第2課時(shí)ATP是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)課標(biāo)內(nèi)容要求核心素養(yǎng)對(duì)接解釋為什么ATP是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)。1．生命觀念——結(jié)構(gòu)與功能觀：認(rèn)同ATP的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)。2．科學(xué)思維——分析與綜合：ATP與ADP之間的相互轉(zhuǎn)化；理解ATP是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)。一、ATP的分子結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)1．中文全稱：腺苷三磷酸。2．組成eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(1分子[b]核糖,1分子[c]腺嘌呤,3分子[a]磷酸))3．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：A—P～P～P4．符號(hào)含義eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(A：腺嘌呤核苷\(chéng)b\lc\{(\a\vs4\al\co1(核糖,腺嘌呤)),T：三,P：磷酸基團(tuán),～：磷酐鍵))二、ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化和利用1．ATP的水解由于兩個(gè)相鄰的磷酸基團(tuán)都帶負(fù)電荷而相互排斥等原因，使得磷酐鍵容易斷裂。ATP分子末端的磷酐鍵斷裂后，ATP轉(zhuǎn)化為ADP(腺苷二磷酸)和游離的Pi(HPOeq\o\al(2－,4))。在這個(gè)過(guò)程中，ATP是通過(guò)基團(tuán)轉(zhuǎn)移而不是簡(jiǎn)單的水解提供能量的，ATP轉(zhuǎn)移的基團(tuán)是一個(gè)磷酰基(－POeq\o\al(2－,3))，而不是磷酸基(－OPOeq\o\al(2－,3))。2．ATP在細(xì)胞內(nèi)的含量：很低。3．相互轉(zhuǎn)化ATP在轉(zhuǎn)化為ADP和Pi并釋放能量時(shí)，在有關(guān)酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同時(shí)與一個(gè)游離的Pi結(jié)合，轉(zhuǎn)化為ATP。4．意義(1)為細(xì)胞提供所需的ATP。(2)使ATP仍然維持相對(duì)恒定的水平。(3)既能及時(shí)且持續(xù)地為生命活動(dòng)提供能量，又能避免能量的浪費(fèi)。5．ATP是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞中各種生命活動(dòng)的通用能量貨幣(1)ATP是細(xì)胞內(nèi)絕大多數(shù)生命活動(dòng)能夠直接利用的能源物質(zhì)，可以直接為生物體的大多數(shù)需能反應(yīng)提供能量。在生物體的能量代謝中，能量的利用、轉(zhuǎn)化、儲(chǔ)存、釋放都和ATP密切相關(guān)。(2)細(xì)胞內(nèi)許多儲(chǔ)能物質(zhì)氧化分解釋放的能量，雖然不能直接用于生命活動(dòng)，但可以用于ADP轉(zhuǎn)化為ATP的反應(yīng)并儲(chǔ)存在ATP中，再通過(guò)ATP轉(zhuǎn)化為ADP的反應(yīng)滿足生物體生命活動(dòng)對(duì)能量的需求。判斷對(duì)錯(cuò)(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)1．ATP是腺苷三磷酸，分子結(jié)構(gòu)中含有三個(gè)磷酐鍵。 ()2．ATP中的“A”與核酸中的堿基“A”是同一種物質(zhì)。 ()3．ATP在細(xì)胞內(nèi)含量很少，但細(xì)胞內(nèi)ATP和ADP之間的轉(zhuǎn)化很迅速。 ()4．ATP水解時(shí)，兩個(gè)磷酐鍵都斷裂，生成ADP和Pi。 ()5．細(xì)胞內(nèi)ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化，可以為細(xì)胞提供所需的ATP。 ()6．在生物體的能量代謝中，能量的利用、轉(zhuǎn)化、儲(chǔ)存、釋放都與ATP密切相關(guān)。 ()提示：1.×ATP分子中含有兩個(gè)磷酐鍵。2．×ATP中的“A”為腺苷，由腺嘌呤和核糖組成，DNA和RNA中的堿基“A”是腺嘌呤。3．√4．×ATP分子末端的磷酐鍵斷裂后形成ADP和Pi。5．√6.√ATP的結(jié)構(gòu)和功能1．ATP的分子組成(如圖)(1)元素組成：ATP是由C、H、O、N、P五種元素組成的，這與核酸的元素組成是相同的。(2)AMP是RNA的基本組成單位。(3)ATP的結(jié)構(gòu)組成可以用“1、2、3”來(lái)總結(jié)，“1”表示1個(gè)腺苷，“2”表示兩個(gè)磷酐鍵，“3”表示3個(gè)磷酸基團(tuán)。2．ATP的結(jié)構(gòu)與功能的相互關(guān)系(1)ATP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)保證了細(xì)胞內(nèi)有一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的能量供應(yīng)庫(kù)。ATP中末端磷酐鍵易斷裂和形成，可保證ATP數(shù)量的相對(duì)穩(wěn)定和能量的持續(xù)供應(yīng)。(2)ATP在供能中處于核心地位，許多能源物質(zhì)中的能量需轉(zhuǎn)移到ATP中才能為生命活動(dòng)供能。在生命活動(dòng)中，ATP中的能量可轉(zhuǎn)化為不同形式的能量。3．生物體內(nèi)的能源物質(zhì)總結(jié)(1)能源物質(zhì)：糖類、脂肪、蛋白質(zhì)、ATP。(2)主要能源物質(zhì)：糖類。(3)儲(chǔ)能物質(zhì)：脂肪、淀粉(植物細(xì)胞)、糖原(動(dòng)物細(xì)胞)。(4)重要儲(chǔ)能物質(zhì)：脂肪。(5)直接能源物質(zhì)：ATP。(6)最終能量來(lái)源：太陽(yáng)能。1．(多選)如圖表示ATP的結(jié)構(gòu)，下列相關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．b鍵斷裂后形成ADP和PiB．圖中的3表示ATP中的字母AC．由1、2、3各一分子形成的物質(zhì)是組成DNA的基本單位D．a(chǎn)鍵斷裂釋放的能量可以直接用于生命活動(dòng)ABC[a鍵斷裂后形成ADP和Pi，A錯(cuò)誤；ATP中的字母A表示腺苷，而題圖中的3表示腺嘌呤，B錯(cuò)誤；由1、2、3各一分子形成的是腺嘌呤核糖核苷酸，它是組成RNA的基本單位，C錯(cuò)誤；ATP是生命活動(dòng)所需能量的直接來(lái)源，a鍵斷裂所釋放的能量可以直接用于生命活動(dòng)，D正確。]2．在某細(xì)胞培養(yǎng)液中加入32P標(biāo)記的磷酸分子，短時(shí)間內(nèi)分離出細(xì)胞的ATP，發(fā)現(xiàn)其含量變化不大，但部分ATP的末端磷酸基團(tuán)已帶上放射性標(biāo)記，該現(xiàn)象不能說(shuō)明()A．ATP是細(xì)胞內(nèi)的直接能源物質(zhì)B．部分32P標(biāo)記的ATP是重新合成的C．ATP中遠(yuǎn)離腺苷的P容易斷裂D．該過(guò)程中ATP既有合成又有分解A[該現(xiàn)象只能說(shuō)明ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化，不能說(shuō)明ATP是細(xì)胞內(nèi)的直接能源物質(zhì)，A項(xiàng)符合題意；帶有32P標(biāo)記的ATP是加入放射性32P標(biāo)記的磷酸分子后新產(chǎn)生的，B項(xiàng)不符合題意；由題意可知，細(xì)胞培養(yǎng)液中加入32P標(biāo)記的磷酸分子，短時(shí)間內(nèi)部分ATP的末端磷酸基團(tuán)已帶上放射性標(biāo)記，說(shuō)明ATP末端的磷酸基團(tuán)很容易水解脫離下來(lái)，也很容易結(jié)合，C項(xiàng)不符合題意；該過(guò)程存在ATP水解形成ADP的過(guò)程，同時(shí)存在ADP與磷酸形成ATP的過(guò)程，D項(xiàng)不符合題意。]