5.2 细胞的能量“货币”ATP-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修一

第2节 细胞的能量“货币”ATP 第五章： 运动员运动过程中的能量从哪里来？ 这些物质能否直接为肌肉细胞收缩提供能量？ 糖类是主要的能源物质 脂肪是良好的储能物质 3 【材料用具】三块刚刚失去收缩功能的离体肌肉， 一定浓度的葡萄糖溶液、ATP溶液、蒸馏水等。 【实验设计思路及预期实验结果】 探究实验： 为肌肉细胞收缩直接提供能量的物质是什么？ 【提出问题】 【作出假设】为肌肉细胞收缩直接提供能量的物质是ATP。 葡萄糖 ATP 蒸馏水 不收缩 不收缩 收缩 结论：葡萄糖虽然是能源物质,但是不能被肌肉直接利用， ATP却能为肌肉收缩直接供能。 ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 1 2 3 焦点一 ATP的功能是什么？ ATP有什么样的结构特点？ 为什么说ATP是一种高能磷酸化合物 为什么说ATP是细胞的能量“货币” 有机物中的化学能 ATP中的化学能 耗能的生命过程 细胞中流通的能量“货币” 1.ATP的功能 驱动细胞生命活动的直接能源物质 结构与功能相适应，ATP有什么样的结构可以作为直接的能源物质？ 腺嘌呤和核糖 ATP是一种高能磷酸化合物 ATP英文全称是adenosinetriphosphate，Adenosine是 是 结合而成。tri是“ ”的意思，phosphate是 。 利用以上图形，构建ATP的模型图(画出化学键) 腺苷 三 磷酸基团 ATP的结构式 2.ATP的结构 图中①②③的结构分别代表什么？ ① ② 腺苷 三个磷酸基团 ③ 腺嘌呤 核糖 A : P : ～: —: 组成元素： 中文名称： 左图中的A: C、H、O、N、P 腺苷三磷酸 腺嘌呤 A—P～P～P 腺苷 磷酸基团 普通的化学键 特殊的化学键 2.ATP的结构 ATP结构式 ATP模型图 ATP结构简式 ~ ~ P P P A α、β和γ表示ATP上三个磷酸基团所处的位置(A－Pα～Pβ～Pγ)，现有甲、乙两组ATP溶液： 3.ATP是一种高能磷酸化合物 然后分别加入等量的ATP水解酶，短时间后迅速分离溶液中游离的磷酸基团，结果发现只有乙组中游离的磷酸基团带有放射性。 ①甲组用32P标记ATP的β位的磷酸基团， ②乙组用32P标记ATP的γ位的磷酸基团， P P P α 位 β位 γ位 资料 1 该实验说明什么 β位与γ位磷酸基团之间的化学键更容易断裂。 资料 2 ATP H2O H ADP 腺苷二磷酸 O P OH O- O- 能量高达30.54kJ/mol ATP中两个相邻的磷酸基团带有负电荷而相互排斥，使得这种化学键不稳定，末端的磷酸基团具有较高的转移势能。 ADP相互排斥的磷酸基团减少，势能降低 磷酸基团携带转移的“势能”与其他分子结合 酶 磷酸 水 P P P P P P 3.ATP是一种高能磷酸化合物 α 位 β位 γ位 负电 负电 负电 因为1molATP水解释放的能量高达30.54kJ。 为什么说ATP是一种高能磷酸化合物？(水解时释放20.92kJ/mol及以上能量的化合物称高能化合物) 腺嘌呤核糖核苷酸 腺苷一磷酸 AMP 若ATP分子去掉2个磷酸基团后的剩余部分是什么物质？ ~ ~ P P P 3.ATP是一种高能磷酸化合物 1 2 3 焦点二 ATP在细胞内的含量多吗? 生物体如何补充生命活动所需要的大量的ATP呢? ATP合成与水解过程中能量的来源与去处是怎样的 ATP与ADP是怎样相互转化的？这有什么意义? 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 结论：ATP在细胞内的含量及其生成速度：含量少，转化快 ATP合 成和水解都非 常迅速 ATP水解后转化为比ATP稳定的化合物 ，脱离 下来的 如果未转移给其他分子，成为游离的磷酸（Pi） ADP（腺苷二磷酸） 磷酸基团 写出ATP水解的反应式: 在有关酶作用下，ADP接受 ，同时与 结合，重新转化成ATP 能量 Pi 1.ATP的水解与合成过程 （1）ATP的水解过程 （2）ATP的合成过程 写出ATP合成的反应式: ATP 合成酶 ADP + Pi + 能量 ATP 水解酶 ADP + Pi + 能量 2. ATP与ADP相互转化 能量 能量 合成 水解 ATP与ADP相互转化示意图 光合作用 呼吸作用 人、动物、真菌\多数细菌等 绿 色 植 物 呼吸作用 ~ ~ ~ 各项生命活动 P P P P P P P 根据示意图你能分析ATP合成与水解过程中能量的来源与去处。 