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（2019）必修1

第5章　细胞的能量供应和利用 第2节 细胞的能量“货币”ATP 课标要求 1.说出ATP的结构。 2.阐述ATP与ADP之间的相互转化。 3.举例说明ATP在细胞代谢中的作用。 学习目标 1.通过学习ATP的分子简式说出ATP的化学组成和特点。 2.根据ATP和ADP的相互转化解释ATP在细胞生命活动中的作用， 认识ATP在细胞中作为能量“货币”的原因。 萤火虫的发光原理： 萤火虫的尾部发光细胞中有荧光素和荧光素酶。 荧光素 能量 激活的荧光素 氧化荧光素 氧气 荧光素酶 发出荧光 主要的能源物质： 糖类（葡萄糖） 主要的储能物质： 脂肪 能源物质： 糖类、脂肪、蛋白质 想一想： 在细胞内哪些物质较有可能为萤火虫尾部细胞的发光提供能量？ 谁是为萤火虫尾部细胞的发光直接提供能量的呢？ 4 探究实验：探究萤火虫发光的直接供能物质 用小刀将数十只萤火虫的发光器割下,干燥后研磨成粉末,取适量粉末装入试管, 加入少量水使之混合,置于暗处,可见试管内有淡黄色荧光出现,约过15分钟荧光消失，然后开始实验。 荧光消失 暗处 A B C D ２ｍｌ葡萄糖溶液 ２ｍｌA物质溶液 ２ｍｌ脂肪溶液 ２ｍｌ蒸馏水 观察 15min 暗处 荧光消失 A B C D ２ｍｌ葡萄糖溶液 ２ｍｌA物质溶液 ２ｍｌ脂肪溶液 ２ｍｌ蒸馏水 有荧光 出现 无荧光 出现 无荧光 出现 无荧光 出现 直接能源物质 暗处 15min 暗处 对照组 实验组 分析： 1.分别加葡萄糖和脂肪的2号、3号试管中没有出现荧光说明了什么？ 说明葡萄糖和脂肪中的能量不能被这个过程直接利用。 2.加入A物质的4号试管中出现了荧光又说明了什么？ 说明物质A才是为此过程直接提供能源的物质。 荧光消失 A B C D ２ｍｌ葡萄糖溶液 ２ｍｌATP溶液 ２ｍｌ脂肪溶液 ２ｍｌ蒸馏水 有荧光 出现 无荧光 出现 无荧光 出现 无荧光 出现 暗处 15min 暗处 对照组 实验组 01 ATP的功能 ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质 一、ATP的功能 有机物中的化学能 ATP中的化学能 耗能的生命过程 一、ATP的功能 ATP是细胞中流通的能量“货币” 存折换现金使用 12 02 ATP的组成和结构 ATP的中文名称、元素组成是什么？ 结构简式如何书写？结构简式中的A、T、P、～分别代表什么？ 请以 画出ATP的结构模式图，并结合预习内容标识出ATP与ADP、腺嘌呤核糖核苷酸的关系； 二、ATP的组成和结构 自主阅读P86第三自然段及旁栏“相关信息”，思考以下问题： ATP 1、ATP：中文名称—腺苷三磷酸（旧称：三磷酸腺苷） 腺嘌呤 核糖 磷酸基团 腺苷（A） 2、组成元素：C、H、O、N、P 3、组成：1分子腺苷， 3分子磷酸基团 A P 核糖 腺嘌呤 腺苷（A） AMP 腺苷一磷酸 ADP 腺苷二磷酸 ATP腺苷三磷酸 AMP也叫腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本单位之一。 ~ P ~ P A-P~P~P A-P~P A-P 尝试构建ATP的结构模型 假如用 代表腺嘌呤、 代表核糖、 代表磷酸基团， 代表普通化学键、 代表特殊化学键，尝试构建ATP的模型。 ~ ~ ~ 腺嘌呤 核糖 磷酸基团（P） P P P 腺苷(A) 注意：磷酸基团之间用特殊化学键连接 AMP 腺苷一磷酸 （腺嘌呤核糖核苷酸） ATP 腺苷三磷酸 ~ ~ 腺嘌呤 核糖 P P P ~ 腺嘌呤 核糖 P P 腺嘌呤 核糖 P 核糖 腺嘌呤 腺苷 ADP 腺苷二磷酸 A–P～P～P 腺苷 （腺嘌呤+核糖） 磷酸基团 普通化学键 特殊化学键 （旧称：高能磷酸键） 1mol ATP水解释放的能量高达30.54KJ，ATP是一种高能磷酸化合物。 结构简式： 化合物 结构简式 “A”含义 共同点 ATP DNA RNA 核苷酸 腺苷 (由腺嘌呤和核糖组成) 腺嘌呤脱氧核苷酸 腺嘌呤核糖核苷酸 腺嘌呤 所有“A”的共同点是都含有腺嘌呤 20 ATP有两个特殊的化学键， ATP水解供能时断裂的是哪个化学键呢？ A–P～P～P 腺苷 （腺嘌呤+核糖） 磷酸基团 普通化学键 特殊化学键 A—P ~ P ~ P 1 molATP水解时释放的能量高达30.54 kJ;水解时释放能量20.92kJ/mol以上的化合物叫作高能化合物 ATP在酶的作用下水解时，脱离下的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者结构发生变化。 ATP的结构特点： 相邻的磷酸基团都带负电荷互相排斥 特殊的化学键不稳定 末端磷酸基团有离开ATP 而与其他分子结合的趋势，具有较高的转移势能 酶 ATP作为高能磷酸化合物，在供能时，如何释放能量？ 正因为ATP中的特殊的化学键不稳定，容易断裂，也容易形成，在它水解时，脱离下的末端磷酸基团挟能量释放出来。 ATP水解释放的能量有哪些用途呢？ 03 ATP的利用 大脑思考（电能） 生物发光（电能） 肌肉收缩（机械能） 物质合成 主动运输（渗透能） 三、ATP的利用 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。 25 1.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。 思考：ATP水解释放的能量是如何用于上述各种生命活动的呢？ 注意：ATP是直接能源物质，但不是唯一的直接能源物质，如存在于各种生物体细胞内的UTP、GTP、CTP等。 ATP水解释放的能量是如何用于这些生命活动的呢？ ATP Ca2+ 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，其酶的活性就被激活了。 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+ 的结合位点转移膜外侧，将Ca2+ 释放到膜外。 Ca2+ ADP Pi ATP为主动运输供能分步示意图 ADP Ca2+ Pi 28 ATP的供能方式 蛋白质等分子从ATP获得磷酸基团的过程称为磷酸化，是获能的过程；磷酸化后的蛋白质空间结构发生变化，活性也被改变，因而可以参与各种化学反应。 催化ATP水解的某种酶 细胞内的化学反应分为两大类： 吸能反应： 总是与ATP的水解相联系，由ATP水解提供能量。 放能反应： 总是与ATP的合成相联系，释放的能量贮存在ATP中。 能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流动。因此， 可以形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“货币” ATP是细胞内流通的能量“货币” ATP是细胞的 能量“货币” 呼吸作用（葡萄糖等氧化分解） 释放能量(放能反应) 合成 水解 直接用于生命活动(吸能反应) ATP ATP的合成 细胞为什么不直接利用葡萄糖等有机物中的能量，而是要将能量转移到ATP中再利用？ 问题： 资料. 在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解后，释放出2870kJ的能量。 ATP水解时，断开1mol高能磷酸键能放出能量高达30.54KJ。 计算：1分子葡萄糖所含的能量是1分子ATP所含的高能磷酸键能量的多少倍？ 94倍 ATP的特点： 储能少，能量活跃、不稳定，易水解。 糖类、脂肪等有机物 ＡＴＰ 储存有大量的能量，但不能被直接利用。 储存的能量相对来说少，但能被直接利用。 能量 ≈ ≈ 流 通 ATP是细胞的能量“货币”（直接能源） ATP 消耗量大 ATP 含量很少 矛盾 每个细胞每秒钟可合成约1000 万个ATP 且同时有等量 ATP 被水解 1 研究显示，一个成年人一天在静止状态下所消耗的ATP约有40kg；在剧烈运动的状态下，每分钟约有0.5kg的ATP转化成ADP。 成人体内ATP总量约2~10mg，人体安静状态下，肌肉内ATP含量只能供肌肉收缩1~2s。 