第五章第2节细胞的能量“货币”ATP课件-高一上学期生物人教版必修1

第五章细胞的能量供应和利用第二节细胞的能量“货币”ATP教学目标及核心素养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。重点难点教学重点：

1.ATP化学组成的特点及其在能量代谢中的作用。教学难点：

1.通过ATP与ADP相互转化的特点，解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。学习目标任务2ATP的利用ATP和ADP的相互转化3ATP的结构和作用1银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。天街夜色凉如水，卧看牵牛织女星。

——杜牧《秋夕》银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。天街夜色凉如水，卧看牵牛织女星。

——杜牧《秋夕》1.萤火虫发光的生物学意义是什么？相互传递信号，以便繁衍后代。萤火虫的发光原理

萤火虫的尾部发光细胞中有荧光素和荧光素酶。荧光素接受能量后就被激活，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。荧光素能量荧光素酶＋氧气激活的荧光素氧化荧光素发出荧光﹖问题：细胞内哪些物质有可能为萤火虫发光提供能量呢？糖类是细胞中主要的能源物质脂肪是细胞中良好的储能物质萤火虫发光器实验加入等量的发光器粉末制剂萤火虫发光器实验萤火虫发光器实验萤火虫发光器实验1.本实验的自变量是什么？如何确定实验组与对照组？自变量：因变量：无关变量：添加的物质（葡萄糖/脂肪/ATP）是否发光温度、试剂的体积等对照组实验组萤火虫发光器实验1.本实验的自变量是什么？如何确定实验组与对照组？对照组实验组2.为什么要等到荧光消失后再加入待测的能源物质？1.本实验的自变量是什么？如何确定实验组与对照组？实验组实验组2.为什么要等到荧光消失后再加入待测的能源物质？3.实验结果说明什么？ATP是细胞内直接的能源物质萤火虫发光器实验任务1：ATP的结构和功能驱动细胞生命活动的直接能源物质1.ATP的功能有机物中的化学能ATP中的化学能耗能的生命过程细胞中流通的能量“货币”2.ATP的结构O-COCCHHOHOHCCOPOPOPO-OO-OO-ONCNCCCNCNNHHHHHHHH~~腺嘌呤核糖磷酸基团磷酸基团磷酸基团任务1：ATP的结构和功能腺苷ATP（腺苷三磷酸）ADP（腺苷二磷酸）AMP（腺苷一磷酸）结构简式：A–P～P～P

腺苷（腺嘌呤+核糖）任务1：ATP的结构和功能2.ATP的结构

磷酸基团普通的化学键特殊的化学键（1）ATP的中文名称：腺苷三磷酸（ATP)（2）ATP的组成元素：C、H、O、N、P（3）ATP的结构简式：A-P～P～P（4）A、T、P、～的含义：A表示：腺苷T表示：三P表示：磷酸基团～表示：特殊的化学键任务1：ATP的结构和功能2.ATP的结构（5）ATP的结构特点高能量：ATP是一种高能磷酸化合物。不稳定：两个相邻磷酸基团都带负电，相互排斥，使得特殊化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP与其他分子结合的趋势，具有较高的转移势能。【特别提醒】（1）ATP≠能量，ATP是一种物质，不是能量。在ATP的化学键中储存着能量。（2）ATP脱去一个磷酸基团后成为ADP，再脱去一个磷酸基团就成为RNA的基本组成单位之一——腺嘌呤核糖核苷酸，简称AMP（也叫腺苷一磷酸）。任务1：ATP的结构和功能2.ATP的结构不同化合物中“A”的辨析：在下列四种化合物的化学组成中，“○”中所对应的含义。腺嘌呤核糖核苷酸腺嘌呤腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤核糖核苷酸腺苷（核糖+腺嘌呤）腺苷（核糖+腺嘌呤）任务1：ATP的结构和功能3.ATP的供能机理ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。任务1：ATP的结构和功能资料：α、β和γ表示ATP上三个磷酸基团所处的位置(A－Pα～Pβ～Pγ)，现有甲、乙两组ATP溶液，甲组用32P标记ATP的β位的磷酸基团，乙组用32P标记ATP的γ位的磷酸基团，然后分别加入等量的ATP水解酶，短时间后迅速分离溶液中游离的磷酸基团，结果发现只有乙组中游离的磷酸基团带有放射性。

