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1、 第2節(jié)　細胞的能量“通貨”ATP 學習目標 核心素養(yǎng) 1．簡述ATP的化學組成和特點。(重點) 2．寫出ATP的分子簡式。 3．解釋ATP在能量代謝中的作用。(重點) 1．通過學習ATP的結(jié)構(gòu)和作用，形成結(jié)構(gòu)與功能相適應及物質(zhì)與能量相統(tǒng)一的生命觀念。 2．通過學習ATP的合成和利用，養(yǎng)成歸納與概括的科學思維方式。 一、ATP是一種高能磷酸化合物 1．中文名稱：腺苷三磷酸。 2．結(jié)構(gòu)簡式：A－P～P～P 符號含義 3．特點 (1)ATP是細胞內(nèi)的一種高能磷酸化合物，含有2個特殊的化學鍵，儲存大量能量。 (2)ATP的化學性質(zhì)不穩(wěn)定，這是由于兩個相鄰的磷酸基團都

2、帶負電荷而相互排斥的原因，即末端磷酸基團具有較高的轉(zhuǎn)移勢能。在有關(guān)酶的催化作用下，末端磷酸基團脫落，釋放出大量能量。 二、ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化 1．過程 (1)釋放能量：ATPADP＋Pi＋能量。 (2)儲存能量：ADP＋Pi＋能量ATP。 2．能量的來源及去路 3．原因及特點 (1)原因：ATP分子中遠離A的那個特殊的化學鍵很容易水解。 (2)特點：時刻不停地發(fā)生并且處于動態(tài)平衡之中。 三、ATP的利用 1．列舉利用ATP的實例 (1)用于物質(zhì)的合成； (2)用于肌肉收縮； (3)用于細胞的主動運輸。 2．ATP供能的過程 ATP水解釋放的磷酸基團使蛋

3、白質(zhì)等分子磷酸化，空間結(jié)構(gòu)改變，活性也被改變，因而參與各種化學反應。 3．ATP是細胞內(nèi)流通的能量“通貨” (1)化學反應中的能量變化與ATP的關(guān)系。 放能反應：一般與ATP的合成相聯(lián)系。 吸能反應：一般與ATP的水解相聯(lián)系。 (2)能量通過ATP分子在吸能反應和放能反應之間循環(huán)流通。 1．ATP是高能磷酸化合物，含有三個特殊的化學鍵。 (　　) 2．1個ATP分子中含有1個腺嘌呤和3個磷酸基團。 (　　) 3．ATP水解時，兩個特殊的化學鍵都斷裂，生成ADP和Pi。 (　　) 4．ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化與吸能反應和放能反應聯(lián)系在一起。 (　　) 5．ATP與ADP的

4、相互轉(zhuǎn)化時刻不停地發(fā)生并且處在動態(tài)平衡之中，且是生物界的共性。 (　　) 提示：1．×　ATP中含有兩個特殊的化學鍵。 2．×　1個ATP分子中含有1個腺苷和3個磷酸基團。 3．×　ATP水解時，遠離腺苷的特殊的化學鍵斷裂。 4．√　5.√ ATP的結(jié)構(gòu)和功能 [問題探究] 1．根據(jù)ATP結(jié)構(gòu)式思考下列問題： (1)圖中①②③的結(jié)構(gòu)分別是什么？ 提示：腺嘌呤、核糖、磷酸基團。 (2)腺苷是由圖中哪些結(jié)構(gòu)組成的？ 提示：①②。 (3)ATP分子去掉2個磷酸基團后的剩余部分是什么物質(zhì)？ 提示：腺嘌呤核糖核苷酸。 (4)若ATP完全水解，會得到哪些成分？

5、提示：腺嘌呤、核糖、磷酸。 2．ATP中的“A”與堿基中的“A”是同一種物質(zhì)嗎？ 提示：不是。在ATP中，“A”代表腺苷(腺嘌呤＋核糖)；在堿基中，“A”代表腺嘌呤。 [歸納總結(jié)] 1．ATP的分子組成(如圖) (1)元素組成：ATP是由C、H、O、N、P五種元素組成的，這與核酸的元素組成是相同的。 (2)AMP是RNA的基本組成單位。 (3)ATP的結(jié)構(gòu)組成可以用“1、2、3”來總結(jié)，“1”表示1個腺苷，“2”表示兩個特殊的化學鍵，“3”表示3個磷酸基團。 2．ATP的結(jié)構(gòu)與功能的相

