自主預(yù)習(xí)·新知導(dǎo)學(xué)
一、ATP是一種高能磷酸化合物1.螢火蟲發(fā)光需要細(xì)胞提供能量。直接給細(xì)胞生命活動(dòng)提供能量的是ATP。
2.ATP的名稱與簡式
ATP的中文名稱是腺苷三磷酸。其結(jié)構(gòu)式可簡寫成A—P~P~P ,其中A代表腺苷,P代表磷酸基團(tuán),~代表一種特殊的化學(xué)鍵。
3.ATP的特點(diǎn)(1)特殊的化學(xué)鍵:數(shù)量為2個(gè)。(2)特殊的化學(xué)鍵不穩(wěn)定:由于兩個(gè)相鄰的磷酸基團(tuán)都帶負(fù)電荷而相互排斥等原因,使得特殊的化學(xué)鍵不穩(wěn)定,末端磷酸基團(tuán)有一種離開ATP而與其他分子結(jié)合的趨勢,也就是具有較高的轉(zhuǎn)移勢能。當(dāng)ATP在酶的作用下水解時(shí),脫離下來的末端磷酸基團(tuán)挾能量與其他分子結(jié)合,從而使后者發(fā)生變化。
(3)水解釋放能量:ATP水解的過程就是釋放能量的過程,1 ml ATP水解釋放的能量高達(dá)30.54 kJ,所以說ATP是一種高能磷酸化合物。
二、ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化1.反應(yīng)式
2.相互轉(zhuǎn)化的過程及能量來源
3.轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)(1)時(shí)刻不停地發(fā)生并且處于動(dòng)態(tài)平衡之中。(2)ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化的能量供應(yīng)機(jī)制,在所有生物的細(xì)胞內(nèi)都是一樣的,這體現(xiàn)了生物界的統(tǒng)一性。
三、ATP的利用1.利用ATP的實(shí)例
2.ATP水解釋放的磷酸基團(tuán)使蛋白質(zhì)等分子磷酸化,被磷酸化的分子空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,活性也被改變,因而可以參與各種化學(xué)反應(yīng)。
3.ATP是細(xì)胞內(nèi)流通的能量“貨幣”(1)化學(xué)反應(yīng)中的能量變化與ATP的關(guān)系吸能反應(yīng):一般與ATP水解的反應(yīng)相聯(lián)系,如蛋白質(zhì)的合成。放能反應(yīng):一般與ATP的合成相聯(lián)系,如葡萄糖的氧化分解等。(2)能量通過ATP分子在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間流通。
【預(yù)習(xí)檢測】 1.判斷正誤。(1)ATP因含有3個(gè)磷酸基團(tuán)而含有3個(gè)特殊的化學(xué)鍵。(　　)(2)ATP脫去2個(gè)磷酸基團(tuán)后,形成的物質(zhì)為RNA的基本單位之一。(　　)
(3)人在饑餓時(shí),細(xì)胞中ATP與ADP的含量難以達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。(　　)(4)ATP在細(xì)胞內(nèi)含量并不高,活細(xì)胞都能產(chǎn)生ATP,也都會(huì)消耗ATP。(　　)(5)ATP水解釋放的能量可用于細(xì)胞內(nèi)的吸能反應(yīng)。(　　)(6)活細(xì)胞內(nèi)ATP與ADP的轉(zhuǎn)化只能單向進(jìn)行。(　　)
2.在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí),人體骨骼肌所需要的能量直接來源于(　　 )A.肌糖原　　B.葡萄糖C.ATPD.脂肪解析:ATP是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)。答案:C
3.海洋中的電鰩有放電的現(xiàn)象,其電能由(　　)A.有機(jī)物進(jìn)行氧化分解釋放的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變而來B.熱能轉(zhuǎn)變而來C.ATP轉(zhuǎn)變成ADP時(shí)釋放的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變而來D.光能轉(zhuǎn)變而來解析:海洋中的電鰩有放電的現(xiàn)象,其電能是由ATP轉(zhuǎn)變成ADP時(shí)釋放的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變而來的。答案:C
合作探究·釋疑解惑
知識(shí)點(diǎn)一 ATP的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)
