【情境课堂】5.2 细胞的能量“货币”ATP -【情境课堂】2024-2025学年高一生物同步教学课件（人教版2019必修1）

细胞的能量“货币”ATP 第五章 第 2 节 第五章 细胞的能量供应和利用 本节聚焦 为什么说ATP是细胞的能量“货币”？ ATP与ADP是怎样相互转化的？这有什么意义？ 细胞中的哪些生命活动需要ATP提供能量？ （共1课时） 情 境1 中国经典成语故事 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转化吗？ 4.萤火虫体内哪些物质储存着化学能？ 其中哪种物质是萤火虫发光的直接能源物质？ 求偶 视频：《囊萤夜读》 荧光素和荧光素酶 化学能转化为光能 糖类、脂肪、蛋白质 已知： 现提供：萤火虫发光器干燥后研成粉末、蒸馏水、葡萄糖，脂肪，ATP制剂等实验材料； 荧光素+ 能量 +O2 氧化荧光素 荧光素酶 （发出荧光） 【任务①】 设计实验：探究细胞生命活动的直接能源物质 【探索新知1】 一、驱动细胞生命活动的直接能源物质 主要能源物质 主要储能物质 ？？？ 葡萄糖、 脂肪、 ATP 三者当中，到底哪种才是直接能源物质？请同学们设计实验进行探究，写出实验思路并分析自变量、因变量和无关变量。 1.实验变量： ①自变量： ②因变量： ③无关变量： 添加的物质（葡萄糖 / 脂肪 / ATP） 是否发光 温度…… 【任务①】 设计实验：探究细胞生命活动的直接能源物质 【探索新知1】 一、驱动细胞生命活动的直接能源物质 发光器粉末加入试管暗处理一段时间，直至不发光 加试剂 黑暗条件下观察 ATP是驱动细胞活动的直接能源物质！ 2.实验过程： 3.实验结论： 情 境2 ATP 制剂 三磷酸腺苷二钠，为细胞代谢改善药（为细胞提供能量），常用于进行性肌萎缩、脑出血后遗症、心功能不全、心肌疾患及肝炎等辅助治疗的作用。 结构与功能相适应，ATP为啥可以作为直接的能源物质？ 【任务②】 阅读课本，回答以下问题： 【探索新知2】 二、ATP是一种高能磷酸化合物 1.ATP的中文名称？ 2.ATP的元素组成？ 3.腺苷由什么组成？ 4.(模型构建) ①ATP含有几个腺苷？ ②几个磷酸基团？ ③它们是如何连接的？ ④结构简式？ C、H、O、N、P 腺苷三磷酸 腺嘌呤+核糖 A–P～P～P 腺嘌呤 核糖 腺苷 磷酸 磷酸 磷酸 特殊的化学键 ▲ （ ATP ）的结构 普通化学键 腺苷三磷酸 1个 3个 构建ATP的结构模型，帮助对ATP结构的理解！ （教师准备材料/或希沃游戏） 【任务③】 阅读以下资料，回答问题： 【探索新知2】 二、ATP是一种高能磷酸化合物 现有甲、乙两组ATP溶液，甲组用32P标记ATP的β位的磷酸基团，乙组用32P标记ATP的γ位的磷酸基团。之后分别加入等量的ATP水解酶，短时间后迅速分离溶液中游离的磷酸基团。结果只有乙组中游离的磷酸基团带有放射性。 1.从上述资料看，ATP中哪个化学键最不稳定？ 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。 其他分子 P 腺嘌呤 核糖 P P ~ ~ 能量 ATP ADP （腺苷二磷酸） ATP水解酶 最不稳定 资料1：用α、β 和 γ 表示 ATP 上三个磷酸基团所处的位置，即： A－Pα ～ Pβ ～ Pγ 2.当ADP继续失去一个磷酸时，形成什么？（联系之前所学内容） 腺嘌呤核糖核苷酸 3.ATP水解的过程就是 的过程，1molATP水解时释放的能量高达30.54 kJ,所以说 。 释放能量 ATP是一种高能磷酸化合物 【例2】下图中ATP(甲)是生命活动的直接能源物质,下列叙述正确的是(　　) 对点练习 《金版学案》P 改编 A.在主动运输过程中,乙的含量会显著增加 B.甲→乙和乙→甲过程,起催化作用的酶空间结构相同 C.丙中含特殊化学键,是RNA的基本组成单位之一 D.丁由腺嘌呤和核糖组成,而戊可用于甲的合成 E.ATP中的A和核苷酸碱基的A含义相同 D 腺苷 腺嘌呤 资料2：成年人体内ATP的总量约为2~10 mg，在安静状态时，肌肉内ATP的所放能量只能维持肌肉收缩1~2 s；成年人在安静的状态下一天需要消耗的ATP为40 kg，在活动的状态下ATP的消耗可达0.5 kg/min。 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。 ATP与ADP互相转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的。 1.从上述资料来看，ATP在细胞中有什么特点？ 2.细胞是如何解决这一矛盾的？ 3.通过以上资料，你还能得到什么信息？ 含量少、需求大 迅速转化，且处于动态平衡之中 体现了生物界的统一性。 【任务④】 阅读以下资料，回答问题： 【探索新知3】 三、ATP与ADP可以相互转化 【任务④】继续阅读资料，回答问题： 【探索新知3】 三、ATP与ADP可以相互转化 资料3：催化ATP合成的酶主要分布在线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上。