6、互關(guān)系 (1)ATP的結(jié)構(gòu)特點保證了細胞內(nèi)有一個相對穩(wěn)定的能量供應庫。ATP中末端磷酸基團容易水解和形成，可保證ATP數(shù)量的相對穩(wěn)定和能量的持續(xù)供應。 (2)ATP在供能中處于核心地位，許多能源物質(zhì)中的能量需轉(zhuǎn)移到ATP中才能為生命活動供能。在生命活動中，ATP中的能量可轉(zhuǎn)化為不同形式的能量。 3．生物體內(nèi)的能源物質(zhì)總結(jié) (1)能源物質(zhì)：糖類、脂肪、蛋白質(zhì)、ATP。 (2)主要能源物質(zhì)：糖類。 (3)儲能物質(zhì)：脂肪、淀粉(植物細胞)、糖原(動物細胞)。 (4)主要儲能物質(zhì)：脂肪。 (5)直接能源物質(zhì)：ATP。 (6)最終能量來源：太陽能。 1．下列關(guān)于細胞的能量“通

7、貨”——ATP的敘述，正確的是(　　) A．ATP中的“T”代表胸腺嘧啶核苷酸 B．ATP中遠離“A”的特殊的化學鍵易水解 C．ATP的結(jié)構(gòu)簡式可表示為A—P—P—P D．細胞中ATP的含量少，化學性質(zhì)十分穩(wěn)定 B　[ATP中的“T”代表三個；ATP的結(jié)構(gòu)簡式可表示為A—P～P～P。細胞中ATP的含量少，化學性質(zhì)活躍。] 2．如圖表示ATP的結(jié)構(gòu)，下列相關(guān)說法正確的是(　　) A．b鍵斷裂后形成ADP和Pi B．圖中的3表示ATP中的字母A C．由1、2、3各一分子形成的物質(zhì)是組成DNA的基本單位 D．a(chǎn)鍵斷裂釋放的能量可以直接用于生命活動 D　[選項A，a鍵斷裂后形

8、成ADP和Pi。選項B，ATP中的字母A表示腺苷，而題圖中的3表示腺嘌呤。選項C，由1、2、3各一分子形成的是腺嘌呤核糖核苷酸，它是組成RNA的基本單位。選項D，ATP是生命活動所需能量的直接來源，a鍵斷裂所釋放的能量可以直接用于生命活動。] ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化及利用 [問題探究] 1．ATP在細胞內(nèi)的含量是很少的，如成年人細胞內(nèi)ADP和ATP的總量僅為2～10 mg，而一個正常成年人在靜止狀態(tài)下24 h將有40 kg的ATP發(fā)生轉(zhuǎn)化。為滿足能量需要，分析生物體是如何解決這一矛盾的？ 提示：ATP與ADP在細胞內(nèi)的相互轉(zhuǎn)化是十分迅速的，且物質(zhì)可以重復利用，因此，能滿足生命活動

9、對能量的需要。 2．ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的過程是否是可逆反應？(從反應條件、能量來源和去向、反應進行的場所分析) 提示：不是。ATP合成的場所是細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體及葉綠體，能量來源是化學能或光能；ATP水解的場所是各種需能部位，能量來源于特殊的化學鍵。 3．ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化過程中有沒有物質(zhì)可循環(huán)利用？舉例說明。 提示：有，例如磷酸、水等。 [歸納總結(jié)] 1．ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的原因 2．相互轉(zhuǎn)化的過程 (1)圖示 (2)分析 ①光合作用和呼吸作用等放能反應與ATP的

10、合成相聯(lián)系，呼吸作用中釋放的能量一部分儲存在ATP中，另一部分以熱能的形式散失。 ②主動運輸?shù)任芊磻cATP的水解相聯(lián)系，所以ATP是直接能源物質(zhì)。 3．ATP與ADP間的相互轉(zhuǎn)化過程不可逆 反應式 ATPADP＋Pi＋能量 能量＋Pi＋ADPATP 類型 水解反應 合成反應 場所 活細胞內(nèi)多種場所 細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體 能量 轉(zhuǎn)化 放能——與吸能反應相聯(lián)系 儲能——與放能反應相聯(lián)系 能量 來源 特殊的化學鍵 有機物和光能 能量 去向 用于各項生命活動 儲存于ATP中 綜上所述，ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化的過程應理解為“物質(zhì)是可逆的，能量是不

11、可逆的”或解釋為“物質(zhì)是可以循環(huán)利用的，能量是不能循環(huán)的”。 4．意義 ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化，保證了機體能量的需要。細胞內(nèi)ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的能量供應機制，是生物界的共性。 1．下圖為細胞中ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化示意圖，有關(guān)敘述錯誤的是(　　) A．在一個活細胞中，時刻進行著過程①和② B．過程①和②也可以發(fā)生在同一個細胞器內(nèi) C．過程①中需要的能量不是過程②釋放的 D．維持人體體溫的熱能主要來自過程②中的能量 D　[ATP為直接能源物質(zhì)，在一個活細胞中，時刻進行著ATP與ADP的轉(zhuǎn)化過程；ATP的合成與水解也可以發(fā)生在同一個細胞器內(nèi)，如葉綠體；過程①為AT

