第四节 细胞呼吸
教学过程
【第一课时】
教学流程
教师活动
学生活动
教学意图
导
入
新[高考资源网][ks5u.com]
课
【讲述】我们知道，所有生物体的一切生命活动都需要能量。无论是我们人类还是肉眼难寻的细菌；无论是千姿百态的动物还是漫山遍野的植物，如果能量供应一旦停止，生命也就结束了。
【提问】那么，生物体又是如何产生和提供能量的呢？
设置疑问，让学生思考，迅速进入新课的教学。
联系生活，引入新课。
细胞呼吸的概念
一、细胞呼吸就是糖的氧化
细胞呼吸与木头燃烧的区别和联系
[ks5u.com]
【提问】“细胞呼吸”与我们通常所说的“呼吸”是一回事吗？（可以带学生回忆人体呼吸的过程，让学生比较呼吸与细胞呼吸的不同。）
【指导学生交流】师生共同得出：“细胞呼吸”并非我们学习过的“呼吸”，我们熟悉的“呼吸”指的是人和动物体从周围环境中吸入空气，利用其中的氧气，同时呼出二氧化碳。它是一种宏观的气体交换过程。而“细胞呼吸”是指细胞在有氧条件下从食物分子（主要是葡萄糖）中取得能量的过程。任何生物体进行的生命活动所需要的能量无不来自细胞呼吸。“呼吸”与“细胞呼吸”的现象和本质是有所区别的。
【提问】那么，细胞呼吸的过程又是如何发生的呢？细胞呼吸的实质又是什么呢？
【讲述】细胞呼吸必须有氧参加，氧气把糖分子氧化成二氧化碳和水，同时释放能量。反应如下：
C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量
【创设情境】但是，早在18世纪法国化学家拉瓦锡（A．Ｌ．Ｌavoisier）就发现木头燃烧也需要氧，发生的也是类似的反应，并且把细胞呼吸比作碳和氢的“缓慢燃烧过程”。
【提问】拉瓦锡的这一说法有道理吗？细胞呼吸与木头燃烧有什么区别和联系呢？
【指导学生交流】演示木头燃烧的实验，指导学生联系细胞呼吸的概念，比较细胞呼吸与木头燃烧的异同点。
【师生讨论】得出：
1．区别：有机物在体外燃烧时，是在高温下发生的，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；而细胞呼吸是细胞在常温、常压下将葡萄糖氧化分解，所产生的能量有相当一部分储存在ATP中，其余的则转变成热能释放，在这个过程中能量是逐步地、缓慢地释放，随时地被细胞利用。
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。燃烧就像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。细胞呼吸就像在高处的石块经过许多台阶缓缓滚动到最低层，将能量一点点释放出来，而只有这样释放出来的能量才能被有效地、充分地利用。
【提问】那么，细胞中葡萄糖的能量利用效率有多少呢？
每个ATP分子中的能量大约是一个葡萄糖分子中能量的1%，细胞中每氧化1个葡萄糖分子，可以合成约38个ATP分子。所以，细胞中葡萄糖的能量利用效率大约为40%。与现有的机械相比，这是很高的效率了。例如，传统的蒸汽机，能量转化效率只有8%，现代化的汽车引擎，能量转化效率也只有25%左右。
【讲述】2、联系：在化学中我们知道，物质得电子或[H]称为被还原，失电子或[H]称为被氧化。葡萄糖分子与氧反应的方程式如下：
糖分子失去氢原子
C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+能量
氧分子获得氢原子
【指导学生交流】分析在细胞呼吸过程中，物质的得失电子情况。
【讲述】从上述的方程式中，我们可以发现，不管是在木材燃烧的过程中还是在细胞呼吸的过程中，都是糖分子失去氢原子，氧分子获得氢原子，也就是在这两个个过程中都是糖被氧化了。