ADP接受细胞呼吸中有机物氧化分解释放的能量或光合作用中捕获的光能，与游离的Pi结合，重新合成ATP。 能量 ATP ADP Pi 光合作用 呼吸作用 用于各项生命活动 根据上述材料，请完善ATP与ADP相互转化的模型图。 ADP + Pi + 酶 ATP 能量 光合 作用 呼 吸 作 用 对于绿色植物来说，既可以来自光能，也可以来自呼吸作用所释放的能量； 对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，均来自细胞进行呼吸作用时有机物分解所释 放的能量 12 项目 ATP的水解 ATP的合成 反应式 所需酶 能量来源 能量去向 反应场所 联系 物质可逆，能量不可逆 ATP水解酶 ATP合成酶 储存于ATP中的化学能 光能（光合作用） 化学能（细胞呼吸） 用于各项生命活动 储存于ATP中 生物体的需能部位 细胞质基质、线粒体、叶绿体 ADP＋Pi＋能量 ATP 水解酶 ADP＋Pi＋能量 ATP 合成酶 【知识小结】 【探索新知3】 三、ATP与ADP可以相互转化 对点练习 【例4】下图为生物体内ATP和ADP相互转化的示意图,对这一过程的叙述,错误的是(　　) ATP ADP+Pi+能量 A.该图表示ATP和ADP的物质和能量的转变都是可逆的 B.生物体内的该过程能保证生命活动顺利进行 C.该过程能持续不断地在生物活细胞中进行 D.该图表示生物体内存在着能量的释放和储存过程 A 用于大脑思考（电能） 用于主动运输（渗透能） 用于生物发光(光能) 用于生物发电（电能） 用于物质合成（化学能） 用于肌肉收缩（机械能） ATP水解释放的能量是如何用于上述各种生命活动的呢？ 【探索新知4】 四、ATP的利用 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。 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。 1 2 3 ATP水解释放的能量如何用于上述各种生命活动？ ATP ADP 水解 合成 细胞的 吸能反应（各项生命活动） 细胞的 放能反应 能量 能量 ATP是细胞内流通的能量“货币”！ 葡萄糖、脂肪等含有能量多不能被直接利用 吸能反应：（伴随ATP水解）由ATP水解提供能量。 放能反应：（伴随ATP合成）释放的能量贮存在ATP中。 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。 含有能量相对少能被直接利用 【探索新知4】 四、ATP的利用 《金版学案》P 对点练习 【例5】下列是细胞内的化学反应,其中需要消耗ATP的有(　　) ①细胞通过主动运输吸收K+　②肌肉收缩　③蛋白质的分泌　 ④萤火虫发光　⑤大脑思考　⑥蔗糖的合成　 ⑦植物细胞的质壁分离和复原过程 A.①②③④⑤⑥⑦　　　　 B.①②④⑤⑥ C.①②③④⑤⑥ D.①②④⑤⑦ C 生物体的能源物质 生物体主要能源物质 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 直接来源能量物质 最终能源来源 ATP 糖类 脂肪 糖原 淀粉 太阳能 糖类、脂肪、蛋白质 【知识小结】 1.ATP只能作为能源物质吗？ 2.有其他的直接能源物质吗？ 资料5：如果将ATP中的碱基A替换为G、U、C，分别为鸟苷三磷酸、尿苷三磷酸和胞苷三磷酸，一起组成NTP家族，其脱去核糖第二位C上的O原子组成dNTP家族，均为高能化合物。 资料4：20世纪50年代，研究者发现ATP在神经系统的信息传递中可以作为一种兴奋性的神经递质发挥作用，并且在内脏、中枢及外周神经系统等多个部位的细胞质膜上发现了ATP受体，可见ATP还是一种能在细胞间传递信息的信号分子。 ATP是一种能源物质，也是能在细胞间传递信息的信号分子。 结论： 结论： 除了ATP外，鸟苷三磷酸GTP、尿苷三磷酸UTP和胞苷三磷酸CTP，也可以直接供能。 知识拓展 勇于质疑 如果将萤火虫发光基因转入道路两旁的树中，那么…… 与生活的联系 萤火虫发光原理的生活应用 教材P89 练习与应用 B D B C 下节课前提问 1.ATP的中文名称：___________，元素组成：________________； 2.ATP的结构简式：___________， 具有较高的转移势能。 3.ATP和ADP的相互转化： 4.细胞的吸能反应与 相联系，由ATP的水解提供能量；细胞的放能反应与 相联系，释放的能量储存在ATP中，用来为吸能反应直接供能。 腺苷三磷酸 C、H、O、N、P A–P～P～P 末端磷酸基团 ATP 水解酶 ADP + Pi + 能量 合成酶 不可逆 可循环利用 酶和场所不同 （放能） ATP的水解 ATP的合成 （吸能） Lavf58.76.100 Lavf58.46.101 Lavf55.33.100 $$