师:同学们,今天我们一起来学习高一人教版生物学必修一第五章第三节细胞呼吸的原理和应用。本节课需要大家完成以下三个学习任务:一、无氧呼吸的过程和概念;二、细胞呼吸方式的比较;三、细胞呼吸的原理和应用。
在第一课时,我们学习了探究酵母菌呼吸方式的实验。我们知道,酵母菌在有氧环境中进行有氧呼吸,在无氧环境下进行无氧呼吸。通过分析实验结果可知,酵母菌进行有氧呼吸的产物是二氧化碳和水,对应的实验现象有:澄清石灰水混浊程度高,溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄的时间短,滤液加入酸性的重铬酸钾不变色。另一方面,酵母菌进行无氧呼吸的产物是二氧化碳和酒精,实验现象有:澄清石灰水浑浊程度低,溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄的时间长,滤液加入酸性重铬酸钾后由橙色变成灰绿色。
下面复习有氧呼吸的总反应式。请大家回忆一下,有氧呼吸的反应物和生成物分别有哪些呢?有氧呼吸的总反应式是:1分子的葡萄糖加上6分子的氧气、6分子的水,在酶的催化下被彻底氧化分解,生成6分子的二氧化碳和12分子的水,并释放大量的能量。
接着复习将有氧呼吸的三个阶段进行比较的内容,包括对应的场所、反应物、产物以及释放能量的多少。有氧呼吸的第一阶段是葡萄糖的初步分解,场所是细胞质基质,反应物主要是葡萄糖,产物是丙酮酸和还原氢,此过程释放少量能量。第二阶段是丙酮酸的彻底分解,场所在线粒体基质,反应物是丙酮酸和水,产物是二氧化碳和还原氢,同样释放少量能量。最后一个阶段是还原氢的氧化,发生在线粒体内膜,反应物是还原氢和氧气,产物是水,并且释放大量的能量。
以上是上节课所学的重要基础知识,希望大家牢记。接下来归纳有氧呼吸的三个特点。与有机物在生物体外的燃烧相比,有氧呼吸具有不同特点:一是过程温和;二是有机物中的能量经过一系列化学反应逐步释放,这种方式既能使有机物中的能量逐步转移到ATP中,也有利于维持细胞的相对稳定状态,保证有机物中的能量得到最充分利用;三是这些能量有相当一部分会储存在ATP当中。
下面通过两道选择题巩固关于有氧呼吸的相关内容。第一题:在检验酵母菌细胞呼吸产物时,涉及一些特殊的颜色反应,下列描述不正确的是?A.二氧化碳可使澄清石灰水变浑浊;B.二氧化碳可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄;C.乙醇在碱性条件下与灰绿色的重铬酸钾溶液反应变成橙色;D.乙醇在酸性条件下与橙色的重铬酸钾溶液反应变成灰绿色。答案选择C,因为乙醇是在酸性条件下与橙色的重铬酸钾溶液反应变成灰绿色。
第二题:将酵母菌培养液进行离心处理,把沉淀的酵母菌破碎后再次离心,得到只含有酵母菌细胞质基质的上清液和只含有酵母菌细胞器的沉淀物两部分,与未离心处理过的酵母菌培养液分别放入甲、乙、丙三支试管内,同时滴入等量等浓度的葡萄糖溶液。在有氧条件下,最终能产生二氧化碳和水的试管是?答案是丙。因为甲试管只有酵母菌细胞质基质的上清液,只能进行有氧呼吸的第一阶段;乙试管中只有酵母菌细胞器的沉淀物,即只有线粒体,而线粒体只能彻底氧化分解丙酮酸,不能分解葡萄糖,所以乙不能进行有氧呼吸的第二、三阶段的反应。只有丙具有完整的酵母菌,才能进行有氧呼吸的三个阶段,产生二氧化碳和水。
接下来学习新内容,细胞呼吸包括两种类型。上节课学习了有氧呼吸,现在学习无氧呼吸。除酵母菌外,许多细菌如乳酸菌也能进行无氧呼吸。此外,马铃薯块茎、甜菜块根、苹果果实等植物器官的细胞,以及动物骨骼肌的肌细胞等,在缺氧条件下也能进行无氧呼吸。一般来说,无氧呼吸最常利用的物质也是葡萄糖。
大家看以下两道无氧呼吸的反应式。上面这道反应式是1分子的葡萄糖在酶的催化下被不彻底地分解为2分子的酒精和2分子的二氧化碳,并且释放少量能量。第二道反应式是1分子的葡萄糖在另外一些酶的催化作用下被不彻底地分解为2分子的乳酸,同时释放少量的能量。能进行无氧呼吸的生物,由于细胞内相关的酶不同,只能进行其中一种无氧呼吸方式。无氧呼吸产物为酒精和二氧化碳的生物主要有大多数植物、酵母菌等;无氧呼吸产物为乳酸的生物,主要有高等动物、乳酸菌以及高等植物的某些器官,如马铃薯块茎、甜菜块根等。
无氧呼吸的过程包括哪些阶段呢?它与有氧呼吸的三个阶段有何异同?无氧呼吸的全过程可概括为两个阶段,这两个阶段需要不同的酶催化,且都在细胞质基质中进行。无氧呼吸的第一阶段与有氧呼吸的第一阶段完全相同,都是进行葡萄糖的初步分解,形成2分子的丙酮酸和还原氢。第二阶段是丙酮酸在另外一些酶的催化下分解成酒精和二氧化碳,或者转化成乳酸。请注意,无论是分解成酒精和二氧化碳,还是转化成乳酸,无氧呼吸都只在第一阶段释放出少量能量,生成少量ATP,葡萄糖分子中大部分的能量则存留在酒精或者乳酸中。像这样在没有氧气参与的情况下,葡萄糖等有机物经过不完全分解,释放少量能量的过程就是无氧呼吸。学习无氧呼吸概念的同时,请注重与有氧呼吸的概念进行比较。另外,酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫做发酵,产生酒精的叫做酒精发酵,产生乳酸的叫做乳酸发酵。
细胞呼吸除了能为生物体提供能量,还是生物体代谢的枢纽。例如在细胞呼吸过程中产生的中间物质可以转化为甘油、氨基酸等非糖物质;代谢形成的某些产物与细胞呼吸中间产物相同,这些物质可以进一步形成葡萄糖、蛋白质等。糖类和脂质的代谢都可以通过细胞呼吸的过程联系起来。
