课题 第4章 光合作用和细胞呼吸

第3节 细胞呼吸（1） 课型 新授课 教学目标

与知识点 1、说明细胞呼吸的本质，能对细胞呼吸与有机燃料的燃烧进行比较。

2、说明有氧呼吸的过程。

3、通过对"有氧呼吸的过程"图群学习，提高图表分析能力以及运用恰当的生物学知识有效地表述图表、公式等提供的信息能力。

4、通过小组学习过程中的合作与交往，培养学生的协作意识与交往的态度。 教学重点、

难点分析及

教法设计 【教学重点】

1、细胞呼吸的本质。

2、有氧呼吸的过程。

【教学难点】

有氧呼吸的过程。

【教学媒体】PPT课件

【教学方法】问题导学、小组合作及启发点拨相结合 思考问题 生物体进行生命活动所需的能量是从哪里来的？细胞呼吸的本质是什么？在活细胞中，哪些物质能够氧化分解产生能量？作为能源物质，糖类、脂质、蛋白质等有机物与ATP相比有什么不同？细胞呼吸和有机燃料燃烧有什么不同？细胞呼吸的特点是什么？细胞呼吸需要怎样的条件？

有氧呼吸的底物、产物和必需的条件是什么？有氧呼吸的场所在哪里？有氧呼吸的过程怎样？有氧呼吸反应式怎样？1mol葡萄糖经过有氧呼吸，释放能量是多少？储存在ATP中的能量是多少？与无氧呼吸相比，有氧呼吸的特点和意义是什么？ 一次备课 二次备课 　　导入新课

　　课件展示：

　　（1）寒冷冬季的一个夜晚，一群人围在一堆篝火旁取暖。

　　（2）某现代化啤酒生产企业，利用发酵工程技术大量生产啤酒。

　　（3）某同学因10 000米长跑以后，觉得筋疲力尽。

　　（4）一片果园内的果树因遭受水淹而正在慢慢萎蔫，并不断有果树死去。

　　（5）农民经常要锄田，因为这样可以提高作物的产量。

　　（6）汽车在飞快地奔驰，同时不断地消耗着汽油，一些尾气正从其排气管中被排出。

　　师：

　　上述问题的中心问题是什么？能否从中选出与其他不同的资料？并论述你的依据。

　　学生活动：学生自主思考，列出观点。

　　生甲：上述问题的中心是能量问题。

　　生乙：（1）（6）谈的是非生物的能量问题，而其他资料谈论的是生物体内的能量问题。

　　生丙：（6）谈论的是环境污染问题。

　　......

　　师： 我们今天选出一个问题来进行讨论，我们要讨论的问题是生物体内的能量供应问题--细胞呼吸。

　　师：

　　我们知道，物质的燃烧需要氧气，发现这一现象的是法国化学家拉瓦锡。拉瓦锡还曾经把生物的细胞呼吸比作碳和氢的缓慢燃烧过程。那么，拉瓦锡的这一说法有道理吗？细胞呼吸能够像燃料燃烧那样剧烈吗？ 

　　推进新课

　　板　书：

　　一、细胞呼吸产生能量

（一）细胞呼吸与有机物燃烧的不同点

　　生：不能。

　　师：为什么？

　　学生活动：学生思考、讨论。

　　师：

　　细胞呼吸不能像燃料燃烧那样剧烈的原因是多方面的，例如：（1）如同我们生活的环境一样，细胞要生活在常温、常压下；（2）细胞内的酶促反应需要适宜的温度，假如呼吸作用像燃料燃烧那样剧烈的话，会在短时间内释放大量的能量，而导致温度急剧升高，从而导致酶变性失去活性；（3）同时也会导致大量的能量浪费，因为细胞内的ADP与ATP的量有限，大量的能量在短时间内释放，不能及时转移到ADP内以合成ATP，造成生物体细胞内的能量浪费。

