5.2细胞的能量“货币”ATP课件-2026-2027学年高一上学期生物人教版必修1

第五章 细胞的能量供应和利用 第2节 细胞的能量“货币”ATP 问题探讨 讨论 1.萤火虫发光的生物学意义是什么？ 萤火虫发光的生物学意义主要是相互传递信号，以便繁衍后代。 萤火虫腹部后端细胞内的荧光素，是其特有的发光物质。 3.在萤火虫发光的过程中有能量转化吗？ 有，萤火虫腹部细胞内有一些有机物中储存的化学能，只有在转变为光能时才能发光。 《秋夕》——杜牧 银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。 天街夜色凉如水，卧看牵牛织女星。 2.萤火虫体内有特殊的发光物质吗？ 萤火虫的发光原理 【相关资料】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。 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 问题：细胞内哪些物质直接为萤火虫发光提供能量呢？ 细胞生命活动所需要的主要能源物质—— 细胞良好的储能物质—— 葡萄糖 脂肪 为主动运输提供能量的物质—— ATP 【实验探究】探究萤火虫发光的直接供能物质 荧光素+能量+O2 氧化荧光素 荧光素酶 （发出荧光） 1.实验原理： 萤火虫发光器干燥后研成粉末，蒸馏水，葡萄糖，脂肪，ATP制剂等 2.实验材料： 自变量： 因变量： 无关变量： 添加的能源物质（葡萄糖/脂肪/ATP/？） 是否发光 温度、萤火虫发光器粉末的质量等 3.实验变量： 荧光消失 A B C D 暗处 15min 有荧光 无荧光 无荧光 无荧光 2ml 蒸馏水 2ml 葡萄糖溶液 2ml 脂肪溶液 2ml ATP溶液 暗处 观察 使萤火虫发光的直接能源物质是ATP 4.实验过程： 6.实验结论： 糖、脂肪 生命活动 直接利用 ATP 细胞中的糖类、脂肪等有机物都储存着化学能，但是直接给细胞的生命活动提供能量的却是另一种有机物——ATP。 ATP的功能：ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质 一、ATP是一种高能磷酸化合物 1.组成元素 C、H、O、N、P 2.中文名称 腺苷三磷酸 3.ATP的结构简式 A－P～P～P A: P: ～: —: 腺苷 磷酸基团 普通的化学键 特殊的化学键 ~ ~ ATP结构图 ATP结构模式图 腺嘌呤 核糖 P P P ~ ~ ~ ~ 4.ATP的结构 腺嘌呤 核糖 P P P ~ ~ 腺苷（A） 腺苷一磷酸(AMP）/ 腺嘌呤核糖核苷酸 腺苷二磷酸 （ADP） 腺苷三磷酸 （ATP） A- P~P~P 注意：A≠腺嘌呤，AMP是RNA的基本组成单位之一 【拓展延伸】NTP和dNTP 注意：NTP（即ATP、GTP、UTP、CTP）与dNTP（即dATP、dGTP、dTTP、dCTP）均是高能磷酸化合物，可分别用作RNA和DNA的合成原料。 5.ATP的供能原理 ~ ~ 两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥 ATP中的特殊化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是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基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化 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。所以说ATP是一种高能磷酸化合物 注意：ATP是一种物质，不是能量，能量储存在ATP的化学键中。 5.ATP的供能原理 ①____________________ ②______________ ③_______________ ④__________________ ⑤____________________ ⑥_____________________ 腺苷 （腺嘌呤+核糖） 腺嘌呤 腺嘌呤 腺嘌呤脱氧核苷酸 腺嘌呤核糖核苷酸 腺嘌呤核糖核苷酸 6.各种A的辨析 二、ATP与ADP可以相互转化 P P P P P Pi 能量 能量 Pi 水解 合成 ATP与ADP的相互转化，时刻不停地发生并且处于动态平衡之中 ATP 合成酶 水解酶 ADP +Pi +能量 1.转化过程 (1)ATP的水解，释放能量 P P P P P 能量 Pi 水解 ①反应式： ATP ADP + Pi + 能量 ATP水解酶 ②能量的来源和去路： 来源：远离腺苷（A）的特殊化学键 去路：用于各项生命活动 ③场所：活细胞内多种场所 二、ATP与ADP可以相互转化 1.转化过程 (2)ATP的合成，储存能量 ①反应式： ATP ADP + Pi + 能量 ATP合成酶 ②能量的来源和去路： 二、ATP与ADP可以相互转化 1.转化过程 P P P P P Pi 能量 合成 ADP转化成ATP的过程中，所需能量从哪里来呢？ 人和动物等 绿色植物 人、动物、真菌等 绿色植物 能量 呼 吸 作 用 呼 吸 作 用 光 合 作 用 ADP + Pi + ATP 合成酶 人、动物、真菌等：通过呼吸作用分解有机物释放能量 绿色植物：呼吸作用和光合作用 ATP:含量少，转化快 ATP与ADP相互转化的能量供应机制，在所有细胞内都是一样的。体现生物界的统一性。 (2)ATP的合成，储存能量 ①反应式： ATP ADP + Pi + 能量 ATP合成酶 ②能量的来源和去路： 来源：有机物中的化学能(呼吸作用)、光能(光合作用) 去路：储存于ATP（远离腺苷A的特殊化学键）中 ③场所：细胞质基质、线粒体、叶绿体 二、ATP与ADP可以相互转化 1.