5.2 细胞的能量货币ATP（优质精讲课）-【上好课】2024-2025学年高一生物同步精品课堂（人教版2019必修1）

第2节 细胞的能量“货币”ATP 第5章 细胞的能量供应和利用 必修一 ATP是一种高能磷酸化合物 1 ATP与ADP可以相互转化 2 目录 ATP的利用 3 习题检测 4 一、学习目标 二、重难点 1.说出ATP的化学组成和特点。 2.解释ATP在细胞生命活动中的作用。 1.ATP的分子结构。 2.ATP与核苷酸的关系。 3.ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 4.ATP与ADP的相互转化。 ATP是一种高能磷酸化合物 1 问题探讨 “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。”让我们重温唐代诗人杜牧这情景交融的诗句，想象夜空中与星光媲美的点点流萤，思考有关的生物学问题。 1.萤火虫发光的生物学意义是什么？ 萤火虫发光的生物学意义主要是相互传递信号，以便繁衍后代。 2.萤火虫体内有特殊的发光物质吗？ 萤火虫腹部后端细胞内的荧光素，是其特有的发光物质。 萤火虫发光是求偶行为。萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶。荧光素接受ATP提供的能量后就被激活。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。 5 问题探讨 3.在萤火虫发光的过程中有能量转化吗？ 萤火虫腹部细胞内一些有机物中储存的化学能，只有在转变成光能时，萤火虫才能发光。 萤火虫发光是求偶行为。萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶。荧光素接受ATP提供的能量后就被激活。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。 6 ATP是一种高能磷酸化合物 1 一、能源物质 糖类 1.主要能源物质 葡萄糖 3.被称为“生命的燃料” 脂肪 2.主要储能物质 ATP 4.直接能源物质 （1）植物储备能源物质 （2）动物储备能源物质 脂肪、淀粉 脂肪、糖原 7 ATP是一种高能磷酸化合物 1 二、ATP的结构和功能 1.功能 2.中文名称 3.ATP的结构简式 驱动细胞生命活动的直接能源物质。 腺苷三磷酸 A－P～P～P 4.ATP的组成元素 C、H、O、N、P ~代表特殊的化学键。 两个相邻磷酸都带负电相互排斥，使得这种化学键不稳定，末端磷酸基团具有较高的转移势能，容易断裂。 每1mol水解释放的能量多达30.54KJ，所以说ATP是一种高能磷酸化合物。 8 腺嘌呤 核糖 P P P ~ ~ 腺苷三磷酸 （ATP） A- P~P~P 腺嘌呤核糖核苷酸 (AMP） 腺苷二磷酸 （ADP） 腺苷（A) ☞AMP是RNA组成单位之一 ATP并不是细胞内唯一的高能磷酸化合物，高能磷酸化合物在生物体内有很多种，如存在于细胞内的UTP、GTP、CTP及动物体内的磷酸肌酸。 ATP的含量很少需要量却很多，生物体是如何解决这一矛盾？ ATP在细胞内的含量很少，但ATP与ADP转化速率很快，从而保证细胞内能量的供应。 二、ATP的结构和功能 9 1.在下列四种化合物的化学组成中，“○”中所对应的含义。 腺嘌呤核糖核苷酸 腺嘌呤 腺嘌呤脱氧核苷酸 腺嘌呤核糖核苷酸 腺苷（核糖+腺嘌呤） 腺苷（核糖+腺嘌呤） 习题巩固 10 2.下图为dATP（d表示脱氧）的结构示意图，dATP水解后能参与DNA 的合成。想要让新合成的DNA分子被32P标记，下列相关说法正确的是（ ） A. 应用32P标记Ⅲ处的磷酸基团 B. dATP在DNA合成时既能作为原料，也能提供能量 C. dATP中的“T”指的是dATP含有3个特殊的化学键 D. dATP中含有特殊的化学键，是主要的能源物质 P P P ~ ~ 脱氧核糖 A B 习题巩固 11 ATP与ADP可以相互转化 2 ATP与ADP可以相互转化 2 ADP ATP ATP 合成酶 水解酶 ADP +Pi +能量 光合作用 呼吸作用 细胞质基质、 线粒体、叶绿体 反应场所 用于各项生命活动， 如主动运输、肌肉收缩、发光、发电、物质合成等 反应场所 生物体的需能部位 对细胞的正常生活来说， ATP与ADP的相互转化是时刻不停地发生并处于动态平衡之中。 