第五章细胞的能量供应和利用.docx

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第五章细胞的能量供应和利用

个性化教案

授课时间：

2012年8月9日

备课时间：

2012年8月8日

年级：

高一课时：

课题：

细胞的能量供应和利用

学生姓名：

张宏伟

教师姓名：

陈峰

教学目标

1、降低化学反应活化能的酶；

2、细胞的能量“通货”──ATP；

3、ATP的主要来源──细胞呼吸；

4、能量之源──光与光合作用

难点重点

1、ATP的主要来源──细胞呼吸；

2、能量之源──光与光合作用

教学内容

一、降低化学反应活化能的酶

1、酶在细胞代谢中的作用

[活化能]分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。

用无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因而催化效率更高。

如H2O2的分解，20℃无催化剂时需活化能75kJ/mol；用铂作催化剂时，只需活化能54kJ/mol；用H2O2酶时，活化能下降到29kJ/mol以下。

（结合教材P80图）

正是由于酶的催化作用，细胞代谢才能在温和条件下快速进行。

2、酶的本质

（1）、酶本质的发现过程：

巴斯德李比希

毕希纳

萨姆纳

切赫·奥特曼

（2）、酶的本质：

酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质。

3、酶的高效性和专一性

（1）、酶具有高效性

酶的催化效率大约是无机催化剂的1017——1013倍

（2）、酶具有专一性

[实验]探索淀粉酶对淀粉和蔗糖水解的作用

1、实验原理

a.淀粉→麦芽糖

（非还原性糖）

蔗糖→葡萄糖＋果糖还原性糖

（非还原性糖）

b.还原性糖＋斐林试剂→砖红色氧化亚铜沉淀

c.用淀粉酶分别催化淀粉和蔗糖后，再用斐林试剂鉴定，根据是否有砖红色沉淀来判断淀粉酶是否对二者都有催化作用，从而探索酶的专一性。

2、实验步骤

序号

实验操作内容

试管1

试管2

注入可溶性淀粉溶液

2ml

注入蔗糖溶液

2ml

注入淀粉酶溶液

2ml

将试管放在60℃水中

5分钟

加入斐林试剂

2ml

放热水于大烧杯中加热煮沸

1分钟

观察实验现象

3、实验结论

4、酶的专一性，每一种酶只能催化一种或一类化学反应。

4、酶的作用条件较温和

[探究]影响酶活性的条件

1、实验原理

淀粉→麦芽糖和葡萄糖→砖红色沉淀

↓碘液↓碘液

紫蓝色复合物不形成紫蓝色复合物

2、实验步骤

序号

实验操作内容

试管1

试管2

试管3

试管1′

试管2′

试管3′

注入可溶性淀粉溶液

2ml

注入新鲜淀粉酶溶液

1ml

放置温度

60℃

100℃

0℃

60℃

100℃

0℃

保温时间

5分钟

混合

试管1′

试管2′

试管3′

保温时间

5分钟

滴碘液

1滴

观察实验现象

序号

实验操作内容

试管1

试管2

试管3

注入等量的新鲜淀粉溶液

1mL

注入等量的不同PH的溶液

1mL蒸馏水

1mLNaOH

1mLHCl

注入等量的可溶性淀粉溶液

2mL

放60℃热水中相等时间

5分钟

加等量斐林试剂并摇匀

2mL

放热水中用酒精灯加热煮沸

1分钟

观察实验现象

