4.3 细胞通过分解有机分子获取能量（教学课件）生物沪科版必修1

OH HO OH CH₃OH OH CH₃OH HO OH 葡萄糖 丙酮酸 HO OH HÓ OH OH 葡萄糖 沪科版高中生物必修1 第4章第3节 授课人：XXX 雍悦正特 特写移题 164US960 80G 细胞通过分解有机分子获取能量 学习目标 生命观念 阐述细胞分解有机物、将稳定化 学能转化为ATP中活跃化学能的 过程，建立“物质与能量相统一” “结构与功能相适应”的观念。 科学思维 通过肌肉酸痛的产生与消退过 程，推理有氧、无氧呼吸的过程 差异，辨析ATP与ADP转化的 可逆性等易混概念。 科学探究 基于“运动后血液乳酸含量变 化”的问题，通过小组合作完成 有氧、无氧呼吸的过程对比梳 理。 社会责任 运用细胞呼吸原理制定科学的 体测备战方案，解释运动补给、 米酒酿造等生活现象，树立健 康生活的理念。 【情境目录】探索细胞的能量奥秘 情境主线：体测1000米/800米后的身体反应 第 三 部 分 第 三 部 分 Pace Info 为 什 么 会 腿 酸 第 二 部 分 ENERGY 第三部分：节食减肥时的 供能来源--其他有机物 ? 的氧化分解 （节食为什么会头晕？） 第一部分：运动时能量 的直接来源--ATP （补给怎么选？） 第 四 部 分 第 二 部 分 第一 部 分 dof 第四部分：细胞呼吸原理 第二部分：运动过程的供能 的生活应用（科学运动与 方式--有氧呼吸与无氧呼吸 传统酿造） 【主情境导入】体测后的“酸爽”体验 真实情境再现： 我校高一学生上周完成了1000米（男）/800米 （女）体测。 多数同学反映：“跑完后腿部肌肉酸胀疼痛， 连下楼梯都困难！" 但神奇的是：“休息1-2天后，酸痛感完全消 失了。” 核心疑问： 细胞是如何为剧烈运动提供能量的? 肌肉酸痛的产生和消退机制究竟是什么? 4 第一部分 运动时能量的直接 来源--ATP 【情境感知】体测前的补给大作战 情境素材 含有ATP 含有 ATP 驱动问题 这些补给中的能量，能直接被 肌肌细胞利用吗? 生命活动的“直接能源物质” 究竟是谁? A同学：葡萄糖水 B同学：某功能饮料 C同学：矿泉水 水、无机盐 葡萄糖是主要能 源物质，但能直 接供能吗? 【深度探究】揭开ATP的神秘面纱 3个磷酸基团 (Phosphate groups) N 核糖 腺嘌呤 磷酸键 (Ribose) (Adenine) N O-P-O-P-O-P-OH N N OH OH OH 高能磷酸键 OH OH ATP的分子结构： 1个腺苷 全称：腺苷三磷酸（Adenosine Triphosphate） (Adenosine) 组成成分： 1个腺嘌呤（Adenine）+1个核糖（Ribose）=1个腺苷（Adenosine） 3个磷酸基团 (Phosphate groups) 【深度探究】ATP的结构简式与能量奥秘 水解前 (能量蕴含) A: 腺苷 P: 磷酸基团 末端高能磷酸键 A-P[P]P[P] 水解释放能量 (能量释放) [★]：特殊的化学键 一：普通化学键 极易水解断裂，释放大量能量 (高能磷酸键) (30.54 kJ/mol) 为肌肉收缩等生命活动直接供能 【情境深化】ATP够用吗? 矛盾冲突： 资料显示：人体细胞内ATP总量极少，仅能维持约15秒 的剧烈生命活动。 标明：3-4分钟 标明：15秒 现实情况：多数同学跑完1000/800米需要3-4分钟! 思考：运动过程中ATP并未耗尽，细胞是如何解决“ATP “储量少少”与“能量需求x大”这一矛盾的? 