所以无论是木材的燃烧还是细胞呼吸，反应的实质是一样的，都是纤维或葡萄糖的碳氧化为二氧化碳，其中的氢被氧化成水。
在糖的氧化反应中，葡萄糖分子中发生了化学键的变化，化学键所储存的能量通过氧化还原作用释放出来。
【提问】那么细胞呼吸又是如何缓慢而又有效地释放其中的能量的呢？
【讲述】细胞呼吸是细胞内一系列由多种酶参与催化、有控制的氧化还原反应。我们可以将反应划分为三个阶段：糖酵解、柠檬酸循环和电子传递链，如图3—14所示（教材P67 图3—14细胞呼吸的三个阶段）。
通过这一系列的氧化还原反应，葡萄糖被彻底分解成CO2和H2O，而储存在其中的能量也分阶段地、缓慢地释放出来，一部分储存到ATP中，供生物体生命活动所需要。
回忆旧知，小组讨论、交流、比较，最后得出结论。
启发学生对比燃烧有机物释放能量和细胞内利用有机物中释放能量之间的差异，产生认知冲突，提高思维兴奋性。
通过形象地比喻，启发学生理解细胞呼吸的实质。
计算、分析得出：细胞呼吸中葡萄糖的能量利用高。
结合化学基础知识，组织学生讨论，分析细胞呼吸过程中，物质的得失电子，启发学生深入理解细胞呼吸的实质。
学生分析图表，使学生能从整体上把握细胞呼吸。
提出问题，引起思考。在学生已有的知识背景下主动建构新知识。
联系生活，思考问题，启发想象，加深理解。
[Ks5u.com]
[高考资源网]
分析数据，培养学生分析问题的能力。
培养学生分析、归纳与总结的能力。
培养学生读图能力。同时给下节课作铺垫。
一、细胞呼吸从糖酵解开始
二、柠檬酸循环
【提问】细胞呼吸又包括哪几个具体的阶段呢？
这节课我们继续讨论细胞呼吸的具体过程。
【背景介绍】糖酵解名称的由来，是因为动物进行呼吸作用时候，首先利用糖元作为呼吸基质，把它转变成葡萄糖，然后葡萄糖在无氧条件下进行分解而生成乳酸，所以这个过程称为糖酵解。
【指导学生阅读，组织学生讨论】得出以下结论：
1、场所：细胞质基质
2、过程：一个葡萄糖分子转变为两个丙酮酸
3、产物：2个丙酮酸、2个ATP、2个NADH
糖酵解的全部反应如下：
C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi→
2CH3COCOOH+2NADH+2H++2ATP
【介绍】NADH是一种还原型辅酶，氧化形式为NAD+，是氢的载体，在电子传递链中将被氧气。
【讲述】我们前面讲到，细胞中每氧化1个葡萄糖分子，可以合成约38个ATP分子。而在糖酵解过程中只产生2个ATP，所以葡萄糖分子中的绝大部分化学能仍存在于丙酮酸中。
【提问】那么丙酮酸中的能量又是如何进一步释放出来呢？
【讲述】丙酮酸形成后，然后进入线粒体。
（可帮助学生回忆线粒体的结构以及物质的跨膜运输的方式，以加深理解。）
丙酮酸进入线粒体后，首先在一种复杂酶系统的催化下形成一个二碳的单位[C2]，脱去一个CO2，并形成一个NADH，这个反应叫做脱羧反应。反应式如下：C3 + NAD+ → [C2] + CO2 + NADH + H+
【提问】二碳单位然后进入柠檬酸循环，那么柠檬酸循环又是怎样的一个循环过程呢？
指导学生结合教材图示阅读，组织学生讨论、交流。得出以下结论：
1、柠檬酸循环：二碳单位与一个C4酸合成为一个C6酸，即柠檬酸。然后柠檬酸经两次脱羧，丢掉两个二氧化碳，又形成一个C4酸，于是柠檬酸循环的第二轮开始。通过柠檬酸循环，将所有的丙酮酸源源不断地转变为CO2，释放到细胞之外。
2、场所：线粒体
3、产物：3个CO2、1个ATP、4个NADH、1个FADH2
【介绍】FAD是另外一种辅酶，氧化形式为FAD，还原形式为FADH2，FADH2和NADH都的氢的载体，它们携带氢参与电子传递链。
