中的一個重要的中轉站。在有氧條件下,它就進入三羧酸循環(huán)在無氧條件下,它被NADH2還原成為乳酸,或者在脫去羧基(放出CO2)以后轉變成為乙醛,乙醛再被還原成為乙醇。這就是無氧呼吸的過程。 （二）三羧酸循環(huán) 三羧酸循環(huán)的最初中間產物是檸檬酸,因為檸檬酸是一種三羧基酸,所以這個過程叫做三羧酸循環(huán),也叫檸檬酸循環(huán)。 三羧酸循環(huán)的簡化過程是:丙酮酸在經過氧化(脫氫)和脫羧(放出CO2)以后,生成乙酰輔酶A(乙酰CoA)。乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合形成檸檬酸(C6),檸檬酸脫水成為烏頭酸,烏頭酸加水再形成異檸檬酸。然后,異檸檬酸氧化脫羧形成α-酮戊二酸(C5),α-酮戊二酸再氧化脫羧形成琥珀酸(C4),琥珀酸經過脫氫氧化,最終成為草酰乙酸。草酰乙酸可以再與乙酰輔酶A相結合,再次進入三羧酸循環(huán)。這樣下去,循環(huán)不已。每一分子葡萄糖經過糖酵解生成兩分子丙酮酸,然后這兩個丙酮酸氧化脫羧,各進入三羧酸循環(huán),共產生六分子CO2。 三羧酸循環(huán)的過程可以概括如下： 在三羧酸循環(huán)中,一共發(fā)生五次脫氫,其中四次脫出的氫被NAD攜帶著,另一次(從琥珀酸)脫出的氫被黃酶(FAD)攜帶著,以后在氧化磷酸化過程中被氧化成為水。另外,!-在酮戊二酸氧化脫羧而生成琥珀酸的時候,也形成一分子ATP。 在三羧酸循環(huán)的整個過程中,只有丙酮酸被徹底分解,其他的酸是不被徹底分解的,所以它們只要有少量存在,就可以推動這個循環(huán)繼續(xù)進行下去。其他的酸就像工廠里的傳送帶一樣,把丙酮酸分子向前傳送,并且逐步分解。 （三）氧化磷酸化 前面講到，在糖酵解和三羧酸循環(huán)這兩個過程中都要發(fā)生脫氫反應，一分子葡萄糖在糖酵解中生成2NADH2，在三羧酸循環(huán)中生成8NADH2+2FADH2。以后，這些化合物中的〔H〕，經過一系列的氧化還原反應，最終與氧結合而生成水。首先，NADH2的H2傳給了FAD，于是NADH2被氧化為NAD，而FAD被還原為FADH2： NADH2+FAD→NAD+FADH2 以后，F(xiàn)ADH2中的H2分離成游離的氫離子(H+)和電子（e-）： FADH2→FAD+2H+ +2e- 再往后是電子在多種細胞色素中順序地進行傳遞。細胞色素是一類含鐵的卟啉衍生物，在細胞中與蛋白質結合存在著。細胞色素分子中的鐵可以發(fā)生氧化還原反應： 2細胞色素Fe3+ +2e-→2細胞色素Fe2+ 現(xiàn)在已經知道，在呼吸作用的氧化磷酸化過程中起作用的細胞色素有a、a3、b、c等幾種，電子先由細胞色素b接受，以后經由c、a、a3而傳給氧，加上由FAD游離出來的2H+，便生成H2O(圖3－11)： 在這個過程中，氫離子(H+)和電子(e-)在各個傳遞體之間進行傳遞，這與光合作用中的電子傳遞很相似。每個傳遞體都是整個傳遞過程的一個個環(huán)節(jié)，構成一條“鏈”，因此這條鏈叫做呼吸作用電子傳遞鏈，或者簡稱為呼吸鏈。 在上述的氧化還原過程中，各個電子傳遞體的能量水平也在逐步下降，它們所釋放的能量的一部分就被保留下來而形成ATP。這個由氧化NADH2或FADH2釋放出來的能量而形成ATP的過程，就叫做氧化磷酸化。在這個過程中，氧化作用與磷酸化作用是相偶聯(lián)的。已經知道，在由NADH2氧化到生成水的過程中，一共發(fā)生三次磷酸化，生成三分子ATP，但在由FADH2氧化到生成水的過程中只生成二分子ATP。