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高一生物复习方法:从化学能到生物

来源:101教育网整理 2019-10-16 字体大小: 分享到:

  101教育网高中小编为大家整理了《高一生物复习方法:从化学能到生物》的相关内容,供大家参考。

  学习目标

  1.说明细胞呼吸(知识性目标:理解水平)。

  2.探讨其原理的应用〔情感性目标:经历(感受)水平〕〕。

  学习提示

  通过探究酵母菌的呼吸方式来掌握细胞呼吸的两种方式及其产物等。

  1.生物体生命活动的主要能源物质是什么?

  2.生物体内储存能量的物质是什么?

  3.生物新陈代谢所需能量的直接来源是什么?

  4.在光合作用过程中的能量转化是如何进行的?

  答案:

  1.生物体生命活动的主要能源物质是糖类。包括葡萄糖、果糖、糖元、淀粉等。

  2.生物体内储存能量的物质是脂肪。

  3.生物新陈代谢所需能量的直接来源是ATP的水解。

  4.在光合作用过程中的能量转化是:太阳光能→电能→ATP与NADPH中活跃的化学能→糖类中稳定的化学能。

  知识链接

  糖类是主要的能源物质。

  ATP含量稳定、可再生和移动迅速、供能高效,因而成为细胞内能量释放、转移和利用的中间物质。

  光合作用为几乎所有生物提供了物质和能量来源。

  教材分析

  汽油的燃烧是一个物质氧化的化学反应过程,C由还原态转变为氧化态的过程中有大量的能量被释放出来,在这一能量的转变中是一个由稳定的化学能转变为物理能的过程(如放出大量的光和热)。

  与此相似,生命的运动过程也有一个能量形式的转变。而在细胞内的能量是贮存在有机物中的,这相当于汽油这种燃料,例如:糖类、脂肪、蛋白质。这些“燃料”中能量必须被氧化分解,变成氧化态,能量就可以释放出来,并且转变成ATP中的活跃化学能被生命活动直接利用。 要点提炼

  与汽油这种形式的能源物质相似——在细胞内的能量也是贮存于还原态的碳元素中,能量的释放过程,就其本质来说:是一个碳元素被氧化的过程。

  1.细胞呼吸的类型

  无论是自养生物还是异养生物,细胞必须将这些有机物氧化分解,将能量释放出来,供生命活动之需。细胞氧化葡萄糖、脂肪酸或其他有机物以获取能量并产生CO2的过程称为细胞呼吸。

  探究活动

  酵母菌细胞呼吸的方式

  目的要求:通过探究酵母菌细胞呼吸的方式,了解细胞呼吸的类型。 细胞呼吸的最重要的意义是为生命活动提供能量。

  实验原理:酵母菌是兼性厌氧微生物,在有氧和无氧的条件下均能正常生存。有氧呼吸是在有氧气条件下进行的,产生二氧化碳和水,释放能量多。无氧呼吸是在无氧(或缺氧)条件下进行,产生二氧化碳和酒精,释放能量较少的一种呼吸方式。 全析提示

  释放能量多少的显示方法:用温度计测量保温瓶内的温度变化。

  材料器具:酵母培养液;液体石蜡油(用于培养液面与空气进行可靠的隔离)、0.1 g/mL葡萄糖液;保温瓶(可以有效地控制内部温度尽可能的不受外界影响)、温度计、棉花(可以阻止空气中的微生物进入,但空气可以进入)。

  活动程序:(1)取3只保温瓶,编号为A、B、C。 将少量的酵母菌放进由蒸馏水、纯糖和酒石酸铵组成的培养液中,经过一夜的培养,便可以产生出千千万万的酵母菌。

  (2)A瓶注入煮沸冷却(冷却的目的是避免高温杀死酵母菌)的质量分数为0.1 g/mL的葡萄糖溶液1 L;B、C瓶注入未经煮沸的质量分数为0.1 g/mL的葡萄糖溶液1 L。

  (3)向A、B瓶中加入等量的酵母培养液,C号瓶中不加入酵母菌培养液(作为空白对照)。

  (4)向A号瓶中注入液体石蜡。 煮沸的目的有两个:其一是排出氧气,气体于100℃在水中的溶解度非常小;其二是杀死微生物。

  (5)3个瓶中同时放入温度计,并用棉团轻轻塞上瓶口(这样做可以有效地通入空气,并且阻止空气中的微生物的进入),插入温度计并保证保温瓶通气。

  (6)2 h后观察并记录3个保温瓶温度数据。

  结果预测及分析:B号瓶中温度最高,A号瓶次之,C号瓶的温度最低并且接近室温。 液体石蜡的密度比水小,所以可以在水面上形成一层油膜,从而有效地使空气与培养液隔开。

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  高一生物教案 从化学能到生物能

  B号瓶中的酵母菌进行的呼吸方式是有氧呼吸。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,产生二氧化碳和水,同时释放出大量能量的过程,称为有氧呼吸。A号瓶中的酵母菌进行的呼吸方式是无氧呼吸。无氧呼吸不需要大气中的氧。

