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

彼得·丹尼斯·米切尔，英国生物化学家，1978年因为化学渗透理论建立了公式而获得诺贝尔化学奖。1943年获剑桥大学理学士学位，1950年获哲学博士学位，毕业后在剑桥大学生物化学系任教，并从事生物化学的基础理论研究工作，1955-1963年任爱丁堡大学化学和生物学教研室主任。因健康原因辞职，1964年任格林研究所研究室主任。在有关酶和新陈代谢作用的研究取得了一些新的突破和进展。他首次提出了他的"化学渗透学说"、"生物膜具有转化活性"的观点，来研究生物能的转化规律。他的理论不仅对植物是适用的，而且也同样适用于阐明细菌体的能量代谢，在细菌细胞中，这种转换是在细胞膜上进行的。对生物体内能量转换机理的杰出研究，使他获得了1978年诺贝尔化学奖金。主要著作有:《氧化和光合磷酸化作用中的化学渗透耦合"(1966年)，《化学渗透耦合与能量转换器》(1968年)。 必修1：分子与细胞 彼得·米切尔 第5 章 必修1：分子与细胞 细胞的能量供应与利用 第2节 细胞的能量”货币”—ATP 学习目标 核心素养要求 1.简述ATP的化学组成和结构特点，能熟练写出ATP的分子结构简式。 2.认同ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 3.掌握ATP与ADP相互转化的过程、特点及意义。 4.举例说明细胞中哪些生命活动需要ATP提供能量。 1. 科学思维、生命观念：通过纸模型构建，说明ATP的结构，描述ATP的化学组成和结构特点，认同ATP的结构与功能相适应的生命观念 2. 科学探究、科学思维：设计对照实验，探究为萤火虫发光的直接能源物质，在交流讨论中阐明ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质；通过分析资料，从原料、条件、能量等方面归纳概括ATP和ADP相互转化的概念模型，了解生物体中ATP与ADP含量保持动态平衡，认同物质是载体，能量是动力，物质与能量相伴随的生命观念 3.社会责任：联系生活，感受与ATP相关的技术在实际生活中的应用，学会健康生活，承担关爱他人、向他人科普生物学知识的社会责任 细胞的能量”货币”—ATP 必修1：分子与细胞 内容聚焦 本节目录 内容1 内容2 内容3 ATP是一种高能磷酸化合物 ATP与ADP可以 相互转化 ATP的利用 第一部分 | 论证主张1：ATP是细胞内直接能源物质 【视频】萤火虫发光的奥秘 1.萤虫发光的生物学意义是什么？ 传递求偶信号 2.萤火虫体内有特殊的发光物质吗？ 3.萤火虫发光过程有能量的转换吗？ 腹部后端细胞内有荧光素 化学能转变为光能 【问题探讨】 【思考】 5 能量 荧光素酶 O2 荧光素 激活的荧光素 荧光 氧化荧光素 发出 【拓展】萤火虫的发光原理 【思考】细胞内哪些物质有可能为萤火虫发光提供能量呢？ 请设计实验来探究哪些物质是萤火虫生命活动的直接能源物质。 内容1 ATP是一种高能磷酸化合物 葡萄糖 脂肪 淀粉 糖原 6 A B C ATP制剂2ml 0.1%葡萄糖2ml 脂肪溶液2ml 发光器粉末加入试管暗处理15分钟 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 实验过程： 实验结论： 实验:探究萤火虫发光的直接供能物质 内容1 ATP是一种高能磷酸化合物 ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质 银行卡 买咖啡 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” 【问题】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？ 内容1 ATP是一种高能磷酸化合物 预习检测 预习教材P86~89 ，解决以下问题。 1.ATP的中文名称？ATP的组成元素？ATP的结构简式为？ 2.ATP的结构特点？ 3.为什么说ATP是高能磷酸化合物？ 4.ATP与ADP之间怎么转化？ ATP的结构特点与ATP和ADP的转化有什么关联？ 