　　师：

　　生命活动的直接能源物质是什么？细胞中的主要能源物质是什么？动物细胞内储存能量的物质是什么？植物细胞内储存能量的物质是什么？生物体内储存能量的物质是什么？

　　生：

　　生命活动的直接能源物质是ATP；细胞中的主要能源物质是糖类；动物细胞内储存能量的物质是糖元；植物细胞内储存能量的物质是淀粉；生物体内储存能量的物质是脂肪。

　　师：

　　细胞的生命活动离不开能量，许多化学反应都需要耗能，那么糖类等能源物质是怎样被细胞利用的呢？储存在这些有机物中的能量是如何转移到ATP中的呢？

　　生：

　　在细胞中应该有一个类似糖类等能源物质燃烧的过程，可以将糖类等分子中的能量释放出来，但又不伤及细胞。

板　书：

　　（二）细胞呼吸的定义

　　师：

　　（1）在生物细胞内，糖类等有机物中储存的能量是逐步地、缓慢地被释放出来的，除了一部分以热量形式向外界释放以外，还有一部分能量被转移到ATP中，随时地被细胞利用于各种生命活动过程。

　　（2）科学家经过研究发现，在细胞中的确存在这样的过程，这就是细胞呼吸。

　　（3）细胞呼吸主要指糖类、脂质与蛋白质等有机物，在生物活细胞内氧化分解为水和二氧化碳，或者分解为不彻底的氧化产物，同时释放能量的过程。

　　（4）细胞呼吸不同于有机物在体外被燃烧氧化的另一个特点，是有机物在细胞内多种酶的催化作用下，被逐步分解，因为能量是被逐步释放的，因而没有剧烈的发光、发热的现象。

　　师： "细胞呼吸"与我们通常了解的"呼吸运动"是一回事吗？

　　学生活动：回忆人体呼吸的过程，试图比较"呼吸运动"与"呼吸作用"的不同，并尝试与他人交流自己的观点。

　　师：

　　（1）其实"细胞呼吸"并非我们学习过的"呼吸运动"。我们熟悉的"呼吸运动"也就是所谓的肺通气，是指人和动物体通过呼吸肌的运动使得胸廓、膈肌收缩或扩张，以改变胸廓容积，最终改变胸廓内的压强，从而达成与外界进行的气体交换过程。

　　（2）而"细胞呼吸"是指糖类、脂质与蛋白质等有机物，在生物活细胞内氧化分解为水和二氧化碳，或者分解为不彻底的氧化产物，同时释放能量的过程，通常也叫做"呼吸作用"。正是因为所有生物的细胞都具备这一功能，才能保证所有生物正常的生命活动。

　　（3）"呼吸运动"与"细胞呼吸"的现象和本质是有所区别的。

　　师生互动：教师引导学生阅读文本P61，并尝试对表格提供的信息进行分析。

　　生甲：

　　表格中不同植物组织的细胞呼吸速率是在25 ℃条件下测得的，说明温度会影响细胞呼吸的速率，可能与温度影响细胞内呼吸酶的活性有关。

　　生乙：

　　说明不同植物细胞呼吸的速率是不同的，可能与不同植物细胞内呼吸酶的种类不同有关。

　　生丙：

　　表格中干种子的呼吸作用速率最小，可能与干种子细胞缺乏自由水有关。

　　......

　　板　书：

　　（三）细胞呼吸的实质

　　课件展示：

　　（1）在一个氧气充足的公园里，一个游园者正在慢慢散步，此时，该游园者体内的细胞利用氧将糖类等有机物氧化分解，产生二氧化碳与水，同时产生能量。

　　（2）一个优秀的中跑选手，在较短时间内跑完了400 m，此时，他体内细胞中的糖类等有机物在无氧条件下，被分解成为乳酸，同时产生能量。

　　（3）放置较长时间的苹果，散发出一股浓浓的酒香，我们发现苹果内的糖类被分解成为了酒精，在这个过程中，也产生了一些能量。

　　师：

　　细胞呼吸一定需要氧气吗？气体的交换是细胞呼吸的本质吗？假如不是，那么细胞呼吸的实质又是什么呢？

　　生：

　　细胞呼吸不一定需要氧气，如骨骼肌细胞在有氧与无氧条件下都可以进行细胞呼吸；因此，气体的交换并非是细胞呼吸的本质；细胞呼吸的实质是有机物的氧化分解，能量的释放和利用。

