5.2 细胞的能量“货币” ATP课件-2023-2024学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

第五章 细胞的能量供应和利用 第2节 细胞的能量“货币”ATP 银烛秋光冷画屏， 轻罗小扇扑流萤。 天阶夜色凉如水， 卧看牵牛织女星。 ——唐.杜牧 1 观察视频 思考讨论： 1、萤火虫发光的生物学意义是什么？ 2、萤火虫体内有特殊的发光物质吗？ 3、在萤火虫发光的过程中有能量的转化吗？ 相互传递信号，以便繁衍后代。 萤火虫腹部后端细胞内含有的荧光素，是其特有的发光物质。 有，腹部细胞内一些有机物中储存的化学能，只有在转变为光能时，萤火虫才能发光。 【提出问题】是谁直接给萤火虫发光提供能量呢？是葡萄糖，脂肪，还是其他物质？ 2 探究一、萤火虫发光的直接能源物质是? 【材料用具】 【作出假设】 【提出问题】 ATP是直接的能源物质 萤火虫发光的直接能源物质是什么？ 【实验设计】 活萤火虫数只，生理盐水，葡萄糖，脂肪、ATP 荧光素+ 氧化荧光素 + H2O （发出荧光） 【实验原理】 能量+O2 用小刀将数十只萤火虫的发光器割下,干燥后研磨成粉末,取四等份分别装入四支试管,各加入少量生理盐水使之混合，置于暗处，可见荧光。 荧光素酶 【提出问题】是谁直接给萤火虫发光提供能量呢？是葡萄糖，脂肪，还是其他物质？ 3 A B C ２ｍL 蒸馏水 有荧光 出现 无荧光 出现 无荧光 出现 2ml荧光素溶液 15min 暗处 观察 暗处 萤火虫发光的直接供能物质是 。 ATP ２ｍL ATP制剂 自变量 因变量 对照组 实验组 荧光消失 ２ｍL 葡萄糖溶液 【实验设计】 实验组 探究一、萤火虫发光的直接能源物质是? 【提出问题】是谁直接给萤火虫发光提供能量呢？是葡萄糖，脂肪，还是其他物质？ 【实验结论】 4 D 无荧光 出现 实验组 ２ｍL 脂肪溶液 【本节课的核心问题】 生命活动的直接能源物质为什么是ATP而不是葡萄糖? 5 探究二：ATP的化学结构 1. 全称：腺苷三磷酸（Adenosine triphosphate） 腺嘌呤 思考：请用 表示腺嘌呤，用 表示核糖，用 表示磷酸，构建ATP分子的结构模型 A P 磷酸基团 （triphosphate） 核糖 腺苷（Adenosine） 一、 ATP是一种高能磷酸化合物 6 6 2. ATP的化学结构: A 核糖 腺嘌呤 腺苷（A） AMP腺苷一磷酸 ADP腺苷二磷酸 ~ P P ~ P ATP腺苷三磷酸 说明：AMP也叫腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本单位之一。 探究二：ATP的化学结构 一、 ATP是一种高能磷酸化合物 7 3. ATP的结构简式： A－P～P～P A： P： ～： —： 腺苷 磷酸基团 特殊的化学键 普通的化学键 化学结构: A 核糖 腺嘌呤 腺苷（A） AMP腺苷一磷酸 ADP腺苷二磷酸 ~ P P ~ P ATP腺苷三磷酸 探究二：ATP的化学结构 一、 ATP是一种高能磷酸化合物 8 4. 结构特点 (1)不稳定： (2)高能量： 由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得这种化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的转移势能。 1mol ATP水解释放的能量高达30.54kJ/mol，是细胞内的一种高能磷酸化合物。 A P P P 30.54 KJ/mol 13.8 KJ/mol 一、 ATP是一种高能磷酸化合物 9 结合ATP的结构特点，尝试进行解释？ 背景资料： 1mol ATP水解释放的能量高达30.54kJ。 1mol 葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870kJ。 答：ATP为活跃的化学能。而葡萄糖为稳定的化学能。 【本节课的核心问题】 生命活动的直接能源物质为什么是ATP而不是葡萄糖? 10 是细胞生命活动的直接能源物质。 