5.ATP合成发生在哪些生理过程？在细胞的哪些结构中进行？ 6.ATP与RNA的关系是什么？ 7.ATP的功能是什么？ATP为什么被称为“能量的通货”？ ATP是一种高能磷酸化合物 ATP英文全称是adenosine triphosphate，adenosine是 结合而成。tri是“ ”的意思，phosphate是 。全cheng 腺苷（腺嘌呤+核糖） 三 磷酸基团 ATP的结构式 【讨论】图中①②③的结 构分别代表什么？ 腺苷 三个磷酸基团 腺嘌呤 核糖 α β γ ① ② 一.ATP的结构 内容1 ATP是一种高能磷酸化合物 ③ ATP （腺嘌呤+核糖） 1.ATP的中文名称： 腺苷三磷酸 2.ATP的元素组成： C、H、O、N、P 3.ATP的结构简式： A-P～P～P 4.A、T、P、～的含义： A表示：腺苷 T表示：三 P表示：磷酸基团 ～表示：特殊的化学键 内容1 ATP是一种高能磷酸化合物 腺苷（A） ATP （腺苷三磷酸） ADP（腺苷二磷酸） AMP（腺苷一磷酸） ~ ~ 特殊的化学键 两个带负电的磷酸基团之间相互排斥而具有较高的势能 （不稳定） 腺嘌呤核糖核苷酸 （RNA的基本单位之一） 一.ATP的结构 11 由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而互相排斥等原因，使得这种特殊的化学键 ，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。 ATP H2O H ADP 腺苷二磷酸 O P OH O- O- 能量高达30.54kJ/mol 水解酶 磷酸 水 P P P P P P α 位 β位 γ位 负电 负电 负电 ATP水解的过程就是 的过程，1molATP水解时释放的能量高达30.54kJ，所以说ATP是一种 。 释放能量 高能磷酸化合物 内容1 ATP是一种高能磷酸化合物 5. ATP结构特点： ➊不稳定 ➋能量高， 不稳定 【拓展延伸】 ATP 唯一的直接能源物质，除ATP外，还有 。UTP是由一个尿嘧啶、一个核糖、三个磷酸连接而成的；GTP是由一个鸟嘌呤、一个核糖、三个磷酸连接而成的；CTP是由一个胞嘧啶、一个核糖、三个磷酸连接而成的。每个分子去掉两个磷酸基团后都是构成 的基本单位，它们的关系如下图所示： 内容1 ATP是一种高能磷酸化合物 不是 UTP、GTP和CTP RNA 这四种物质中，ATP是生物体的直接能源物质，当人体在运动、吸收氨基酸、葡萄糖等营养物质时都会消耗ATP，ATP是能量“货币”。GTP可用于合成蛋白质，CTP可用于合成脂质，UTP可用于合成多糖。 另外，ATP中的核糖若改变为脱氧核糖，就转变为dATP( )。 【拓展延伸】 内容1 ATP是一种高能磷酸化合物 脱氧腺苷三磷酸 腺苷 腺苷 腺嘌呤脱氧核苷酸 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 腺嘌呤 1.辨析下列物质结构中“A”的含义 习题检测 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 【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 【资料分析】 内容2 ATP与ADP可以相互转化 A-P~P~P (ATP) A-P~P (ADP) 能量2 ATP 酶2 酶1 Pi ADP +Pi +能量 酶1 酶2 能量1 Pi ATP水解酶 ATP合成酶 ①酶1和酶2相同吗？ ②能量1和能量2相同吗？ 光合作用（光能） 呼吸作用（化学能） 放能 反应 用于各项生命活动 吸能反应 ATP和ADP的相互转化 内容2 ATP与ADP可以相互转化 动态平衡 17 【归纳】 1.对正常细胞来说，ATP和ADP相互转化， 。 2. 细胞中ATP含量 ，而生命活动却不停的消耗ATP，使ATP迅速 。 细 胞中ATP的含量之所以保持相对稳定， 在于 。 3.原核生物(蓝细菌、光合细菌)光合作用也可以合成ATP，细胞呼吸也能合成ATP。 4.ATP与ADP的转化机制，在所有细胞中都是一样的，体现了 。 