【說明】：此教學設計任務由南京曉莊學院現代教育技術課程老師yqiong參與教師-維基星光計畫進行wiki教學而發布。此詞條為範例詞條，由yqiong選定主題並負責、參與現代教育技術課程的所有同學協作共同完成！
標準信息
科目：生物科學 教學對象：高中三年級
課時：2節 教學環境：多媒體教室
學習者的特徵分類
本節課時基於同學們學習了上一章《酶的作用》的內容，學習了“呼吸作用的概念與生理意義”、“高等植物的呼吸系統”的內容，欲了解基因是如何調控酶完成呼吸作用的過程。此內容為高中生物的一個難點，需要學生有一定的理解能力。
教學目標
理解並掌握呼吸作用的概念與生理意義，高等植物的呼吸作用。了解糖的分解過程。
媒體資源
教師活動：課堂開始在沒有學習人體免疫的前提下先在PPT上出示幾個探索性的問題
免疫細胞起源與分化學生活動：小組討論以上問題
教師活動：對學生討論的結果進行總結並進入本課教學內容環節
教師活動：在講課過程中放映幾段呼吸作用的模擬視頻幫助學生更好的理解所學內容
huxi
huxi在課程快要結束的時候
教師活動：再要求小組討論課堂一開始出示的幾個探索性問題，並要求推薦一人做最後總結性回答
呼吸作用圖
學生活動：再次進行小組討論，並進行總結
教學內容與分析
一、呼吸作用的概念與生理意義
（一）呼吸作用的概念
呼吸作用是指生活細胞內的有機物，在酶的參與下，逐步氧化分解並釋放能量的過程。呼吸作用的產物因呼吸類型的不同而有差異。依據呼吸過程中是否有氧的參與，可將呼吸作用分為有氧呼吸和無氧呼吸兩大類型。
呼吸作用圖解A、有氧呼吸
有氧呼吸是指生活細胞利用分子氧(O2)，將某些有機物質徹底氧化分解，形成二氧化碳和水，同時釋放能量的過程。呼吸作用中被氧化的有機物稱為呼吸底物或呼吸基質，碳水化合物、有機酸、蛋白質、脂肪都可以作為呼吸底物。一般來說，澱粉、葡萄糖、果糖、蔗糖等碳水化合物是最常利用的呼吸底物。如以葡萄糖作為呼吸底物，則有氧呼吸的總反應可用下式表示：
C6H12O6+6O2→CO2+6H2O△G0’=－2870KJ•mol-1
△G0’是指pH為7時標準自由能的變化。
上列總反應式表明，在有氧呼吸時，呼吸底物被徹底氧化為二氧化碳和水，氧被還原為水。有氧呼吸總反應式和燃燒反應式相同，但是在燃燒時底物分子與氧反應迅速激烈，能量以熱的形式釋放；而在呼吸作用中氧化作用則分為許多步驟進行，能量是逐步釋放的，一部分轉移到ATP和NADH分子中，成為隨時可利用的貯備能，另一部分則以熱的形式放出。
有氧呼吸是高等植物呼吸的主要形式，通常所說的呼吸作用，主要是指有氧呼吸。
B、無氧呼吸
無氧呼吸是指生活細胞在無氧條件下，把某些有機物分解成為不徹底的氧化產物，同時釋放能量的過程。微生物的無氧呼吸通常稱為發酵，例如酵母菌，在無氧條件下分解葡萄糖產生酒精，這種作用稱為酒精發酵，其反應式如下：
C6H12O6→2C2H5OH+2CO2△G0’=－226KJ•mol-1
高等植物也可發生酒精發酵，例如甘薯、蘋果、香蕉貯藏久了，稻種催芽時堆積過厚，都會產生酒味，這便是酒精發酵的結果。
此外，乳酸菌在無氧條件下產生乳酸，這種作用稱為乳酸發酵，其反應式如下：
C6H12O6→2CH3CHOHCOOH△G0’=－197KJ•mol-1
高等植物也可發生乳酸發酵，例如，馬鈴薯塊莖、甜菜塊根、玉米胚和青貯飼料在進行無氧呼吸時就產生乳酸。
呼吸作用的進化與地球上大氣成分的變化有密切關係。地球上本來是沒有游離的氧氣的，生物只能進行無氧呼吸。由於光合生物的問世，大氣中氧含量提高了，生物體的有氧呼吸才相伴而生。現今高等植物的呼吸類型主要是有氧呼吸，但也仍保留著能進行無氧呼吸的能力。如種子吸水萌動，胚根、胚芽等在未突破種皮之前，主要進行無氧呼吸；成苗之後遇到淹水時，可進行短時期的無氧呼吸，以適應缺氧條件。
C、有氧呼吸與無氧呼吸的區別