【讲述】通过糖酵解、丙酮酸脱羧反应、柠檬酸循环三个过程，葡萄糖被彻底地分解成CO2，同时释放的能量部分储存在ATP中。
【提问】那么，大家计算下，1mol葡萄糖经过彻底地氧化可以产生多少ATP呢？
【分析】糖酵解过程产生2molATP，柠檬酸循环产生2molATP，所以整个过程直接产生的ATP很少，只有4mol。
【追问】那么还有大量的能量储存在哪里呢？
【分析】这些没有释放出来的能量暂时储存在了NADH和FADH2这两种辅酶中。
【提问】那么，1mol葡萄糖经过彻底地氧化又可以产生多少NADH和FADH2呢？
【分析】糖酵解过程产生2个NADH，柠檬酸循环，包括丙酮酸的脱羧反应过程共产生8个NADH和2个FADH2。所以1mol葡萄糖经过彻底地氧化分解可以产生10molNADH和2molFADH2。
【设问】那么，这些辅酶中的能量又是如何释放出来的呢？
回忆、回答。在已有的基础上继续深入学习。
学生带着问题阅读，组织学生讨论得出糖酵解的场所、过程及产物，最后总结出糖酵解的总反应式。
可制作相应课件，观察多媒体展示。
指导学生阅读，组织学生讨论、交流。
计算、分析。
培养学生自学能力和总结归纳能力。
利用教学媒体增强教学的直观性，促进学生对概念的理解。
培养学生的团队精神。
[高考资源网KS5U.COM]
步步设疑，深入探究。设置悬念，激发兴趣。
通过设置一系列问题，帮助学生加深理解细胞呼吸的具体过程。
三、电子传递链
让学生阅读课本69页第一、二段。
【思考】电子传递链的组成是什么？电子传递链存在于何处？电子最终传递给了什么物质？这一阶段产生了多少mol的ATP？
学生回答、教师归纳：电子传递链由三种蛋白质复合体组成，每种复合体中又有一种以上的电子传递体；存在于线粒体内膜中；电子传递链的最后一站是与氧结合形成水。也就是NADH和FADH2氧化所脱的H＋与O2结合形成水。
教师板书：
1、电子传递链的组成：三种蛋白质复合体。
2、电子传递链存在于：线粒体内膜。
3、反应式（略，见书本69页）。
【讲述】每氧化1mol葡萄糖可以合成约38molATP。糖酵解过程产生2molATP，柠檬酸循环产生2molATP，那么，应该有34molATP在此阶段产生。
具体是：每摩尔NDAH氧化可产生3molATP，每摩尔FADH2氧化可产生2molATP，因此，10molNDAH氧化可产生30molATP，2molFADH2氧化可产生4molATP，共产生34molATP。即1mol葡萄糖彻底氧化分解可产生38molATP。
【小结】教师设计表格（以一个葡萄糖分子的氧化分解为例）
条件
场所
产物
糖酵解
有氧时
细胞质基质
2个丙酮酸，2个ATP，2个NADH
柠檬酸循环
有氧时
线粒体基质
6个CO2，2个ATP，8个NADH，2个FADH2
电子传递链
有氧时
线粒体内膜
6个H2O，34个ATP
总反应式：C6H12O6+6O2 －→6CO2+6H2O+能量
释放的能量一部分贮存在AT P中，其余的以热能形式散失。
带着问题阅读。
组织讨论、回答。
学生完成。
小资料：蛋白质复合体是有几个结构 相似、功能相关的多肽链通过二硫键或其它共价键形成的复合物。
培养学生自学能力和总结归纳能力。
【第二课时】
教学流程
教师活动
学生活动
教学意图
引入新课
【创设情境】播放3则录像片断：
1．正进行中长跑比赛的运动员。
2．被洪水淹没的植物。
3．酿酒的过程。
【提问】1．这是我们在生活中经常能看到的生命现象，其中酿酒实际上是哪一类生物的生理活动过程？
2．这三种生命现象有什么共同点？
观察。
思考、回答：“微生物”。
观察、分析、小组讨论，得出结论。“它们都处于缺氧的状态下，进行厌氧呼吸。”
