高中生物必修1531 细胞的呼吸方式和有氧呼吸的过程学案.docx

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高中生物必修1531细胞的呼吸方式和有氧呼吸的过程学案

第3节　ATP的主要来源——细胞呼吸

第1课时　细胞的呼吸方式和有氧呼吸的过

程

学习目标引导

核心素养对接

关键术语

1.分析细胞呼吸和有机燃料燃烧产生能量过程的不同，理解细胞呼吸的本质。

2.概述有氧呼吸的三个阶段，写出有氧呼吸的反应式。

3.探究酵母菌细胞呼吸的方式，学会控制和检测实验变量。

1.生命观念——结构与功能观：

线粒体结构与细胞呼吸的关系。

2.科学思维——分析与综合：

分析有氧呼吸的三个阶段，理解细胞呼吸的实质。

3.科学探究——根据实验目的，设计酵母菌呼吸的实验装置，实施方案，观察实验结果，得出正确结论。

细胞呼吸

有氧呼吸

|预知概念|

一、细胞呼吸的概念

1.发生场所　细胞内。

2.实质　氧化分解。

3.物质变化　有机物生成CO2或其他产物。

4.能量变化　释放能量并生成ATP。

二、探究酵母菌细胞的呼吸方式

1.酵母菌的特点

2.实验装置

（1）有氧条件下的装置：

如图甲：

（2）无氧条件下的装置：

如图乙：

3.产物检测（连线）

4.实验结论

（1）酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。

（2）在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量二氧化碳和水。

（3）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。

三、有氧呼吸

1.线粒体的结构和功能

（1）线粒体增大膜面积的方式和意义：

内膜向内腔折叠成嵴，增大有氧呼吸酶的附着面积。

（2）有氧呼吸的酶分布在：

线粒体内膜上和基质中。

（3）线粒体的功能：

进行有氧呼吸的主要场所。

2.有氧呼吸的概念及过程

（1）概念：

指细胞在氧的参与下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生CO2和水，释放能量，生成大量ATP的过程。

（2）过程：

场所

反应物

能量释放量

第一阶段

细胞质基质

1分子葡萄糖分解成2分子丙酮酸和[H]

少量

第二阶段

线粒体基质

丙酮酸和水分解成CO2和[H]

少量

第三阶段

线粒体内膜

[H]和氧结合形成水

大量

（3）总反应式：

C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量。

3.能量释放

细胞有氧呼吸释放的能量一部分储存在ATP中，一部分以热能的形式散失掉。

4.意义：

有氧呼吸是大多数生物获取能量的主要途径。

|过程评价|

1.生物体一切生命活动所消耗的ATP均由细胞呼吸提供（×）

2.生物体内的细胞呼吸其能量是逐步释放的，这与有机燃料的燃烧有所不同（√）

3.细胞呼吸释放的能量全部以热能形式散失（×）

4.有氧呼吸的酶存在于细胞质基质、线粒体内膜、线粒体基质中（√）

5.有氧呼吸过程中产生大量ATP的阶段需要O2参与（√）

6.在线粒体基质中[H]与O2结合生成水（×）

7.氧气的消耗和二氧化碳的生成发生在同一过程（×）

8.细胞呼吸是在温和条件下进行的，需要多种酶的催化（√）

|联想·质疑|

★因果推断：

面粉经过酵母菌发酵，发酵过程中产生大量的CO2，CO2遇热膨胀导致面包又松又软。

★溴麝香草酚蓝水溶液通入CO2的颜色变化：

蓝→绿→黄。

有氧呼吸过程

★同有机物在生物体外的燃烧相比，有氧呼吸是在温和条件下进行的，有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放；释放的能量一部分储存在ATP中。