转化过程 P P P P P Pi 能量 合成 项目 ATP的合成 ATP的水解 反应式 所需酶 能量去路 反应场所 光能（光合作用） 化学能（呼吸作用） 形成特殊的化学键 细胞质基质、线粒体、叶绿体 储存在特殊化学键中的能量 用于各项生命活动 生物体的需能部位 ADP+Pi+能量 → ATP ATP → ADP+Pi+能量 酶 酶 能量来源 ATP的合成酶 ATP的水解酶 ②物质可逆，能量不可逆 注意： ①不是可逆反应(反应类型、反应条件、能量的来源和去路、反应场所不同) 二、ATP与ADP可以相互转化 二、ATP与ADP可以相互转化 2.转化特点 资料：一个成人一天在静止状态下所消耗的ATP为48kg，在紧张活动的情况下，ATP的消耗可达0.5kg/min。 人体中ATP的总量大约只有0.1摩尔。人体细胞每天的能量需要水解200-300摩尔的ATP，这意味着每个ATP分子每天要被重复利用2000-3000次。一般地说，ATP在细胞内形成后不到1 min的时间就要发生转化。生成的ADP，又可以在一定条件下转化成ATP。 (2)ATP和ADP相互转化，时刻不停地发生并且处于动态平衡之中。 (3)ATP和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，体现了生物界的统一性。 (1)含量低，转化快 三、ATP的利用 大脑思考(电能) 主动运输(势能) 肌肉收缩(机械能) 运动蛋白 蛋白质发生移动 ATP A B C + ATP 物质合成(化学能) 反应物 生成物 电鳐发电(电能) ATP 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 1.利用ATP的实例 注意：ATP是最主要的直接能源物质，不是唯一直接能源物质 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。 ① ② ③ 2.ATP为主动运输供能的过程(以Ca2＋释放为例) 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，这一过程伴随能量的转移，这就是载体蛋白磷酸化。 ① ② ③ 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+释放到膜外侧。 ① ② ③ ① ② ③ ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化。这些分子被磷酸化后，发生活性变化，空间结构也被改变，因而可以参与各种化学反应。 2.ATP是细胞内流通的能量“货币” 放能反应 吸能反应 ①吸能反应：一般与ATP水解相联系，由ATP水解提供能量。 ②放能反应：一般与ATP合成相联系，释放的能量储存在ATP中。 ③能量通过ATP分子在吸能反应放能反应之间流通。因此，可以形象的把ATP比喻成细胞内流通的能量“货币”。 吸能反应 放能反应 蛋白质的合成 葡萄糖等有机物的氧化分解 ATP 储存 水解放能 糖类、脂肪 等有机物 ATP 储存大量的能量，但不能被直接利用 储存的能量相对来说少，但能被直接利用 ≈ ≈ ATP≠能量；ATP是直接能源物质 生物体内的能源物质总结 (1)能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP (2)主要能源物质：糖类 (3)储能物质：脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞) (4)良好的储能物质：脂肪 (5)直接能源物质：ATP (6)最终能量来源：太阳能 A.ATP分子中的五碳糖是脱氧核糖 B.①和②需要的酶是同一种酶 C.①②过程在活细胞内时刻不停地发生 D.人体肌细胞中储存着大量的ATP 1.(2024·湖南长郡中学)如图是ATP和ADP相互转化的示意图，①②表示相关反应。下列有关叙述正确的是（　　） C 2.(2024·广东中山期中)GTP具有与ATP类似的结构，二者的差异只是碱基不同。下列有关ATP和GTP的叙述，错误的是（　　） A.ATP和GTP分子中都含有两个特殊的化学键 B.GTP分子的结构简式可以写成G—P～P～P C.GTP中所含有的碱基为鸟嘌呤，五碳糖为核糖 D.GTP水解产生的GMP是组成DNA的基本单位之一 D 3.(2024·许昌高中检测)下列有关说法正确的是（　　） A.ATP的合成一定需要酶，酶的催化作用都需要ATP供能 B.ATP在细胞中脱去两个磷酸基团后可为DNA的合成提供原料 C.人体成熟红细胞中ATP的产生速率在有氧、无氧条件下大致相等 D.放能反应一般与ATP水解的反应相联系 C 练习与应用 一、概念检测 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 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.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 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.加人蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率 C 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。 二、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: 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。 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。 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.2.30(gap_fixed:False) ATPADP＋Pi＋能量 $