资源描述
第2课时 ATP的主要来源——细胞呼吸(二)
课前自主预习案
一、无氧呼吸
1．类型及反应式
2．场所：细胞质基质。
3．过程
(1)第一阶段：与有氧呼吸的第一阶段完全相同。
(2)第二阶段：丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解成酒精和CO2，或者转化成乳酸。
二、细胞呼吸原理的应用
1．有氧呼吸原理的应用举例
(1)包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布。
(2)对花盆里的土壤经常进行松土透气。
(3)对稻田进行定期排水。
2．无氧呼吸原理的应用举例
利用麦芽、葡萄、粮食等与酵母菌发酵生产各种酒。
1.判断有关叙述的正误
(1)无氧呼吸的全过程都在细胞质基质中进行( )
(2)无氧呼吸和有氧呼吸的第一阶段完全相同( )
(3)无氧呼吸的两个阶段都能产生ATP( )
(4)苹果储存久了会有酒味产生( )
(5)稻田定期排水有利于根系进行有氧呼吸，防止幼根黑腐( )
答案：(1)√ (2)√ (3)× (4)√ (5)√
2．将下列生产、生活中的实例与对应的细胞呼吸原理进行归类。
①包扎伤口用透气的敷料
②栽花时及时松土
③粮食酿酒
④稻田定期排水
⑤锻炼时提倡慢跑
⑥伤口较深要注射破伤风抗毒血清
Ⅰ.有氧呼吸①②④⑤；
Ⅱ.无氧呼吸③⑥。
课堂互动探究案
【课程标准】
说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量
探究酵母菌的呼吸方式
【素养达成】
1．阐明无氧呼吸的过程，列表比较有氧呼吸和无氧呼吸的异同。(社会责任)
2．联系日常生活中的实例，了解细胞呼吸原理的应用。(社会责任)
马拉松运动全程距离26英里385码，折合为42.195 1公里，这是一项考验运动员意志品质的运动，运动员在比赛中会产生强烈的肌肉酸疼的感觉；被水淹的农作物会出现烂根现象，最终导致植物死亡。这些情景都与细胞的无氧呼吸有关。
无氧呼吸和有氧呼吸有什么不同？怎样利用细胞呼吸的原理来解决生产生活中的实际问题呢？
探究点一 无氧呼吸
【师问导学】
1．无氧呼吸第一阶段和有氧呼吸完全相同，也有[H]的产生，这部分[H]去向了哪里？
答案：参与了第二阶段还原丙酮酸、乳酸或者酒精的生成。
2．1 mol葡萄糖分解成乳酸时，只释放出196.65 kJ的能量，其中有61.08 kJ的能量储存在ATP中，其余的能量以热能的形式散失。那么，1 mol葡萄糖通过乳酸发酵可形成多少mol的ATP？其能量转换效率是多少？
答案：可形成2 mol的ATP。其能量转换效率是31.06%。
3．无氧呼吸是有机物不彻底的氧化分解，释放的能量比有氧呼吸少，为什么？
答案：还有很大一部分能量存在于不彻底的氧化产物乳酸或酒精中。
4．剧烈运动过后的肌肉酸疼是怎样造成的？
答案：剧烈运动，氧气供应不足，肌肉细胞无氧呼吸产生了乳酸。
【智涂笔记】
无氧呼吸只在第一阶段产生少量ATP，第二阶段不产生ATP；无氧呼吸在进化上比有氧呼吸出现得早，因此多数能进行有氧呼吸的生物，一般也能进行无氧呼吸。
①无氧呼吸产生乳酸还是酒精和二氧化碳，与细胞内的酶有关，一种细胞的无氧呼吸产物只能是其中一种。
②大多数植物、酵母菌无氧呼吸的产物为酒精和二氧化碳；有些高等植物的某些器官如玉米胚、马铃薯块茎、甜菜块根等进行无氧呼吸时产生乳酸；高等动物、人及乳酸菌的无氧呼吸只产生乳酸。
【师说核心】
1．条件：无氧条件下。
2．场所：细胞质基质。
3．过程：第一个阶段与有氧呼吸的第一个阶段完全相同，第二个阶段是丙酮酸在不同酶的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳，或者转化成乳酸。
4．类型