去向 来源 项目 ATP的合成 ATP的水解 反应式 ADP＋Pi＋能量 ATP 所需酶 能量来源 (光合作用)、 (细胞呼吸) 储存在 中的能量 能量去路 储存于形成的 中 用于各项生命活动 反应场所 酶1 酶2 ATP合成酶 ATP水解酶 ATP ADP＋Pi＋能量 光能 化学能 特殊化学键 特殊化学键 提示：物质是可逆(循环)的，但能量不可逆（不循环）。不是可逆反应，处于动态平衡之中。 预设展：展示小组讨论成果（5分钟） 细胞质基质、线粒体、叶绿体 生物体的需能部位 小组讨论完成表格，回答下列问题。（5分钟） 16 1 2 焦点三 ATP水解后可用于哪些生命活动? ATP水解释放的能量如何用于各项生命活动? 细胞中哪些生命活动需要ATP提供能量? A-P～P ～P 酶 能量 A-P～P + Pi + P P P ~ ~ Pi 能量 水解 P P ~ 吸能反应——伴随ATP水解反应（ATP水解提供能量） 四、ATP的利用 用于大脑思考 ATP ATP的能量被消耗于各种需能的生命活动 用于生物发光 用于肌肉收缩 用于生物发电 葡萄糖+果糖 蔗糖 酶 （物质合成） 主动运输（渗透能） 四、ATP的利用 ATP ADP 水解 合成 吸能反应等 放能反应等 能量 能量 综上，能量通过ATP分子在吸能反应与放能反应之间流通。因此称ATP是细胞内流通的能量“货币”。 为什么称ATP为“货币” ATP（腺苷三磷酸） 核糖 磷酸 腺嘌呤 磷酸 磷酸 ～ ～ ADP（腺苷二磷酸） AMP（腺苷一磷酸或腺嘌呤核糖核苷酸） 放能反应 葡萄糖、脂肪等 合成 水解 ATP ADP 能量 能量 2.细胞内化学反应类型 放能反应与 反应联系，释放的能量储存在 中； 吸能反应与 联系，需要吸收的能量由 提供； 能量通过ATP在吸能反应与放能反应之间流通， 因此把ATP比喻成细胞内 。 ATP水解 ATP合成 ATP 流通的能量“货币” ATP水解 （各项生命活动）吸能反应 什么是吸能反应、放能反应请举例，并说出它们与ATP的关系 2、物质ATP、ADP、Pi可逆，能量不可逆。 特点： 1、分别伴随能量的储存和释放。 3、ATP含量少，但转化快，时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，保证了为细胞稳定供能。 ATP ATP水解酶 ATP合成酶 ADP + Pi + 能量 （ATP水解是放能反应，伴随吸能反应） （ ATP合成是吸能反应，伴随放能反应） 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 拓展延伸 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”。 “A”的比较(说出圆圈里所表示的含义） 腺苷 腺嘌呤 腺嘌呤脱氧核糖核苷酸 腺嘌呤核糖 核苷酸 （腺苷一磷酸） 即时训练 A-P~P~P 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 总结：正是由于细胞内具有ATP这种能量“通货”，细胞才能及时而持续地满足各项生命活动对能量的需求。 小 结 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 B 教材课后习题·概念检测 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 D 3.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 教材课后习题·概念检测 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.加入蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率 C 教材课后习题·概念检测 1.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。 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： 教材课后习题·拓展应用 2.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： 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子葡萄糖的 1/94; 一是： 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。 教材课后习题·拓展应用 3.在植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都是以AP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。 教材课后习题·拓展应用 Lavf58.20.100 $$