时刻不停的发生并处于动态平衡 ATP与ADP快速相互转化 很低 减少 生物界的统一性 ATP 合成酶 水解酶 ADP +Pi +能量 【思考】该反应是否是可逆反应？ 否；因为反应条件、能量和场所都不相同。 内容2 ATP与ADP可以相互转化 项目 ATP的合成 ATP的水解 反应式 ADP＋Pi＋能量 ATP 所需酶 反应场所 生物体的需能部位 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 联系 酶1 酶2 ATP合成酶 ATP水解酶 ATP ADP＋Pi＋能量 光能 化学能 高能磷酸键 高能磷酸键 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。 细胞质基质、线粒体、叶绿体 ATP与ADP相互转化 内容2 ATP与ADP可以相互转化 19 内容3 ATP的利用 4.细胞内的吸能反应(化学能） 如葡萄糖+果糖 蔗糖 酶 1.生物发电(电鳐)、发光(萤火虫) ATP 1.ATP的功能 （1）细胞中绝大数需能的生命活动都是由ATP直接提供能量的（还有GTP、UTP、CTP和dATP、dGTP、dTTP、dCTP等）。 ATP水解释放的能量是如何用于上述各种生命活动的呢？ 2.大脑的思考（电能） 5.细胞的主动运输（渗透能） 3.肌肉收缩 (机械能） 内容3 ATP的利用 【视频】 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Ca2+与其相应位点结合时，其酶活性就被 了。 2.在载体蛋白这种酶的作用下，ATP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 。 3. 载体蛋白磷酸化导致其空间结构 ，使 Ca2+ 的结合位点转向膜外侧，将Ca2+释放到膜外。 内容3 ATP的利用 载体蛋白（酶）激活 载体蛋白磷酸化 载体蛋白空间结构改变 激活 磷酸化 发生变化 1.ATP的功能 1.ATP使细胞能及时而持续地满足各项生命活动对能量的需求。下图中图甲为ATP的结构示意图，图乙为ATP与ADP相互转化的关系式。据图分析，下列说法正确的是(　 ) A．图甲中A代表腺苷，b、c为特殊的化学键 B．图乙中反应向左进行时，所需能量均来自细胞代谢 C．图乙中反应向右表示ATP水解，与细胞内的放能反应相联系 D．图甲中水解掉两个磷酸基团所剩下的结构，可参与构成DNA B　 习题检测 2.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 习题检测 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。 24 ATP的合成、ATP的水解分别属于什么反应？分别与什么反应相联系？ 能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通，因此，可以把ATP比喻成细胞内流通的能量“通货” 细胞呼吸(有机物氧化分解)、光合作用的光反应 有机物合成、主动运输、 胞吞胞吐、 蛋白质磷酸化、肌肉收缩等 1.ATP的功能 ATP ADP 水解 合成 （各项生命活动）吸能反应 放能反应 能量 能量 内容3 ATP的利用 25 (3)作为细胞间传递信息的信号分子而起作用 (2)ATP水解掉两个磷酸基团后，形成AMP，作为合成RNA的原料。 ATP注射液是一种用于心功能不全、脑出血后遗症等疾病的辅助治疗药物，是作为细胞间传递信息的信号分子而起作用，并不是为细胞提供能量。 1.ATP的功能 内容3 ATP的利用 能源物质： 重要能源物质： 储能物质： 良好储能物质： 直接能源物质： 最终（根本）能源物质： 糖类、脂肪、蛋白质、ATP 糖类 脂肪、淀粉（植物细胞）、糖原（动物细胞） 脂肪 ATP（腺苷三磷酸） 太阳能 2.能源物质的总结 判断：有氧呼吸释放出来的能量转化为热能和ATP（ ） × ATP是与能量有关的一种物质，不等同于能量：ATP是一种高能磷酸化合物，高能磷酸键水解时能够释放出高达30.54 kJ/mol的能量 内容3 ATP的利用 如果将萤火虫的荧光素酶基因转入植物细胞中，再用含有荧光素的溶液浇灌植物，这样的转基因植物能在黑暗中发光，这样培育的“发光树”可用做行道树。 