　　师：

　　（1）有机物在体外燃烧时，其中储存的能量是一次性全部释放出来的，并且以光和热的形式表现出来。这就相当于放在高处的大石块，由于本身的重量和所在的高度具有了很大的势能。若石块从高处直接落下来，势能会迅速地转变成动能释放出来，产生强大的冲击力。而细胞的生命过程所需的能量需要不断地释放出来，需要随时补充给细胞。这就像放在高处的石块必须经过许多台阶缓缓滚动到最底层，将能量一点点释放出来一样，只有这样释放出来的能量才能被有效地、充分地利用。发生在细胞内的细胞呼吸无论是在有氧条件下还是在无氧条件下，其过程的进行均是如此。

　　（2）细胞呼吸是一个由多种酶参与催化，多步骤的过程。细胞呼吸通常是在有氧的情况下进行的，但是某些细胞也可以在无氧的环境下进行呼吸。在有氧条件下，细胞中的有机物会彻底氧化分解成为无机物，自然会放出有机物中全部的能量。无氧条件下，细胞中的有机物降解成为其他的相对简单的有机物，释放出一部分能量。

　　（3）总之，通过有机物的氧化分解，释放能量，被细胞利用，生命过程得以正常进行，这便是细胞呼吸的实质所在。

　　师：那么，你能否根据细胞呼吸的本质，来推断有氧条件下细胞呼吸的化学变化呢？

　　学生活动：尝试构建细胞有氧呼吸的模型，即：有机物+ O2━━ CO2+H2O+能量。

　　师：下列细胞中，哪些细胞能进行细胞呼吸？你的依据是什么？

　　课件展示：

　　①导管细胞；②哺乳动物的红细胞；③人体的神经元；④造血干细胞；⑤骨骼肌细胞；⑥绿色植物的叶肉细胞；⑦酵母菌；⑧死亡的口腔上皮细胞；⑨大豆种子细胞。

　　生：

　　其中，哺乳动物的红细胞、人体的神经元、造血干细胞、骨骼肌细胞、绿色植物的叶肉细胞、酵母菌、大豆种子细胞能进行细胞呼吸；因为这些细胞都是活细胞，活细胞生命活动需要能量，而通过细胞呼吸可以分解有机物释放能量，其中一部分能量转移到ATP中被用于生命活动。大豆种子的代谢速率很低，但是大豆种子细胞仍然具有活力，因而大豆种子细胞仍进行细胞呼吸，为大豆种子的生命活动提供能量。而导管细胞、死亡的口腔上皮细胞均为死细胞，不具有与代谢相关的酶，因而不能进行细胞呼吸。

　　师：那么细胞呼吸究竟是如何进行的呢？

　　　板　书：

　　二、细胞呼吸的过程

　　（一）有氧呼吸

　　师： 细胞的有氧呼吸是细胞呼吸的主要类型，是生活细胞在氧气的参与下，把某些有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，同时释放能量的过程。

　　师： 细胞呼吸是否一定要以糖类作为呼吸底物？可以以脂肪或蛋白质作为底物吗？为什么？

　　生： 细胞呼吸不一定要以糖类作为呼吸底物；可以以脂肪或蛋白质作为呼吸底物，因为脂肪与蛋白质等其他的有机物（如乳酸、丙酮酸等）中也具有能量。

　　师： 假如人体的骨骼肌细胞内以葡萄糖作为呼吸底物为例，进行有氧呼吸，那么其具体过程是怎样的？能否从有氧呼吸的场所、条件、原料、过程、产物以及产物去向来阐述细胞有氧呼吸的整个过程。

