5.2+细胞的能量“货币”ATP-课件-2025-2026学年高一上学期必修1（2019）

该高中生物学课件聚焦“细胞的能量‘货币’ATP”，涵盖ATP的化学组成、与ADP的相互转化及生理功能。课堂导入以“囊萤夜读”故事引出萤火虫发光实验，引导学生探究直接能源物质，搭建从生活现象到科学本质的学习支架。 其亮点在于以实验探究为核心，通过萤火虫发光实验设计培养科学思维，合作构建ATP结构模型深化结构与功能观的生命观念。对比辨析ATP与ADP、AMP的区别及与核酸中“A”的联系，结合转基因荧光树实例，帮助学生理解ATP的“能量货币”作用，提升学生探究能力，也为教师提供丰富的教学资源。

第2节 细胞的能量“货币”ATP 第五章 细胞的能量供应和利用 1 (一)教学目标 1.依据ATP的分子简式说出 ATP的化学组成和特点 2.根据ATP与ADP的相互转化解释ATP在细胞生命活动中的作用。 (二)教学重点和难点 2.教学难点 1.教学重点 通过ATP与ADP相互转化的特点，解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 ATP化学组成的特点及其在能量代谢中的作用。 导入新课 相传，我国晋朝青年车胤由于家境贫寒，买不起灯油，无法在晚上读书。于是他在草丛中捉了很多的萤火虫，并且将它们装在薄薄的布袋子里，借着萤火虫发出的光读书。这就是“囊萤夜读”的故事。 萤火虫发光需要细胞提供能量。直接能源物质是什么呢？ 萤火虫 萤火虫的尾部发光细胞中有荧光素和荧光素酶。荧光素接受能量后就被激活，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。 ②.被激活的荧光素+O2 氧化荧光素+H2O 荧光素酶 发出荧光 1.发光的原理： ①.荧光素+能量 被激活的荧光素 ①.资料：萤火虫发光的奥秘在于腹部后端细胞内的特殊发光物质荧光素。荧光素接受能量被激活后，在荧光素酶的催化下发出荧光。 2.探究：萤火虫发光需要细胞提供能量。直接能源物质是什么呢？ 被激活的荧光素+O2 氧化荧光素+H2O 荧光素酶 发出荧光 荧光素+能量 被激活的荧光素 ②.实验目的：探究使萤火虫发光的直接能源物质。 ③.实验材料：萤火虫发光器干燥后研磨成的粉末（有荧光素和荧光素酶）、试管、蒸馏水；等浓度的葡萄糖溶液、脂肪溶液、ATP溶液等。 蒸馏水 每支试管加入等量的发光器粉末和清水 葡萄糖溶液 ATP溶液 脂肪溶液 A B C D ④.实验步骤： ⑤.实验结论： 萤火虫发光的直接能源物质是ATP。 葡萄糖等有机物不是直接能源物质。 被激活的荧光素+O2 氧化荧光素+H2O 荧光素酶 发出荧光 荧光素+能量(ATP) 被激活的荧光素 ATP才是生命活动的直接能源物质。 a. 萤火虫发光的生物学意义是什么？ b. 萤火虫体内有特殊的发光物质吗？ c. 萤火虫发光的过程有能量的转换吗？ 相互传递求偶信号，以便交尾，繁衍后代。 有荧光素。 化学能转化为光能。 ⑥.思考与讨论： ATP中活跃的化学能转化为光能。 1.ATP的结构 ⑴.中文名称： 腺苷三磷酸 一.ATP是一种高能磷酸化合物 腺苷三磷酸(ATP) 10 假如用 代表磷酸基团 假如用 代表腺嘌呤 假如用 代表核糖 ~ ~ 腺嘌呤 核糖 磷酸基团（P） P P P 高能磷酸键 腺苷(A) 合作学习 ⑵.尝试构建ATP结构的物理模型 普通磷酸键 11 ~ ~ 腺嘌呤 核糖 磷酸基团（P） P P P 高能磷酸键 腺苷(A) A–P～P～P 腺苷 磷酸基团（3个） 高能磷酸键（2个） ⑶.ATP的结构简式： =腺嘌呤+核糖 普通磷酸键（1个） ATP的结构简式 ⑷.ATP的结构特点 ①.由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因， P P P ~ ~ 核糖 腺嘌呤 ATP（ 腺苷三磷酸） 末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势， 使得这种化学键不稳定， 也就是具有较高的转移势能。 ⑷.ATP的结构特点 ②.当ATP在酶的作用下水解时， P P P ~ ~ 核糖 腺嘌呤 ATP（ 腺苷三磷酸） 可见ATP水解的过程就是释放能量的过程， 脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。 1mol ATP水解释放的能量高达30.54kJ， 所以说ATP是一种高能磷酸化合物。 P P ~ 核糖 腺嘌呤 P ＋ P P P ~ ~ 核糖 腺嘌呤 2.ATP、ADP与腺嘌呤核糖核苷酸的区别： ATP（ 腺苷三磷酸） P P P ~ ~ 核糖 腺嘌呤 ATP（ 腺苷三磷酸） ADP （腺苷二磷酸) AMP （腺苷一磷酸） 即：腺嘌呤核糖核苷酸 是RNA基本单位之一 ①.三者在结构上的区别： P P P ~ ~ 核糖 腺嘌呤 P 核糖 腺嘌呤 AMP （腺苷一磷酸） 即：腺嘌呤核糖核苷酸 ATP（ 腺苷三磷酸） P P ~ 核糖 腺嘌呤 ADP （腺苷二磷酸) 是RNA基本单位之一 ①.三者在结构上的区别： ②.ATP、ADP与腺嘌呤核糖核苷酸的图示： 腺苷一磷酸 腺苷二磷酸 腺苷三磷酸 ②DNA分子中的A为： ATP与DNA、RNA、核苷酸的结构中都含有“A”，但在不同物质中“A”表示的含义不同，如图所示。 ③.ATP与DNA、RNA、核苷酸的联系 ①ATP中的A为: 由腺嘌呤和核糖组成。 腺苷。 腺嘌呤脱氧核苷酸， 由一分子腺嘌呤、一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成。 ATP与DNA、RNA、核苷酸的结构中都含有“A”，但在不同物质中“A”表示的含义不同，如图所示。 ③.RNA分子中的A为： ④.核苷酸中的A为： 由此可见，它们的共同点是都含有： 腺嘌呤核糖核苷酸。 由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸组成。 腺嘌呤。 腺嘌呤 ③.ATP与DNA、RNA、核苷酸的联系 在下列四种化合物的化学组成中，“○”中所对应的含义最接近的（ ） A．①和② B．①和④ C．③和④ D．②和③ B 典型例题 A–P～P～P 腺苷 磷酸基团 高能磷酸键 （2个） A： P： ～： —： 普通磷酸键 （1个） 腺苷三磷酸 30.54KJ/mol 4.是一种高能磷酸化合物 3.结构简式： 1.中文名称： 2.组成的化学元素： C、H、O、N、P （3个） =腺嘌呤+核糖 （同核酸、磷脂） （8.37~20.92KJ/mol） 特点：远离A的高能键易水解和重新形成 小结：ATP的结构 ①.从该资料可看出生物体内ATP有什么特点？ 消耗大，含量低，不能长时间储存。 ②.ATP会不会出现供不应求的情况？ 不会。ATP和ADP可以时刻不停地发生相互转化。 1.资料分析： 一个成年人安静状态下，24 h内有40 kg的ATP水解。剧烈运动状态下，每分钟约有0.5 kg的ATP分解释放能量，供运动所需。在正常人体中ATP和ADP的总量很少，且基本保持一定，大约为2 mg～10 mg。在人体安静状态时，肌肉内ATP所含的能量只能供肌肉收缩1～2 s。 正常细胞中的ATP含量约为0.1mol，仅能维持细胞5～8 s的基础代谢。 二.ATP和ADP可以相互转化 ①.ATP水解后转化为比ATP稳定的化合物—ADP， ③.在有关酶的作用下，ADP可以接受能量，同时与Pi结合，重新形成ATP。 ②.脱离下来的磷酸基团如果未转移给其他分子，就成为游离的磷酸(以Pi表示) 对细胞的正常生活来说，ATP与ADP的这种相互转化，是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中的。 