【拓展】 能量 荧光素酶 ＋氧气 荧光素 激活的荧光素 荧光 氧化荧光素 发出 内容3 ATP的利用 . 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 一、概念检测 D 练习与应用 29 . 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 练习与应用 30 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 练习与应用 31 . 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。 练习与应用 二、拓展应用 32 . 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：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。 练习与应用 33 . 3.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。 练习与应用 34 归纳小结 （1）1分子ATP中只含有1分子腺嘌呤和3分子磷酸基团。( ) （2）人在激烈运动时，骨骼肌细胞ATP的合成远多于ATP的水解。 ( ) （3）绿色植物可以通过光合作用和细胞呼吸形成ATP，而动物细胞和真菌 只能通过细胞呼吸形成ATP。( ) （4）ATP水解释放的能量可用于细胞内的放能反应。( ) （5）细胞中所有需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的。( ) × × √ × × 习题检测 1.易错辨析 2.如图是细胞中某种小分子化合物的结构模式图，①～③代表化学键，④和⑤代表化学基团，已知该化合物可直接为肌肉收缩供能，下列有关说法正确的是(　　) A.①②中储存有大量的化学能，①水解时可为放能反应提供能量 B.④代表的化学基团是—H，⑤是一种含氮的碱基 C.该化合物可以在人体内成熟的红细胞中提取到 D.细胞中需要能量的生命活动都是由该物质直接提供能量的 C 习题检测 3.相对于细胞外液而言，大部分动物细胞内部的Na＋浓度很低，而K＋浓度很高，细胞通过主动地泵出Na＋和泵入K＋,来维持这种浓度差异。运输这两种离子跨膜的是钠钾泵，运输过程如图所示。下列相关叙述错误的是（ ） A．钠钾泵的化学本质是蛋白质，且具 有ATP水解酶的作用 B．在转运Na＋和K＋的过程中，钠钾泵 的空间结构会发生变化 C．钠钾泵既能运输Na＋又能运输K＋， 所以没有特异性 D．低温、低氧会影响钠钾泵运输钠钾离子 C 习题检测 4．如图表示ATP-ADP循环。关于该循环的说法，正确的是（　　）   A．叶肉细胞中过程①发生在线粒体中，过程②发生在叶绿体中 B．过程①与生物体内的许多吸能反应相联系 C．过程①和过程②在肌肉收缩过程中均会发生 D．细胞中需要能量的生命活动都是由过程②直接供能的 C 习题检测 5.ATP的结构示意图如下,①③表示组成ATP的物质或基团,②④表示化学键。下列有关叙述正确的是(　　) A.物质①表示鸟嘌呤 B.化学键②断裂的化学反应属于吸能反应 C.形成②所需的能量可来自光能也可来自化学能 D.若化学键④断裂，则左边的化合物是ADP C 习题检测 6.酶是细胞代谢不可缺少的催化剂，ATP是生命活动的直接能源物质。ATP逐级水解的过程如下图所示。下列叙述错误的是(　　) A.①和③含有的化学元素不完全相同 B.②是组成RNA的基本单位之一 C.底物的量相同时，图中释放能量最少的过程是Ⅲ D.酶的催化作用需要ATP提供能量 D 习题检测 本讲结束，记得点个赞哦！ Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) EVCapture4.0.2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 $$