　　课件展示：

（1）通过展示骨骼肌细胞显微结构、线粒体亚显微立体结构、有氧呼吸第一、第二、第三阶段反应动画等情景，把学生带入真实场景，使学生学习兴趣高涨，并产生探究欲望。

（2）在对有氧呼吸中的物质转变、能量转化一步步推理、分析讨论后，再采用多媒体技术对有氧呼吸全过程进行剖析讲解，以有氧呼吸中的物质转变与能量转化为两条主线，以同位素示踪技术为研究手段；以有氧呼吸第一、第二、第三阶段的反应为时间先后顺序，以细胞质基质、线粒体为空间先后顺序，系统地分析葡萄糖分解形成丙酮酸、丙酮酸氧化、还原态氢（［H］）的氧化等生理过程。从细胞是一个统一整体的概念出发，提出了控制有氧呼吸过程的信息流的概念；从能量转化与守恒的角度出发，让学生探究储存在有机物中的能量如何释放，其中一部分能量是如何被逐步转移进入ATP的。在总结讨论阶段，可利用多媒体技术中的箭头指向物体表面是闪烁的效果，帮助学生提高对有氧呼吸第一、第二、第三阶段反应的场所、条件、原料、过程、产物以及产物去向等关键知识的理解。

　　学生活动：结合多媒体提供的信息，阅读文本P62中"有氧呼吸的过程"的图群，思考有氧呼吸第一、第二、第三反应阶段反应的场所、条件、原料、过程、产物以及产物去向。

　　师： 细胞的有氧呼吸，假如以反应场所来看，发生于细胞的哪些部位？主要部位是什么？为什么？

　　生： 细胞的有氧呼吸，发生于细胞质基质和线粒体；主要部位是线粒体；因为线粒体是细胞有氧呼吸的主要场所；高等生物细胞的有氧呼吸酶分布在线粒体中（只有类似硝化细菌的原核需氧型生物的有氧呼吸酶分布于细胞膜上）。

　　师： 假如从反应的步骤来看，细胞的有氧呼吸主要可以分为几个阶段？分别是哪几个阶段？每一个阶段的反应场所、条件、原料、过程、产物以及产物去向是怎样的？

　　生： 细胞的有氧呼吸主要可以分为三个阶段；第一阶段是葡萄糖在细胞质基质中被分解形成丙酮酸（糖酵解）阶段；第二阶段是丙酮酸在线粒体中被分解阶段；第三阶段是［H］和氧结合生成水，释放大量能量的阶段。（见右图）

　　（图中的①②③表示有氧呼吸过程的三个阶段）

　　有氧呼吸过程的图解

　　　1.有氧呼吸的第一阶段（葡萄糖在细胞质基质中被分解形成丙酮酸）

　　师： 那么，你能否说出有氧呼吸第一阶段的反应场所、条件、原料、过程、产物以及产物去向呢？

　　生甲：反应部位是细胞质基质。

　　生乙：反应条件是细胞质基质的呼吸酶、ADP+Pi、适宜的温度与pH。

　　生丙：反应底物是葡萄糖（呼吸底物）。

　　生丁： 反应过程是在酶催化下葡萄糖分解为丙酮酸。即：葡萄糖2丙酮酸+4［H］+能量（少量）（C6H12O62C3H4O3+4［H］+能量）

　　生戊：反应产物是丙酮酸、少量［H］和少量ATP（注：第一阶段释放少量能量，其中一部分能量以热量形式散失，另一部分能量转移到ATP中，可形成2ATP）。

　　生己： 产物中，丙酮酸、［H］将被运入线粒体，而ATP可直接用于各项生命活动。

　　师： 那么，你能否说出有氧呼吸第二阶段反应的场所、条件、原料、过程、产物以及产物去向呢？

　　2.有氧呼吸的第二阶段(丙酮酸在线粒体中被分解形成二氧化碳和［H］)