13 ATP与ADP可以相互转化 2 ATP 合成酶 水解酶 ADP +Pi +能量 ATP水解伴随细胞发生吸能反应 ATP合成伴随细胞发生放能反应 放能反应 需要吸收能量，由ATP水解提供能量。 如蛋白质的合成等。 释放能量，储存在ATP中，为吸能反应直接供能。如葡萄糖的氧化分解等。 ATP在吸能反应和放能反应之间流通，是细胞内流通的能量“货币”，满足细胞各项生命活动对能量的需求。 吸能反应 14 ATP与ADP可以相互转化 2 吸能反应 放能反应 蛋白质的合成 葡萄糖的水解 ATP 储存 水解放能 需要吸收能量，由ATP水解提供能量。如蛋白质的合成等。 释放能量，储存在ATP中，为吸能反应直接供能。如葡萄糖的氧化分解等。 ATP水解伴随细胞发生吸能反应 ATP合成伴随细胞发生放能反应 15 ATP水解 ATP合成 反应式 ATP→ADP＋Pi＋能量 能量＋Pi＋ADP→ATP 酶的类型 场所 能量来源 能量去向 酶 酶 ATP水解酶 ATP合成酶 细胞质基质、线粒体、叶绿体 存在于细胞的各个部位 特殊的化学能 用于各项生命活动 储存在ATP中 有机物中的化学能或光能 这不是可逆反应，而是一个循环式反应。 物质可循环，但能量不可循环。 所有细胞的能量供应机制，体现生物界的统一性。 ATP与ADP可以相互转化 2 1.ATP与ADP之间的相互转化的过程，反应类型、反应条件、 能量的来源、 能量的去路、反应场所不同，所以ATP与ADP 之间的相互转化不是可逆反应。物质是可逆(循环)的，但能量 不可逆（不循环）。 2.ATP的含量很少，是因为ATP与ADP之间可以发生快速的相互 转化，并且处于动态平衡之中。 3.细胞之中ATP与ADP之间的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。 4.原核生物(蓝藻、光合细菌)光合作用也可以合成ATP， 细胞呼吸也能合成ATP。 ATP与ADP可以相互转化 2 17 多角度理解ATP的合成与水解 18 1. 下列有关ATP的叙述，错误的是（ ） 人体在剧烈运动时，细胞内产生ATP的速率加快， 吸能反应也增强 B. 人体在紧张状态下，细胞内产生ATP的速率大大超过 产生ADP的速率 C. ATP中的能量可以来自光能或化学能，也可以转化为 光能或化学能 D. ATP转化成ADP的过程消耗水 B 习题巩固 19 ATP的利用 3 ATP的利用 3 一、ATP的利用 ATP为主动运输供能原理 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，发生活性变化，空间结构也被改变，因而可以参与各种化学反应。 21 一、ATP的利用 1.用于主动运输 3.用于生物发光 用于细胞内各种吸能反应 2.用于生物放电 3.用于肌细胞收缩 （机械能） 22 1.(2024·万州月考)如图是ATP分子的结构式， 相关叙述正确的是(　 ) A.ATP水解的过程常伴随放能反应的发生 B.③脱离ATP后，挟能量可使载体蛋白等分子磷酸化 C.所有生物体都存在ATP与ADP相互转化的能量供应机制 D.①②③脱离后，ATP剩下的部分成为RNA分子的基本单位之一 B 习题巩固 ATP水解的过程中，远离A的特殊化学键会断裂，并释放大量能量，供生命活动需要，故常伴随吸能反应的发生，A错误； 在主动运输过程中，需要ATP水解提供能量，磷酸基团③脱离ATP后，挟能量可使载体蛋白等分子磷酸化，并引起载体蛋白空间结构的改变，B正确； ATP和ADP的相互转化，是植物、动物、细菌和真菌细胞共有的能量供应机制，病毒不存在ATP与ADP相互转化的能量供应机制，C错误； 磷酸基团②③脱离后，ATP剩下的部分为腺嘌呤核糖核苷酸，成为RNA分子的基本单位之一，D错误。 23 2.(2021·湖南卷，5)某些蛋白质在蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用下，可在特定氨基酸位点发生磷酸化和去磷酸化，参与细胞信号传递，如图所示。下列叙述错误的是(　　) A.这些蛋白质磷酸化和去磷酸化过程体现了蛋白质结构与功能相适应的观点 B.这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，不影响细胞信号传递 C.作为能量“货币”的ATP能参与细胞信号传递 D.蛋白质磷酸化和去磷酸化反应受温度的影响 B 习题巩固 24 ATP的利用 3 二、ATP产生量与O2供给量的关系分析 O O2供给量 ATP产生量 A B C 甲 1.