交警使用的酒精检测仪器的原理和本节中酒精检测原理一样吗？

提示：

一样。

科学探究1　探究酵母菌细胞呼吸的方式

下图是探究酵母菌细胞呼吸产物装置，据图分析下列问题：

1.实验装置和操作分析

（1）1号试管中，怎样为酵母菌提供氧气？

提示　让氯化铁催化过氧化氢的分解。

（2）2号试管中如何隔绝空气制造无氧环境？

提示　①对葡萄糖溶液煮沸，排出溶解的氧气

②酵母菌培养液表面铺一层石蜡油

③先塞上橡皮塞消耗掉试管内的氧气，再插上导管

2.实验变量控制

讨论实验装置中的自变量、因变量、无关变量？

（1）自变量：

是否通氧气。

（2）因变量：

产物CO2多少、以及是否产生酒精等。

（3）无关变量：

葡萄糖溶液的浓度、培养温度、培养时间、其他微生物影响等。

3.酵母菌细胞代谢产物的检测

（1）如何检测CO2的产生速率：

方法一：

判断依据：

相同时间内澄清石灰水变混浊的速度和程度。

判断方法：

若变混浊的速度较快而且混浊程度较高，则说明产生的CO2较多。

方法二：

判断依据：

相同时间内溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄的速度和变成黄色的程度。

判断方法：

若变色速度较快且颜色较深，则说明产生的CO2较多。

（2）酒精的检测：

试管2变灰绿色，试管1不变色，说明酵母菌只有进行无氧呼吸时，才能产生酒精。

【探究应用】

酵母菌是一种单细胞真菌，其代谢类型为异养兼性厌氧型。

下列有关探究酵母菌细胞呼吸方式的实验叙述，错误的是（　　）

A.在实验装置中，通入空气是为了保证充足的氧气供应

B.可用澄清的石灰水和溴麝香草酚蓝水溶液来检测CO2的产生

C.可用重铬酸钾溶液在酸性条件下检测酒精的产生

D.可根据实验中有无CO2的产生来判断酵母菌细胞呼吸的方式

解析　因酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸过程中都有CO2的产生，故根据实验中有无CO2的产生无法判断酵母菌细胞呼吸的方式。

答案　D

【一题多变】

（1）如何确定酵母菌通过无氧呼吸产生的酒精的多少？

提示　根据酸性重铬酸钾变成灰绿色所需时间的长短。

（2）能否以CO2的产生为指标来确定酵母菌的细胞呼吸方式？

分析原因。

提示　不能。

有氧呼吸和无氧呼吸都产生CO2，故不能以CO2的产生为指标确定酵母菌的细胞呼吸方式。

应以酒精为指标，因为酵母菌只有进行无氧呼吸时才能产生酒精。

（1）不能根据是否产生CO2来判断呼吸方式，因为酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸都生成CO2。