α位

β位γ位3.ATP的供能机理任务1：ATP的结构和功能3.ATP的供能机理从实验结果ATP中哪一个化学键更容易断裂？为什么？β位与γ位磷酸基团之间的化学键更容易断裂。ATP中两个相邻的磷酸基团带有负电荷而相互排斥，使得这种化学键不稳定，末端的磷酸基团具有较高的转移势能。磷酸基团携带转移的“势能”与其他分子结合ADP相互排斥的磷酸基团减少，势能降低一般将水解时释放能量在20.94KJ/mol以上的化合物叫做高能化合物。

而1molATP水解时释放的能量高达30.54KJ，任务1：ATP的结构和功能写出ATP水解的反应式：为什么说ATP是一种高能磷酸化合物？A-P~P~PATP各项生命活动ADPPi+肌肉收缩物质合成主动运输生物发光、发电……大脑思考葡萄糖+果糖→蔗糖酶酶能量A-P~P任务2：ATP的利用细胞中绝大数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的。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。任务2：ATP的利用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，这一过程伴随着能量的转移，这就是载体蛋白的磷酸化。3.载体蛋白的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。物质从ATP获得磷酸基团的过程称为磷酸化，是获能的过程；磷酸化后的蛋白质空间结构发生改变，活性也被改变，因而可以参与各种化学反应。任务2：ATP的利用【典例1】下列有关ATP的叙述，正确的是（）A.图中的a是构成DNA的基本单位之一B.图中的A代表腺苷，b、c代表特殊的化学键C.ATP中的“A”与RNA中的碱基“A”表示的不是同一种物质D.ATP与ADP的化学元素组成不同【解析】A.图中的a表示腺嘌呤核糖核苷酸，是构成RNA的基本单位之一，A项错误；B.图中的A代表腺嘌呤，b、c代表特殊的化学键，B项错误；C.ATP分子中的“A”表示腺苷，RNA中的碱基“A”表示腺嘌呤，二者表示的不是同一种物质，C项正确；D.ATP与ADP的化学元素组成相同，都是C、H、O、N、P，D项错误。【答案】C

C【变式1】用α、β、γ表示ATP上三个磷酸基团所处的位置（A-Pα～Pβ～Pγ），下列相关叙述正确的是（）A.ATP的β、γ位磷酸基团脱离，剩余部分可用于DNA的合成B.ATP含有三个特殊磷酸键，都能为生命活动提供能量C.ATP的β、γ位磷酸基团脱离，剩余部分可用于RNA的合成D.ATP的γ位磷酸基团脱离，释放的能量可用于根尖吸收水分【解析】A、C.ATP的β、γ位磷酸基团脱离，剩余部分为腺嘌呤核糖核苷酸，是组成RNA的基本单位，A项错误，C项正确；B.ATP含有2个特殊化学键，B项错误；D.根尖细胞吸收水分的跨膜运输方式为被动运输，不消耗能量，D项错误。【答案】C

C【资料分析】研究显示，一个成年人一天在静止状态下所消耗的ATP约有48kg；在剧烈运动的状态下，每分钟约有0.5kg的ATP转化成ADP。1任务3：ATP和ADP的相互转化ATP消耗量大成人体内ATP总量约2～10mg，人体安静状态下，肌肉内ATP含量只能供肌肉收缩1～2s。2ATP含量很少矛盾每个细胞每秒钟可合成约1000万个ATP且同时有等量ATP被水解3ATP合成和水解都非常迅速1.ATP的水解水解酶

+Pi+ADP

ATP能量

ATP水解酶A–P～P～PA–P～P+

Pi+不稳定,易断裂,也易形成用于各项生命活动能量任务3：ATP和ADP的相互转化2.ATP的合成

ATP合成酶A–P～P+Pi+

能量ADP（腺苷二磷酸）游离磷酸A–P～P～P

ATP（腺苷三磷酸）动物和人等呼吸作用绿色植物呼吸作用光合作用形成特殊化学键任务3：ATP和ADP的相互转化ATP

水解酶ADP+Pi+能量

合成酶A-P~P~P(ATP)A-P~P(ADP)水解酶Pi能量合成酶Pi能量用于各项生命活动任务3：ATP和ADP的相互转化动态平衡请完善下表并得出结论。反应类型ATP水解ATP合成反应式酶的类型能量来源能量去向场所结论：请完善下表并得出结论。反应类型ATP水解ATP合成反应式酶的类型能量来源特殊化学键中的化学能有机物中的化学能以及光能能量去向用于各项生命活动储存在ATP的特殊化学键中场所活细胞所有部位细胞质基质、线粒体、叶绿体等ATPADP+Pi+能量酶ADP+Pi+能量ATP酶ATP水解酶ATP合成酶结论：物质可循环，但能量是不可逆的，所需酶、场所也不相同，因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应。ATP和ADP相互转化是所有细胞的能量供应机制，体现了生物界的统一性。