5. ATP的功能： 一、 ATP是一种高能磷酸化合物 11 假设人类平均体重为70kg，每天消耗约125 mol的 ATP。ATP 的分子量为551 g/mol。算一算：一个人每天约消耗多少kg ATP? 答：消耗ATP约69kg/天，这约等于一个人的体重。 20mg*12粒/盒 售价：7.8元 (32.5元/g） 32.5元/g/天 x 69000g=2242500元/天 【资料1】 【资料2】 在紧张的活动下，ATP的消耗可达0.5kg/min 肌肉内ATP的含量只能供肌肉收缩1~2s所需的能量。 比较ATP在细胞内的含量和人体每日ATP的消耗量，这说明了什么？ 二、ATP和ADP的相互转化 答：①ATP在细胞内储存量少，消耗量大，说明ATP可迅速再生！ ②细胞必须源源不断的摄入能量。（回忆：能量来自于哪个细胞器？） 12 ATP 合成酶 ADP +Pi +能量 水解酶 二、ATP和ADP的相互转化 13 13 1. 特点： IMN ①ATP和ADP相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，且转化的速率越快，单位时间供能越多。 ②ATP和ADP相互转化的能量供应机制普遍存在，体现了生物界的统一性。 2. ADP转化成ATP时所需能量来源 动物、人、真菌和大多数细菌 绿色植物 能 量 呼 吸 作 用 呼 吸 作 用 光 合 作 用 ADP +Pi+ ATP 合成酶 细胞质基质 线粒体 叶绿体 二、ATP和ADP的相互转化 14 请从ATP系统的动态平衡角度分析? 答：ATP有特殊的能量供应机制。 在活细胞中，ATP末端磷酸基团的周转是极其迅速的，其消耗与再生的速度是相对平衡的，ATP的含量维持在一个相对稳定的，动态平衡的水平。这对于构成细胞内稳定的供能环境具有十分重要的意义。 而水解葡萄糖需要时间。 【本节课的核心问题】 生命活动的直接供能物质为什么是ATP而不是葡萄糖? 15 16 主动运输 细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的，如大脑思考、电鳐发电和物质的主动运输都需要消耗ATP。 吸能 三、ATP的利用 1. 实例 ATP是如何为生命活动供能的呢？ Ca2+ ATP 1．参与Ca2+ 主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP 水解的酶。当膜内侧的Ca2+ 与其相应位点结合时，其酶活性就被激活了。 Ca2+ ADP Ca2+ ADP 2．在载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随着能量的转移，这就是载体蛋白的磷酸化。 3．载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2+ 的结合位点转向膜外侧，将Ca2+ 释放到膜外。 ATP ATP水解 Ca2＋释放到膜外 Ca2＋主动运输载体 Pi与载体结合 载体空间结构改变 ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，空间结构发生变化，活性也被改变。因而可以参与各种化学反应。 三、ATP的利用 2. ATP的供能机制 18 放能反应 提供 提供给 吸能反应 放能反应：与ATP的合成相联系 吸能反应：与ATP的水解相联系 能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通 ——能量“货币” 三、ATP的利用 3. ATP与细胞内化学反应的关系 19 呼吸作用 光合作用 学习小结 ATP 功能：－－细胞的直接能源物质 　　　　细胞的能量“货币” 结构 光合作用 细胞呼吸 ADP转化成ATP时所需能量的主要来源 与RNA的关系 含量少转化快 利用 光能 电能 机械能 化学能 吸能反应 水解 合成 元素：C H O N P 能量直接来源 主要能源物质 细胞内良好的储能物质 动物细胞内的储能物质 植物细胞内的储能物质 最终能量来源 ATP 糖类 脂肪 糖原 淀粉 太阳能 复习 21 Lavf57.83.100 $$