5.2细胞的能量“通货”—ATP 导学案

第五章第五章 细胞的能量供应和利用细胞的能量供应和利用 导导 学学 案案 第二节第二节 细胞的能量细胞的能量 通货通货 ATPATP 引入 引入 相传 我国晋朝时有个青年叫车胤 他酷爱学习 但由于家贫买 不起蜡烛 不能读书 于是就捉了很多萤火虫 装在薄薄的布袋子里 四 五十只萤火虫发出的光真能抵得上一支点燃的蜡烛呢 他就借着萤火虫的 光刻苦学习 后来成为一位有大学问的人 一 问题探讨 思考 1 萤火虫发光的生物学意义是什么 相互传递求偶信号 以便交尾 繁衍后代 2 萤火虫体内有特殊的发光物质吗 萤火虫腹部后端细胞内的荧光素 是其特有的发光物质 3 萤火虫发光的过程有能量的转换吗 萤火虫腹部细胞内一些有机物中储存的化学能 只有在转变成 光能时 萤火虫才能发光 二 ATP 的结构简式 1 ATP 是 的英文名称缩写 2 ATP 的结构式可以简写成 A P P P 其中 A 代表 P 代表磷酸基因 一 代表一般的共价键 代表一种特殊的化学键 叫做 ATP 分 子中大量的能量就储存在高能磷酸键中 ATP 可以水解 这实际 上是指 ATP 分子中高能磷酸键的水解 高能磷酸键水解时释放的 能量多达 30 54 kJ mol 所以说 ATP 是细胞内的一种高能磷酸化 合物 三 三 ATP 和和 ADP 可以相互转化可以相互转化 1 ATP 与与 ADP 的相互转化的相互转化 ADP 是 的英文名称缩写 ADP 的结构简式可写成 A P P 在有关酶的催化作用下 ATP 分子中远离 A 的那个高能磷酸键 很容易水解 于是远离 A 的那个 P 就脱离开来 形成游离的 Pi 磷酸 同时储存在高能磷酸键中的能量释放出来 ATP 就转化成 ADP 在有 关酶的催化作用下 ADP 可以接受能量 同时与一个游离的 Pi 结合 重新形成 ATP 如下所示 ATP ADP Pi 能量 2 ADP 转化成转化成 ATP 时所需能量的主要来源时所需能量的主要来源 对动物 人 真菌和大多数细菌来说 ADP 转化成 ATP 时所需能 量的主要来源 均来自细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能 量 对绿色植物来说 ADP 转化成 ATP 时所需能量的主要来源 除了依 赖呼吸作用所释放的能量外 在叶绿体内进行光合作用时 ADP 转化 为 ATP 还利用了光能 3 3 ATPATP 与与 ADPADP 的相互转化过程是不是化学上的可逆反应 为什么 的相互转化过程是不是化学上的可逆反应 为什么 答 不是 这是因为它们 反应条件不同 ATP 的分解是一种水解反应 催化该反应的酶属于水 解酶 而 ATP 的合成是一种合成反应 催化该反应的酶属于合成酶 酶具有专一性 因此反应条件不同 能量来源不同 ATP 水解释放的能量是储存在高能磷酸键中的化学能 而合成 ATP 的能量主要是有机物中的化学能和太阳能 合成与分解的场所不同 ATP 合成的场所是细胞质基质 线粒体和叶绿 体 而 ATP 分解的场所较多 如 细胞膜 供主动运输消耗的能量 叶绿体的基质 将 ATP 中的能量释放出来 储存在合成的有机物中 细胞质的基质 由 ATP 供能 活化氨基酸 将活化的氨基酸转移到相 应的 mRNA 上 细胞核 DNA 复制和 RNA 合成所消耗的能量 等等 因 此 合成与分解的场所不尽相同 两者的功能不同 ATP 是生物体内生命活动的直接能源物质 它水解时 释放的能量可以供各项生命活动需要 而 ATP 的合成伴随着能量的储 存 该反应实际上是生物体内能量的转移过程 总结 物质可逆 能量和酶不可逆 总结 物质可逆 能量和酶不可逆 补充补充 讲述 在动物和人体细胞 特别是肌细胞 内 除了 ATP 外 其他 的高能磷酸化合物还有磷酸肌酸 可用 C P 代表 磷酸肌酸的结构式是 当动物和人体细胞由于能量的大量消耗而使细胞 内的 