　　生：

　　有氧呼吸的第二阶段反应

　　（1）场所是线粒体的基质。

　　（2）条件是线粒体内的有氧呼吸酶系统、ADP+Pi、适宜的温度与pH。

　　（3）反应底物是丙酮酸和H2O。

　　（4）反应过程是在线粒体有氧呼吸酶系统的催化下，丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和［H］。即2丙酮酸+6H2O 20［H］+6CO2能量（少量）（2 C3H4O3+6H2O 6CO2+20［H］+能量）。

　　（5）反应的产物有CO2、［H］、少量ATP（注：第二阶段也释放少量能量，其中一部分能量以热量形式散失，另一部分能量转移到ATP中，可再形成2ATP）。

　　（6）产物中，CO2离开线粒体，可以通过自由扩散出细胞膜，再通过血液循环至肺泡，最终通过气体交换而排出体外；在植物细胞内，则可以通过气孔进入大气，或进入叶绿体参与光合作用；［H］继续参与有氧呼吸的第三阶段反应；ATP直接用于各项生命活动。

　　学生活动：学生在教师的指导下自主分析有氧呼吸第三阶段的反应场所、条件、原料、过程、产物以及产物去向。

　　3.有氧呼吸的第三阶段（［H］和氧结合生成水，释放大量能量的阶段）

　　（1）发生部位：细胞线粒体内膜上。

　　（2）条件：线粒体内的有氧呼吸酶系统、ADP+Pi、适宜的温度、pH与O2。

　　（3）反应底物：［H］和氧。

　　（4）反应过程：在线粒体内有氧呼吸酶的催化下，前两阶段释放的［H］和O2结合生成水，同时释放大量能量，一部分能量以热量形式散失，另一部分形成34个ATP。即：

　　24［H］+6O2 12H2O+能量（大量）。

　　（5）产物：水和34个ATP。

　　（6）产物去向：ATP直接用于各项生命活动；而水亦可参与其他的生命活动（如继续参与细胞呼吸、蛋白质水解等，在植物体内还可参加光合作用等生命活动）。

　　师：能否根据上述三个阶段推出有氧呼吸总反应式？

　　生：

　　C6H12O6 2C3H4O3+4［H］+能量（少量）

　　2C3H4O3+6H2O 6CO2+20［H］+能量（少量）

　　有氧呼吸总反应式：C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量（大量）

　　（注：以C6H12O6为例，其他有机物也可以通过细胞呼吸）

　　课堂小结

　　师：能否对有氧呼吸的第一、第二、第三阶段进行列表分析？（教师利用多媒体呈示以下表格）

比较

项目 有氧呼吸

第一阶段 有氧呼吸

第二阶段 有氧呼吸

第三阶段 发生部位 条件 反应底物 反应过程 产物 产物去向 　　

　　　学生活动：根据表格自主分析、比较。

　　师： 细胞有氧呼吸时，假如以C6H12O6作为底物，共释放2 870 kJ的能量，可以形成38个ATP。每形成一个ATP可以储存多少能量？细胞有氧呼吸的产能效率是多少？已知内燃机的产能效率是15%～25%，二者相比，谁的产能率更高？

　　生： 每形成一个ATP可以储存30.54 kJ能量；细胞有氧呼吸的产能效率高于内燃机的产能效率，高达40%。

【布置作业】认真复习本课所授内容，完成《学习与评价》中的相应练习。

【板书设计】

　　第三节　细胞呼吸

　　一、细胞呼吸产生能量

　　（一）细胞呼吸与有机物燃烧的不同点

　　（二）细胞呼吸的定义

　　（三）细胞呼吸的实质

　　二、细胞呼吸的过程

　　（一）有氧呼吸

　　　1. 有氧呼吸的第一阶段（葡萄糖在细胞质基质中被分解形成丙酮酸）

　　　2. 有氧呼吸的第二阶段(丙酮酸在线粒体中被分解形成二氧化碳和［H］)

　　　3. 有氧呼吸的第三阶段（［H］和氧结合生成水，释放大量能量的阶段）