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1、
第2節(jié) 細胞的能量“通貨”——ATP
學習目標
1.說出ATP的化學組成和特點。(重點)
2.掌握ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化,理解轉(zhuǎn)化過程中物質(zhì)及能量的變化。(難點)
3.闡明ATP在能量代謝中的作用。
核心概念
ATP 高能磷酸鍵 吸能反應 放能反應
一、ATP的結(jié)構(gòu)和特點
二、ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化
1.反應式:_______________________ATPADP+Pi+能量。
2.能量來源與去路:
3.特點:
(1)ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化時刻不停地發(fā)生并且處于 動態(tài)平衡 中。
(2)細胞內(nèi)ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的能量供應機
2、制,是生物界的 共性 。
三、ATP的利用
1.實例:
2.ATP是細胞內(nèi)流通的能量“通貨”:
?思考
1.ATP中去除兩個磷酸基團后是構(gòu)建哪種物質(zhì)的基本單位?
提示:RNA。
2.人們不論在運動時還是休息時,細胞內(nèi)時刻進行著ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化,這種轉(zhuǎn)化屬于可逆反應嗎?
提示:不屬于,所需酶及場所等不同。
3.細胞內(nèi)的所有生命活動都需要ATP直接提供能量嗎?舉例說明。
提示:不是,如自由擴散等。
H 判斷題
1.ATP可以水解為一個核苷酸和兩個磷酸。( √ )
2.人在饑餓時,細胞中ATP與ADP的含量難以達到動態(tài)平衡。( × )
3.
3、ATP能夠及時轉(zhuǎn)化成ADP,這有效地保證了細胞內(nèi)能量的供應。( √ )
4.ATP在細胞內(nèi)含量并不高,活細胞都能產(chǎn)生ATP,也都會消耗ATP。( √ )
5.ATP含有3個高能磷酸鍵,但是只有一個高能磷酸鍵會發(fā)生斷裂。( × )
6.ATP中的A不代表腺嘌呤,當再脫去兩個磷酸后,形成的物質(zhì)為RNA的基本單位之一。( √ )
7.酶的合成需要ATP供能,此ATP來自于光合作用和呼吸作用。 ( × )
8.酶的催化反應都需要消耗ATP。( × )
9.ATP水解釋放的能量可用于細胞內(nèi)的吸能反應。( √ )
10.活細胞內(nèi)ATP與ADP的轉(zhuǎn)化只能單向進行。( × )
知識點1 A
4、TP的結(jié)構(gòu)和生理功能
Z
1.ATP的組成
2.ATP的結(jié)構(gòu)
3.ATP的生理功能
細胞代謝所需的能量絕大多數(shù)是由細胞內(nèi)的ATP直接提供的。ATP是細胞代謝所需能量的直接來源。
4.ATP的結(jié)構(gòu)與功能的相互關系
(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中遠離腺苷的高能磷酸鍵容易水解和形成,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)需轉(zhuǎn)化為ATP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。
知識貼士
①DNA和RNA的組成中的A表示腺嘌呤這種堿基,而在ATP中A
5、代表的是腺苷,即核糖與腺嘌呤的組合體。
②每個ATP分子中只含有2個高能磷酸鍵(~),其中只有遠離腺苷的高能磷酸鍵易斷裂或合成。
D
典例1 (2018·合肥高一檢測)下列關于ATP的敘述,正確的是( D )
A.三磷酸腺苷可簡寫為A~P~P-P
B.ATP被稱為高能磷酸化合物的原因是所有化學鍵都儲存大量能量
C.ATP中的大量能量都儲存在腺苷和磷酸基團中
D.ATP中的大量能量儲存在高能磷酸鍵中
[解析] 三磷酸腺苷的結(jié)構(gòu)簡式為A-P~P~P:ATP分子中的高能磷酸鍵儲存著大量的能量。
〔變式訓練1〕 下列關于ATP結(jié)構(gòu)的敘述正確的是( B )
A.ATP中含有三個高能
6、磷酸鍵
B.ATP分子中含有C、H、O、N、P五種元素
C.ATP、DNA、RNA中的“A”相同
D.ATP徹底水解后會得到兩種小分子物質(zhì)
[解析] ATP含有兩個高能磷酸鍵,A錯誤;ATP、DNA、RNA中的“A”分別表示腺苷、腺嘌呤、腺嘌呤,C錯誤;ATP徹底水解后會得到磷酸、核糖和腺嘌呤三種小分子物質(zhì),D錯誤。
知識點2 ATP與ADP間的相互轉(zhuǎn)化
Z
1.ATP轉(zhuǎn)化及利用圖示
圖示1:
圖示2:
2.解讀
(1)光合作用和呼吸作用等放能反應與ATP的合成相聯(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c
7、ATP的分解相聯(lián)系,所以ATP是直接供能物質(zhì)。
(3)ATP在生物體內(nèi)含量很少,又不斷通過各種生命活動大量消耗,但ATP在細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)化十分迅速,從而使細胞中的ATP總是處于一種動態(tài)平衡之中。
知識貼士
不要因為ATP是細胞中的直接能源物質(zhì)就誤認為細胞中的ATP含量很高,細胞內(nèi)ATP的含量并不高,ATP可以與ADP迅速地相互轉(zhuǎn)化,滿足機體的能量需要。
D
典例2 (2018·合肥高一檢測)
如圖為細胞中ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化示意圖,有關敘述錯誤的是( D )
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