對(duì)ATP認(rèn)識(shí)的誤區(qū)(1)ATP的普通磷酸鍵和磷酐鍵中都儲(chǔ)存著能量，只不過(guò)大量的能量?jī)?chǔ)存于磷酐鍵中。(2)ATP是一種物質(zhì)，不是能量，ATP中儲(chǔ)存有大量的能量，因此不可將ATP與能量等同。ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化及利用1．ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化過(guò)程(1)關(guān)系式：(2)過(guò)程(3)意義：ATP水解釋放的能量供細(xì)胞生命活動(dòng)利用。2．ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化不可逆項(xiàng)目ATP的合成ATP的水解反應(yīng)式ADP＋Pi＋能量eq\o(→,\s\up10(酶))ATPATPeq\o(→,\s\up10(酶))ADP＋Pi＋能量所需酶ATP合成酶ATP水解酶能量來(lái)源光合作用、細(xì)胞呼吸等生物化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的能量末端磷酐鍵斷裂，通過(guò)基團(tuán)(－POeq\o\al(2－,3))轉(zhuǎn)移提供能量能量去路形成末端的磷酐鍵用于生長(zhǎng)、發(fā)育、運(yùn)動(dòng)和生殖等許多生命活動(dòng)反應(yīng)場(chǎng)所細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體生物體的需能部位相應(yīng)生理活動(dòng)主要是光合作用、細(xì)胞呼吸肌肉收縮、細(xì)胞分裂、興奮傳導(dǎo)等結(jié)論ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化時(shí)，反應(yīng)所需要的酶、能量的來(lái)源和去路、反應(yīng)的場(chǎng)所不同，因此兩者的相互轉(zhuǎn)化是不可逆的，從兩者相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)式來(lái)看，物質(zhì)是可逆的，但能量不可逆3.易混淆的2個(gè)與ATP產(chǎn)生量有關(guān)的曲線辨析(1)甲圖表示ATP產(chǎn)生量與O2供給量的關(guān)系①A點(diǎn)表示無(wú)氧條件下，細(xì)胞可通過(guò)無(wú)氧呼吸分解有機(jī)物，產(chǎn)生少量ATP。②AB段表示隨O2供給量增多，有氧呼吸明顯加強(qiáng)，通過(guò)有氧呼吸分解有機(jī)物釋放的能量增多，ATP的產(chǎn)生量隨之增加。③BC段表示O2供給量超過(guò)一定范圍后，ATP的產(chǎn)生量不再增加，此時(shí)的限制因素可能是酶、ADP、磷酸等。(2)乙圖可表示哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞中ATP來(lái)自無(wú)氧呼吸，與O2無(wú)關(guān)。深化探究：怎樣理解ATP是細(xì)胞內(nèi)“取之不盡”的直接能源物質(zhì)？提示：ATP是一種不穩(wěn)定的化合物，在細(xì)胞內(nèi)的含量很少。ATP和ADP在細(xì)胞內(nèi)能迅速發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，ATP水解直接為生命活動(dòng)提供能量，產(chǎn)生ADP和Pi，ADP和Pi接受細(xì)胞代謝(主要是細(xì)胞呼吸)或光合作用產(chǎn)生的能量迅速合成ATP。無(wú)論在安靜狀態(tài)還是在劇烈運(yùn)動(dòng)、饑餓狀態(tài)，ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化都在時(shí)刻不停地發(fā)生且處于動(dòng)態(tài)平衡之中。1．下列對(duì)“”的敘述中，正確的是()A．