ATP ADP+Pi+能量 酶1 ADP+Pi+能量 ATP 酶2 2.ATP和ADP相互转化的过程 能量(1) A-P~P~P (ATP) A-P~P (ADP) 能量(2) Pi 水 解 酶 Pi 动态平衡 合 成 酶 ATP在生物体内含量很少 ATP与ADP相互转化的能量供应机制， 在所有生物的细胞内都是一样的，这体现了生物界的统一性。 3.ATP和ADP相互转化的图示 光能(光合作用)、 化学能(细胞呼吸 储存在高能磷酸键 中的能量 ATP和ADP可以迅速地相互转化， 这种转化是不停地发生并且处于动态平衡当中。 4.思考：ATP和ADP的相互转化是可逆反应吗？ ATP ADP+Pi+能量 酶2 酶1 4.ATP与ADP的相互转化是否是可逆反应 ? ATP的合成 ATP的水解 反应式 所需酶 能量来源 能量去路 反应场所 ATP合成酶 ATP水解酶 光能(光合作用)、 化学能(细胞呼吸)--（能量2） 储存在高能磷酸键 中的能量（能量1） 储存于形成的高能磷酸键中 用于需能量的各项生命活动 细胞质基质、线粒体(异养生物) 生物体的需能部位（细胞内） ADP＋Pi＋能量 ATP 酶1 ATP ADP＋Pi＋能量 酶2 细胞质基质、线粒体、叶绿体(绿色植物) mygcp (m) - 3.思考：ATP和ADP的相互转化是可逆反应吗？ ATP ADP+Pi+能量 酶2 酶1 物质是可逆的， 能量是不可逆的。 所以总体上说：ATP和ADP的相互转化是不可逆反应的。 用于大脑思考 用于生物发电发光 用于主动运输 、细胞的生长分裂等 ATP 三. ATP的利用 用于各种运动，如肌细胞收缩 1. ATP利用的举例 细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的。 ATP 机械能（如肌细胞收缩） 热能（如维持体温） 渗透能（如主动运输） 电能（如电鳐放电） 光能（如萤火虫发光） 转 化 为 化学能（如葡萄糖和果糖合成蔗糖） ATP的生理功能: ATP--细胞内的直接能源物质 ATP是生物体进行大多数生命活动所需能量的直接来源 2.ATP是如何为生命活动供能的呢？ Ca2+ ATP 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，其酶活性就被激活了。 以主动运输Ca2+为例 Ca2+ ADP 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。 2.ATP是如何为生命活动供能的呢？ 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。 Ca2+ ADP 2.ATP是如何为生命活动供能的呢？ ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，这在细胞中是常见的。 这些分子被磷酸化后，空间结构发生变化，活性也被改变，因而可以参与各种化学反应。 3.吸能反应和放能反应 细胞内的化学反应可以分成吸能反应和放能反应两大类。 ①前者是需要吸收能量的， ②后者是释放能量的， 如蛋白质的合成等; 如葡萄糖的氧化分解等。 吸能反应总是与____________相联系，由ATP水解提供能量； 放能反应总是与____________相联系，释放的能量贮存在ATP中。 ATP的水解 ATP的合成 能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。 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储存的能量相对较 少，但能被直接利用 释放 ATP是细胞的能量“货币”。 