1分子葡萄糖氧化磷酸化的過程可以概括如下： 現(xiàn)在我們可以把整個呼吸過程作一個總結： （一）糖酵解： （二）三羧酸循環(huán)： （三）氧化磷酸化： 在上面的敘述中，葡萄糖等物質是以“分子”為單位的，而課本上使用的單位是“mol”。我們知道，1mol物質含有6.021023個分子。那么，這個總反應也可以這樣表示：每氧化1mol葡萄糖，生成6mol的二氧化碳和6mol的水，同時生成38molATP。1mol ADP形成ATP，一般要求33.47kJ能量，那么38molATP就要求3833.47=1272kJ的能量。每氧化1mol葡萄糖釋放出來的總能量是2870kJ，其中只有1272kJ被保留在ATP內，供給植物生命活動之用。所以呼吸作用的能量轉變效率只有44％左右，其余部分的能量就以熱能狀態(tài)散失掉了。 無氧呼吸的過程 植物除了進行上述的有氧呼吸以外,還可以進行另一種類型的呼吸作用,即無氧呼吸。無氧呼吸不需要大氣中的氧,有的組織也可以在有氧條件下進行無氧呼吸。這兩種類型呼吸作用的基本區(qū)別在于,有氧呼吸的某些階段需要大氣中的氧參加作為反應物,但嚴格的無氧呼吸,無論在哪一階段都不需要氧的參與。無氧呼吸也包括許多類型,但它們有一個共同的特點,那就是氧不是H+和e的最終受體,并且呼吸底物只是部分地被氧化,所以最終形成的產物有酒精、乳酸等。無氧呼吸作用,有的時候被稱為發(fā)酵作用,但二者并非精確的同義詞。這是因為有的發(fā)酵作用,如醋酸發(fā)酵,實際上是需氧的氧化作用。 1.酒精發(fā)酵 酵母菌和其他一些微生物,甚至一些高等植物,在缺氧條件下,都以酒精發(fā)酵的形式進行無氧呼吸。因為酵母菌和高等植物的細胞里,除了含有乙醇脫氫酶以外,還含有少量的乳酸脫氫酶,所以在進行酒精發(fā)酵的同時,還產生少量的乳酸。酒精發(fā)酵既然是一般無氧呼吸的主要形式,因此常常以酒精發(fā)酵過程來闡述無氧呼吸的途徑。 酒精發(fā)酵的前一階段,與糖酵解的所有步驟完全相同。在缺氧條件下,丙酮酸就在丙酮酸羧化酶的作用下,脫羧成為乙醛。但是,乙醛不與乙酰輔酶A起反應,也不參加三羧酸循環(huán),而是在乙醇脫氫酶的作用下,被糖酵解產生的NADH2,還原為酒精(乙醇)。 2CH3COCOOH→2CH3CHO+2CO2 2CH3CHO+2NADH2→2C2H5OH+2NAD 酒精發(fā)酵的總反應式是： C6H12O6+2ADP+2Pi→2C2H5OH+2CO2+2ATP 酒精發(fā)酵所提供的可利用能量,只是在糖酵解階段凈得的兩分子ATP。葡萄糖分子中原有的大部分鍵能,則存留在不能被酵母菌或高等植物利用的酒精中。因此,無氧呼吸是產生ATP的一種低效途徑。但是,酒精發(fā)酵的產物在工農業(yè)生產中占有很重要的地位。例如,啤酒、果酒、工業(yè)酒精等都是利用不同來源的酵母菌發(fā)酵制得的。 2.乳酸發(fā)酵 乳酸發(fā)酵也不需要氧的參與,而只依靠酶的作用就能把一分子葡萄糖分解成兩分子乳酸,并且產生兩分子ATP。 由葡萄糖分解成為丙酮酸的步驟與上述的酒精發(fā)酵相同,只是丙酮酸在乳酸脫氫酶的作用下進行還原,生成乳酸,同時還原型輔酶I(NADH2)被氧化成為氧化型輔酶I(NAD),從而保證了乳酸發(fā)酵的持續(xù)進行。 2CH3COCOOH+2NADH2→2CH3CHOHCOOH+2NAD 乳酸發(fā)酵的總反應式是： C6H12O6+2ADP+2Pi→2C3H6O3+2ATP 乳酸菌可以使牛奶發(fā)酵制成奶酪和酸牛奶。泡菜、酸菜、青貯飼料能夠較長時間的保存,也都是利用乳酸發(fā)酵積累的乳酸,抑制了其他微生物活動的緣故。