問題引領(lǐng)據(jù)圖分析ATP的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。(1)圖示a處應(yīng)為“—H”還是“—OH”?為什么?提示:圖示a處應(yīng)為“—OH”,因?yàn)樵撐逄继菫椤昂颂恰薄?br/>(2)圖示b、c、d所示化學(xué)鍵是否相同?其中哪一個(gè)最易斷裂?為什么?提示:圖示b為普通化學(xué)鍵,c、d則為特殊的化學(xué)鍵。其中d處的化學(xué)鍵最易斷裂。由于兩個(gè)相鄰的磷酸基團(tuán)都帶負(fù)電荷而相互排斥等原因,使得該化學(xué)鍵不穩(wěn)定,末端磷酸基團(tuán)具有較高的轉(zhuǎn)移勢能。(3)圖示中e的名稱是什么?它與RNA有何關(guān)系?提示:圖示中e為腺嘌呤核糖核苷酸,它是構(gòu)成RNA的基本單位之一。
歸納提升ATP的結(jié)構(gòu)和數(shù)量關(guān)系(1)ATP結(jié)構(gòu)①1分子ATP由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸基團(tuán)構(gòu)成。②ATP由腺苷和磷酸構(gòu)成;腺苷由腺嘌呤和核糖構(gòu)成。
(2)ATP結(jié)構(gòu)中的數(shù)量關(guān)系①ATP分子中有兩個(gè)特殊的化學(xué)鍵,其中末端磷酸基團(tuán)具有較高的轉(zhuǎn)移勢能,容易挾能量與其他分子結(jié)合,使后者發(fā)生變化。②腺苷和磷酸基團(tuán)數(shù)量關(guān)系為1∶3。
生物體中與能量有關(guān)的物質(zhì)(1)直接能源物質(zhì)——ATP。(2)主要的能源物質(zhì)——糖類(葡萄糖)。(3)主要的儲(chǔ)能物質(zhì)——脂肪。(4)植物特有的儲(chǔ)能物質(zhì)——淀粉。(5)動(dòng)物特有的儲(chǔ)能物質(zhì)——糖原。
典型例題下圖是與ATP相關(guān)的部分結(jié)構(gòu)示意圖。下列分析正確的是(　　)
A.a表示ADP,與ATP相比少了一個(gè)磷酸基團(tuán)B.b表示腺嘌呤核苷,是ATP中“A”代表的含義C.c表示腺嘌呤核糖核苷酸,它是構(gòu)成RNA的基本單位D.d表示ATP,是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)
解析:a由核糖和腺嘌呤組成的腺苷,比ATP少了三個(gè)磷酸基團(tuán)。b表示的是RNA的基本單位之一——腺嘌呤核糖核苷酸,而ATP中“A”的含義是腺苷。c是ATP失去一個(gè)磷酸基團(tuán)后的產(chǎn)物——ADP,不是RNA的基本單位。d表示的是ATP,是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)。答案:D
【變式訓(xùn)練】 科學(xué)家發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞ATP釋放異常與抑郁癥發(fā)生密切相關(guān)。下列有關(guān)ATP的敘述,正確的是(　　)A.圖中的A代表腺苷,b、c為特殊的化學(xué)鍵B.a是組成DNA的基本單位之一C.ATP是生物體內(nèi)的儲(chǔ)能物質(zhì)D.ATP中的“A”與構(gòu)成RNA中的堿基“A”表示的不是同一種物質(zhì)
解析:圖中的A是腺嘌呤;a是腺嘌呤核糖核苷酸,是構(gòu)成RNA的基本單位之一。ATP是生物體內(nèi)的直接能源物質(zhì),ATP中的“A”表示的是腺苷,RNA中的堿基“A”表示的是腺嘌呤。答案:D
知識(shí)點(diǎn)二 ATP與ADP之間的相互轉(zhuǎn)化及ATP的利用
問題引領(lǐng)1.右圖表示ATP與ADP之間的相互轉(zhuǎn)化過程。請回答下列問題。(1)ATP的合成需要哪種酶?能量來源是什么?提示:ATP合成所需的酶是ATP合成酶。能量來源:動(dòng)物、植物和微生物細(xì)胞合成ATP時(shí)的能量來源是呼吸作用;植物葉肉細(xì)胞合成ATP時(shí)的能量來源除呼吸作用外,還有光合作用。
(2)ATP的水解需要哪種酶?能量來源與去向分別是怎樣的?提示:ATP水解所需的酶是ATP水解酶。ATP水解時(shí)釋放的能量來源于末端磷酸基團(tuán)挾帶的能量;去向是各種需能的生命活動(dòng)。(3)ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化過程中物質(zhì)和能量是否可以循環(huán)利用?提示:物質(zhì)可以循環(huán)利用;能量不可以循環(huán)利用。
(4)ATP與ADP之間的相互轉(zhuǎn)化有什么意義?提示:正常生活的細(xì)胞中,ATP與ADP之間的相互轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能和放能,從而保證細(xì)胞各項(xiàng)生命活動(dòng)的能量供應(yīng)。
