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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的相互轉化，理解轉化過程中物質(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的結構和特點 二、ATP與ADP的相互轉化 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相互轉化的能量供應機制，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的相互轉化，這種轉化屬于可逆反應嗎？ 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．ATP能夠及時轉化成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的轉化只能單向進行。(　　) 知識點1　ATP的結構和生理功能 Z　 1．ATP的組成 2．ATP的結構 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的結構與功能的相互關系 (1)ATP的結構特點保證了細胞內(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]　三磷酸腺苷的結構簡式為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結構的敘述正確的是(　B　) A．ATP中含有三個高能磷酸鍵 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間的相互轉化 Z　 1．ATP轉化及利用圖示 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cATP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相互轉化不是可逆反應，因為能量不同，酶不同。 2．ATP與ADP相互轉化是十分迅速的，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的相互轉化是不可逆的 1．ATP與ADP的相互轉化 反應式 ATP→ADP＋Pi＋能量 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　) 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　⑤a、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；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、核苷酸的結構中都含有“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分子的結構簡式：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