（2）本实验两组都是实验组，通过对结果的相互对比得出结论。

科学探究2　有氧呼吸

1.下图是有氧呼吸过程图解，①、②、③是有氧呼吸的三个阶段。

据图探讨下列问题：

（1）发生的场所：

①细胞质基质，②线粒体基质，③线粒体内膜。

（2）丙酮酸的分子式为C3H4O3，请写出有氧呼吸每个阶段的反应式：

第一阶段：

C6H12O6C3H4O3＋[H]＋少量能量。

第二阶段：

C3H4O3＋H2OCO2＋[H]＋少量能量。

第三阶段：

[H]＋O2H2O＋大量能量。

（3）①②③三个阶段中有[H]产生的是①②，[H]中的H来自葡萄糖和水，用于与O2反应生产水。

（4）①②③三个阶段都产生能量，其中产生能量最多的是③。

葡萄糖中的化学能被转化成热能和ATP中活跃的化学能。

2.有氧呼吸中元素的追踪

（1）有氧呼吸的装置如图，用同位素18O对C6H12O6进行标记，同位素18O最终出现在CO2中。

（2）若图中给酵母菌提供18O2，则酵母菌细胞内最先出现的化合物是HO，然后是C18O2。

（3）有氧呼吸过程中氧元素的来源和去路：

【探究应用】

如图所示为某动物细胞内部分物质的代谢过程，下列相关叙述中正确的是（　　）

A.图解过程中大部分能量以热能形式散失

B.图解中

（一）、

（二）两阶段产生[H]的场所都是线粒体

C.图解中（三）阶段产生的H2O中的氢最终都来自葡萄糖

D.1分子丙酮酸在

（二）、（三）阶段产生的能量一样多

解析　细胞呼吸过程释放的能量只有少量储存在ATP中，大部分能量以热能形式散失，A正确；图解中

（一）产生[H]的场所是细胞质基质，

（二）两阶段产生[H]的场所是线粒体基质，B错误.图解中（三）阶段产生的H2O中

的氢最终来自葡萄糖和第二阶段参与反应的水，C错误.；细胞呼吸

（二）阶段释放的能量少、（三）阶段产大量的能量，D错误。

答案　A

【一题多变】

（1）水参与有氧呼吸哪个阶段？

又在哪个阶段生成？

提示　水参与有氧呼吸第二阶段，在有氧呼吸第三阶段生成。

（2）只有葡萄糖才能作为细胞呼吸的底物吗？

提示　脂肪、蛋白质也可以作为底物参与细胞呼吸。

1.有氧呼吸的实质

（1）物质变化：

有机物→无机物（CO2和H2O）。

（2）能量变化：

有机物中稳定的化学能→热能＋ATP中活跃的化学能。

2.有氧呼吸过程中的反应物和产物

（1）O2：

在第三阶段与[H]结合生成H2O。

（2）CO2：

在第二阶段由丙酮酸和H2O分解产生。

（3）H2O：

既是反应物又是生成物，在第二阶段被消耗，在第三阶段产生。

3.有氧呼吸的三个易错点

（1）误认为葡萄糖进入线粒体内被彻底氧化分解。

（2）能量不可写成ATP，有氧呼吸的能量大部分以热能散失，少量转移到ATP中。

（3）误认为有氧呼吸一定需要线粒体，没有线粒体的原核生物也能进行有氧呼吸，其场所是细胞质。

1.下列关于细胞呼吸的说法中，错误的是（　　）

A.细胞呼吸实际上是在细胞内进行有机物的氧化分解，释放能量的过程

B.细胞呼吸实际上就是细胞与外界环境间的气体交换

C.细胞呼吸是细胞内有机物“缓慢燃烧”的过程

D.细胞呼吸是细胞内有机物进行一系列氧化分解的过程

解析　细胞呼吸的实质是细胞内有机物氧化分解，逐步释放能量的过程。

答案　B

2.葡萄糖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进入细胞一段时间后，可能出现的放射性化合物是（　　）

A.水B.二氧化碳

C.丙酮酸D.水和二氧化碳

解析　根据有氧呼吸的第三阶段是氧气和[H]反应生成水，含有放射性18O2进入细胞后，最先出现的具有放射性的化合物是水。

形成的水又可参与有氧呼吸的第二阶段，产生的二氧化碳具有放射性。

答案　D

3.如图为线粒体的结构示意图，其中不可能发生的反应是（　　）

A.②处产生CO2

B.①处产生ATP

C.②处产生[H]

D.③处发生[H]与O2的结合

解析　①为线粒体内外膜的间隙，不产生ATP。

②为线粒体基质，完成有氧呼吸第二阶段，产生CO2和[H]。

③为线粒体内膜，完成有氧呼吸第三阶段，[H]与O2结合生成水，释放大量能量。

答案　B

【科学探究】

4.如图所示，甲、乙两瓶盛有等量相同浓度的葡萄糖溶液，溶液内同时加入足量同种酵母菌，甲瓶内液体不断通入N，乙瓶内不断通入O2，1h后，测定两瓶溶液的pH，结果是（　　）

A.乙的pH高于甲

B.甲的pH下降，乙的上升

C.甲的pH上升，乙的下降

D.乙的pH低于甲

解析　甲和乙中均可能产生CO2，但由于乙中进行的是有氧呼吸，产生的CO2较多，所以乙中的酸性更强。

答案　D

5.下列关于“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验，说法错误的是（　　）

A.测定酵母菌的呼吸速率时，应该进行严格的无菌操作

B.测定酵母菌的呼吸速率时，应该在黑暗环境中进行

C.在无氧呼吸的装置中，需将酵母液反应一段时间后再将导管通入澄清石灰水中

D.酵母菌常被用作研究细胞呼吸的实验材料，其主要原因是酵母菌属于兼性厌氧生物

解析　测定酵母菌的呼吸速率时，应该进行严格的无菌操作，以保证吸收的氧气和释放的二氧化碳全部来自于酵母菌，A正确；光照强度不会影响呼吸速率，因此该实验无需在黑暗条件下进行，B错误；无氧呼吸的装置中，应封口将酵母液反应一段时间后再将导管通入澄清石灰水中，这是为了消耗掉瓶中的氧气，创造无氧环境，C正确；酵母菌常被用作研究细胞呼吸的实验材料，其主要原因是酵母菌属于兼性厌氧生物，D正确。

答案　B