ATP 含量过分减少时 在有关酶的催化作用下磷 酸肌酸中的磷酸基团连同能量一起转移给 ADP 从而 生成 ATP 和肌酸 可用 C 代表 当 ATP 含量比较多 时 在有关酶的催化作用下 ATP 可以将磷酸基团连 同能量一起转移给肌酸 使肌酸转变成磷酸肌酸 对于动物和人体细胞来说 磷酸肌酸只是能量的 一种储存形式 而不能直接被利用 由此可见 对于动物和人体细胞来说 磷酸肌酸在能量释放 转移和利用之间起着缓冲的作用 从而使细胞内 ATP 的含量能够保持相对的稳定 ATP 系统的动态平衡得以维持 四 四 ATPATP 的利用的利用 吸能反应 吸能反应 需要消耗能量 是吸能反应 如葡萄糖和果糖合成蔗糖 的反应 这一反应所需要的能量是由由 ATP 水解为水解为 ADP 时释放能量时释放能量来提 供的 放能反应 放能反应 能够释放能量 是放能反应 如丙酮酸的氧化分解 这 一反应所释放的能量除以热能形式散失外 用于 ADP 转化为转化为 ATP 的反应的反应 储存在 ATP 中 讲述 ATPATP 中的能量中的能量可以直接转化成其他各种形式的能量 用于各项生用于各项生 命活动命活动 这些能量的形式主要有以下 6 种 渗透能渗透能细胞的主动运输是逆浓度梯度进行的 物质跨膜移动所做的 功消耗了能量 这些能量叫做渗透能 机械能机械能细胞内各种结构的运动都是在做机械功 所消耗的就是机械 能 例如 肌细胞的收缩 草履虫纤毛的摆动 精子鞭毛的摆动 有丝分 裂期间染色体的运动 腺细胞对分泌物的分泌等 电能电能大脑的思考 神经冲动在神经纤维上的传导 以及电鳐 电 鳗等动物体内产生的生物电等 它们所做的电功消耗的就是电能 化学能化学能细胞内物质的合成需要化学能 如小分子物质合成为大分子 物质时 必须有直接或间接的能量供应 另外 细胞内物质在分解的开始 阶段 也需要化学能来活化 成为能量较高的物质 如葡萄糖活化成磷酸 葡萄糖 可以说在细胞内的物质代谢中 到处都需要由 ATP 转化而来的 化学能做功 光能光能目前关于生物发光的生理机制还没有完全弄清楚 但是已经知 道 生物体用于发光的能量直接来自 ATP 如萤火虫的发光 热能热能有机物的氧化分解释放的能量 一部分用于生成 ATP 大部分 转化为热能通过各种途径向外界环境散发 其中一小部分热能作用于体温 通常情况下 热能的形成往往是细胞能量转化和传递过程中的副产品 此 外 ATP 释放的能量中 一部分能量也能用于动物的体温的提升和维持 五 生物体内的能源物质总结五 生物体内的能源物质总结 1 细胞中的重要能源物质 葡萄糖 2 植物细胞中储存能量的物质 淀粉 3 动物细胞中储存能量的物质 糖原 4 生物体内储存能量的物质 脂肪 5 生物体进行各项生命活动的主要主要能源物质 糖类 6 生物体进行各项生命活动的直接直接能源物质 ATP 7 生物体进行各项生命活动的最终最终能源物质 太阳光 资料资料 萤火虫发光的原理和意义 萤火虫不论雄性的还是雌性的 夏秋的夜晚都会一闪一闪地发光 雄 虫比雌虫的个体小一些 但发出的闪光却亮一些 萤火虫发出的闪光 主 要是求偶的信号 用来吸引异性前来交尾 萤火虫有许多种 如平家萤火 虫 姬萤火虫等 不同种类的萤火虫会发出各自特定的闪光信号 雌虫看 到飞舞着的同种雄虫发出的闪光信号后 就会以特定的闪光信号回应 雄 虫的每一组闪光信号是由几个节奏组成的 每个节奏都包括闪光的次数 闪光的频率和每次闪光的时间 这些都是雌虫能够识别的 如果雌虫顺利 地回应了闪光信号 则雄虫就会前来交尾 以繁衍后代 有的科学家准确 分析出某种雄性萤火虫的闪光规律后 用手电筒模拟这种闪光信号 竟然 发现同种的雌虫会迎光而来 有趣的是 雌虫看到其他种类雄虫的闪光信号后 有时竟能发出该种 雌虫的闪光信号 这种闪光信号具有欺骗性 能使该种雄虫误以为可以前 去交尾而被雌虫吃掉 雌虫的这一特性 可以使自己获得丰富的营养 这 种现象被科学家戏称为 死亡拥抱 此外 