2 3 资料分析 ATP合成 和水解都非常 迅速 04 ATP与ADP的相互转化 四、ATP与ADP可以相互转化 p p p p p 能量 Pi 能量 Pi 合成 水解 ATP与ADP相互转化示意图 1.转化过程： (ATP) (ADP) ATP 合成酶 水解酶 ADP+Pi +能量 36 2. 转化特点 （1）ATP与ADP相互转化是时刻不停地发生且处于动态平衡之中的。 （2）ATP与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。 p p p p p 能量 Pi 能量 Pi 合成 水解 ATP与ADP相互转化示意图 这里的能量从哪里来？ (ATP) (ADP) 这里的能量用于哪里？ 光 合 作 用 呼 吸 作 用 呼 吸 作 用 人、动物、真菌、 多数细菌等 绿 色 植 物 能量 ADP + Pi + ATP 酶 有机物 氧化分解 人和动物等 绿色植物 3.转化过程中能量来源和去向 （1）ADP合成ATP的能量来源 （2）ATP水解成ADP释放的能量去向：用于各项生命活动。 p p p p p 能量 Pi 能量 Pi 合成 水解 ATP与ADP相互转化示意图 39 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 水解酶 合成酶 活细胞所有部位 线粒体、叶绿体、细胞质基质等 特殊化学键 有机物中的化学能、光能 用于各项生命活动 储存特殊化学键中 结论 ：物质是可逆的反应、能量是不可逆的 ATP合成与ATP水解的比较 ATP和ADP相互转化的过程是可逆的吗?为什么？ 这两个过程不是可逆的；“物质是可逆的，能量是不可逆的”因为(1)所需的酶种类不同；(2)能量的来源和去向不同。(3)反应发生的场所不同； 链接科学 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”。 能源来源 直接能源物质 主要能源物质 生物体内重要储能物质 动物细胞内的储能物质 植物细胞内的储能物质 最根本的能源 ATP 糖类 脂肪 糖原 淀粉 太阳能 能源物质归纳： ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质 ATP≠能量；ATP是直接能源物质！ 各种A的辨一辨： A—P~P~P ① ① 。 ② 。 ③ 。 ④ 。 ⑤ 。 腺苷 腺嘌呤 腺嘌呤 腺嘌呤脱氧核苷酸 腺嘌呤核糖核苷酸 T A C G A T G C ② A H ④ A OH ⑤ A U G C ③ 44 小结 (1)ATP是细胞内主要的能源物质(　　) (2)ATP由1个腺嘌呤和3个磷酸基团构成(　　) (3)ATP是高能磷酸化合物，含3个特殊化学键，其中末端的磷酸基团具有较高的转移势能(　　) × × × (4)吸能反应伴随着ATP的合成，放能反应伴随着ATP的水解(　　) (5)人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡(　　) (6)载体蛋白磷酸化不会使其空间结构发生变化(　　) × × × 课堂检测 1.判断正误： 2、在ATP ADP＋Pi＋能量 的反应式中，下列说法正确的是（　 ） A．物质和能量都是可逆地，酶相同 B．物质和能量都是不可逆的，酶不相同 C．物质是可逆的，能量是不可逆的，酶不相同 D．能量不可逆，物质是不可逆的，酶相同   C 课堂检测 3.ATP是细胞生命活动的直接能源物质，下列关于ATP的叙述，错误的是（　 ） Ａ. ATP的元素组成与磷脂、核苷酸一样 Ｂ. ATP可以水解为ADP和磷酸，这个过程消耗水 Ｃ. 正常细胞中ATP和ADP的比值相对稳定 Ｄ. ATP合成是放能反应 D C 4.一分ATP中含有的腺苷、磷酸基团和特殊化学键数目依次是（ ） A. 1，2，2 B. 1，2，3 C. 1，3，2 D. 2，3，1 课堂检测 5.下图是ATP与ADP之间的转化图，可以确定( 　) A. A为ATP，B为ADP B. 酶1和酶2是同一种酶 C. X1和X2是同一种物质 D. 能量1和2的来源相同 C 课堂检测 $$