3、实验结论

4、分析

①在一定温度范围内，酶活性随温度升高而增强，其中酶的活性最高时的温度，即为该种酶的最适温度。

若超过最适温度，酶的活性逐渐下降，甚至丧失。

（低温使酶的活性明显降低，但酶的空间结构保持稳定，在适宜的温度下酶的活性可以恢复。

）

②每种酶只能在一定限度的PH范围内表现出活性，其中酶活性最强的PH即为该酶的最适PH。

（过酸、过碱会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活）

练习：

1．蛋白酶使蛋白质水解为多肽，但不能使多肽水解为氨基酸，这一事实说明了酶的

A．专一性B．高效性C．多样性D．稳定性

2．能够促使唾液淀粉酶水解的酶是

A、淀粉酶B、蛋白酶C、脂肪酶D、麦芽糖酶

3．探究影响酶活性的条件的实验中，探究不同的温度对酶活性的影响时，温度和pH值分别属于

A.自变量和因变量B．因变量和无关变量

C．自变量和无关变量D．自变量和对照变量

答案：

1.A2.B3.C

二、细胞的能量通货—ATP

1、ATP分子结构特点

ATP是三磷酸腺苷的英文名称的缩写。

ATP分子的结构可以简写成A—P～P～P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，T代表三，～代表一种特殊的化学键，叫做高能磷酸键，ATP分子中大量的能量就储存在高能磷酸键中。

ATP水解时高能磷酸键可以水解放出大量的能量，达到30.54kJ/mol。

所以说，ATP是细胞内的高能磷酸化合物。

2、ATP与ADP相互转化

ATP的化学性质不稳定。

在有关酶的催化作用下，ATP分子中远离A的那个高能磷酸键很容易水解脱离开来，形成游离的Pi（磷酸），同时，储存在这个高能磷酸键中的能量释放出来，ATP就转化成ADP（二磷酸腺苷的英文名称的缩写）。

在有关酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同时与一个游离的Pi结合，重新形成ATP（播放多媒体课件：

ATP与ADP相互转化）。

资料显示，正常人每天ATP的转变量几乎接近于体重，但在体内存在的ATP的量是很少的。

ATP和ADP在体内总是处于不断转化的动态平衡之中。

如下所示：

3、ATP的形成途径

对于绿色植物来说，ADP转化成ATP时所需的能量来自于呼吸作用和光合作用；对于人、高等动物、真菌和大多数细菌来说，ADP转化成ATP时所需的能量除来自于呼吸作用外，人和高等动物还可以来自磷酸肌酸的转移。

4、ATP的利用

1.细胞内储存能量的物质有糖类、脂肪、蛋白质等。

细胞内消耗能源物质的顺序是：

糖类

脂肪

蛋白质。

一般情况下生物体内细胞利用的能源物质是糖类，而且糖类中的能量需要分解释放传递给ATP，转变成活跃的化学能，才能供给各种生命活动利用，从而解决能量的“稳定储存”和“灵活利用”的矛盾。

2.直接供给生命活动能量的能源物质是ATP。

在生物体内能量的转换和传递中，ATP是一种关键物质。

ATP是生物体内能量转换的“中转站”，它有利于能量的运输和协调供给，如线粒体呼吸释放能量合成的ATP，可以转移到细胞膜用于主动运输，也可以进入细胞核推动DNA的复制等等，从而解决“产能”和“用能”在空间上的矛盾。

3.ATP的结构与物理、化学知识有密切联系，ATP中的能量可以转变成机械能（如肌肉收缩、鞭毛摆动）、化学能、电能（如神经冲动的传导）、渗透能（如主动运输的能量）、光能等其他形式的能量。

