第5章 2.细胞的能量“货币”ATP（正文）（Word版）-【未来密码】2026-2027学年高中生物必修1 分子与细胞关键能力提升同步学案（人教版）

该高中生物学导学案聚焦“细胞的能量‘货币’ATP”，核心内容包括ATP的结构功能、与ADP的转化及合成利用。课堂以锌铜弓刺激蛙肌肉实验导入，通过问题引导学生思考能量供应，结合科学史资料分析、模型构建等学习支架，衔接前后知识。 资料特色在于融入科学史探究，渗透结构与功能观的生命观念，通过资料分析与对比培养科学思维，实验导入与典例训练结合，帮助学生理解ATP供能机制，提升知识整合与语言表达能力，习题设计注重易错点辨析，助力核心素养养成。

2 细胞的能量“货币”ATP 【定标－核心素养】 关键能力与核心素养 考情揭秘 直击能力 定标素养 基本考查点 ATP的结构和功能； ATP与ADP的转化； ATP的合成和利用 （1）能从科学史资料中准确提取信息，并加以分析利用，具备知识获取和整合的能力； （2）能体会建构模型的思维方式，具备思维建模能力； （3）能准确表达自己对ATP水解与合成过程的理解，具备语言组织和表达能力。 （1）基于科学史，通过比较腺苷、腺嘌呤核糖核苷酸、ADP、ATP的结构，理解ATP的组成。渗透结构和功能观。 （2）通过构建ATP的模型，理解ATP作为直接能源物质的原因，形成比较、分析、归纳等科学思维方法。 （3）运用ATP水解与合成过程的比较，养成批判性思维，解释ATP的水解与合成非可逆反应，增强语言组织和表达能力。 重点及难点 说出ATP的化学组成和特点；理解ATP和ADP的相互转化；解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 题型和难度 选择题为主，在非选择题的小问中也会嵌入蛋白质磷酸化的情境，难度简单 【本课时主要内容】 ATP ATP 知识导航　三磷酸腺苷　C、H、O、N、P　A—P~P~P　腺苷　磷酸基团　直接　细胞质基质、线粒体、叶绿体　光合作用　细胞呼吸　ATP 探究1　ATP的结构和功能 【问题导入】用锌铜弓刺激蛙坐骨神经—腓肠肌标本。实验初期，腓肠肌在锌铜弓刺激下收缩，几次之后收缩幅度变小，最终停止收缩。在停止收缩的肌肉上滴加葡萄糖溶液，锌铜弓刺激后肌肉无反应。在停止收缩的肌肉上滴加ATP溶液，锌铜弓刺激后肌肉收缩。 (1) 离体的神经肌肉细胞在体外能存活几个小时，用锌铜弓刺激神经但肌肉不再收缩，最可能的原因是什么？ 肌肉没有能量供应了。 (2) 葡萄糖还是ATP为肌肉收缩直接供能？ ATP为肌肉直接供能。 【思考与讨论】ATP既然是肌肉收缩的直接能源物质，它由哪些成分构成？ 【资料1】1934年，罗曼发现某化合物可以促进磷酸肌酸水解为肌酸，同时自身被分解为腺苷单磷酸（AMP）和2分子磷酸。科学家用核苷酸酶处理AMP，AMP被分解为磷酸和腺苷，后者可进一步被酶水解为腺嘌呤和核糖。 【资料2】ATP的英文全称是adenosine triphosphate。adenosine是腺苷，由腺嘌呤和核糖结合而成。tri是“三”的意思。phosphate是磷酸盐。 【思考与讨论】 (1) 分析资料1，你可以得到什么结论？ 根据资料1可知，ATP由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸分子。 【资料3】核糖1，2，3和5号位上的碳原子有性质活泼的羟基基团，其中1号碳上的羟基可以和腺嘌呤反应缩合形成腺苷，5号碳上的羟基可被磷酸酯化，形成腺苷单磷酸；研究发现，磷酸和磷酸之间可形成含较多能量且不稳定的化学键。1941年，李普曼总结了30年代科学家对ATP的研究，并对磷酸键在能量转换中的功能做了进一步概括，建议用符号“～”代表这种不稳定、可供能的磷酸键，即高能磷酸键（当下已不再使用此称呼，取而代之称其为一种特殊的化学键）。 【思考与讨论】 (1) 分析资料3，完善ATP的组成？ (2) ATP的组成元素有哪些？ C、H、O、N、P (3) ATP的中文名称是什么？ 腺苷三磷酸 (4) ATP的结构简式是什么？A、T、P、—、～分别代表什么？ A－P～P～P；A代表腺苷，T代表“三”，P代表磷酸基团，—代表普通磷酸键，～代表一种特殊的化学键。 (5) ATP的A具体指什么结构？包含哪几部分？与我们以前学过的DNA、RNA中的A有什么区别？ (6) 为什么ATP能够提供能量呢？为什么它是一种高能磷酸化合物？ 由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得这种特殊的化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，即具有较高的转移势能。ATP水解的过程就是释放能量的过程，1molATP水解释放的能量高达30.54kJ，所以ATP是一种高能磷酸化合物。 典例1如图所示为ATP的结构式。下列相关叙述错误的是 (　　) 典例1 A. ATP是细胞代谢的直接能源物质 B. ATP末端磷酸基团 (P)转移,可为某些反应供能 C. ATP水解2个特殊化学键后的产物是ADP和Pi D. ADP再脱去一个磷酸分子获得的产物可用于合成RNA 必备知识　ATP的结构和功能;ATP的水解。 关键能力　 【答案】　C　 【解题思路】 对标训练1ATP分子的结构可以简写为A—P~P~P。下列叙述正确的是 (　　) A. “A”代表腺嘌呤 B. “P”代表磷酸基团,“~”代表特殊的化学键 C. ATP水解时,所有化学键都会断裂 D. ATP在细胞中含量很高,以满足能量需求 【答案】　B　 【解题思路】 【易错提醒】 1. 腺苷由腺嘌呤和核糖组成，不含脱氧核糖。 2. ATP中的能量不仅储存在特殊化学键（～）中，普通化学键也还有能量，但需要水解才能释放。 3. ATP水解生成的AMP（腺嘌呤核糖核苷酸）是RNA的单体之一。 4. ATP是细胞内的直接能源物质，但不是唯一能源物质。