从生活实际出发，激发学生的学习兴趣，自然地引入厌氧呼吸。
培养学生观察、分析、归纳总结的能力。
一、概述
【讲述】厌氧呼吸是一种古老的呼吸作用形式，它的出现早在需氧呼吸之前生物，请大家阅读书本70页的小资料，以及厌氧呼吸的第一段内容，厌氧呼吸有什么特点，然后想一想厌氧呼吸的存在对生物来说有什么意义？
【板书】一、概述
讨论、分析，得出结论：①与需氧呼吸相比厌氧呼吸是在无氧的条件下进行的，并且只能释放少量的能量；②仍有许多微生物只能进行厌氧呼吸；③进行需氧呼吸的生物处于缺氧状态时，厌氧呼吸就是需氧呼吸的有效补充。
培养学生分析、归纳总结的能力。
二、厌氧呼吸的类型
乙醇发酵
2．乳酸发酵
教师肯定学生的回答。
地球上绝大多数生物都能进行厌氧呼吸，但是不同的生物厌氧呼吸的类型是不一样的，最常见的厌氧呼吸类型是乳酸发酵和乙醇发酵。[高考资源网]
【板书】二、厌氧呼吸的类型
1．乙醇发酵
下面我们来看一个演示实验：乙醇发酵实验(教师操作)。
【提问】①广口瓶、大试管内出现哪些现象？拔广口瓶的塞子后，会闻到什么气味？试分析原因。
②为什么广口瓶中要加30ml 10％的葡萄糖溶液，并置于35℃水浴中预热。
③为什么广口瓶的混合液表面滴加一薄层液体石蜡？
④试验中为什么要使酵母悬浮液与葡萄糖溶液充分混合，并将广口瓶置于30℃水浴中？
⑤在整个实验过程中到底发生怎样的变化呢？
教师总结：如果厌氧呼吸的产物是乙醇就可以称为乙醇发酵。成熟的苹果切开后有酒味，就是因为果肉中进行了乙醇发酵。它的总反应式是：
【板书】C6H12O6+2ADP+2Pi
2C2H5OH+2CO2+2ATP
大家想一想还有哪些现象属于乙醇发酵？
【过渡】那么乙醇发酵的过程究竟是怎样的呢？让我们先来回顾一下需氧呼吸。
【提问】1．需氧呼吸分为几个阶段？2．糖酵解的产物是什么？
【讲述】乙醇发酵中乙醇的来源就是糖酵解的产物丙酮酸。
【过渡】在需氧呼吸过程中葡萄糖通过糖酵解被分解为丙酮酸，丙酮酸进入线粒体最终被分解为二氧化碳和水。但是在没有氧气的情况下丙酮酸不能进入线粒体，于是反应继续在哪里进行？
【讲述】丙酮酸先经过脱羧反应形成乙醛和二氧化碳。
【板书】
CH3COCOOH→CH3CHO+2CO2
【讲述】乙醛再被还原为乙醇。
【板书】CH3CHO +NADH+H+→
2CH3CH2OH+NAD+
【讲述】这些过程都需要酶的催化作用
【过渡】大多数植物的厌氧呼吸都属于乙醇发酵，而动物比如说人的厌氧呼吸呢？
【提问】大家知道如果你不是经常做运动，而今天进行800米测试，那么这两天你的肌肉会有什么感觉？
【讲述】为什么会觉得酸呢？实际上就是肌肉细胞在缺氧条件下进行厌氧呼吸产生了乳酸的缘故。这就是厌氧呼吸的又一种类型：乳酸发酵。
【板书】乳酸发酵
【讲述】乳酸发酵就是指葡萄糖在无氧条件下分解产生乳酸，它的总反应式是：
【板书】C6H12O6+2ADP+2Pi→
2CH3CHOHCOOH+2ATP
乳酸发酵的反应历程和糖酵解的一样，只是在形成丙酮酸后，丙酮酸在乳酸脱氢酶的催化下被NADH还原为乳酸。
【板书】CH3COCOOH + NADH
+H+→CH3CHOHCOOH+ NAD+
【讲述】乳酸发酵所产生的ATP仅为需氧呼吸的1/19左右，那么在剧烈运动需要大量能量的情况下，肌肉细胞为什么还要进行厌氧呼吸呢？
【提问】大家想想还有哪些乳酸发酵的例子。
总结：动物细胞进行厌氧呼吸往往是产生乳酸属于乳酸发酵，有些微生物也进行乳酸发酵，如酸奶、酸菜的制作就是利用乳酸细菌进行的乳酸发酵。
【小结】这一节课我们学习了生物的厌氧呼吸，厌氧呼吸的两种类型乙醇发酵和乳酸发酵。并知道了它们的过程。[高考资源网KS5U.COM]
学生观察、思考