無氧呼吸:指生活細胞對有機物進行的不完全的氧化。這個過程沒有分子氧參與，其氧化後的不完全氧化產物主要是酒精。總反應式：C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+226千焦耳(54千卡)在高等植物中常將無氧呼吸稱為發酵。其不完全氧化產物為酒精時，稱為酒精發酵；為乳酸則稱為乳酸發酵。在缺氧條件下，只能進行無氧呼吸，暫時維持其生命活動。無氧呼吸最終會使植物受到危害，其原因，一方面可能是由於有機物進行不完全氧化、產生的能量較少。於是，由於巴斯德效應，加速糖酵解速率，以補償低的ATP產額。隨之又會造成不完全氧化產物的積累，對細胞產生毒性；此外，也加速了對糖的消耗，有耗盡呼吸底物的危險。
有氧呼吸:有氧呼吸是指細胞在氧氣的參與下，通過酶的催化作用，把糖類等有機物徹底氧化分解，產生出二氧化碳和水，同時釋放出大量的能量的過程。有氧呼吸是高等動植物進行呼吸作用的主要形式。
無氧呼吸公式:酒精發酵:C6H12O6----2C2H5OH+2CO2+能量(橫線應改為箭頭,上標:酶)
乳酸發酵:C6H12O6----2C3H6O3+能量(橫線應改為箭頭,上標:酶)
有氧呼吸公式:C6H12O6+6H2O+6O2酶→6CO2+12H2O+38ATP
有氧呼吸主要線上粒體內,而無氧呼吸主要在細胞基質內.
有氧呼吸需要分子氧參加,而無氧呼吸不需要分子氧參加
有氧呼吸分解產物是二氧化碳和水,無氧呼吸分解產物是:酒精或者乳酸
氧呼吸釋放能量較多,有氧呼吸釋放能量較少.
呼吸作用呼吸作用與ATP呼吸作用產能比較
呼吸作用產生ATP的比較（二）呼吸作用的生理意義
呼吸作用對植物生命活動具有十分重要的意義，主要表現在以下三個方面：
1．為植物生命活動提供能量除綠色細胞可直接利用光能進行光合作用外，其它生命活動所需的能量都依賴於呼吸作用。呼吸作用將有機物質生物氧化，使其中的化學能以ATP形式貯存起來。當ATP在ATP酶作用下分解時，再把貯存的能量釋放出來，以不斷滿足植物體內各種生理過程對能量的需要(圖8-1)，未被利用的能量就轉變為熱能而散失掉。呼吸放熱，可提高植物體溫，有利於種子萌發、幼苗生長、開花傳粉、受精等。另外，呼吸作用還為植物體內有機物質的生物合成提供還原力(NADPH、NADH)。
2．中間產物是合成植物體內重要有機物質的原料 呼吸作用在分解有機物質過程中產生許多中間產物，其中有一些中間產物化學性質十分活躍，如丙酮酸。酮戊二酸、蘋果酸等，它們是進一步合成植物體內新的有機物的物質基礎。當呼吸作用發生改變時，中間產物的數量和種類也隨之而改變，從而影響著其它物質代謝過程。呼吸作用在植物體內的碳、氮和脂肪等代謝活動中起著樞紐作用。
3．植物抗病免疫方面有著重要作用在植物和病原微生物的相互作用中，植物依靠呼吸作用氧化分解病原微生物所分泌的毒素，以消除其毒害。植物受傷或受到病菌侵染時，也通過旺盛的呼吸，促進傷口癒合，加速木質化或栓質化，以減少病菌的侵染。此外，呼吸作用的加強還可促進具有殺菌作用的綠原酸、咖啡酸等的合成，以增強植物的免疫能力。
二、高等植物的呼吸系統
高等植物呼吸系統的多樣性
呼吸作用是所有生物的基本生理功能，呼吸作用又稱之為呼吸代謝。一般來講，植物的呼吸代謝是指植物以碳水化合物為底物，經過呼吸代謝途徑降解，產生各種中間產物和能量，供給其它生命活動過程之需要。呼吸代謝主要包括底物的降解(底物氧化)和能量產生(末端氧化)，以及能量產生的機構(氧化磷酸化和線粒體的結構與功能)。
在高等植物中存在著多條呼吸代謝的生化途徑，這是植物在長期進化過程中，對多變環境條件適應的體現。在缺氧條件下進行酒精發酵和乳酸發酵，在有氧條件下進行三羧酸循環和戊糖磷酸途徑，還有脂肪酸氧化分解的乙醛酸循環以及乙醇酸氧化途徑等 。
生物的呼吸作用