①過(guò)程和②過(guò)程所需的酶都是一樣的B．①過(guò)程的能量供各項(xiàng)生命活動(dòng)利用，②過(guò)程的能量來(lái)自糖類等有機(jī)物的氧化分解C．①過(guò)程和②過(guò)程時(shí)刻發(fā)生，處于動(dòng)態(tài)平衡之中D．ATP中的能量可來(lái)源于光能、熱能，也可以轉(zhuǎn)化為光能、熱能C[①過(guò)程為水解酶催化的水解反應(yīng)，釋放的能量可供各項(xiàng)生命活動(dòng)利用，②過(guò)程為合成酶催化的合成反應(yīng)，能量來(lái)源于細(xì)胞呼吸中糖類等有機(jī)物的氧化分解，在綠色植物中還可來(lái)源于光合作用吸收并轉(zhuǎn)化的光能，故A、B項(xiàng)錯(cuò)誤；生物體內(nèi)ATP的水解與合成時(shí)刻發(fā)生，處于動(dòng)態(tài)平衡之中，C項(xiàng)正確；ATP中活躍的化學(xué)能可來(lái)源于光能，但不能來(lái)源于熱能；ATP中活躍的化學(xué)能可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?、熱能、機(jī)械能、電能等多種形式的能量，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]2．科學(xué)家發(fā)現(xiàn)某些蚜蟲能合成類胡蘿卜素，其體內(nèi)的類胡蘿卜素不僅能吸收光能，傳遞給負(fù)責(zé)能量生產(chǎn)的組織細(xì)胞，而且還決定蚜蟲的體色。陽(yáng)光下蚜蟲體內(nèi)的ATP生成量將會(huì)增加，黑暗時(shí)蚜蟲體內(nèi)的ATP含量會(huì)下降。下列有關(guān)敘述正確的是()A．蚜蟲合成ATP時(shí)所需能量?jī)H僅來(lái)自細(xì)胞呼吸B．類胡蘿卜素的含量不僅會(huì)影響蚜蟲的體色，還會(huì)影響蚜蟲個(gè)體的生存機(jī)會(huì)C．蚜蟲做同一強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)時(shí)，陽(yáng)光下和黑暗中的ATP消耗量不一樣D．蚜蟲體內(nèi)ATP含量在陽(yáng)光下比黑暗時(shí)多，說(shuō)明其體內(nèi)的ATP含量不穩(wěn)定B[由題干信息可知，蚜蟲合成ATP所需能量還可來(lái)自類胡蘿卜素吸收的光能，A錯(cuò)誤；由題干信息可知，類胡蘿卜素可以吸收、傳遞光能，影響ATP的合成量，因此類胡蘿卜素的含量會(huì)影響蚜蟲個(gè)體的生存機(jī)會(huì)，B正確；蚜蟲做同一強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)時(shí)消耗ATP的量是一樣的，C錯(cuò)誤；蚜蟲體內(nèi)ATP含量在陽(yáng)光下比黑暗時(shí)多，但白天ATP消耗量也比黑暗時(shí)多，ATP含量處于動(dòng)態(tài)平衡中，故蚜蟲體內(nèi)的ATP含量穩(wěn)定，D錯(cuò)誤。][課堂小結(jié)]知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建核心語(yǔ)句背誦1.ATP的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是A—P～P～P，其中“A”代表腺苷，“P”代表磷酸基團(tuán)，“～”表示磷酐鍵。2.ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)式是ATPADP＋Pi＋能量。3.細(xì)胞內(nèi)ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化，一方面為細(xì)胞提供所需的ATP，另一方面使ATP仍然維持相對(duì)恒定的水平。4.合成ATP的途徑包括光合作用和細(xì)胞呼吸。5.ATP是生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)。6.在生物體的能量代謝中，能量的利用、轉(zhuǎn)化、儲(chǔ)存、釋放都和ATP密切相關(guān)。1．下列關(guān)于ATP分子的敘述，錯(cuò)誤的是()A．