回答：广口瓶中有气泡，大试管澄清石灰水变混浊，拔掉广口瓶塞子后有酒精的味道。因为有二氧化碳和酒精产生。
回答：葡萄糖会被分解，水浴是为了保证酵母菌的生命活性，或者说是酶的生命活性。
回答：隔绝空气。
回答：使酵母菌将充分葡萄糖分解，并保持酵母菌活性。
回答：酵母菌在无氧条件下通过厌氧呼吸将葡萄糖分解为酒精和二氧化碳。
回答：酿酒，发面，水果腐烂……
回答：糖酵解，柠檬酸循环，电子传递链；丙酮酸。
倾听、理解。
回答：细胞质基质。
回答：酸。
倾听、思考。
倾听、理解。
阅读，思考、回答：是一种克服暂时缺氧的应急措施，是为争取时间而消耗较多能量的方法。
思考、回答：制作酸奶、酸菜……
培养学生观察和分析的能力。
培养学生分析、归纳总结的能力。
从生活实际出发，激发学生的学习兴趣。
使学生理解乙醇发酵的过程。
从生活实际出发，激发学生的学习兴趣。
使学生理解乳酸发酵的过程。
培养学生自学能力。
联系实际，激发兴趣。
脂肪的氧化
蛋白质的氧化
【板书】脂肪的氧化
【提问】回忆甘油三酯的结构，并说出一分子甘油三酯分别是由哪几部分组成的？
展示甘油三酯的分子结构图。
【讲述】甘油三酯是由一分子的甘油和三个分子的脂肪酸组成的。因此脂肪的氧化首先是在一系列脂肪酶的作用下，分解生成甘油和脂肪酸，并释放入血供其它组织利用。
那么，这两种物质又是如何被充分氧化的呢？
帮助学生分析甘油和脂肪酸的结构并归纳出：甘油是形成一个另一种三碳化合物分子形式进入糖酵解过程，而脂肪酸则被多次分解后以二碳化合物的形式进入柠檬酸循环。
1．甘油→C3（三碳化合物）→糖酵解途径→柠檬酸循环。
2．脂肪酸→C2（二碳化合物）→柠檬酸循环。
【板书】蛋白质的氧化
与脂肪的氧化相比，蛋白质的氧化过程要复杂些。
【提问】蛋白质的基本单位是什么？回忆并写出丙氨酸和缬氨酸的结构式。
如果蛋白质分解产生的有丙氨酸，它是如何再进步分解参与细胞呼吸过程的呢？
以丙氨酸为例，多媒体展示丙氨酸的分解过程：丙氨酸→丙酮酸→C2（二碳化合物）→柠檬酸循环。
蛋白质被用于呼吸作用时，首先被分解成氨基酸，氨基酸脱去氨基后变成含三、四、五个碳的分子，分别进入柠檬酸循环的不同位点，最终被完全氧化。
【思考】糖类、蛋白质、脂肪这些大分子物质在氧的参与下不断地被氧化分解，除了产生许多中间产物外，同时大量生成还有什么？
【小结】细胞代谢是一系列复杂的生物化学反应过程，在氧的参与下大分子物质不断地被氧化分解，同时还生成了大量的能量供给各项生命活动的需要，这就是细胞呼吸过程。另一方面分解代谢产生的各种中间产物也是细胞各种合成代谢所需的原料，能为合成反应提供碳骨架。
【多媒体展示】中间产物а-酮戊二酸、草酰乙酸等物质与氨基酸之间的相互转化。
【本课时总结】从上述这些过程大家可以发现细胞呼吸一方面通过氧化过程产生了大量的能量供给细胞生命活动的需要，另一方面代谢产生的各种中间产物又为细胞合成多种其它物质提供了碳骨架。
多媒体展示教材73页图3－18“细胞呼吸与细胞代谢的关系”。帮助学生进行小结。
细胞呼吸时不仅分解糖类，同时也可利用蛋白质和脂肪作为能源物质，这些物质最终都参与了柠檬酸循环；另一方面细胞呼吸通过氧化过程产生了大量的能量供给细胞生命活动的需要，代谢产生的各种中间产物又为细胞合成多种其它物质提供了碳骨架。由此可以说细胞呼吸是各种细胞代谢的核心所在。
复习回忆
观察。
小组讨论并归纳。
回忆与思考。
观察与思考。
思考。
观察与思考。
帮助回忆。
直观教学，便于学生迅速理解。
启发式教学，充分发挥学生的主体性。
[Ks5u.com]
直观教学，帮助学生理解。
直观教学帮助学生了解细胞呼吸产生的中间代谢参与其它物质合成的过程，进一步理解细胞呼吸是细胞代谢的核心。
【点此下载】