5.2 细胞的能量“货币”ATP 课件-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修1

第五章 细胞的能量供应和利用 5.2 细胞的能量“货币”—ATP 学习目标 1.掌握ATP的结构简式 2.掌握ATP与ADP的相互转化 3.掌握ATP在生命活动中的利用 4.掌握细胞中的吸能反应和放能反应 2 相传，我国晋朝青年车胤由于家境贫寒，买不起灯油，无法在晚上读书。于是他在草丛中捉了很多的萤火虫，并且将它们装在薄薄的布袋子里，借着萤火虫发出的光读书。这就是“囊萤夜读”的故事。 4 问题探讨 银烛秋光冷画屏， 轻罗小扇扑流萤. 天街夜色凉如水， 卧看牛郎织女星。 —杜牧《秋夕》 1、萤火虫发光的生物学意义是什么？ 相互传递求偶信号，以便繁衍后代。 2、萤火虫体内有特殊的发光物质吗？ 腹部后端细胞内有荧光素 3、萤火虫发光需不需要能量呢？ 需要，且有能量转换， 化学能转变成光能时，萤火虫才能发光 4.细胞内哪些物质可能为萤火虫 发光提供能量呢？ ATP 糖类 脂肪 这些物质能为萤火虫发光直接供能吗? 问题探讨 萤火虫的尾部发光细胞中有荧光素和荧光素酶。荧光素接受能量后就被激活，在荧光素酶的催化作用下，激活的荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素并且发出荧光。 荧光素酶 ＋氧气 荧光素 激活的荧光素 氧化 荧光素 发出 能量 【相关资料】萤火虫的发光原理 荧光 这些能量从哪里来？ 6 细胞中的能量物质 化学能 主要能源物质 主要储能物质 糖类 脂肪 糖原 淀粉 植物储能物质 动物储能物质 太阳能 这些物质能为萤火虫发光直接供能吗? （功能） Atp具有什么样的结构，才使它成为细胞内的直接能源物质呢？我们一起来看一下。生物体能量的最终来源：太阳能。包括我们前面学到，细胞中的糖类、脂肪等有机物中都储存着化学能。 7 实验材料：将离体荧光虫发光器研磨成粉末，然后制成荧光素试剂 实验试剂：蒸馏水、脂肪溶液、葡萄糖溶液、ATP注射液等 实验工具：烧杯、量筒、试管、玻璃棒等 实验原理： 实验探究 1 4 3 2 暗处理15分钟 ２ｍL 蒸馏水 ２ｍL葡萄糖溶液 ２ｍL 脂肪溶液 ２ｍL ATP溶液 1.本实验的变量是什么？ 2.为什么要等到荧光消失后再加入待测的能源物质？ 3.实验结果说明什么？ 自变量： 因变量： 无关变量： 添加的物质 是否发光 温度等 ATP是细胞内直接的能源物质。 使细胞内储存的能源物质消耗殆尽，排除自身能量的干扰。 实验过程： 驱动细胞生命活动的直接能源物质。 ATP的功能： 实验：探究萤火虫发光的直接供能物质 ATP是驱动生命活动的直接能源物质 细胞中的能量物质 化学能 主要能源物质 主要储能物质 糖类 脂肪 糖原 淀粉 植物储能物质 动物储能物质 直接能源物质 太阳能 细胞生命活动的 这些物质能为萤火虫发光直接供能吗? ATP （功能） Atp具有什么样的结构，才使它成为细胞内的直接能源物质呢？我们一起来看一下。生物体能量的最终来源：太阳能。包括我们前面学到，细胞中的糖类、脂肪等有机物中都储存着化学能。 11 01 ATP是一种高能磷酸化合物 12 腺苷（A） 1、中文名称 2、元素组成 腺苷三磷酸 C、H、O、N、P 3、结构组成 1分子腺嘌呤 1分子核糖 3分子磷酸基团 4、结构简式 A－P～P～P A:腺苷 P:磷酸基团 －:普通的化学键 ～:特殊化学键 2个 一 ATP是一种高能磷酸化合物 P 腺嘌呤 核糖 ～ ～ A P P ~: 特殊的化学键 由于两个相邻磷酸都带负电相互排斥，使得这种化学键不稳定， 容易断裂，具有较高的转移势能。 –： 普通磷酸键 注意：ATP是一种物质，而不是能量 ATP是一种高能磷酸化合物 ATP中远离腺苷的特殊化学键水解释放能量高达30.54kJ/mol 更易断裂 一 ATP是一种高能磷酸化合物 ATP中远离腺苷的特殊化学键水解释放能量高达30.54kJ/mol,所以说ATP是一种高能磷酸化合物。所以从这里我们可以知道，ATP是一种物质，而不是能量。那我们为什么又说ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质呢？其实是因为ATP水解的过程释放出能量，供细胞直接利用。 14 ATP供能原理 A — P～P～P A — P～P～P A — P～P Pi 由于两个相邻的磷酸基团都带有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。 当ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生改变 1.如图是ATP结构示意图，其中①②③表示化学键。下列有关ATP的叙述，正确的是 A.①断裂后形成的是ADP B.①最容易断裂和重新形成 C.②断裂后可作为合成RNA的原料 D.ATP中的T表示胸腺嘧啶，因而ATP的结构与核苷酸很相似 C 习题检测 2.ATP是腺嘌呤核苷的衍生物，下列有关叙述错误的是（ ） A.一分子的ATP中含有的腺苷、磷酸基团和特殊化学键数目依次是1、3、2 B.ATP中的两个特殊化学键储存的能量基本相同，稳定性基本相同 C.ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素 D.ATP末端磷酸基团具有较高的转移势能 B 02 ATP与ADP可以相互转化 若ATP分子去掉1个磷酸基团后的剩余部分是什么物质？ 18 腺嘌呤 ～ ～ P P P C1 C2 C3 C4 C5 O OH OH 腺苷 腺嘌呤核糖核苷酸（AMP） ADP（腺苷二磷酸） ATP（腺苷三磷酸） 普通 特殊化学键 特殊化学键 汉水丑生侯伟作品 汉水丑生侯伟作品 ATP、ADP与腺嘌呤核糖核苷酸的关系： 二 ATP与ADP可以相互转化 核糖 物质结构 物质名称 “A”的含义 核糖 A P ~ P P ~ ATP ….A U G C …. A-P～P ～P ATP 核糖 A P 腺苷（腺嘌呤+核糖） 腺嘌呤核糖核苷酸 DNA RNA 腺嘌呤 腺嘌呤 腺嘌呤脱氧核苷酸 腺嘌呤核糖核苷酸 以下几种不同物质“○”中所对应的含义 比较辨析 20 1．下图表示ATP的结构，其中的五碳糖为核糖。据图分析错误的是（ ） ） C A．图中A代表的是腺嘌呤 B．图中b、c代表的是特殊的化学键 C．水解时b更容易断裂 D．图中a是RNA的基本组成单位之一 练一练 练一练 2.一分子ATP中含有的腺苷、磷酸基团和特殊的化学键数目依次是（ ）。 A、1，2，2 B、1，2，1 C、1，3，2 D、2，3，1 C 总结：ATP的结构组成可以用“1、2、3”来总结，“1”表示1个腺苷，“2”表示2个特殊的化学键，“3”表示3个磷酸基团。 22 1.成人体内ATP的总量是2～10 mg，但一个成人一天在静止状态下所消耗的ATP为40 kg. 通过ATP和ADP之间迅速地转化。 二 ATP与ADP可以相互转化 ATP特点：含量 ，消耗 转化速率 。 低 快 大 含量低 消耗大 转化速率快 生物体会出现ATP供不应求的情况吗？ 3.每个细胞每秒可合成约1000万个ATP，同时等量ATP被水解。 2. ATP在细胞内形成后，不到1min的时间就要发生转化,在剧烈运动时ATP的消耗可达0.5 kg/min；在安静状态时，肌肉内ATP所释放能量只能维持肌肉收缩1～2 s。 23 葡萄糖等能源物质 ATP 含有能量多 含有能量相对少 据研究，1mol葡萄糖彻底氧化分解释放能量2870kJ。1molATP 水解所释放能量30.54kJ。 不能被直接利用 能被直接利用 氧化分解 释放能量 问题：细胞为什么不直接利用葡萄糖等有机物中的能量， 而是要将能量转移至ATP中再利用？ ATP合成 ATP水解 ATP与ADP相互转化示意图 酶 Pi 能量 酶 Pi 能量 A-P~P~P (ATP) A-P~P (ADP) ATP的水解： ATP的合成： 二 ATP与ADP可以相互转化 25 ATP ADP + Pi + 能量 ATP与ADP的相互转化有什么特点？ 1.ATP和ADP的相互转化，是_________地发生并且处于___________之中,保证了为细胞稳定供能。 动态平衡 特点： 时刻不停 2.ATP和ADP相互转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的，体现了生物界的________。 统一性 酶 I 酶II 二 ATP与ADP可以相互转化 动物、人、真菌及 大多数细菌等 绿色植物 能量 呼 吸 作 用 呼 吸 作 用 光 合 作 用 ADP +Pi+ ATP 酶 在ADP转化成ATP的过程中，所需要的能量从哪里来呢？ (1)绿色植物: (2)动物、人、真菌和大多数细菌： 呼吸作用 光合作用、呼吸作用 能量 27 （2）能量来源（去向）不同： ATP水解释放的能量用于各项生命活动，ATP合成的能量来源于呼吸作用或光合作用。 ATP 酶II 酶 ADP 能量 + + Pi （1）所需要的酶不同： 催化ATP水解的酶属于水解酶，催化ATP合成的酶属于合成酶。 2.ATP与ADP的相互转化是可逆反应吗？ 