(1)乳酸发酵：C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋少量能量。
(2)酒精发酵：C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量。
5．概念
无氧呼吸是指细胞在无氧条件下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物分解成不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。
6．真核生物有氧呼吸和无氧呼吸的比较
项目
有氧呼吸
无氧呼吸
不同点
条件
需氧
不需氧
场所
细胞质基质、线粒体
细胞质基质
分解程度
葡萄糖被彻底分解
葡萄糖分解不彻底
产物
CO2、H2O
乳酸或酒精和CO2
能量释放
大量能量
少量能量
相同点
本质都是氧化分解有机物，释放能量，生成ATP供生命活动所需；第一阶段从葡萄糖到丙酮酸完全相同
【检测反馈】
1．有氧呼吸与无氧呼吸的相同点是( )
①都在线粒体中进行 ②都需要酶 ③都需要氧 ④都产生ATP ⑤都经过生成丙酮酸的过程
A．①②⑤ B．②③④
C．②③⑤ D．②④⑤
解析：生物体内的化学反应都需要酶的催化；有氧呼吸与无氧呼吸的第一阶段都在细胞质基质中进行且都产生丙酮酸；有氧呼吸与无氧呼吸的实质相同，都是分解有机物，释放能量，形成ATP的过程。
答案：D
2．下列关于呼吸作用的叙述，正确的是( )
A．无氧呼吸的终产物是丙酮酸
B．有氧呼吸产生的[H]在线粒体基质中与氧结合生成水
C．无氧呼吸不需要O2的参与，该过程最终有[H]的积累
D．质量相同时，脂肪比糖原有氧氧化释放的能量多
解析：无氧呼吸的最终产物是乳酸或酒精和CO2。有氧呼吸
前两个阶段产生的[H]在线粒体内膜上与氧结合生成水。无氧呼吸不需要O2的参与，该过程并没有[H]的积累，[H]只在细胞基质中参与反应，产生无氧呼吸的产物。质量相同的脂肪和糖原，脂肪储存的能量更多，因此有氧氧化释放的能量多。
答案：D
3.如图所示的图解表示真核细胞呼吸的部分过程，可以在细胞质基质中发生的是( )
A．①②③
B．②③④
C．①③④
D．①②④
解析：①是有氧呼吸二、三阶段，发生在线粒体中。②和③表示两种类型的无氧呼吸，均发生在细胞质基质中。④表示ATP的合成，可发生在细胞质基质中。
答案：B
探究点二 细胞呼吸的影响因素及其应用
【师问导学】
1．下表是某植物非绿色器官(无氧呼吸产生酒精和二氧化碳)，随氧气浓度变化，无氧呼吸和有氧呼吸强度的变化，据表分析：
氧气浓度(%)
0
2.5
5
7.5
10
12.5
无氧呼吸释放的CO2量
10
7
3
1
0
0
有氧呼吸释放的CO2量
(吸收的氧气量)
0
2
3
6
8
10
总CO2释放量
10
9
6
7
8
10
(1)O2浓度为零时，该器官的细胞呼吸方式是哪种？
(2)O2浓度在2.5%～10%之间时和在10%以上时，该器官的细胞呼吸方式有什么不同？
(3)O2浓度为5%时，有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2量相等，二者消耗的葡萄糖是不是也一样多？
答案：
(1)O2浓度为零时，只进行无氧呼吸。
(2)O2浓度在2.5%～10%时，进行有氧呼吸和无氧呼吸；O2浓度在10%以上时，只进行有氧呼吸。
(3)不是。根据有氧呼吸和无氧呼吸的方程式可以看出：有氧呼吸时，1C6H12O6→6CO2；无氧呼吸时，1C6H12O6→2CO2。所以当有氧呼吸和无氧呼吸释放的CO2量相等时，二者消耗的葡萄糖之比是1：3。
2．在日常生活中，我们用冰箱保存水果、蔬菜的原理是什么？
答案：冰箱可以提供低温环境，降低了细胞呼吸酶的活性，降低了细胞呼吸的速率。
3．农作物种子的保存是不是保存在无氧环境中最好？
