第8讲 细胞的能量“货币”————ATP 2026届高中生物学 一轮复习课件

第8讲（2） 细胞的能量“货币”——ATP 贺老师 大概念二 细胞的生存需要能量和营养物质 1 能源物质 生物体主要的能源物质 细胞生命活动主要能源物质 生物体内良好的储能物质 动物细胞内的储能物质 植物细胞内的储能物质 最终能源来源 直接能源物质 ATP 葡萄糖 脂肪 糖原 淀粉 太阳能 注意：ATP≠能量，ATP是直接能源物质！ 细胞中的能源物质 糖类 判断：ATP是细胞可以直接利用的能量。（ ） × 细胞内供能的顺序：糖类→脂肪→蛋白质 2 ATP的结构 腺苷（A） AMP（腺苷一磷酸） ADP （腺苷二磷酸） ATP （腺苷三磷酸） 2.组成成分： A－P～P～P A: P: ～: —: 腺苷 磷酸基团 普通的化学键 特殊的化学键 1.组成元素： 1分子腺嘌呤 1分子核糖（不是脱氧核糖） 3分子磷酸基团 3.结构简式： C、H、O、N、P ~ ~ ATP的中文名： AMP=腺嘌呤核糖核苷酸，RNA的基本组成单位之一 腺苷三磷酸 腺嘌呤核糖核苷简称腺苷 三磷酸指的是三个磷酸基团，那腺苷代表什么 3 巩固练习：区别下列几种常见化合物的化学组成中，请写出“○”的含义。 一磷酸腺苷 （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 腺苷 腺嘌呤脱氧核苷酸 腺嘌呤（tRNA上3个相邻的碱基构成一个反密码子） 4 普通化学键 特殊化学键 ATP的结构 ~代表特殊的化学键，ATP两个相邻的磷酸基团带有负电荷而相互排斥，使连接两个磷酸基团的化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP与其他分子结合的趋势，具有较高的转移势能。 ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸集团携能量与其他分子结合，使该分子结构改变，活性也被改变，因而可以参与各种化学反应。 思考：请从电荷的角度出发，分析ATP分子怎样提供能量呢？ ATP 合成酶 水解酶 ADP +Pi + 能量 （30.54 kJ/mol） ATP是一种 高能磷酸化合物 ATP两个相邻的磷酸基团带有负电荷而相互排斥，使连接两个磷酸基团的化学键不稳定，末端的磷酸基团有较高转移势能。 5 (1)科学家发现，一种化学结构与ATP相似的物质GTP(鸟苷三磷酸)也能为细胞的生命活动提供能量，请从化学结构的角度解释GTP也可以供能的原因：________________________________________________________________。 含有两个特殊化学键，远离鸟苷的特殊化学键容易水解断裂，释放能量 思考：ATP是细胞唯一的直接能源物质吗？ NTP ：包括ATP、UTP、CTP、GTP（换碱基） dNTP：包括dATP、dTTP、dCTP、dGTP（换五碳糖和碱基） 细胞中绝大数需能的生命活动都是由ATP直接提供能量的 直接供能物质还有UTP、GTP、CTP及动物体内的磷酸肌酸 注意：NTP与dNTP 均是高能磷酸化合物，可用作 RNA 或 DNA 的合成原料，合成过程中会脱去两个磷酸基团，并释放出大量的能量。注意：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）。 6 ATP 消耗量大 ATP 含量很少 矛盾 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。 1 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 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 3 ATP与ADP相互转化，时刻不停且处于动态平衡 ATP与ADP的相互转化 ATP在细胞内是否大量存在？ 细胞是怎样解决ATP含量少而消耗量大的矛盾？ 7 P P P ～ ～ 水解 能量 Pi P P ～ 合成 能量 Pi ATP 酶 酶 ADP +Pi +能量 ATP与ADP的相互转化 ATP和ADP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 在静卧和运动时，ATP与ADP的相互转化有什么区别？ 合成ATP的过程中，所需的能量从哪里来？ (科学思维)植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都以ATP作为能量“通货”，这说明了什么？生物界具有统一性，也说明种类繁多的生物有着共同的起源。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。 8 主要能源物质 葡萄糖 主要储能物质 脂肪 其他能源物质 糖原、淀粉等 ATP 呼吸作用： +ADP +Pi → 能量 ① 反应总是与ATP的合成相联系，释放的能量 。 氧化分解 放能 贮存在ATP中 ATP的合成 光合作用的光反应： 糖类、脂肪等有机物储存有大量的能量，但不能被直接利用，ATP储存的能量相对来说少，但能被直接利用。