4.胞内供能物质有ATP和磷酸肌酸，ATP普遍存在，但含量不多，当ATP大量消耗时，则磷酸肌酸释放能量供ADP和Pi合成ATP。

磷酸肌酸的存在对ATP含量的相对稳定起缓冲作用。

小结：

习题：

1、关于动物细胞中ATP的正确叙述（）

A、ATP在动物体细胞中普遍存在，但含量不多

B、当它过分减少时，可由ADP在不依赖其他物质条件下直接形成

C、它含有三个高能磷酸键

D、ATP转变为ADP的反应是可逆的

2．ATP转化为ADP可表示如下：

式中X代表（）

A、H2OB、[H]C、PD、Pi

3.ATP的结构式可以简写为（）

A、A-P-P~PB、A-P~P~P

C、A~P~P-PD、A~P~P~P

4.生物体内进行生命活动的直接能源物质、主要能源物质和最终能源依次是（）

A、太阳能糖类ATP

B、ATP糖类脂肪

C、ATP脂肪太阳能

D、ATP葡萄糖太阳能

5.一分子ATP中含有的腺苷、磷酸基团和高能磷酸键数目依次是（）

A、1，2，2B、1，2，1

C、1，3，2D、2，3，1

6.ATP之所以能作为能量的直接来源是因为（）

A、ATP在细胞中数量非常多

B、ATP中的高能磷酸键很稳定

C、ATP中的高能磷酸键储藏的能量多且很不稳定

D、ATP是生物体内惟一可以释放能量的化合物

7生物体内既能储存能量，又能为生命活动直接提供能量的物质是（）

A葡萄糖B糖原C三磷酸腺苷D脂肪

答案：

1.A2.D3.B4.D5.C6.C7.C

三、ATP的主要来源—细胞呼吸

1、细胞呼吸的概念及类型

1．细胞呼吸的概念

生物体内的有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，最终生成二氧化碳或其他产物，并且释放能量的总过程。

有氧呼吸

2.类型

无氧呼吸

2、有氧呼吸

提问：

有氧呼吸是怎样进行的呢？

阅读教材,讨论以下问题:

1有氧呼吸的生成物CO2和H2O分别产生于有氧呼吸的第几阶段？

2有氧呼吸的生成物CO2中的C和O分别来自哪里？

有氧呼吸的生成物H2O中的O从何而来？

3有氧呼吸过程中哪几个阶段有[H]产生？

其去向？

4有氧呼吸过程中哪几个阶段有ATP产生？

最多的是哪一个阶段？

5C6H12O6能否进入线粒体参与有氧呼吸？

有氧呼吸是高等动植物细胞呼吸的只要形式，通常所说的细胞呼吸就是指有氧呼吸，而有氧呼吸最常用的物质就是葡萄糖。

有氧呼吸可分为三个阶段：

第一阶段：

C6H12O6酶2C3H4O3+4[H]+ATP（少量）

第二阶段：

2C3H4O3+6H2O酶6CO2+20[H]+ATP（少量）

第三阶段：

24[H]+6O2酶12H2O+ATP（大量）

有氧呼吸的三个阶段的比较表格,总反应式和概念：

1.比较表格

有氧呼吸

场所

反应物

产物

释能

第一阶段

细胞质基质

C6H12O6

丙酮酸，[H]，ATP

少量

第二阶段

线粒体

丙酮酸，水

CO2，[H]，ATP

少量

第三阶段

线粒体

[H]，O2

水，ATP

大量

2.总反应式：

C6H12O6+6H2O+6O2酶6CO2+12H2O+能量

3.概念

指细胞在氧的参与下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物彻底氧化分解释放出大量能量的过程。

3、无氧呼吸

提问:

1.苹果、苹果储存久了，会有什么气味散发出来？

（回答：

酒味。

）

2.剧烈运动后上肢和下肢骨骼肌往往会产生什么感觉？

（回答：

酸痛。

）

3.为什么无氧呼吸所放出的能量要比有氧呼吸少得多？

4.为什么不同生物无氧呼吸的产物不同？

无氧呼吸过程中，物质和能量变化的特点是什么？

无氧呼吸的概念、场所、过程

1.概念：

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为不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。