萤火虫发出的荧光还具有一定 的警戒作用和照明作用 萤火虫的发光器官位于腹部后端的下方 该处具有发光细胞 发光细 胞的周围有许多微细的气管 发光细胞内有荧光素和荧光素酶 荧光素接 受 ATP 提供的能量后就被激活 在荧光素酶的催化作用下 激活的荧光素 与氧发生化学反应 形成氧化荧光素并且发出荧光 顺便说到 荧光是一 种冷光 其发光效率可高达 98 左右 而热光则发光效率低得多 如太阳 的发光效率只有 35 左右 另一种酶 酶 六 练习 六 练习 1 ATP 形成 ADP 时最先断裂的是 A 腺苷与磷酸的结合键B 两个高能磷酸键 C 靠近腺苷的那个高能磷酸键D 远离腺苷的那个高能磷酸键 2 ATP 之所以作为能量的直接来源 是因为 A ATP 在细胞内数量很多 B ATP 中的高能磷酸键很稳定 C ATP 中的高能磷酸键储存的能量多且很不稳定 D ATP 是生物体内唯一可以储存能量的化合物 3 下列生理过程中不需要消耗 ATP 的是 A 在核糖体上合成蛋白质 B 在肺泡表面进行气体交换 C 小肠吸收氨基酸D 神经冲动的中枢传导 4 30 个腺苷和 60 个磷酸基最多能组成 ATP A 10 个B 20 个C 30 个D 60 个 5 三磷酸腺苷中任何高能磷酸键水解后均可放能 30 54kJ mol 那么 1molATP 中所有磷酸键储存的化学能为 A 34 54molB 61 08mol C 91 6molD 介于 61 08mol 与 91 6mol 6 下列关于人体细胞的 ATP 的叙述中 正确的是 A ATP 虽在人体细胞中普遍存在 但含量不多 B ATP 在人体细胞中普遍存在 含量很高 C 它含有三个高能磷酸键 D 当它过分减少时 可由 ADP 在不依赖其他物质的条件下直接形成 7 在水深 200m 的深海处 光线极少 能见度极低 有一种电鳗有特殊的 适应性 能通过自身发出高达 5000V 的生物电 击昏敌人 获得食物 保 护自己 电鳗生物电的直接来源是 A 葡萄糖彻底分解B 氨基酸彻底分解 C 丙酮酸彻底分解D 三磷酸腺苷的分解 8 下列关于 ATPADP Pi 能量的反应式的叙述中 正确的是 A 反应式中物质可逆 能量不可逆 B 反应式中能量可逆 物质不可逆 C 反应式中的物质和能量均可逆 D 生物体内 ADP 转变成 ATP 所需能量都来自呼吸作用 9 绿色植物细胞的下列结构或部位中 不能产生 ATP 的是 A 叶绿体B 线粒体C 核糖体D 细胞质基质 10 草履虫的纤毛运动和变形虫的变形运动都是由肌动蛋白利用 ATP 提供 的能量完成的 此时能量转换成了 A 机械能B 化学能C 渗透能D 电能 11 ATP 是细胞内的能源物质 医药商店出售的 ATP 注射液可以治疗心 肌炎 若人体静脉注射这种药物 ATP 到心肌细胞内至少要通过的细 胞膜层数为 A 1 B 2 C 3 D 4 12 已知 1 个葡萄糖分子经过彻底氧化分解可产生 36 或 38 个 ATP 1mol LATP 的高能磷酸键储存能量约 30 54kJ 1mol L 葡萄糖氧 化共释放 2872 2kJ 能量 则细胞中能量的转化率最低为 A 25 B 30 C 38 D 46 13 ATP 之所以能作为能量的直接来源 是因为 A ATP 在细胞内数量较多 B ATP 中高能磷酸键很稳定 C ATP 中高能磷酸键储存能量多且很不稳定 D ATP 是生物体内唯一的可以释放能量的化合物 14 下面有关 ATP 和 ADP 的描述中 哪一项是正确的 A ATP 在酶的作用下 可以连续脱下 3 个 Pi 释放大量能量 B ATP 在酶的作用下 可以加上一个 Pi 储存能量 C ATP 和 ADP 的相互转化都需要酶的参加 D ATP 转化成 ADP 不需要酶参加 15 ATP 转化为 ADP 可表示为图 5 2 3 图中 X 代表 A H20B H C PD Pi 16 ATP 分子在细胞内能够释放能量 储存