任务3：ATP和ADP的相互转化

吸能反应：(伴随ATP水解）由ATP水解提供能量。

放能反应：（伴随ATP合成）释放的能量贮存在ATP中。商品生产商品消费货币ATP是细胞内流通的能量“货币”任务3：ATP和ADP的相互转化【典例2】ATP是细胞内的能量“货币”，下列有关叙述中不正确的是（

）A.ATP水解供能，实际上是指ATP分子中远离腺苷的那个特殊化学键的水解B.细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性C.ATP分子是由1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成的D.ATP是主动运输、肌肉收缩、大脑思考的直接能源物质C【变式2】在人的骨骼肌细胞中，ATP的含量仅够剧烈运动时3s以内的能量供给。某运动员参加短跑比赛过程中，ATP的相对含量随时间的变化如图

所示，请据图回答下列问题。（1）B→C过程中，ATP含量增加，说明

加强，释放出更多的能量，供ADP合成ATP使用，以补充细胞中的ATP。（2）从整条曲线来看，肌细胞中ATP的含量不会降为零，说明________________________________。呼吸作用解是同时进行的ATP的合成和分【典例3】生物体内能量代谢中，ATP的合成和利用过程如下图所示。以下说法错误的是（）动植物体内都有呼吸作用为ATP的合成提供能量B.①过程和②过程的酶和场所不相同C.c表示吸收的能量，d表示释放的能量，两者形式相同D.ATP在活细胞中含量很少，但转化速度很快【解析】A.动植物体内都能进行呼吸作用，从而为ATP的合成提供能量，A项正确。B.①过程是ATP的合成，②过程是ATP的水解，所需的酶和场所不相同，B项正确。C.ATP合成过程中吸收的能量形式主要有光能和有机物中的化学能；ATP水解过程中释放的能量用于生物体的各项生命活动，能量的形式很多，有电能、光能、机械能等，C项错误。D.ATP是高能磷酸化合物，化学性质不稳定，在活细胞中含量很少，但与ADP之间的转化速度很快，D项正确。【答案】C

C【变式3】下列有关ATP的叙述,正确的是(

)A.ATP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ATPC.ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸D.ATP分子中的3个特殊的化学键都易断裂水解【解析】A.ATP在植物体内与动物体内的来源不完全相同,绿色植物细胞ATP中的能量可以来自光能和呼吸作用,而动物细胞ATP中的能量来自呼吸作用,A错误。B.ATP在细胞内的含量很少,但是细胞对于ATP的需求量很大。ATP与ADP在细胞内不停地转化,保证了细胞对于ATP的大量需求,B错误。C.ATP的结构简式为A—P～P～P,其水解时远离A的磷酸键易断裂,释放大量的能量和磷酸,C正确。D.由于ATP两个相邻的磷酸基团都带有负电荷而相互排斥等原因,特殊化学键不稳定,故ATP分子中的2个特殊的化学键易断裂水解,D错误。C【典例4】细胞内ATP合成与分解的过程如图所示。下列分析错误的是(

)A.过程①需要的能量可能来源于细胞呼吸B.过程②释放的能量可用于吸收营养物质C.过程①中的磷酸基团会使蛋白质分子磷酸化D.过程①②的转化机制是生物界普遍存在的【解析】A.过程①是ATP的合成过程,需要的能量可来源于光合作用和呼吸作用,A正确;B.过程②是ATP的水解过程,释放的能量可用于吸收营养物质,B正确;C.过程①中的磷酸基团与ADP结合生成ATP,过程②释放的磷酸基团能使蛋白质等分子磷酸化,C错误;D.ATP是细胞内的直接能源物质,过程①②的转化机制是生物界普遍存在的,D正确。C【变式4】[海南2021]研究人员将32P标记的磷酸注入活的离体肝细胞,1～2min后迅速分离得到细胞内的ATP。结果发现ATP的末端磷酸基团被32P标记,并测得ATP与注入的32P标记磷酸的放射性强度几乎一致。下列有关叙述正确的是 (

)A.该实验表明,细胞内全部ADP都转化成ATPB.32P标记的ATP水解产生的腺苷没有放射性C.32P在ATP的3个磷酸基团中出现的概率相等D.ATP与ADP相互转化速度快,且转化主要发生在细胞核内【解析】A.题干信息只能表明注入细胞内的32P标记的磷酸几乎全部参与ATP的形成,无法表明细胞内的全部ADP都转化成ATP,A错误;