2.场所：

细胞质基质

3.过程：

第一阶段：

与有氧呼吸第一阶段相同。

第二阶段：

丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳或乳酸。

方程式：

C6H12O6酶2C2H5OH（酒精）+2CO2+能量

代表生物：

大多数植物

C6H12O6酶2C3H6O3（乳酸）+能量

代表生物：

动物和高等植物的某些器官如马铃薯块茎，甜菜块根，玉米胚等。

提问：

现在生物大多数是以有氧呼吸为主，是不是从生物一出现就出现了有氧呼吸呢？

不是，在原始的大气中没有氧气，所以那时生物只有无氧呼吸，随着蓝藻和绿色植物出现，大气中出现了氧气，才有了有氧呼吸，所以，有氧呼吸是在无氧呼吸的基础上产生的。

这说明了生物的生命活动是不断发展变化的，而且生物具有适应性。

4、细胞呼吸的意义

1．为生物体的生命活动提供能量。

2．为体内其他化合物的合成提供原料。

附：

设计表格比较有氧呼吸和无氧呼吸

有氧呼吸

无氧呼吸

区

别

条件

O2 ，酶

缺O2，酶

场所

主要在线粒体

细胞质基质

产物

CO2，H2O

酒精，CO2或乳酸

释能

大量

少量

联系

第一阶段的反应完全相同

实质相同：

分解有机物释放能量

习题：

一、选择题

1．完成有氧呼吸全过程的结构是（）

A．细胞质基质B．线粒体C．细胞D．肺泡

2．植物种子萌发时，如果长时间缺氧，就会引起烂芽，其主要原因是（）

A．CO2中毒B．酒精中毒C．乳酸中毒D．供能不足

3．人体红细胞无线粒体，它所需能量的来源主要是利用（）

A．葡萄糖，进行有氧呼吸B．葡萄糖，进行无氧呼吸

C．乳酸，进行有氧呼吸D．乳酸，进行无氧呼吸

4．有氧呼吸过程中释放的CO2中的氧（）

A．全部来自氧气B．全部来自水C．全部来自葡萄糖D．来自葡萄糖和水

5．在有氧呼吸过程中，水分子参与反应的过程和生成水分子的过程分别在（）

A．第一和第二阶段B．第二和第三阶段C．第一和第三阶段D．第三和第二阶段

6．下列关于植物呼吸作用的叙述正确的是（）

A．呼吸作用的中间产物丙酮酸可以通过线粒体双层膜

B．是否产生二氧化碳是有氧呼吸和无氧呼吸的主要区别

C．高等植物进行有氧呼吸，不能进行无氧呼吸

D．种子库中贮藏的风干种子不进行呼吸作用

7．当人在轻度缺氧环境中生活一段时间后，一般不会出现的现象是（）

A．血液中红细胞数量会增加B．细胞中线粒体的数量会增加

C．线粒体中酶的数量会增加D．红细胞中血红蛋白的数量会增加

8．让实验动物小白鼠吸入混有18O2的空气，该小白鼠体内最先出现含18O的化合物是（）

A．CO2B．H2OC．C2H5OHD．C3H6O3

9．测得苹果果实在一段时间内，CO2的释放量比O2的吸收量大，由此推得果实（）

A．有氧呼吸占优势B．有氧呼吸与无氧呼吸消耗的葡萄糖相等

C．无氧呼吸占优势D．既进行无氧呼吸又进行有氧呼吸

10．有研究者将下列四种等量的细胞分别磨碎，然后放到四个离心试管内高速旋转离心，结果磨碎的液体分为四层，如右图，其中③层有较多的有氧呼吸的酶。

则在下列的各种材料中③层最厚的细胞是：

A．皮肤细胞B．口腔上皮细胞

C．心肌细胞D．肾脏细胞

11．关于有氧呼吸的特点（与无氧呼吸相比），下列表述中不正确的是（）

A．需要多种酶参与B．分解有机物不彻底C．释放二氧化碳D．生成大量ATP

12．用酵母菌酿酒时，如果向酿酒的原料中注入足量的氧气，会出现的现象是（）

A．酵母菌死亡，不产生酒精B．酵母菌增多，不产生酒精

C．酵母菌增多，产生酒精增多D．酵母菌减少，产生酒精增多

13．在呼吸过程有二氧化碳放出，则可判断此过程（）

A．一定是无氧呼吸B．一定是有氧呼吸

C．一定不是酒精发酵D．一定不是乳酸发酵

14．在细胞呼吸过程中，消耗12摩尔氧气所释放出的能量，转移到ATP中的有（）千焦

