高中生物人教版必修1课件第5章第2节细胞的能量“货币”ATP

第2节细胞的能量“货币”ATP第5章2021内容索引0102课前篇自主预习课堂篇探究学习学习目标1.通过对ATP化学组成和结构特点的学习,认同ATP的结构与其功能相适应。2.通过对ATP和ADP相互转化进行模型构建,能归纳、概述ATP形成所需能量的主要来源及意义。3.通过对生活实例的讨论分析,能解释“ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质”的原因。课前篇自主预习一、ATP是一种高能磷酸化合物1.中文名称:腺苷三磷酸。2.结构简式:A—P~P~P,其中A代表腺苷,P代表磷酸基团,~代表一种特殊的化学键。3.特点:(1)具有较高的转移势能:由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因,使得特殊的化学键不稳定,末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势。(2)易水解放能:ATP水解的过程就是释放能量的过程,1molATP水解释放的能量高达30.54kJ。

预习反馈1.ATP的结构简式可表示为A—P~P~P,下列图示能正确表示ATP的是(

)答案

A解析

ATP的分子结构式可以简写成A—P~P~P,其中A代表腺苷,由腺嘌呤和核糖组成,P代表磷酸基团,~代表特殊化学键。2.下列关于ATP的化学组成的说法,正确的是(

)和核酸共有的元素是C、H、O、N、P中的A表示腺嘌呤C.含有三个特殊化学键D.含有腺嘌呤和脱氧核糖答案

A解析

组成ATP的化学元素有C、H、O、N、P;1分子ATP由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸组成,其中含有两个特殊化学键,A代表腺苷,由腺嘌呤和核糖组成。2.请根据上图,写出酶1和酶2催化的反应式。酶1:ADP+Pi+能量

ATP酶2:ATPADP+Pi+能量二、ATP与ADP可以相互转化1.过程3.特点(1)时刻不停地发生并且处于动态平衡之中。(2)ATP与ADP相互转化的能量供应机制,在所有生物的细胞内都是一样的,这体现了生物界的统一性。【微思考】

上图中能量①来自哪里呢?答案

(1)动物、人、真菌和大多数细菌中能量①来自呼吸作用(有机物分解释放的能量);(2)绿色植物能量①来自光合作用(光能)和呼吸作用。预习反馈1.ATP是细胞中的能量“货币”,下列叙述正确的是(

)中的能量均来自细胞呼吸释放的能量B.ATP—ADP循环使得细胞储存了大量的ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团分子中的2个特殊化学键不易断裂水解答案

C解析

ATP的形成途径是光合作用和细胞呼吸,因此ATP中的能量可来自光能和细胞呼吸释放的能量,A项错误;ATP—ADP循环,使得细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中,B项错误;ATP末端的磷酸基团脱离,形成ADP和Pi,同时释放能量,C项正确;ATP分子中含有2个特殊的化学键,远离腺苷的特殊化学键很容易水解,D项错误。2.右图表示ATP和ADP之间的转化,据图可以确定(

)为ADP,B为ATPB.能量1和能量2来源相同C.酶1和酶2是同一种酶1和X2是同一种物质答案

D解析

由图中能量的方向可知,A为ATP,B为ADP;能量1来自ATP中特殊化学键水解所释放的化学能。在动物体内能量2来自有机物氧化分解释放的化学能;在绿色植物体内能量2除来自有机物氧化分解所释放的化学能外,还可来自光合作用吸收的光能。酶1和酶2分别是ATP水解酶和ATP合成酶。X1和X2是同一种物质(Pi)。三、ATP的利用1.ATP是生命活动的直接能源物质ATP的利用实例:用于细胞的主动运输,肌细胞收缩,细胞内各种吸能反应,大脑思考,生物发电、发光等。2.ATP是细胞内流通的能量“货币”(1)吸能反应一般与ATP的水解相联系,由ATP水解提供能量。(2)放能反应一般与ATP的合成相联系,释放的能量储存在ATP中。(3)能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应中流通。3.ATP的供能机理(以ATP为主动运输供能为例)(1)参与Ca2+主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶。当膜内侧的Ca2+与其相应位点结合时,其酶活性就被激活了。(2)在载体蛋白这种酶的作用下,ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合,该过程伴随着能量的转移,这就是载体蛋白的磷酸化。(3)载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化,使Ca2+的结合位点转向膜外侧,将Ca2+释放到膜外。预习反馈1.判断正误。(1)人体的一切生命活动都需要ATP。(

×

)(2)机体在运动时消耗ATP,睡眠时则不消耗ATP。(

×

)(3)活细胞内ATP与ADP的转化只能单向进行。(

×

)(4)人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。(

×

)(5)ATP中的能量可以来源于光能、热能,也可以转化为光能、热能。(

×

)2.下列关于ATP为主动运输供能的说法,错误的是(

)2+主动运输的载体蛋白同时也是催化ATP水解的酶为主动运输供能是通过载体蛋白的磷酸化过程实现的C.载体蛋白的磷酸化是指磷酸基团与载体蛋白相结合D.载体蛋白磷酸化后导致其空间结构改变,将Ca2+转运到膜内答案

D课堂篇探究学习探究点一ATP是一种高能磷酸化合物1929年,费斯克(Cyrus

Fiske)和罗曼(Karl

Lohmann)分别在肌肉中发现了一种焦磷酸盐与腺苷酸联系的化合物。1934年,罗曼又发现,1份这种化合物会被分解成1份一磷酸腺苷(AMP)和2份磷酸(Pi)。1935年,罗曼进一步确定了这种化合物的分子结构为腺苷三磷酸。1948年,托德(Alexander