引发概念：ATP的再生 【深度探究】ATP与ADP的相互转化 释放能量 (放能反应) 水解过程 用于生命活动 远离A的磷酸键断裂 用于生命活动肌肉收缩 水解酶 A 远离A的磷酸键断裂 ATP 水解过程（放能反应） ATP 肌肉收缩 合成过程（吸能反应） ADP + Pi 重新合成 ADP (腺苷二磷酸) 合成酶 合成过程 (吸能反应) 吸收能量 细胞呼吸 ATP的动态平衡：ATP→ADP + Pi + 能量 [深度探究] ATP与ADP转化对比分析 小组讨论：填写ATP与ADP转化的对比表 N ÔH ÔH 比较项目 ATP→ADP+Pi+能量（水解） ADP+Pi+能量→ATP（合成） 反应类型 放能反应 吸能反应 催化酶 ATP水解酶 ATP合成酶 能量来源 高能磷酸键断裂 细胞呼吸分解有机物释放的能量 能量去向 用于各项生命活动（如肌肉收缩） 储存在形成的高能磷酸键中 反应场所 细胞内所有需要能量的部位 线粒体、细胞质基质等 【易错辨析】转化是可逆反应吗? ATP与ADP的转化是可逆反应吗? 结论：不是可逆反应！ 剧烈运动时，肌细胞中ATP的合成 速率会远大于水解速率吗? 原因：物质可逆，但酶不同、能量来源与去向 不同、反应场所不同。 ATP 物质可逆 ADP + Pi 合成酶 水解酶 条件不可逆 能量来源 能量去向 肌肉收缩 凿光 结论：不会！ 原因：ATP在细胞内含量很少，但转化极快， 合成速率与水解速率始终保持动态平衡。 少量 ATP 水解速率 合成速率 转化极快 动态平衡 第二部分 运动过程的供能方式--有氧呼吸与无氧呼吸 【情境感知】体测后的访谈记录 学生体测后访谈记录： “跑前200米很轻松，呼吸平稳。” “越到后面越喘不上气，感觉氧气根本不够用！” “冲过终点的时候腿已经软了，当天晚上腿酸到 抬不起来。” 驱动问题: 跑步过程中，肌细胞的供能方式发生了什么变化? 导致肌肉酸痛的物质究竟是什么? 【深度探究】有氧呼吸总览 有氧呼吸：细胞能量的“主力军” 概念：细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产 生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。 通过多种酶催化 ATP 主要场所：线粒体（细胞的“动力车间”） 外膜 内膜 基质 葡萄糖 葡萄糖 【深度探究】有氧呼吸第一阶段：糖酵解 OH Hc C H - C H C6H C Ho OH c H OH [-]H] [H] 47p ATP ATP 第一阶段：糖酵解（无需氧气参与） 场所：细胞质基质 物质变化：1分子葡萄糖分解为2分子丙酮 酸，产生少量[H]（NADH）。 能量变化：释放少量能量，合成少量ATP。 反应式：丙酮酸 + 4[H] + 少量 能量 【深度探究】有氧呼吸第二阶段：三羧酸循环 【文字内容】： 第二阶段：三羧酸循环（需水参与） 场所：线粒体基质 丙酮酸 物质变化：丙酮酸和水彻底分解成，产生大量[H]。 能量变化：释放少量能量，合成少量ATP。 反应式：2丙酮酸 少量能量 [H] 能量球 ATP 能量变化：释放少量能量，合成少量ATP。 反应式：2丙酮酸 少量能量 ATP 【深度探究】有氧呼吸第三阶段：电子传递链 第三阶段：电子传递链（需氧气参与） 场所：线粒体内膜（内折形成嵴，增大膜面积） 物质变化：前两阶段产生的[H]与氧气结合生成水。 能量变化：释放大量能量，合成大量ATP。 反应式： +大量能量 【深度探究】有氧呼吸三个阶段对比梳理 小组合作：填写有氧呼吸三个阶段对比表 阶段 场所 反应物 产物 释放能量 第一阶段 细胞质 基质 葡萄糖 丙酮酸、 [H] 少量 第二阶段 线粒体 基质 丙酮酸、 H2O CO2、[H] 少量 第三阶段 线粒体 内膜 [H]、O2 H2O 大量 葡萄糖 → 丙酮酸 第一阶段 细胞质基质 [ H ] 线粒体 丙酮酸 CO 第二阶段 [ H ] 线粒体基质 [H] 第三阶段 线粒体内膜 核心本质：有机物彻底氧化分解，将稳定的 化学能转化为ATP中活跃的化学能。 【深度探究】无氧呼吸与肌肉酸痛机制 无氧呼吸：氧气不足时的“应急预案” 肌肉酸痛的元凶： 场所：始终在细胞质基质 第二阶段 (肌肉细胞等) A 酶 乳酸 第一阶段: 细胞质基质 (不产生ATP) （与有氧呼吸相同） 酶 葡萄糖 丙酮酸+[H]+少量ATP 第二阶段 酶 酒精+ (不产生ATP!) (酵母菌/植物) 剧烈运动时，氧气供应不足，肌细 胞进行无氧呼吸产生乳酸。乳酸积 累导致肌肉内pH降低，刺激神经末 梢产生酸痛感。 