A．3242B．2322C．3483D．1952

15．有氧呼吸过程中产生ATP最多的是（）

A．第一阶段B．第二阶段C．第一阶段和第二阶段D．第三阶段

16．（多选）下列反应在细胞质基质和线粒体内均能完成的是（）

A．葡萄糖→丙酮酸B．丙酮酸→酒精+CO2

C．ADP+Pi+能量→ATPD．H2O→[H]+O2

二、非选择题

18．如右图，为某细胞器结构示意图，请据图答：

（1）该图是的亚显微结构示意图，它是

的主要场所，从结构上看，它具有此功能的主要原因是　　　　　。

（2）图中1是；2是；4是。

19．根据下图不完整的呼吸作用示意图，解答下列问题：

（1）图中方格内的物质名称是_______________。

（2）从图中选择有关的字母填在题的括号内：

①有氧呼吸的途径是___________。

②其中产能最多的是___________阶段。

③产[H]的阶段是___________。

（3）图中A发生的场所是，E表示的物质是。

20．下图是某同学为了研究酵母菌的细胞呼吸所设计的一个实验装置。

开始时锥形瓶中装满了质量分数为5%的蔗糖溶液，并在其中加入了适量的酵母菌，将装置密封并静置一段时间后记录下初始液面的数据，实验过程中液体会进入玻璃管，从玻璃管的刻度上可以读出进入玻璃管的液体量。

表中是该同学在不同的温度条件下进行实验时所记录的数据与初始液面数据的差值。

（单位：

mL）

时间min

4℃

10℃

20℃

35℃

55℃

90℃

0.2

0.4

0.7

1.0

1.3

1.2

0.1

1.9

2.2

2.8

0.2

3.1

3.3

4.4

0.3

4.0

4.5

5.0

0.4

（1）该同学作了以下四种假设，你认为最合理的假设是（）

A．温度对酵母菌有氧呼吸有影响B．温度对酵母菌无氧呼吸有影响

C．氧浓度对酵母菌有氧呼吸有影响D．氧浓度对酵母菌无氧呼吸有影响

（2）假设实验的过程中产生的气体在溶液中的溶解度很低，则表中数据可以反映酵母菌呼吸作用产生的的量。

（3）从表中数据分析得知最有利于酵母菌发酵的温度是，实验过程中应该用方法控制温度，不可直接加热。

对于在90℃条件下的实验数据，你认为得到的原因是。

（4）实验开始前，实验装置必须密封并静置一段时间，以便消耗装置中的。

（5）请写出该实验条件下酵母菌细胞呼吸的反应式：

答案：

1．C2．B3．B4．D5．B6．A7．C8．B9．D10．C11．B12．B13．D14．B15．D16．AC18．

（1）线粒体　有氧呼吸　　其内膜和基质中含有多种与有氧呼吸有关的酶　

（2）外膜　　嵴　　基质19．

（1）丙酮酸

（2）①A、C、D②D③A、C（3）细胞质基质，C2H5OH和CO220．

（1）B　　

（2）CO2　　　（3）35℃　　水浴加热　　（4）O2　　　温度过高，酶的空间结构遭到破坏，失去活性（5）C6H12O6

2C2H5OH+CO2　

四、能量之源—光与光合作用

1、捕获光能的色素和结构

（1）、捕获光能的色素（详见课本）

（2）、捕获光能的结构—叶绿体

（1）分布主要分布在绿色植物的叶肉细胞

（2）形态一般呈扁平的椭球形或球形

（3）结构外膜，内膜透明，有利于光线的透过

基粒由两个以上的类囊体组成，含色素和酶

基质含多种光合作用所必需的酶

（4）功能光合作用的场所

资料分析：

（P100）

1.恩格尔曼实验的结论是：

氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。

2.提示：

实验材料选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，用好氧细菌可确定释放氧气多的部位；没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果，等等。