ATP中含有一個(gè)核糖和一個(gè)含氮堿基B．ATP脫去所有磷酐鍵后就是ADPC．ATP中的兩個(gè)磷酐鍵儲(chǔ)存有大量能量D．ATP斷裂了所有磷酐鍵后可作為合成核糖核酸的基本原料B[ATP由一分子腺苷和3分子磷酸基團(tuán)組成，一分子腺苷包括一分子核糖和一分子腺嘌呤。當(dāng)ATP脫去所有磷酐鍵后就是AMP，AMP為腺嘌呤核糖核苷酸，可作為合成核糖核酸的基本原料。]2．(多選)細(xì)胞內(nèi)的能量供應(yīng)機(jī)制可用下圖表示，下列說(shuō)法正確的是()A．圖中X代表的是ATPB．ATP與ADP之間可以相互轉(zhuǎn)化C．圖中的酶不是同一種酶D．ATP是生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)ABCD[圖為ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的示意圖，圖中X表示ATP，A、B正確；圖中的酶分別是ATP合成酶和ATP水解酶，C正確；ATP是生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)，D正確。]3．當(dāng)其他條件均可滿足時(shí)，20個(gè)腺苷和60個(gè)磷酸最多可以組成的ATP個(gè)數(shù)和ATP分子中所含的磷酐鍵個(gè)數(shù)分別是()A．20個(gè)和30個(gè) B．20個(gè)和40個(gè)C．40個(gè)和40個(gè) D．40個(gè)和60個(gè)B[一個(gè)ATP分子中含有1個(gè)腺苷、3個(gè)磷酸基團(tuán)、2個(gè)磷酐鍵。20個(gè)腺苷，對(duì)應(yīng)60個(gè)磷酸基團(tuán)，即只能形成20個(gè)ATP分子，共含有40個(gè)磷酐鍵。]4．下列有關(guān)ATP的敘述，不正確的是()A．人體成熟的紅細(xì)胞在O2充足時(shí)也只能通過(guò)無(wú)氧呼吸產(chǎn)生ATPB．ATP中的能量可以來(lái)源于光能、化學(xué)能，也可以轉(zhuǎn)化為光能和化學(xué)能C．ATP是生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)，其中兩個(gè)磷酐鍵都易斷裂、易形成D．ATP中的“A”與構(gòu)成RNA中的堿基“A”表示的不是同一物質(zhì)C[人體成熟的紅細(xì)胞無(wú)線粒體，只能進(jìn)行無(wú)氧呼吸，所以即使在O2充足時(shí)也只能通過(guò)無(wú)氧呼吸產(chǎn)生少量能量合成ATP，A正確；ATP中的能量可以來(lái)源于光能(綠色植物的光合作用)、化學(xué)能(呼吸作用有機(jī)物的氧化分解)，ATP中活躍的化學(xué)能也可以轉(zhuǎn)化為光能(螢火蟲發(fā)光)、化學(xué)能(細(xì)胞內(nèi)小分子物質(zhì)合成大分子物質(zhì))，B正確；ATP是細(xì)胞內(nèi)的直接能源物質(zhì)，在有關(guān)酶的催化作用下遠(yuǎn)離腺苷的磷酐鍵容易斷裂也容易形成，C錯(cuò)誤；ATP中的“A”指的是腺苷，腺苷由腺嘌呤和核糖結(jié)合而成，而RNA中的堿基“A”指的是含氮堿基腺嘌呤，所以表示的不是同一物質(zhì)，D正確。]5．諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的一半授予了美國(guó)的保羅·博耶和英國(guó)的約翰·沃克，以表彰他們?cè)谘芯緼TP如何利用能量進(jìn)行自身再生方面取得的成就?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)ATP的中文名稱是________，其中A代表________，A中含有的單糖是________，P代表____________。(2)ATP的元素組成是____________，若用15N標(biāo)記ATP，將會(huì)在________(填化學(xué)結(jié)構(gòu))中出現(xiàn)15N標(biāo)記。(3)在生物體內(nèi)，ATP水解成ADP時(shí)，釋放的能量直接用于各種________反應(yīng)；ADP合成為ATP所需的能量來(lái)自________、