ATP合成伴随细胞发生放能反应 9 水解酶 + Pi + ADP 能量 ATP 机械能（肌细胞收缩） 渗透能（主动运输、胞吞胞吐） 电能（电鳐放电、大脑思考） 光能（萤火虫发光） 化学能（物质合成） 热能（维持体温） 生物发光 光能 大脑思考 电能 肌肉收缩 机械能 囊泡运输 机械能 思考：哪些生命活动需要消耗ATP直接供能呢？ ②吸能反应总是与ATP的水解相联系，由ATP水解提供能量； 注意：一般不讨论ATP的水解和合成本身是吸能还是放能反应。 ATP的水解 ATP与ADP相互转化是细胞中吸能反应和放能反应的桥梁 ATP水解伴随细胞发生吸能反应 10 ATP水解释放的能量如何用于上述活动的呢？——以主动运输为例 开火车 11 与载体蛋白结合，激活其酶活性 Pi携转移势能与载体结合 载体蛋白 空间结构改变 Ca2+ ATP水解 Ca2＋释放到膜外 载体蛋白磷酸化 ①运输 ②作为ATP水解酶 ATP的供能机制： 开火车 12 资料：1mol葡萄糖经细胞呼吸完全氧化分解共需几十步反应，能够释放2870kJ的能量，是ATP水解放能（30.54kJ）的约94倍。 ATP为什么适于作为细胞的直接能源物质？ 比较项目 葡萄糖 ATP 分解条件 放能多少 较复杂 （相对稳定） 易水解 （相对活跃） 过多 较多 ATP是细胞的能量“货币” 13 能量转化过程 发生场所 生理过程 合成ATP 消耗ATP 细胞内常见产生与消耗ATP生理过程的归纳 细胞质基质 叶绿体 线粒体 细胞呼吸第一阶段 光反应 有氧呼吸第二、三阶段 主动运输、胞吞、胞吐 蛋白质的合成 DNA复制、转录等 暗反应中C3的还原和自身DNA复制、转录、翻译等 自身DNA复制、转录、翻译等 细胞膜 核糖体 细胞核 叶绿体 线粒体 细胞质基质 一些吸能反应 所有的生理活动都要消耗ATP（ ） 不消耗ATP: 被动运输、暗反应中CO2固定、水解反应 × 高中阶段所学的知识中有三种生理活动 14 ATP、ADP的相互转化过程是可逆的吗？ 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 水解反应 合成反应 水解酶 合成酶 活细胞多种场所 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 储存于特殊化学键中 结论 ：物质是可逆的，能量是不可逆的，场所、酶也不同 酶 酶 酶 15 应用：ATP荧光检测仪 ATP荧光检测仪基于萤火虫发光原理(P89)，利用“荧光素酶—荧光素体系”快速检测三磷酸腺苷（ATP）。由于所有生物活细胞中含有恒量的ATP，所以ATP含量可以清晰地表明样品中(食品、药品、水体等)微生物与其他生物残余的多少，用于判断卫生状况。 荧光素+O2+ATP 氧化荧光素(发出荧光) 荧光素酶 荧光强度越强→ATP含量越多→微生物数量越多 16 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。 ATP产生量与O2供给量的关系分析 17 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)人成熟红细胞无细胞核和众多的细胞器，所以不能合成ATP( ) (2)人剧烈运动时，细胞中ATP的含量会明显降低( ) (3)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 ( ) (4)ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应( ) (5)无氧条件下，光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一来源( ) × × × √ × 五、ATP产生量与O2供给量的关系分析 18 1.有关DNA分子的研究中，常用32P来标记DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP（d表示脱氧）上三个磷酸基团所处的位置（A—Pα～Pβ～Pγ或dA—Pα～Pβ～Pγ）。 （1）某种酶可以催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上，同时产生ADP。若要用该酶把32P标记到DNA末端上，那么带有32P的磷酸基团应在ATP的 （填“α”“β”或“γ”）位上。 （2）若用带有32P标记的dATP作为DNA生物合成的原料，将32P标记到新合成的DNA分子上，则带有32P的磷酸基团应在dATP的（填“α”“β”或“γ”） 位上。 γ α 19 拓展： ATP的其它作用 ②非典型性_________：ATP 释放方式：____________ ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质 ①作为_______合成的原料 神经递质 胞吐 RNA ③_______：接受信号分子后， 影响ATP水解生成cAMP 传递信息 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.2.30(gap_fixed:False) Lavf58.45.100 $$