3.叶绿体是进行光合作用的场所。

2、光合作用的原理和应用

（1）、光合作用的概念

指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。

（2）、光合作用探索历程

经典实验

年代

科学家

结论

1771

普利斯特利

植物可以更新空气

1779

英格豪斯

只有在光照下植物可以更新空气

1845

R.梅耶

植物在光合作用时把光能转变成了化学能储存起来

1864

萨克斯

绿色叶片光合作用产生淀粉

1880

恩格尔曼

氧由叶绿体释放出来。

叶绿体是光合作用的场所

1939

鲁宾卡门

光合作用释放的氧来自水。

20世纪40代

卡尔文

光合产物中有机物的碳来自CO2

（3）、光合作用化学反应式

CO2+H2O

（CH2O）+O2

（4）、光合作用过程

光反应阶段

暗反应阶段

所需条件

必须有光

有光无光均可

进行场所

类囊体的薄膜上

叶绿体内的基质中

物质变化

H2O分解成O2和［H］；形成ATP

二氧化碳被固定；C3被［H］还原，最终形成糖类；ATP转化成ADP和Pi

能量转换

光能转变为化学能，储存在ATP中

ATP中的化学能转化为糖类中储存的化学能

光反应阶段与暗反应阶段的联系：

1、光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应的进行提供[H]和ATP

2、暗反应是光反应的继续，暗反应为光反应的进行提供合成ATP的原料ADP和Pi

3、两者相互独立又同时进行，相互制约又密切联系

（5）、光合作用的实质

最基本的物质和能量的代谢

（1）物质上把CO2和H2O转变成以糖类为主的有机物

（2）能量上把光能转变成有机物中的化学能

（6）、光合作用原理的应用

影响光合作用的因素

光照、CO2、温度、水、矿质元素等

提高农作物光合作用强度的措施：

①适当提高光照强度、延长光照时间

②合理密植

③适当提高CO2浓度

④适当提高温度

⑤适当增加植物体内的含水量

⑥适当增加矿质元素的含量

（7）、化能合成作用

能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用，例如：

硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌

异养生物：

不能直接利用无机物制成有机物，只能把从外界摄取的现成的有机物转变成自身的组成物质，并储存了能量的一类生物。

自养生物：

能够直接把从外界环境摄取的无机物转变成为自身的组成物质，并储存了能量的一类生物。

3、比较下光合作用和细胞呼吸

比较项目

光合作用

细胞呼吸

场所

植物细胞内的叶绿体

细胞内的线粒体和细胞质基质

原料

CO2和H2O

C6H12O6（或和O2）；C6H12O6是光合作用的产物，其中所含的能量最终来自光能

条件

光能、酶

酶

产物

（CH2O）和O2；（CH2O）中的能量由光能转化而来，（CH2O）可以为细胞呼吸提供原料

CO2和H2O，或C3H6O3，或C2H5OH和CO2；C3H6O3和C2H5OH中含有的能量最终也来自光能

习题：

一、选择题（每小题只有一个答案符合题意要求）

1.1771年，英国科学家普利斯特利将点燃的蜡烛与绿色植物一起放在一个密闭的玻璃罩内，蜡烛不容易熄灭。

今天我们对这一现象的合理解释是（　）

　　A.植物可以更新空气B.蜡烛燃烧所需物质来自绿色植物

　　C.绿色植物在烛光下能制造有机物D.绿色植物在烛光下能释放氧气

2．如果将小鼠与绿色植物一起放在黑暗处密闭的玻璃罩内，小鼠将（　）

　　A.先于植物而死　　B.与植物同时死亡

　　C.后于植物而死　　D.不容易窒息而死

3．1864年，德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处几小时，然后

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