8、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
[解析] 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ATP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。
方法點撥:1.ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化不是可逆反應,因為能量不同,酶不同。
2.ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化是十分迅速的,保證了能量的持續(xù)供應。
〔變式訓練2〕 下列有關“ATPADP+Pi+能量”的敘述,正確的是( B )
A.反應向左進行和向右進行時所需的酶是一樣的
B.反應向右進行時
9、釋放能量,向左進行時儲存能量
C.整個反應是一個動態(tài)平衡的過程
D.植物細胞和動物細胞中發(fā)生這種反應的生理過程都一樣
[解析] 生物體進行的“ATPADP+Pi+能量”和“ADP+Pi+能量ATP”是兩個截然不同的生理過程,它們發(fā)生的場所、所需的酶是不同的,也正是因為兩個過程是在不同的場所、不同酶的作用下完成的,所以就不存在動態(tài)平衡問題,故A、C兩項錯誤。植物細胞可以通過光合作用產(chǎn)生ATP和消耗ATP,也可以通過細胞呼吸產(chǎn)生ATP,而動物細胞不能進行光合作用,所以D項錯誤。
一、ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化是不可逆的
1.ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化
反應式
ATP→ADP+Pi+能
10、量
能量+Pi+ADP→ATP
類型
水解反應
合成反應
條件
水解酶
合成酶
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
儲能
能量來源
高能磷酸鍵
呼吸作用、光合作用
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)化的過程應判斷為“物質(zhì)是可逆的,能量是不可逆的”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”。
2.ATP與ADP的轉(zhuǎn)化式的含義
細胞內(nèi)ATP與ADP的循環(huán)過程,并不表示化學上的可逆反應。
(1)從反應條件上看:ATP的水解屬于水解反應,催化該反應的酶屬于水解酶;而ATP的
11、合成是一種合成反應,催化該反應的酶屬于合成酶。由于酶具有專一性,因此,二者反應條件不同。
(2)從反應場所上看:ATP合成的場所為細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體和葉綠體;而ATP分解的場所較多。因此,ATP的合成場所與分解場所不完全相同。
(3)從能量來源上看:ATP水解釋放的能量是儲存在高能磷酸鍵中的化學能;而合成ATP的能量主要來源于化學能和光能,即二者的能量來源不同。
提示:判斷一個化學反應是不是可逆反應,不僅要看反應物和生成物是否相同,還要看反應的條件、場所是否相同。
典例3 下列有關“a.ATP→ADP+Pi+能量”和“b.ADP+Pi+能量→ATP”的反應的敘述中,正確的是( C
12、)
①a、b反應過程分別表示能量的釋放和儲存 ②生物細胞內(nèi)的b過程所需要的能量來自細胞呼吸?、踑和b在活細胞中永無休止地循環(huán)進行,保證了生命活動的順利進行?、躠反應中的“能量”一般不能用于推動b反應的進行?、輆、b反應過程從物質(zhì)角度看是可逆的,但從能量角度看是不可逆的
A.①②③④ B.②③④⑤
C.①③④⑤ D.①②④⑤
[解析] ATP的形成一般與放能反應聯(lián)系在一起,ATP的分解一般與吸能反應聯(lián)系在一起;生物細胞中b過程的能量來自細胞呼吸或光合作用;ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化是循環(huán)進行的;a反應中的能量和b反應中的能量一般不同,所以a反應中的“能量”一般不能用于推動b反應的進行;
13、a、b反應過程從物質(zhì)的角度來看是可逆的,ATP和ADP以及Pi是可以反復利用的,但能量是不可以反復利用的,因為兩個過程進行的場所、所需的酶等并不相同。
二、ATP與DNA、RNA、核苷酸的聯(lián)系
ATP與DNA、RNA、核苷酸的結(jié)構(gòu)中都含有“A”,但在不同物質(zhì)中“A”表示的含義不同,如圖所示。
(1)ATP中的A為腺苷,由腺嘌呤和核糖組成。
(2)DNA分子中的A為腺嘌呤脫氧核苷酸,由一分子腺嘌呤、一分子脫氧核糖和一分子磷酸組成。
(3)RNA分子中的A為腺嘌呤核糖核苷酸,由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸組成。
(4)核苷酸中的A為腺嘌呤。
由此可見,它們的共同點是都含有
14、腺嘌呤。
典例4 (2018·天津高三模擬)如圖所示四種化合物的化學組成中,“○”中所對應的含義最接近的是( D )
A.①和② B.①和③
C.③和④ D.⑤和⑥
[解析] 根據(jù)圖分析可知“○”中所對應的含義分別為:①一磷酸腺苷AMP(腺嘌呤核糖核苷酸),②腺嘌呤,③DNA分子上的腺嘌呤脫氧核苷酸,④RNA分子上的腺嘌呤核糖核苷酸,⑤腺苷,⑥腺苷。
1.ATP是細胞內(nèi)的一種高能磷酸化合物,叫作三磷酸腺苷。
2.ATP分子的結(jié)構(gòu)簡式:A-P~P~P,A代表腺苷,P代表磷酸基團,~代表高能磷酸鍵。
3.ATP和ADP之間的相互轉(zhuǎn)化:ATPADP+Pi+能量。
上述反應中,物質(zhì)可逆,能量不可逆,合成ATP和利用ATP往往不是在同一時間、同一場所進行的,且是在不同酶的催化下完成的,故上述反應不是可逆反應。
4.吸能反應伴隨ATP的水解,放能反應伴隨著ATP的合成。
ATP