5.2 細(xì)胞的能源“貨幣”ATP
《秋夕》——杜牧銀燭秋光冷畫(huà)屏，輕羅小扇撲流螢。天街夜色涼如水，臥看牽?？椗恰?br/>1、螢蟲(chóng)發(fā)光的生物學(xué)意義是什么？
2、螢火蟲(chóng)體內(nèi)有特殊的發(fā)光物質(zhì)嗎？
3、螢火蟲(chóng)發(fā)光的過(guò)程有能量的轉(zhuǎn)換嗎？
腹部后端細(xì)胞內(nèi)有熒光素。
相互傳遞求偶信號(hào)，以便交尾繁衍后代。
腹部細(xì)胞內(nèi)有機(jī)物中儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽苁蛊浒l(fā)光。
【提出問(wèn)題】 是誰(shuí)直接給螢火蟲(chóng)發(fā)光提供能量呢？是葡萄糖，脂肪，還是其他物質(zhì)？
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：用小刀將數(shù)十只螢火蟲(chóng)的發(fā)光器割下，干燥后研磨成粉末，取四等份分別裝入四支試管，各加入少量水使之混合，置于暗處，可見(jiàn)試管內(nèi)有淡黃色熒光出現(xiàn)，約過(guò)15分鐘熒光消失，然后……
1 2 3 4
1 2 3 4
胞吞和胞吐（需要能量）
細(xì)胞中有很多與能量有關(guān)的物質(zhì)，也有很多生命活動(dòng)需要能量。
ATP是生物體生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)。
ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化
ATP是一種高能磷酸化合物
一、ATP是一種高能磷酸化合物
研讀教材86頁(yè)，構(gòu)建ATP 的結(jié)構(gòu)，并思考下列問(wèn)題：1、組成ATP的元素有哪些？2、ATP結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式中的A、T、P分別代表什么？何如區(qū)分腺嘌呤和腺苷？3、根據(jù)ATP的結(jié)構(gòu)，想一想ATP為什么能夠作為直接的能源物質(zhì)？
腺嘌呤核糖核苷酸(RNA的組成單位)
2、ATP結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式： A 腺苷 T 三 P 磷酸基團(tuán)何如區(qū)分腺嘌呤和腺苷？
腺苷包括腺嘌呤和核糖。
3、根據(jù)ATP的結(jié)構(gòu)，想一想ATP為什么能夠作為直接的能源物質(zhì)？
因?yàn)榱姿峄鶊F(tuán)都帶負(fù)電而相互排斥，使得這種特殊的化學(xué)鍵很不穩(wěn)定，斷裂后會(huì)釋放大量的能量。
1 mlATP水解時(shí)釋放的能量高達(dá)30.54 kJ;水解時(shí)釋放能量在20.92kJ/ml以上的化合物叫作高能化合物
任務(wù)二：認(rèn)識(shí)ATP的結(jié)構(gòu)
（1）~代表________________，兩個(gè)相鄰磷酸都帶__________相互排斥，使得遠(yuǎn)離__ _______的那個(gè)特殊化學(xué)鍵____ ______，容易__________，具有較高的轉(zhuǎn)移勢(shì)能。當(dāng)ATP在酶的作用下水解時(shí)，脫離下來(lái)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。
（2）ATP水解的過(guò)程就是的___________過(guò)程，1mlATP水解能量高達(dá)30.54KJ，所以說(shuō)ATP是一種_____________________。
4、不同化合物中“A”的含義不同
腺苷(由腺嘌呤和核糖組成)
所有“A”的共同點(diǎn)是都含有腺嘌呤
資料1：成年人體內(nèi)ATP的總量約2~10 mg，在安靜的狀態(tài)下一天需要消耗的ATP為48 kg，在活動(dòng)的狀況下ATP的消耗可達(dá)0.5 kg/min ;在安靜狀態(tài)時(shí)，肌肉內(nèi)ATP的所釋放能量只能維持肌肉收縮1~2 s。
資料2：人體每個(gè)細(xì)胞每秒鐘可以合成約1000萬(wàn)個(gè)ATP，且同時(shí)有等量的ATP被水解成ADP。
1.ATP在細(xì)胞內(nèi)的含量多嗎？消耗量大嗎？2.ATP作為直接的提供能量的物質(zhì)，生物體如何補(bǔ)充生命活動(dòng)所需要的大量的ATP呢？
答：含量較少且消耗量大。
二、ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化
2.ATP作為直接的提供能量的物質(zhì)，生物體如何補(bǔ)充生命活動(dòng)所需要的大量的ATP呢？
答：ADP和ATP相互轉(zhuǎn)化十分迅速，ATP不斷地被消耗，又在不斷地形成，從而保證ATP的含量的穩(wěn)定。
ADP＋能量① ＋ Pi ATP
ATP ADP＋ 能量② ＋ Pi
根據(jù)上圖，請(qǐng)?jiān)趯W(xué)案上寫(xiě)出ATP的合成和水解反應(yīng)式
所有生物的細(xì)胞內(nèi)都可發(fā)生，體現(xiàn)了生物界的統(tǒng)一性。
ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化過(guò)程中物質(zhì)可逆，能量不可逆，催化的酶不相同，反應(yīng)場(chǎng)所不同，因此，不是可逆反應(yīng)。
二、ATP和ADP可以相互轉(zhuǎn)化
1.ATP水解（釋放能量）
來(lái)源:遠(yuǎn)離腺苷的特殊化學(xué)鍵的斷裂
去路:直接為各項(xiàng)生命活動(dòng)提供能量
1.ATP的合成（能量?jī)?chǔ)存在ATP中）
去路:用于ATP中形成特殊化學(xué)鍵
人、動(dòng)物、真菌、大多數(shù)細(xì)菌等
綠色植物、藍(lán)細(xì)菌以及光合細(xì)菌
吸能反應(yīng)(伴隨ATP水解）由ATP水解提供能量。
放能反應(yīng)（伴隨ATP合成）釋放的能量貯存在ATP中。
請(qǐng)研讀教材87頁(yè)圖5-5和88頁(yè)圖5-6、5-7及相關(guān)內(nèi)容，回答下列問(wèn)題：1.能量①可以來(lái)自于細(xì)胞中的那些生命活動(dòng)的過(guò)程？2.能量②可以用于細(xì)胞中哪些生命活動(dòng)？
1、能量①可以來(lái)自于細(xì)胞中的那些生命活動(dòng)的過(guò)程？ 植物：光合作用（光能）、 呼吸作用（化學(xué)能） 動(dòng)物、細(xì)菌、真菌： 呼吸作用（化學(xué)能）2、真核細(xì)胞合成ATP的場(chǎng)所： 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體
ATP ADP＋ 能量② ＋ Pi
ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)貯能和放能，從而保證細(xì)胞能量的持續(xù)供應(yīng)! ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化，時(shí)刻不停地發(fā)生并且處于動(dòng)態(tài)平衡中。
ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化過(guò)程是可逆反應(yīng)嗎？
不是可逆反應(yīng)：（1）反應(yīng)條件不同；（2）能量來(lái)源和去路不同；（3）反應(yīng)場(chǎng)所不同。
ATP與ADP互相轉(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，體現(xiàn)了生物界的統(tǒng)一性。
一種特殊的化學(xué)鍵（末端）
有機(jī)物中的化學(xué)能（呼吸作用）光能(光合作用)
儲(chǔ)存于一種特殊的化學(xué)鍵中（末端）
結(jié)論 ：物質(zhì)是 ，能量是 的、酶是 的
呼吸作用有機(jī)物釋放的能量
根據(jù)ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的示意圖完成下列表格
（1）ATP在生物體內(nèi)含量少，但轉(zhuǎn)化十分迅速，是時(shí)刻不停地發(fā)生并且處于動(dòng)態(tài)平衡之中的。（2）ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化不是可逆反應(yīng)。因?yàn)檗D(zhuǎn)化過(guò)程中所需的酶、能量來(lái)源和去路及反應(yīng)場(chǎng)所不完全相同。（3）合成ATP的過(guò)程中有水生成，水解ATP的過(guò)程中有水消耗。（4）ATP與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，體現(xiàn)了生物界的統(tǒng)一性。
ATP合成和水解的對(duì)比分析
細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體
任務(wù)五:請(qǐng)將ATP與ADP的轉(zhuǎn)化概念圖補(bǔ)充完整
五、ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化
用于細(xì)胞內(nèi)各種物質(zhì)合成
ATP是細(xì)胞完成生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)
ATP（提供磷酸基團(tuán)）使谷氨酸活化，活化的谷氨酸再與NH3反應(yīng)生成谷氨酰胺
2.用于細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸
馬達(dá)蛋白利用ATP沿細(xì)胞骨架運(yùn)輸囊泡內(nèi)的物質(zhì)
ATP脫下的磷酸基團(tuán)使膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白磷酸化，導(dǎo)致膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變
ATP
3.用于物質(zhì)跨膜主動(dòng)運(yùn)輸
1.參與Ca2+主動(dòng)運(yùn)輸?shù)妮d體蛋白是一種 ，當(dāng)Ca2+與其相應(yīng)位點(diǎn)結(jié)合時(shí)， 。
2.在載體蛋白這種酶的作用下，ATP的末端磷酸基團(tuán)脫離下來(lái)與載體蛋白 結(jié)合，這一過(guò)程伴隨著 ，這就是 。