GTP、UTP、CTP也是细胞内的能源物质。 5. ATP水解脱下来的磷酸基团可能形成游离的磷酸（Pi），也可能转移给其他分子，如转移给蛋白质等分子使蛋白质等分子磷酸化。 探究2　ATP与ADP的转化及ATP的利用 【问题导入】为什么说ATP是高能磷酸化合物，从ATP的供能机制角度考虑。 引出ATP和ADP相互转化的知识。 【思考与讨论】 【资料1】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，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，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。 【思考与讨论】 （1） ATP中的两个特殊化学键都断裂吗？从实验结果ATP中哪一个化学键更容易断裂？为什么？ 都能，但是β位与γ位磷酸基团之间的化学键更容易断裂。 （2） 为什么ATP能够提供能量呢？为什么ATP是一种高能磷酸化合物？ 特殊化学键不稳定，末端磷酸基团具有较高的转移势能。磷酸基团携带着转移的“势能”与其他分子结合，使其发生变化。ATP能够直接为生命活动提供能量，是驱动生命活动的直接能源物质。1molATP水解释放的能量高达30.54kJ，所以ATP是一种高能磷酸化合物。 【资料2】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。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。 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。 【资料3】磷酸肌酸是一种高能磷酸化合物，它能在肌酸激酶的催化下将自身的磷酸基团转移到ADP分子中来合成ATP。研究者对蛙的肌肉组织进行短暂电刺激，检测对照组和实验组(肌肉组织用肌酸激酶阻断剂处理)肌肉收缩前后ATP和ADP的含量，结果如表所示。 腺苷磷酸 对照组/(10-5 mol·g-1) 实验组/(10-5 mol·g-1) 收缩前 收缩后 收缩前 收缩后 ATP 1.30 1.30 1.30 0.75 ADP 0.60 0.60 0.60 0.95 【资料4】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。 （1） 根据资料2，你能得出什么结论？ ATP消耗量多。体内ATP储量很少。ATP合成和水解都非常迅速，ATP在水解的同时还在源源不断的合成，ATP与ADP可以互相转化。 （2） 结合资料2回答，为什么对照组ATP和ADP含量没有变化，实验组ATP含量减少，ADP含量上升？ 肌肉收缩会消耗ATP生成ADP，对照组中由于存在肌酸激酶，所以ADP在酶的作用下可以重新生成ATP，而实验组由于缺乏肌酸激酶，ADP不能生成ATP，所以对照组ATP和ADP含量没有变化，实验组ATP含量减少，ADP含量上升。 （3） ATP的水解与合成是可逆反应吗？ 物质是可逆的，能量是不可逆的，酶也不相同，因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应。 【思考与讨论】ATP水解后可以直接用于哪些生命活动？ATP水解释放的能量如何用于各项生命活动? 用于物质合成；大脑思考；电鳗发电；用于肌肉收缩；用于萤火虫发光等。 【资料5】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。 【资料6】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。 （1） 结合资料5和资料6思考，ATP只能作为能源物质吗？还有其他的直接能源物质吗？ ATP是一种能源物质，也是能在细胞间传递信息的信号分子。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。 典例2ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质,在蛋白激酶的作用下,ATP可将某些蛋白质 (如载体蛋白)磷酸化,磷酸化的载体蛋白会改变形状做功,从而推动细胞内系列反应的进行 (机理如图所示)。下列相关叙述错误的是 (　　) 　典例2 A. ATP中的“A”表示腺嘌呤,由腺苷和核糖结合而成 B. ATP可以通过去磷酸化,实现为主动运输供能 C. 主动运输的过程中,载体蛋白中的能量先增后减 D. ATP推动细胞做功,存在吸能反应与放能反应过程 必备知识　ATP的结构;ATP和ADP的相互转化;吸能反应与放能反应和ATP的水解与合成的关系。 关键能力　 【答案】　A　 【解题思路】 对标训练2下列关于ATP的几项叙述,正确的是 (　　) A. 光能可以转化为ATP中的化学能,但ATP中能量无法转化为光能 B. ATP与ADP的不断循环使得细胞中可以储存大量的ATP以备使用 C. ATP和酶都是由活细胞产生的,且都可以在细胞外发挥重要作用 D. ATP的水解与合成是由不同酶催化完成,体现了酶作用的高效性 【答案】　C　 【解题思路】 【易错提醒】 1. ATP水解需要ATP水解酶，能量用于吸能反应；ADP合成需要ATP合成酶，能量来自光合作用或细胞呼吸，二者不可逆。 2. ATP是主要的直接能源物质，但GTP、UTP等在特定反应中也直接供能，如GTP参与蛋白质合成。 3. ATP在细胞的多个场所消耗，包括主动运输的细胞膜、蛋白质合成的核糖体、DNA复制和转录的细胞核等。 4. 无氧呼吸在细胞质基质中产生2分子ATP，红细胞无线粒体，仅依靠无氧呼吸供能。 5. RNA合成以ATP水解提供能量，生成AMP作为RNA单体；DNA合成需dATP等dNTP，dATP水解生成dAMP用于DNA合成。 学科网（北京）股份有限公司 $