答案：不是，农作物种子应该保存在低氧环境中，抑制了无氧呼吸，有氧呼吸的速率仍然较弱，有机物消耗最少。
【智涂笔记】
根据吸收氧气和释放二氧化碳的量判断细胞呼吸的方式：当O2浓度为零时，只进行无氧呼吸；当吸收的氧气和释放的二氧化碳量相等时，只进行有氧呼吸；当吸收的氧气比释放的二氧化碳量少时，有氧呼吸和无氧呼吸同时进行。
葡萄糖不是细胞呼吸的唯一底物，脂肪等物质也可以作为呼吸底物进行有氧呼吸，由于脂肪和糖类相比含氢多，含氧少，因此以脂肪作为呼吸底物进行有氧呼吸时，消耗的氧气要比放出的二氧化碳多。
[名师点拨] 有氧气存在不一定只进行有氧呼吸
(1)当氧气浓度较低时，既进行有氧呼吸，也进行无氧呼吸，但无氧呼吸占优势。
(2)当氧气浓度较高时，无氧呼吸逐渐减弱，有氧呼吸逐渐增强，当氧气浓度增加到一定值时，只进行有氧呼吸。
【师说核心】
1．温度
(1)影响：细胞呼吸是一系列酶促反应，温度通过影响酶的活性而影响细胞呼吸速率。细胞呼吸的最适温度一般在25～35 ℃之间。(如图)
(2)应用
2．氧气
(1)分析：如图，O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。
①O2浓度＝0时，只进行无氧呼吸。
②0＜O2浓度＜10%时，同时进行有氧呼吸和无氧呼吸。
③O2浓度≥10%时，只进行有氧呼吸。
④O2浓度＝5%时，有机物消耗最少。
(2)应用
3．水分
(1)影响
(2)应用
4．二氧化碳
(1)影响：CO2是细胞呼吸的最终产物，积累过多会抑制细胞呼吸的进行。(如图)
(2)应用：适当增加CO2浓度，有利于水果和蔬菜的保鲜。
5．据化学反应式和场所判断细胞呼吸方式
(1)“一看”反应物和产物：
消耗O2或产物中有H2O⇒
⇒
(2)“二看”物质的量的关系：
①不消耗O2，释放CO2⇒只进行无氧呼吸产生酒精。
②无CO2释放⇒只进行无氧呼吸产生乳酸。
③酒精产生量等于CO2量⇒只进行无氧呼吸产生酒精。
④CO2释放量等于O2的吸收量⇒只进行有氧呼吸。
⑤CO2释放量大于O2的吸收量⇒既进行有氧呼吸，又进行酒精发酵；多余的CO2来自酒精发酵。
⑥酒精产生量小于CO2量⇒既进行有氧呼吸，又进行酒精发酵；多余的CO2来自有氧呼吸。
(3)“三看”反应场所：
【检测反馈】
1．不同种类的生物在不同的条件下呼吸作用的方式不同。下列对生物细胞呼吸作用方式的判断错误的是( )
A．若只释放CO2，不消耗O2，则细胞只进行无氧呼吸
B．若CO2的释放量多于O2的吸收量，则细胞既进行有氧呼吸也进行无氧呼吸
C．若CO2的释放量等于O2的吸收量，则细胞只进行有氧呼吸
D．若既不吸收O2也不释放CO2，则说明该细胞已经死亡
解析：对于动物细胞或乳酸菌，无氧呼吸的产物为乳酸，此时细胞既不吸收O2也不释放CO2。
答案：D
2．细胞呼吸原理在生产、生活中应用广泛，以下分析错误的是( )
A．选用透气性好的创可贴，是为保证人体细胞的有氧呼吸
B．要及时为板结的土壤松土透气，以保证根细胞的正常呼吸
C．皮肤破损较深的患者，应及时到医院注射破伤风抗毒血清
D．慢跑可以促进人体细胞的有氧呼吸，使细胞获得较多能量
解析：选用透气性好的创可贴，是为了抑制厌氧菌的生存和繁殖。
答案：A
3．将等量且足量的苹果果肉分别放在O2浓度不同的密闭容器中，1 h后测定O2的吸收量和CO2的释放量，如下表：
O2浓度变化量
0
1%
2%
3%
5%
7%
10%
15%
20%
25%
O2吸收量/mol
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.8
CO2释放量/mol
1
0.8
0.6
0.5
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.8
下列有关叙述中正确的是( )