【深度探究】有氧呼吸与无氧呼吸的异同 对比分析：有氧呼吸 VS 无氧呼吸 有氧呼吸 无氧呼吸 场所：细胞质基质、 线粒体 条件：需、酶 产物：、 能量释放：大量（彻底 分解） 联系 第一阶段完全 相同；本质均 为分解有机物 放能合成 ATP 场所：细胞质基质 条件：不需、需酶 产物：乳酸或酒精+ 能量释放：少量（不彻 底，能量留在乳酸/酒 精中） 【易错辨析】细胞呼吸的认知误区 关键问题辨析： 误区问题1 误区问题1 误区问题1 没有线粒体的细胞能不 能进行有氧呼吸? 剧烈运动时，肌细胞的 能量主要来自无氧吸吗? 休息2天后酸痛感为什 么会消失？ 正确结论和解析 正确结论和解析 正确结论和解析 能！例如好氧细菌（原核 生物），其细胞膜上含有 与有氧呼吸相关的酶。 错！有氧呼吸始终是主力。 无氧呼吸仅在氧气供应不足 时，作为补充提供能量差额。 乳酸随血液运输至肝脏， 重新转化为丙酮酸，再次 进入有氧呼吸被彻底分解。 好氧细菌结构简圈 （补充：哺乳动物成熟红细胞无线粒体， 只能进行无氧呼吸产乳酸） 无氧呼吸 有氧呼吸 乳酸 休息2天 丙酮酸 外体 乳酸 （来自肌肉） 彻底分解 肝脏代谢示意图 22 第三部分 节食减肥时的供能来源--其他有机物的氧化分解 【情境感知】节食运动的危险信号 学生案例： 小丽为了在体测中减轻负 担，提前一周开始节食减肥， 几乎不吃主食（糖类），只 吃少量蔬菜和水煮蛋。 结果: 体测跑了一半就严重头晕、 乏力，差点晕倒。 校医诊断报告 校医诊断： “体内糖原耗尽，脂肪甚 至蛋白质都被大量动员用 来供能了！" 驱动问题： 细胞只能氧化分解葡萄糖 获取能量吗? 脂肪和蛋白质是怎么被分 解供能的? 【深度探究】三大营养物质的代谢路径 条条大路通“呼吸”： 糖类、脂肪、蛋白质并非孤立 代谢，它们拥有共同的氧化分 解路径。 XNDC 蛋白质 糖类 脂肪 fat) 甘油和 脂肪酸 葡萄糖 氨基酸 （经脱氨基作用） 丙酮酸 / 乙酰辅酶A 三羧酸循环 【深度探究】脂肪与蛋白质供能特点分析 关键问题 关键问题 为什么相同质量的脂肪，氧化分解释放 的能量远3多于葡萄糖? 为什么不提倡长期节食减肥? 等质量脂肪和糖类的碳氢比例及产能数值 免疫力下降 C, H:O 比 能量释放 解析：脂肪分子中碳、氢比例高，氧比例低。在有 有氧呼吸第三阶段，更多的[H]与氧结合，释放更多 能量，同时消耗更多氧气。 解析：当糖类和脂肪耗尽时，身体会大量分解蛋白 质供能。蛋白质是生命活动的主要承担者，过度分 解会导致肌肉萎缩、免疫力下降，严重影响身体 正常结构和功能。 第四部分 细胞呼吸原理的生活应用 【迁移应用】科学运动补给方案 情境拓展1（运动热点）： 市面上常见的运动补给有：葡萄糖粉、肌酸、电解质饮料。 任务：如果你要备战下个月的校运动会1500米比赛，你会怎么选择补给？请结 合细胞呼吸原理说明理由。 葡萄糖粉 肌酸 电解质饮料 赛前 赛中/赛后 科学建议：补充易吸收的糖类（如葡 萄糖），保证有氧呼吸底物充足。 科学建议：补充电解质饮料，维持无 机盐平衡；适度慢走放松，促进血液 循环，加速乳酸运往肝脏代谢消除。 【迁移应用】传统美食中的生物学智慧 情境拓展2（生活热点）： 奶奶在家自制米酒，操作步骤如下： ① 先把糯米蒸熟拌酒曲； 敞口放置2天； ③ 再密封保存1周，就能出酒。 密封保存：创造无氧环境，让酵母菌进行 无氧呼吸产生酒精（发酵产酒） 原理解析 沪科版高中生物必修1·生物智慧 【课堂总结】建设知识网络 糖化斯（在物膠肉基质） 阿请斯三分奔 ATP TCA循环（细物体基质） 结构 气氧 A-P~P~P 电子运输链（细物体内膜） Oh ON CO 直接 ，大量ATP 细胞 ATPADP+Pi+能量 H_{3}O 能源 转换 呼吸 （酵素/能量/座地不同，非可制） ATP 场地：在物膜肉基质弥 类型 氨吸 产品：乳酸//酒料+CO, 少量ATP 特往 阶段1完全一同 含量低、转换快、动态平衡 句馆 签到 相似/差别 精华分解的有机 释放能量合成ATP 细胞获取能量 脂肪/蛋白素 科学运动 其他的础 中间产品 → 日常生活 基体分解 米酒酵泡 进入呼吸路径 应用 水果蔬菜保存 $