1、呼吸作用(不是呼吸)：指生物體的有機物在細胞內經過一系列的氧化分解，最終生成二氧化碳或其它產物，並且釋放出能量的過程。2、有氧呼吸：指細胞在有氧的參與下，把糖類等有機物徹底氧化分解，產生二氧化碳和水，同時釋放出大量能量的過程。
3、無氧呼吸：一般是指細胞在無氧的條件下，通過酶的催化作用，把等有機物分解為不徹底的氧化產物，同時釋放出少量能量的過程。
4、發酵：微生物的無氧呼吸。
相關知識
1、有氧呼吸：①場所：先在細胞質的基質，後線上粒體。②過程：第一階段、(葡萄糖)C6H12O6→2C3H4O3(丙酮酸)+4[H]+少量能量(細胞質的基質);第二階段、2C3H4O3(丙酮酸)→6CO2+20[H]+少量能量(線粒體);第三階段、24[H]+O2→12H2O+大量能量(線粒體)。
2、無氧呼吸(有氧呼吸是由無氧呼吸進化而來)：①場所：始終在細胞質基質②過程：第一階段、和有氧呼吸的相同;第二階段、2C3H4O3(丙酮酸)→C2H5OH(酒精)+CO2(或C3H6O3乳酸)②高等植物被淹產生酒精(如水稻)，(蘋果、梨可以通過無氧呼吸產生酒精);高等植物某些器官(如馬鈴薯塊莖、甜菜塊根)產生乳酸，高等動物和人無氧呼吸的產物是乳酸。
3、有氧呼吸與無氧呼吸的區別和聯繫①場所：有氧呼吸第一階段在細胞質的基質中，第二、三階段線上粒體②O2和酶：有氧呼吸第一、二階段不需O2;第三階段：需O2，第一、二、三階段需不同酶;無氧呼吸--不需O2，需不同酶。③氧化分解：有氧呼吸--徹底，無氧呼吸--不徹底。④能量釋放：有氧呼吸(釋放大量能量38ATP)---1mol葡萄糖徹底氧化分解，共釋放出2870kJ的能量，其中有1161kJ左右的能量儲存在ATP中;無氧呼吸(釋放少量能量2ATP)--1mol葡萄糖分解成乳酸共放出196.65kJ能量，其中61.08kJ儲存在ATP中。⑤有氧呼吸和無氧呼吸的第一階段相同。
4、呼吸作用的意義：為生物的生命活動提供能量。為其它化合物合成提供原料。
5、關於呼吸作用的計算規律是：①消耗等量的葡萄糖時，無氧呼吸與有氧呼吸產生的二氧化碳物質的量之比為1：3②產生同樣數量的ATP時無氧呼吸與有氧呼吸的葡萄糖物質的量之比為19：1。如果某生物產生二氧化碳和消耗的氧氣量相等，則該生物只進行有氧呼吸;如果某生物不消耗氧氣，只產生二氧化碳，則只進行無氧呼吸;如果某生物釋放的二氧化碳量比吸收的氧氣量多，則兩種呼吸都進行。
6、產生ATP的生理過程例如：有氧呼吸、光反應、無氧呼吸(暗反應不能產生)。在綠色植物的葉肉細胞內，形成ATP的場所是：細胞質基質(無氧呼吸)、葉綠體基粒(光反應)、線粒體(有氧呼吸的主要場所)
教學重點和難點
糖的分解過程
(一)糖酵解
糖酵解指己糖降解成丙酮酸過程，亦稱EMP途徑，以紀念對這方面工作貢獻較大的三位生化學家：Embden、Meyerhof和Parnas。參與反應的酶都存在於細胞質中，所以糖酵解是在細胞質中進行的。
1．糖酵解的化學歷程糖酵解的底物己糖來自於澱粉、蔗糖或果聚糖。澱粉經磷酸化酶或澱粉酶降解成葡糖—1—磷酸或D-葡萄糖；蔗糖在轉化酶作用下可形成D—葡萄糖和D-果糖；果聚糖也可在β-呋喃果糖酶作用下水解成D果糖。糖酵解的化學過程包括己糖經磷酸化作用活化形成1，6-二磷酸果糖、六碳糖裂解成兩分子三碳糖及三碳糖脫氫氧化成丙酮酸三個階段共11個連續的酶促反應。
2．糖酵解的生理意皋
(1)糖酵解存在普遍。糖酵解普遍存在於生物體中，是有氧呼吸和無氧呼吸的共同途徑。
(2)糖酵解產物活躍。糖酵解的產物丙酮酸的化學性質十分活躍，可以通過各種代謝途徑，生成不同的物質。
(3)糖酵解是生物體獲得能量的主要途徑。通過糖酵解，生物體可獲得生命活動所需的部分能量。對於厭氧生物來說，糖酵解是糖分解和獲取能量的主要方式。
(4)糖酵解多數反應可逆轉。糖酵解途徑中，除了由己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶等所催化的反應以外，多數反應均可逆轉，這就為糖異生作用提供了基本途徑。