物质可逆，能量不可逆。 酶 I 二 ATP与ADP可以相互转化 28 03 ATP的利用 细胞中哪些生命活动需要ATP提供能量? 30 ATP的利用 所有生命活动都由ATP直接供能吗? 用于主动运输 ATP 用于各种运动，如肌细胞收缩 用于生物发电 葡萄糖+果糖→ 蔗糖 酶 用于物质合成 用于大脑思考 用于生物发光 ATP的水解场所： 活细胞所有部位 三 ATP的利用 32 请同学们观看视频后，描述Ca2＋主动运输载体是如何利用ATP的? 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。 三 ATP的利用 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。 Ca2+ ADP 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。 主动运输的很多载体蛋白，在结合被运输的物质之外，同时还兼具ATP（水解）酶的作用，水解ATP之后自身结构由于结合了磷酸基团发生磷酸化（与磷酸基团结合）而改变，物质运输完成后又可通过去磷酸化恢复原有结构，以此反复循环。 钠钾泵 (1)吸能反应与ATP 相联系，由ATP水解提供能量（蛋白质的 ） (2)放能反应与ATP 相联系，释放的能量储存在 中，为反应直接供能。（葡萄糖的 ）。 (3)能量通过 在吸能反应和放能反应之间流通。 细胞内的化学反应可分成 反应和 反应两类。 合成 氧化分解 ATP 吸能 放能 水解 合成 吸能 反应 放能 反应 ATP水解 ATP合成 ATP 三 ATP的利用 38 ATP在吸能反应和放能反应之间流通，是细胞内的能量“货币”。 三 ATP的利用 有机物： 线粒体 ATP： 大额支票 银行 现 金 ATP:细胞的能量“货币” 三 ATP的利用 ATP在吸能反应和放能反应之间流通，是细胞内的能量“货币”。 荧光素 ATP能量 激活的荧光素 荧光素酶 +氧气 氧化 荧光素 发出 荧光 萤火虫的发光原理及利用 通过本节课的学习你能解释萤火虫发光的原理吗？ 发挥你的想象利用萤火虫发光原理，如何利用到生活实践中？ 将荧光素酶基因导入植物后，再用荧光素溶液浇灌植物，使转基因植物在黑暗中发光，从而培育出一种能发光的“荧光树”。 拓展延伸 42 ATP荧光检测仪，利用“荧光素酶—荧光素体系”快速检测三磷酸腺苷（ATP）。 你认为ATP荧光检测仪有何用途？ 用于心功能不全、脑出血后遗症等的辅助治疗。20世纪50年代，研究者发现ATP在神经系统的信息传递中作为一种兴奋性神经递质发挥作用。目前ATP作为药物，主要利用的是其信号分子的作用。 ATP合成与ATP水解的比较： 反 应 ATP→ADP+Pi+能量 ADP+Pi+能量→ATP 反应类型 酶的类型 场　　所 能量来源 能量去向 酶 酶 水解反应 合成反应 酶 酶 活细胞所有部位 线粒体、叶绿体、细胞质基质等 特殊化学键 光合作用和呼吸作用 用于各项生命活动 储存于特殊化学键中 结论 ：物质是可逆的，反应、能量是不可逆的 三 ATP的利用 ATP 全称：腺苷三磷酸 结构简式： A-P～P～P ATP的来源： ATP与ADP相互转化: ATP的利用：各种形式的能量 光合作用 呼吸作用 ATP ADP+Pi+能量 酶1 酶2 课堂小结 有关能源物质的总结回顾 生命活动直接能量来源 主要能源物质 生物体内良好的储能物质 动物细胞内良好的储能物质 植物细胞内良好的储能物质 最终能量来源 ATP 糖类 淀粉 糖原 脂肪 太阳能 小结： 46 考点剖析 9月24日，杭州第19届亚运会第一枚金牌产生，由杭州市运动员邹佳琪和邱秀萍在赛艇女子轻量级双人双桨中夺得，比赛过程中，ATP为肌细胞提供了大量能量。ATP结构示意图如下，下列有关叙述，正确的是（　　） A．a是DNA的基本组成单位之一 B．激烈的比赛过程中，体内ATP的分解速率远远大于合成速率 C．通过ATP的合成和水解，使放能反应所释放的能量用于吸能反应 D．b和c两个化学键中，c的能量明显比b多，运动过程中c断裂供能 C EV录屏3.9.7软件录制 Lavf56.38.102 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn Lavf58.28.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Lavf58.46.101 Lavf58.28.100 Lavf58.29.100 Lavf58.30.100 Lavf57.83.100 $$