Todd)首次用化学方法人工合成了ATP。下图是ATP的结构式,图中α、β、γ分别表示ATP中的三个磷酸基团。1.ATP的化学组成。

C、H、O、N、P腺苷腺嘌呤2.【科学思维】

如果β和γ位的磷酸基团都从ATP脱离,形成的物质名称是什么?它与核酸有何关系?答案

如果β和γ位的磷酸基团都从ATP脱离,形成腺嘌呤核糖核苷酸,是RNA的基本单位之一。【归纳提升】ATP和核苷酸结构中“A”的含义(1)ATP结构中的A为腺苷,由腺嘌呤和核糖组成。(2)核苷酸结构中的A为腺嘌呤。【探究应用】1.若ATP脱去了两个磷酸基团,该物质就是组成RNA的基本单位之一,其名称为(

)A.腺嘌呤核糖核苷酸

B.鸟嘌呤核糖核苷酸C.胞嘧啶核糖核苷酸

D.尿嘧啶核糖核苷酸答案

A解析

ATP中文名称叫腺苷三磷酸,结构简式A—P~P~P,其中A代表腺苷,P代表磷酸基团,~代表特殊的化学键。水解时远离A的化学键断裂,脱掉一分子磷酸后形成ADP,ADP再脱掉一分子磷酸后形成AMP,即腺嘌呤核糖核苷酸,它是构成RNA的基本单位之一。2.下列关于ATP的叙述,正确的是(

)分子中所有化学键都储存着大量的能量,所以被称为高能磷酸化合物B.腺苷三磷酸可简写为A—P~P—P中大量的能量都储存在腺苷和磷酸基团中个ATP分子由1个腺嘌呤、1个核糖和3个磷酸基团组成答案

D解析

ATP分子中含有两个特殊的化学键,具有较高的转移势能,A项错误;腺苷三磷酸可简写为A—P~P~P,B项错误;ATP的能量主要储存在特殊的化学键上,C项错误;1个ATP分子由1个腺苷和3个磷酸基团组成,腺苷由腺嘌呤和核糖组成,D项正确。探究点二ATP与ADP的相互转化及ATP的利用细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的,如大脑思考、电鳐发电和物质的主动运输都需要消耗ATP。下图是ATP为主动运输供能示意图。1.由甲→乙过程中,ATP转化为ADP。磷酸基团(Pi)的去向及其作用是什么?答案

ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化,这些分子被磷酸化后,空间结构发生变化,活性也被改变,因而可以参与各种化学反应。2.从Ca2+的转运过程看,Ca2+的载体蛋白有什么作用?答案

参与主动运输转运Ca2+的载体蛋白有两种作用,一是运输作用,结合Ca2+进行跨膜运输;二是催化作用,能催化ATP水解。3.ATP与ADP的相互转化总是与吸能反应或放能反应相联系,请联系实例分析。答案

细胞内的化学反应可以分成吸能反应和放能反应两大类。前者是需要吸收能量的,如蛋白质的合成等;后者是释放能量的,如葡萄糖的氧化分解等。许多吸能反应与ATP水解的反应相联系,ATP水解释放的能量被吸能反应所利用;许多放能反应与ATP的合成相联系,放能反应(如细胞呼吸)释放的能量结合ADP和Pi形成ATP,以便为吸能反应直接供能。也就是说,能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。4.ATP在细胞内的含量很低,但一个成人一天在静止状态下所消耗的ATP为48kg,在紧张活动的情况下,ATP的消耗可达0.5kg/min,细胞如何满足对ATP的需求?答案

在正常生活的细胞中,时刻不停地发生ATP与ADP的相互转化,并且处于动态平衡之中。【归纳提升】1.ATP与ADP的相互转化反应式ATPADP+Pi+能量ADP+Pi+能量ATP场

所生物体的需能部位细胞质基质、线粒体、叶绿体物质变化水解反应合成反应能量变化释放能量吸收能量能量来源特殊的化学键细胞呼吸、光合作用特

点时刻不停地发生,并且处于动态平衡之中2.ATP的利用(1)ATP是细胞内流通的能量“货币”(2)化学反应中的能量变化与ATP的关系(3)能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。特别提醒

(1)ATP是生物体进行生命活动的直接能源物质,储存在ATP中的化学能可以转化为光能、电能、机械能、化学能等。(2)常见的消耗ATP的生理过程:主动运输、蛋白质合成、胞吞、胞吐、细胞分裂等。(3)常见的不消耗ATP的生理过程:自由扩散、协助扩散、气体交换、渗透作用、蒸腾作用等。【探究应用】1.枪乌贼是一种生活在海洋中的软体动物,它有巨大的神经细胞,能不断逆浓度吸收K+。科学家用一种有毒物质使神经细胞中毒,其吸收K+的功能消失。如果注入一种物质,神经细胞又能恢复吸收K+的功能,一直到这种物质消耗完,请分析这种物质是(

)A.淀粉 B.ATP C.葡萄糖 D.麦芽糖答案

B解析

神经细胞吸收K+是主动运输,主动运输需消耗能量,需要载体蛋白,逆浓度梯度运输。从题干可知这种物质与能量有关,细胞可直接利用的能量是ATP。2.下列关于ATP的叙述,正确的是(

)A.细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制体现了生物界的统一性B.吸能反应往往伴随着ATP合成,放能反应往往伴随着ATP水解分子由腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸组成与ADP的相互转化使得细胞内储存了大