2.請結(jié)合教科書圖5-7,回答下列問題。(1)你對主動(dòng)運(yùn)輸?shù)腃a2+載體蛋白有什么新認(rèn)識(shí)?提示:Ca2+載體蛋白有“雙重身份”,既是運(yùn)載Ca2+的載體,也是催化ATP水解的酶。且Ca2+與其載體相應(yīng)位點(diǎn)結(jié)合時(shí)就能激活該酶催化ATP水解。
(2)ATP水解釋放的能量如何發(fā)生轉(zhuǎn)移?提示:ATP分子的末端磷酸基團(tuán)脫離下來與載體蛋白結(jié)合,這個(gè)過程伴隨著能量的轉(zhuǎn)移,即載體蛋白磷酸化。(3)載體蛋白磷酸化有什么意義?提示:載體蛋白磷酸化導(dǎo)致自身空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,使Ca2+的結(jié)合位點(diǎn)轉(zhuǎn)向膜外側(cè),將Ca2+釋放到膜外。
歸納提升1.ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化的比較
2.有關(guān)ATP的4個(gè)注意事項(xiàng)(1)ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化不可逆:ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化,從物質(zhì)方面來看是可逆的,從酶、進(jìn)行的場所、能量方面來看是不可逆的。(2)ATP是與能量有關(guān)的一種物質(zhì),不可等同于能量:ATP是一種高能磷酸化合物,1 ml ATP水解時(shí)能夠釋放出高達(dá)30.54 kJ的能量。由于ADP、Pi等可重復(fù)利用,只要提供能量,生物體就可不斷合成ATP,滿足生物體的需要。
(3)不能認(rèn)為細(xì)胞中含有大量的ATP。事實(shí)上,細(xì)胞中ATP含量很少,但是ATP與ADP轉(zhuǎn)化非常迅速。無論是飽食還是饑餓狀態(tài),ATP與ADP的含量都保持動(dòng)態(tài)平衡。(4)不能認(rèn)為ATP轉(zhuǎn)化為ADP不消耗水。ATP轉(zhuǎn)化為ADP又稱為“ATP的水解反應(yīng)”,這一過程需ATP水解酶的催化,同時(shí)也需要消耗水。蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉等的水解也都需要消耗水。
典型例題ATP是細(xì)胞內(nèi)的直接能源物質(zhì),可通過多種途徑產(chǎn)生,如下圖所示。下列說法正確的是(　　)A.O2由紅細(xì)胞進(jìn)入肝細(xì)胞,使ATP含量迅速下降B.a過程所有活細(xì)胞都能進(jìn)行C.綠色植物細(xì)胞都進(jìn)行b過程D.①②在物質(zhì)和能量上都可稱為互逆反應(yīng)
解析:O2由紅細(xì)胞進(jìn)入肝細(xì)胞屬于自由擴(kuò)散,不需要載體和能量,因此ATP含量基本不變。a過程為呼吸作用,b過程為光合作用,所有活細(xì)胞都能進(jìn)行呼吸作用,綠色植物含葉綠體的細(xì)胞才能進(jìn)行光合作用。①②分別為ATP的合成和水解過程,其中物質(zhì)是可逆的,能量是不可逆的。答案:B
【變式訓(xùn)練】 下列有關(guān)ATP的敘述,錯(cuò)誤的是(　　)
A.ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化保證了機(jī)體對能量的需求B.圖中有兩次ATP的水解,后者釋放的能量可用于各項(xiàng)生命活動(dòng)C.圖中兩次合成ATP,前者能量來源于光能且在人體細(xì)胞中不會(huì)發(fā)生D.圖示中肌肉收縮、主動(dòng)運(yùn)輸?shù)冗^程均為放能反應(yīng)
解析:細(xì)胞中ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化時(shí)刻不停地發(fā)生并且處于動(dòng)態(tài)平衡之中,保證了機(jī)體對能量的需求。圖中存在兩次ATP的水解,前者釋放的能量儲(chǔ)存在有機(jī)物中,后者釋放的能量可用于各項(xiàng)生命活動(dòng)。圖中存在兩次ATP的合成,前者是通過光合作用,所需能量來源于光能,在人體細(xì)胞中不會(huì)發(fā)生。圖示中肌肉收縮、主動(dòng)運(yùn)輸?shù)冗^程與ATP水解的反應(yīng)相聯(lián)系,為吸能反應(yīng)。答案:D

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第2節(jié) 細(xì)胞的能量“貨幣”ATP

版本： 人教版 (2019)

年級： 必修1《分子與細(xì)胞》

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