A．苹果果肉细胞在O2浓度为0%～3%和5%～25%时，分别进行无氧呼吸和有氧呼吸
B．贮藏苹果时，应选择O2浓度为5%的适宜环境条件
C．O2浓度越高，苹果果肉细胞有氧呼吸越旺盛，产生ATP越多
D．苹果果肉细胞进行无氧呼吸时，产生乳酸和二氧化碳
解析：只要氧气的吸收量不为0，就有有氧呼吸，故氧气浓度在1%～3%内既有有氧呼吸又有无氧呼吸，A错误；O2浓度超过20%时，随氧浓度的增大，有氧呼吸不再增强，C错误；苹果果肉细胞进行无氧呼吸时，产生酒精和二氧化碳，D错误；氧气浓度为5%时，CO2释放量最少，有利于贮藏苹果，故B正确。
答案：B
【网络建构】
【主干落实】
1．无氧呼吸的两种反应类型：
(1)C6H12O62C3H6O3＋少量能量
(2)C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量
2．真核生物有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体，而无氧呼吸的场所只有细胞质基质。原核生物有氧呼吸和无氧呼吸的场所均在细胞质基质及细胞膜上。
►问题探讨·教材P91
1．提示：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．提示：不能。如是呼吸作用像燃料在体外燃烧那么剧烈，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．提示：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。
►探究·教材P91
1．提示：略
2．提示：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。
►小字部分的问题·教材P94
提示：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。
►旁栏思考题·教材P95
提示：一般来说，如果无氧呼吸产生的乳酸或酒精过多，会对细胞产生毒害。酵母菌在无氧以及其他条件适合的情况下，随着发酵产物(如酒精)的增多，营养物质的减少以及pH发生变化等的影响，它的繁殖速率逐渐下降，死亡率逐渐上升，酒精发酵最终就会停止。其他的例子如用乳酸菌使牛奶发酵形成酸牛奶，最终情况也是这样。
►资料分析·教材P95
1．提示：略
2．提示：胖人适量的运动，细胞呼吸的速率会加快，细胞内有机物的分解会增加，体重就会下降。应当将蔬菜和瓜果放入冰箱或地窖等地方储藏，这样能够降低细胞呼吸的速率，减少细胞内有机物的损耗。
►练习·教材P96
基础题
1．提示：C 有氧呼吸将有机物彻底氧化分解为二氧化碳和水，无氧呼吸分解有机物不彻底。
2．提示：B 呼吸作用分如下步骤。第一阶段：葡萄糖分解为丙酮酸，产生还原氢，放出少量的能量，在细胞质基质中进行。第二阶段：丙酮酸与水结合形成二氧化碳和还原氢，放出少量的能量，在线粒体基质中进行。第三阶段：一、二阶段产生的还原氢与氧气结合产生水，放出大量ATP，在线粒体内膜上进行。上清液中只含有细胞质基质，只发生有氧呼吸的第一阶段，因此其终产物为丙酮酸(实验是在有氧条件下进行的，故无氧呼吸被抑制)。沉淀物只含有线粒体，没有细胞质基质，不能直接利用葡萄糖，因此不发生反应，只有丙中的酵母菌进行有氧呼吸产生二氧化碳和水。
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．提示：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、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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