甲图表示可进行有氧呼吸细胞中， ATP产生量与O2供给量的关系。 ①A点表示在无氧条件下，细胞可通过无氧呼吸分解有机物， 产生少量ATP。 ②AB段表示随着O2供给量增多，有氧呼吸明显加强，通过有氧 呼吸分解有机物释放的能量增多，ATP的产生量随之增加。 ③BC段表示O2供给量超过一定范围后，ATP的产生量不再增加， 此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸等。 25 ATP产生量 O O2供给量 乙 2.乙图可表示哺乳动物成熟的红细胞中 ATP来自无氧呼吸，与O2无关。 × (1)淀粉水解成葡萄糖时伴随有ATP的生成( ) (2)人成熟红细胞无细胞核和众多的细胞器，所以不能合成ATP( ) (3)人剧烈运动时，细胞中ATP的含量会明显降低( ) (4)线粒体内膜、内质网膜和叶绿体中进行光反应的膜结构中都能 合成ATP ( ) (5)ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应( ) (6)无氧条件下，光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一来源( ) × × × √ × 二、ATP产生量与O2供给量的关系分析 课堂总结 Pi ADP 光能 有机物中的化学能 光合作用 细胞呼吸 能量 合成酶 ATP 水解酶 能量 （用于各项生命活动） 特殊的化学键中的化学能 主动运输 发光、 发电 肌肉收缩 大脑思考 物质合成等 1.关系式 ATP水解释放的能量供细胞生命活动利用 2.意义 ATP 合成酶 水解酶 ADP +Pi +能量 习题检测 4 习题检测 1.能准确表示 ATP 中三个磷酸基团之间，以及磷酸基团和腺苷之间关系的结构简式是( ) A.A-P-P~P B.A-P~P~P C.A~P~P-P D.A~P~P~P 2.下列物质中，能够直接给细胞生命活动提供能量的是（ ） A.脂肪酸 B.氨基酸 C.腺苷二磷酸 D.腺苷三磷酸 B D 29 习题检测 3.ATP是细胞生命活动的直接能源物质，下面关于 ATP 的叙述， 错误的是( ) A.细胞质和细胞核中都有 ATP 的分布 B.ATP 合成所需的能量由磷酸提供 C.ATP 可以水解为 ADP 和磷酸 D.正常细胞中 ATP 与 ADP 的比值相对稳定 B 30 习题检测 4.离子泵是一种具有 ATP水解酶活性的载体蛋白，它在跨膜运输物质时离不开 ATP 的水解，下列叙述正确的是（ ） A.离子通过离子泵的跨膜运输属于协助扩散 B.离子通过离子泵的跨膜运输是顺浓度梯度进行的 C.动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输离子的速率 D.加人蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率 C 31 习题检测 5.就细胞中的吸能反应和放能反应各举出一个实例， 并说明这些实例分别与 ATP 和 ADP 的相互转化有什么关系。 吸能反应：如葡萄糖和果糖合成蔗糖的反应需要消耗能量， 是吸能反应，这一反应所需要的能量是由 ATP 水解为 ADP 时释放能量来提供的。 放能反应：如丙酮酸的氧化分解能够释放能量，是放能反应。 这一反应所释放的能量除以热能形式散失外， 还用于ADP 转化为ATP 的反应，储存在 ATP 中。 32 习题检测 6.同样是能源物质，ATP 与葡萄糖具有不同的特点。 请你概括出 ATP 具有哪些特点。 在储存能量方面，ATP 同葡萄糖相比具有以下两个特点: 一是 ATP 分子中含有的化学能比较少，一分子 ATP 转化为 ADP 时释放的化学能大约只是一分子葡萄糖的 1/94； 二是 ATP分子中所含的是活跃的化学能，而葡萄糖分子中所含的是稳定的化学能。 葡萄糖分子中稳定的化学能只有转化为 ATP 分子中活跃的化学能，才能被细胞利用。 33 习题检测 7.在植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都是以 ATP 作为能量“货币”的， 这是否也说明生物界的统一性?这对你理解生物的进化有什么启示? 植物、动物、细菌和真菌等生物的细胞内都具有能量“货币” ——ATP，这可以从一个侧面说明生物界具有统一性，也反映种类繁多的生物有着共同起源。 34 THANKS $$