(二)戊糖磷酸途徑
20世紀50年代初的研究發現EMP-TCAC途徑並不是高等植物中有氧呼吸的惟一途徑。實驗證據是，當向植物組織勻漿中添加糖酵解抑制劑(氟化物和碘代乙酸等)時，不可能完全抑制呼吸。瓦伯格(Warburg)也發現，葡萄糖氧化為磷酸丙糖可不需經過醛縮酶的反應。此後不久，便發現了戊糖磷酸途徑(簡稱PPP)，又稱己糖磷酸途徑(簡稱HMP)或己糖磷酸支路。
1．戊糖磷酸途徑的化學歷程戊糖磷酸途徑是指葡萄糖在細胞質內直接氧化脫羧，並以戊糖磷酸為重要中間產物的有氧呼吸途徑。整個化學過程見圖8-5。
戊糖磷酸途徑經歷葡萄糖活化成葡萄糖-6-磷酸後的氧化(反應①～③)及再生兩個階段(反應④～⑩)。第一階段為不可逆反應，1分子葡萄糖脫去1個羧基(放出1分子二氧化碳)，並形成1分子核酮糖-5-磷酸；如果將1分子葡萄糖徹底氧化分解成6分子二氧化碳的話，那就相當於6分子葡萄糖為一組同時參加反應，生成6分子核酮糖-5-磷酸；在第二階段，通過分子重排等一系列異構化及基團轉移反應，經歷三碳、四碳、五碳及七碳糖的磷酸酯階段，最後生成5分子的6—磷酸葡萄糖，此階段為可逆反應。
戊糖磷酸途徑的總反應是：
6G6P+12NADP+7H2O→6CO2+12NADPH+12H++5G6P+Pi
2．戊糖磷酸途徑的特點和生理意義
(1)PPP是葡萄糖直接氧化分解的生化途徑。每氧化1分子葡萄糖可產生12分子的有較高的能量轉化效率。
(2)戊糖磷酸途徑在下列化學過程中起重要作用。戊糖磷酸途徑中生成的NADPH+H+，在脂肪酸、固醇等的生物合成、非光合細胞的硝酸鹽、亞硝酸鹽的還原以及氨的同化、丙酮酸羧化還原成蘋果酸等過程中起重要作用。
(3)該途徑中的一些中間產物是許多重要有機物質生物合成的原料。如核酮糖-5-磷酸和核糖-5-磷酸是合成核苷酸的原料。赤蘚糖-4-磷酸和EMP中的3—磷酸甘油酸可合成莽草酸，經莽草酸途徑可合成芳香族胺基酸，還可合成與植物生長、抗病性有關的生長素、木質素、綠原酸、咖啡酸等。
(4)戊糖磷酸途徑和光合作用可以聯繫起來。該途徑分子重組階段形成的丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖的磷酸酯及酶類與卡爾文循環的中間產物和酶相同，因而戊糖磷酸途徑和光合作用可以聯繫起來。
(5)PPP在許多植物中普遍存在，特別是在植物感病、受傷、乾旱時，該途徑可占全部呼吸的50％以上。由於該途徑和EMP-TCAC途徑的酶系統不同，因此當EMP-TCAC途徑受阻時，PPP則可替代正常的有氧呼吸。在糖的有氧降解中，EMP-TCAC途徑與PPP所占的比例，隨植物的種類、器官、年齡和環境而發生變化，這也體現了植物呼吸代謝的多樣性。
教學策略
本節內容以老師授課為主
在教學過程中會有小組討論環節，討論老師提出的具有探索性的問題，並由小組推薦一人進行總結回答
在教學快結束時，會抽學生到黑板畫出呼吸作用的流程圖。
要求學生寫出三中呼吸作用的化學方程式。
課後作業鞏固提高
擴展
發酵工程：發酵工程是指採用工程技術手段，利用生物，主要是微生物的某些功能，為人類生產有用的生物產品，或者直接用微生物參與控制某些工業生產過程的一種技術。人們熟知的利用酵母菌發酵製造啤酒、果酒、工業酒精，利用乳酸菌發酵製造乳酪和酸牛奶，利用真菌大規模生產青黴素等都是這方面的例子。隨著科學技術的進步，發酵技術也有了很大的發展，並且已經進入能夠人為控制和改造微生物，使這些微生物為人類生產產品的現代發酵工程階段。現代發酵工程作為現代生物技術的一個重要組成部分，具有廣闊的套用前景。例如，利用DNA重組技術有目的地改造原有的菌種並且提高其產量；利用微生物發酵生產藥品，如人的胰島素、干擾素和生長素等。