  绝大多数的动物和植物都需要进行有氧呼吸,所以必须生活在氧气充足的条件下。几种专营体内寄生的动物进行无氧呼吸,如蛔虫、猪肉绦虫等。部分微生物也必须进行无氧呼吸才能生存,这种微生物的代谢类型被称为专性厌氧,除了书上的两种微生物外,还有甲烷杆菌、链球菌等。

  2.细胞呼吸的主要场所——线粒体 要点提炼

  酵母菌的两种呼吸方式:①有氧呼吸时产物是CO2和H2O,并有大量能量释放;②无氧呼吸产物是酒精和CO2,释放少量能量。

  线粒体,最早发现这种细胞器是1857年利用光学显微镜在昆虫的肌肉细胞中看到的一种颗粒状结构,直到1897年Benda才把这种线状和颗粒状结构称为线粒体。在光学显微镜下,线粒体成颗粒状或短杆状,横径约0.2~1 μm,长约2~8 μm,相当于一个细菌的大小。 全析提示

  线粒体的形态与其名称来历有关,线粒体在光学显微镜下呈线状和颗粒状。

  线粒体在电镜下呈双层膜结构,内膜向内腔折叠形成嵴,嵴的形成增加了线粒体内膜的面积。线粒体内膜中蛋白质的含量比外膜多得多,完成有氧呼吸第三阶段过程的所有的酶都分布在内膜上。第二阶段的酶在线粒体基质中。

  线粒体是有氧呼吸的主要场所,它的主要使命是为各种生命活动提供能量,所以在能量代谢旺盛的细胞中,线粒体的数量就比较多,如心肌细胞与骨骼肌细胞相比较,心肌细胞消耗的能量比骨骼肌细胞多,所以心肌细胞中的线粒体数量比骨骼肌多,而且每个线粒体中嵴的数量也比骨骼肌中多。 要点提炼

  有氧呼吸有关的酶分布在基质(第二阶段)和内膜(第三阶段)上。

  线粒体为生命活动提供能量,所以需要能量多的细胞内的线粒体数量多。

  在线粒体中有少量的DNA和RNA,线粒体在细胞中可以进行自我增殖,如细胞从低能量代谢转到高能量代谢时,线粒体的数量就会增加,所以线粒体在遗传上不完全依赖于细胞核,有一定独立性。 全析提示[Ks5u.com]

  线粒体称为半自主性细胞器,是因为:①增殖不与细胞同步;②能够自主合成部分蛋白质。

  3.细胞呼吸的过程

  (1)有氧呼吸是高等动物和植物细胞进行呼吸作用的主要形式,因此,通常所说的呼吸作用就是指有氧呼吸。细胞进行有氧呼吸的主要场所是线粒体。

  氧化的有机物最多的是葡萄糖(约占全部的70%)。如果选择适当的催化剂使葡萄糖燃烧,一步就被氧化成CO2和水,而在细胞中葡萄糖的氧化是要经过许多步骤才产生CO2和水的。

  有氧呼吸的全过程可分为三个阶段: 要点提炼

  物质在细胞内氧化分解最大特点是:要经过一系列复杂的化学反应,逐步释放出来的。

  第一阶段:1分子葡萄糖分解为2分子的丙酮酸(C3H4O3),同时产生少量的氢和少量的能量,这些能量能产生2分子ATP。这个过程是在细胞质基质中进行的。

  C6H12O6 2C3H4O3+4[H]+2ATP 第一阶段可称为:葡萄糖的分解。

  第二阶段:丙酮酸经过一系列的反应,分解成二氧化碳和氢,同时释放出少量能量,这些能量能产生2分子ATP。这个阶段是在线粒体基质中进行的。

  2C3H4O3+6H2O 6CO2+20[H]+2ATP 第二阶段可称为:丙酮酸的彻底分解。

  第三阶段:前两个阶段产生的氢,经过一系列反应,与氧结合成水,同时释放大量的能量,这些能量能产生34分子ATP。这个过程是在线粒体内膜(嵴)上进行的。 第三阶段可称为:水的产生。

  24[H]+6O2 12H2O+34ATP

  以葡萄糖为底物的细胞呼吸的总反应式是:

  C6H12O6+6O2+6H2O 6CO2+12H2O+能量 全析提示

  总反应式两侧的水不可以约掉,因为不是在一个阶段中参与的反应。

  综合上述每氧化1摩尔葡萄糖,生成6摩尔的二氧化碳和12摩尔的水,同时生成38摩尔ATP。每氧化1摩尔葡萄糖释放出来的总能量是2870 kJ,其中只有1161 kJ转移至ATP的高能磷酸键上,能量转变效率只有40%左右,其余部分(1709 kJ)的能量就以热能形式散失掉了。

  (2)无氧呼吸

  无氧呼吸也包括许多类型,但它们有一个共同的特点,氧气不参与反应,并且呼吸底物只是部分地被氧化,所以最终形成的产物有酒精、乳酸等。 左栏中的一组数据是一定要掌握的。

  第一阶段:1分子葡萄糖分解为2分子的丙酮酸(C3H4O3),同时产生少量的氢和少量的能量,这些能量能产生2分子ATP。这个过程是在细胞质基质中进行的。

  C6H12O6 2C3H4O3+4[H]+2ATP 要点提炼

  第一阶段与有氧呼吸的相同,可以看出这一阶段并不需要氧气存在。

  第二阶段:生物种类不同,终产物有两种。

  ①产生酒精的无氧呼吸 酵母菌和其他一些微生物,甚至一些高等植物,在缺氧条件下,都以酒精无氧呼吸的形式进行呼吸。 全析提示

  无氧呼吸全过程中,这是唯一的释放能量的过程。

  无氧气存在时,丙酮酸就在丙酮酸羧化酶的作用下,脱羧成为乙醛。乙醛在乙醇脱氢酶的作用下,被第一阶段产生的[H]还原为酒精(乙醇)。这些反应可以用下列的反应式来表示:

  2CH3COCOOH 2CH3CHO+2CO2

  2CH3CHO+2[H] 2C2H5OH 思维拓展

  这一过程可以看出,[H]中贮存的能量随之进入了酒精。

  酒精无氧呼吸的总反应式是:

  C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量

  ②产生乳酸的无氧呼吸 高等动物和人体的无氧呼吸产生乳酸。乳酸无氧呼吸也不需要氧的参与,而只依靠酶的作用就能把1分子葡萄糖分解成2分子乳酸,并且产生2分子ATP。ks5u.com 全析提示

  从反应式中可以看出,物质在反应前后依然是平衡的。

  2CH3COCOOH+2[H] 2CH3CHOHCOOH

  乳酸发酵的总反应式是:

  C6H12O6 2C3H6O3+能量

  此外,还有一些高等植物的某些器官在进行无氧呼吸时也可以产生乳酸,如马铃薯块茎、甜菜块根等。 左栏中的反应式中也有丙酮酸被还原的过程:羰基被还原成了羟基。

  总之,无氧呼吸的效率虽然远比有氧呼吸低,但作为一种应急措施是必要的。从生物的进化历史来看,无氧呼吸也是很有意义的。因为在绿色植物出现之前没有光合作用,因而大气中没有氧气。这时的原始生物必然是靠无氧呼吸获得它们所需的能量。

  在无氧呼吸中,分解葡萄糖时释放的能量是196.65 kJ/mol,本章第一节中ATP水解时,释放能量的值是30.54 kJ/mol,所以无氧呼吸中产生的2 mol ATP中的能量是61.08 kJ。

  细胞呼吸释放出来的能用于细胞的各种生命活动过程。细胞生长、分裂时需要合成许多物质,因而都要耗能。恒温动物体温的维持也需要能。在低温下,生物生长非常缓慢,甚至停滞,原因之一就是呼吸作用十分低微,生物合成十分缓慢。细胞的主动运输也是一种耗能过程。植物根系在氧分压很低的情况下对K+的吸收大大减少,就是因为在氧分压低时呼吸作用微弱,不能产生足够的自由能之故。某些特殊的生物,如萤火虫、电鳗等的光能、电能等都是由ATP中的化学能转换而来的。动物的机械活动所消耗的能,也都来自呼吸作用中产生的ATP。 要点提炼

  ①只需相应的酶,不需O2,在有O2存在时,无氧呼吸会受抑制。②物质变化:由于缺氧,C6H12O6不能彻底氧化分解,而产生不彻底氧化产物,如C2H5OH或C3H6O3。③能量变化:因为分解不彻底,氧化产物中还贮存着能量,所以释能少。

  呼吸作用中的能量形式的转变:稳定的化学能(有机物) 活跃的化学能(ATP) 生物能(萤火虫、电鳗的光能等)。

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标签: 高一 生物 答题技巧 复习方法 (责任编辑:潇潇雨歇)

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