ATP ADP 水解 合成 吸能反应等 放能反应等 能量 能量 ATP是细胞内流通的能量“货币” 为什么称ATP为“货币” 思考讨论 ATP水解释放的能量用于吸能反应， ATP合成所需的能量来自放能反应， 吸能反应一般与ATP水解的反应相联系 放能反应一般与ATP合成相联系 4.ATP供能在现实生活中的应用--转基因荧光树 被激活的荧光素+O2 氧化荧光素+H2O 荧光素酶 发出荧光 发光的原理： 荧光素+能量 被激活的荧光素 科学家运用这一原理，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”。 白天，阳光照射，公园与普通公园一模一样。晚上，这些树就自动发光。公园里不需要路灯，一片通明。而且，光照非常柔和。未来，夜间发光的树可能会成为街灯的天然替代品。 5.并不是所有的生命活动都需要能量 6.并不是所有的生命活动都是由ATP提供能量， 如自由扩散、协助扩散、气体交换，渗透作用、蒸腾作用等生理过程就不要消耗能量。 如GTP、CTP、UTP也能直接提供能量。 P P P ~ ~ 核糖 腺嘌呤 P P P ~ ~ 核糖 鸟嘌呤 P P P ~ ~ 核糖 胞嘧呤 P P P ~ ~ 核糖 尿嘧呤 GTP CTP UTP ATP 如GTP、CTP、UTP也能直接提供能量。 统称：NTP P P P ~ ~ 核糖 腺嘌呤 6.并不是所有的生命活动都是由ATP提供能量， P P P ~ ~ 核糖 尿嘧呤 P P P ~ ~ 核糖 胞嘧呤 P P P ~ ~ 核糖 鸟嘌呤 ATP GTP CTP UTP P P P ~ ~ 脱氧核糖 胸腺嘧呤 P P P ~ ~ 核糖 腺嘌呤 dTTP P P P ~ ~ 脱氧核糖 胞嘧呤 dCTP P P P ~ ~ 脱氧核糖 鸟嘌呤 dGTP P P P ~ ~ 脱氧核糖 腺嘌呤 dATP P P P ~ ~ 脱氧核糖 胸腺嘧呤 dTTP P P P ~ ~ 脱氧核糖 胞嘧呤 dCTP P P P ~ ~ 脱氧核糖 鸟嘌呤 dGTP P P P ~ ~ 脱氧核糖 腺嘌呤 dATP 统称：dNTP ATP UTP GTP CTP dATP dTTP dGTP dCTP 脱氧核糖 四种核糖核苷三磷酸(NTP) 四种脱氧核糖核苷三磷酸(dNTP) A ATP是细胞的能量通货，是生命活动的直接能源物质，下图为ATP的结构和ATP与ADP相互转化的关系式。下列说法不正确的是(　　) A.图1中的a代表腺苷，b、c为高能磷酸键 B.图2中反应向右进行时，图1中的c键断裂并释放能量 C.ATP与ADP快速转化依赖于酶的催化作用具有高效性 D.酶1和酶2催化作用的机理是降低化学反应的活化能 典型例题 ATP 全称：三磷酸腺苷 结构简式： A-P～P～P 形成途径： 与ADP相互转化： 利用：生命活动各种形式的能量 光合作用 呼吸作用 ATP ADP+Pi+能量 酶1 酶2 课堂总结 1.ATP的结构式可以简写为（ ） A.A-P-P~P B.A-P~P~P C.A~P~P-P D.A~P~P~P 2.生物体内进行生命活动的直接能源物质、主要能源物质和最终能源依次是 （ ） A.太阳能 糖类 ATP B.ATP 糖类 脂肪 C、ATP 脂肪 太阳能 D.ATP 葡萄糖 太阳能 B D 课堂练习 3.一分子ATP中含有的腺苷、磷酸基团和高能磷酸键数目依次是（ ） A.1，2，2 B.1，2，1 C.1，3，2 D.2，3，1 4.ADP转变为ATP需要（  ） A.磷酸、腺苷、能量、酶     B.磷酸、腺苷、能量 C.腺苷、能量、酶                D.磷酸、能量、酶 C D 5.对于反应式：ATP ADP+Pi+能量，以下提法正确的是（ ） A.物质是可逆的，能量是不可逆的 B.物质和能量都是可逆的 C.物质和能量都是不可逆的 D.物质是不可逆的，能量是可逆的 A 酶1 酶2 6.ATP与DNA共有的组成成分为（    ） A.核酸和磷酸基             B.脱氧核糖和磷酸基团 C.腺嘌呤和磷酸基团      D.腺嘌呤和高能磷酸健 C 再 见 Lavf58.12.100 Transcoded by Arctime Pro 2.2.1 $