12、P的合成過程，需要的能量來自呼吸作用或光合作用；維持人體體溫的熱能主要來自呼吸作用釋放的能量。] 2．對的敘述中，正確的是(　　) A．①過程和②過程所需的酶都是一樣的 B．①過程的能量供各項生命活動利用，②過程的能量來自糖類等有機物的氧化分解 C．①過程和②過程時刻發(fā)生，處于動態(tài)平衡之中 D．ATP中的能量可來源于光能、熱能，也可以轉(zhuǎn)化為光能、熱能 C　[①過程為水解酶催化的水解反應，釋放的能量可供各項生命活動利用，②過程為合成酶催化的合成反應，能量來源于呼吸作用中糖類等有機物的氧化分解，在綠色植物中還可來源于光合作用吸收并轉(zhuǎn)化的光能，故A、B項錯誤。生物體內(nèi)ATP的水解與合成時

13、刻發(fā)生，處于動態(tài)平衡之中，C項正確。ATP中活躍化學能可來源于光能，但不能來源于熱能；ATP中活躍化學能可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?、熱能、機械能、電能等多種形式的能量，D項錯誤。] [課堂小結(jié)] 知識網(wǎng)絡構(gòu)建 核心語句背誦 1．ATP的結(jié)構(gòu)簡式是A—P～P～P，其中“A”表示腺苷，“P”代表磷酸基團，“～”代表特殊的化學鍵。 2．ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的反應式是ATPADP＋Pi＋能量。 3．細胞內(nèi)ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化是生物界的共性。 4．合成ATP的途徑包括光合作用和呼吸作用。 5．ATP是生命活動的直接能源物質(zhì)。 1．一分子ATP中，含有腺苷、磷酸基團和特殊的化學鍵的數(shù)目

14、依次是(　　) A．1、2、2　　　　　 B．2、3、2 C．1、3、2 D．1、3、3 [答案]　C 2．海洋中的魚有發(fā)光現(xiàn)象，其光能由(　　) A．電能轉(zhuǎn)變而來 B．ATP轉(zhuǎn)化成ADP時釋放的化學能轉(zhuǎn)變而來 C．熱能轉(zhuǎn)變而來 D．有機物進行氧化分解釋放的機械能轉(zhuǎn)變而來 B　[生物各項生命活動所需要的直接能源來自ATP水解釋放的能量。] 3．螢火蟲尾部發(fā)光，是熒光素接受了ATP中的能量后，將化學能轉(zhuǎn)化成光能所致，此化學能來自A①－P②～P③～P中的哪些磷酸鍵(　　) A．①② B．②③ C．① D．③ D　[ATP的化學性質(zhì)不穩(wěn)定，在有關(guān)酶的作用下，ATP中遠離腺苷

15、的那個特殊的化學鍵很容易水解，且水解時能釋放出大量的能量供給生命活動利用。在螢火蟲體內(nèi)，給熒光素提供能量的是遠離腺嘌呤核苷的那個特殊的化學鍵。] 4．ADP轉(zhuǎn)化為ATP需要(　　) A．Pi、酶、腺苷和能量 B．Pi、能量 C．能量、腺苷和酶 D．Pi、能量和酶 [答案]　D 5．在活細胞中，下列循環(huán)過程永不停止地進行著，請運用所學的知識，分析完成M和N循環(huán)中的有關(guān)問題： (1)作為生物體生命活動的直接能源物質(zhì)是________，其分子結(jié)構(gòu)簡式為_______________________________________________， 在②過程中，___________

16、_____鍵斷裂而釋放出能量。 (2)在綠色植物體內(nèi)與①相應的生理活動是在細胞內(nèi)的細胞質(zhì)基質(zhì)、________和________中進行的。 (3)A1和A2具有________作用，在圖中它們的作用分別是________________。 (4)在呼吸作用中，應該進行________過程，能量來自________ ______________________________________________________ _____________________________________________________。 (5)根吸收無機鹽離子過程中，應該進行_______

17、_過程，能量用于________________。 [解析]　(1)由圖中物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，M是ATP，N是ADP。ATP是生命活動的直接能源物質(zhì)，ATP水解時遠離A的那個特殊的化學鍵易斷裂。ATP的水解和合成分別由水解酶和合成酶催化。(2)反應①過程是細胞合成ATP的過程，在綠色植物細胞內(nèi)合成ATP的主要部位是細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體和葉綠體。(3)反應①和②過程中的酶不同，①為合成酶，②為水解酶，在ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化過程中起催化作用。(4)呼吸作用過程中應該進行的是①過程(ATP的合成)，所需能量來自有機物的分解釋放的能量。(5)根細胞吸收無機鹽離子的方式是主動運輸。主動運輸需消耗代謝所產(chǎn)生的能量，故應進行②過程。 [答案]　(1)M　A—P～P～P　遠離A的特殊的化學　(2)線粒體　葉綠體　(3)催化　催化ATP的合成和水解 (4)①　糖類等有機物分解釋放的能量 (5)②　主動運輸