3. 載體蛋白磷酸化導(dǎo)致其 ，使 Ca2+ 的結(jié)合位點(diǎn)轉(zhuǎn)向膜外側(cè)，將Ca2+釋放到膜外。
用于主動(dòng)運(yùn)輸（滲透能）
用于肌細(xì)胞收縮（機(jī)械能）
ATP水解釋放的磷酸基團(tuán)使蛋白質(zhì)等分子磷酸化，這些分子被磷酸化后，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)。
能量來(lái)源: 作用和 作用
酶
能量來(lái)源：高能磷酸鍵的 。
能量去向： 高能磷酸鍵的 。
能量去向： 。
反應(yīng)
資料3：1ml的葡萄糖徹底氧化分解可以釋放2870 KJ的能量，1ml的ATP水解可以釋放30.54 KJ的能量。主動(dòng)運(yùn)輸2個(gè)鈣離子需要消耗1個(gè)ATP，細(xì)胞膜上的離子泵運(yùn)輸3個(gè)鈉離子和2個(gè)鉀離子也需要消耗1個(gè)ATP。
問(wèn)題：細(xì)胞為什么不直接利用葡萄糖、脂肪等有機(jī)物的能量，而是要將能量轉(zhuǎn)化到ATP 中再利用呢？
儲(chǔ)存有大量的能量，相當(dāng)于存折和支票中大額度的錢，但不方便直接利用。
儲(chǔ)存的能量相對(duì)來(lái)說(shuō)少，且容易合成和水解，因此方便直接利用。
ATP是細(xì)胞的能量“貨幣”（直接能源物質(zhì)）
問(wèn)題：細(xì)胞為什么不直接利用葡萄糖等有機(jī)物中的能量， 而是要將能量轉(zhuǎn)移至ATP中再利用？
1 ml葡萄糖徹底氧化分解可以釋放能量2870kJ，1 ml ATP水解可以釋放能量30.54kJ。
任務(wù)四：理解ATP的合成
應(yīng)用：科學(xué)家運(yùn)用這一原理，將熒光素酶基因?qū)胫参锖?，再用熒光素溶液澆灌植物，使轉(zhuǎn)基因植物在黑暗中發(fā)光，從而培育出一種能發(fā)光的“熒光樹(shù)”。白天，陽(yáng)光照射，公園與普通公園一模一樣。晚上，這些樹(shù)就自動(dòng)發(fā)光。公園里不需要路燈，一片通明。而且，光照非常柔和。未來(lái)，夜間發(fā)光的樹(shù)可能會(huì)成為街燈的天然替代品。
三磷酸腺苷二鈉（片劑）
三磷酸腺苷二鈉（注射液）
【適應(yīng)癥】 用于進(jìn)行性肌萎縮、腦出血后遺癥、心功能不全等的輔助治療。
【藥物原理】 當(dāng)體內(nèi)吸收、分泌、肌肉收縮及進(jìn)行生化合成反應(yīng)等需要能量時(shí)，三磷酸腺苷（ATP）即分解成二磷酸腺苷及磷酸基，同時(shí)釋放出能量。
有關(guān)能源物質(zhì)的回顧與小結(jié)：
線粒體、葉綠體、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)等
有機(jī)物中的化學(xué)能、光能
儲(chǔ)存于特殊的化學(xué)鍵鍵中
結(jié)論 ：物質(zhì)是可逆的，反應(yīng)、能量是不可逆的
一、ATP 的結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為A–P～P～P， 組成元素為C、H、O、N、P。
二、ATP 的合成和水解：
三、ATP 的利用：作為直接的能源物質(zhì)用于各項(xiàng)需要能量的生命活動(dòng)。
有關(guān)能源物質(zhì)的總結(jié)回顧
注意：ATP并非細(xì)胞生命活動(dòng)唯一的直接供能物質(zhì)，只是絕大多數(shù)生命活動(dòng)的直接供能物質(zhì)。 （還有GTP、UTP、CTP和dATP、dGTP、dTTP、dCTP、NADH、NADPH等）。
ATP、DNA、RNA、核苷酸 結(jié)構(gòu)中“A”的含義相同嗎？
“A”的比較(說(shuō)出圓圈里所表示的含義）
腺嘌呤核糖核苷酸（一磷酸腺苷）
1、如圖表示的是ATP和ADP之間的轉(zhuǎn)化圖，可以確定(　　 )A．A為ADP，B為ATPB．能量1和能量2來(lái)源相同C．酶1和酶2是同一種酶D．X1和X2是同一種物質(zhì)
2．下列有關(guān)ATP的說(shuō)法正確的是( )A．人體細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存有大量的ATPB．光合作用和細(xì)胞呼吸都能產(chǎn)生ATPC．線粒體是藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞產(chǎn)生ATP的主要場(chǎng)所 D．ADP轉(zhuǎn)化為ATP需要Pi、酶、腺苷、能量
3．如右圖為ATP分子結(jié)構(gòu)式。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（ ）A、圖中五碳糖為核糖B、圖中虛線框中的基團(tuán)是腺苷C、該分子中有3個(gè)磷酸基團(tuán)D、該分子水解掉兩個(gè)磷酸基團(tuán)后為核糖核苷酸

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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(jí)： 必修1《分子與細(xì)胞》

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