第第頁第5章第2節(jié)細胞的能量“貨幣”ATP（共32張PPT，4個視頻）高中生物學人教版（2023）必修一(共32張PPT)

第5章細胞的能量和供應

第2節(jié)

細胞的能量“貨幣”ATP

1

1

依據(jù)ATP的分子簡式說出ATP的化學組成和特點(重點)。

2

根據(jù)ATP與ADP的相互轉化解釋ATP在細胞生命活動中的作用(難點)。

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活動1

探究：驅動細胞生命活動的直接能源物質

資料11929年，費斯克和羅曼分別在肌肉中發(fā)現(xiàn)了一種焦磷酸鹽和腺苷酸相聯(lián)系的化合物。1934年，羅曼進一步確定這種物質為腺苷三磷酸(ATP)。同年，恩格爾哈特注意到肌肉收縮需要ATP。然而細胞中的主要能源物質是葡萄糖。

你是否思考過直接給肌肉收縮提供能量的物質是什么呢？

葡萄糖或ATP

速度，

屬于執(zhí)著于每個0.01秒的人。

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活動1

探究：驅動細胞生命活動的直接能源物質

資料2制作青蛙坐骨神經(jīng)－腓腸肌標本(編號A、B)放入任氏液中，不斷施加刺激，然后對兩塊肌肉標本分別加入適量的葡萄糖和ATP溶液，立即用電極刺激坐骨神經(jīng)觀察肌肉收縮的情況。結果發(fā)現(xiàn)：A組肌肉不收縮，B組肌肉收縮明顯。

第二問

向青蛙坐骨神經(jīng)-腓腸肌標本（編號A、B）加入能源物質之前，為什么要不斷刺激坐骨神經(jīng)？

第一問

本實驗的自變量如何控制？因變量如何檢測？

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活動1

探究：驅動細胞生命活動的直接能源物質

對兩塊肌肉標本分別加入等量的葡萄糖和ATP溶液；因變量是檢測肌肉是否收縮。

腓腸肌的持續(xù)收縮使細胞內(nèi)儲存的能源物質消耗殆盡，排除自身能量的干擾。

第三問

從實驗結果可以得出什么結論？

為肌肉收縮直接提供能量的物質不是葡萄糖，而是ATP。

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活動2

辨析ATP中的A代表腺嘌呤嗎？

資料3下圖為ATP結構式：

(1)圖中①②③的結構分別代表什么？

(2)腺苷是由圖中哪些結構組成的？

①-腺嘌呤；②-核糖；③-磷酸基團

①②

①腺嘌呤

②核糖

腺苷

三個磷酸基團

③

思考以下問題：

ATP的結構及特點

磷酸基團

A—P～P～P

A:

P:

～:

—:

腺苷

磷酸基團

普通的化學鍵

特殊的化學鍵

模型圖

結構簡式

ATP結構式

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活動3

辨析ATP中的兩個特殊化學鍵都斷裂嗎？

資料4α、β和γ表示ATP上三個磷酸基團所處的位置(A－Pα～Pβ～Pγ)，現(xiàn)有甲、乙兩組ATP溶液，甲組用32P標記ATP的β位的磷酸基團，乙組用32P標記ATP的γ位的磷酸基團，然后分別加入等量的ATP水解酶，短時間后迅速分離溶液中游離的磷酸基團，結果發(fā)現(xiàn)只有乙組中游離的磷酸基團帶有放射性。

α位β位γ位

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活動3

辨析ATP中的兩個特殊化學鍵都斷裂嗎？

第一問

從實驗結果ATP中哪一個化學鍵更容易斷裂？為什么？

ATP中兩個相鄰的磷酸基團帶有負電荷而相互排斥，使得這種化學鍵不穩(wěn)定，末端的磷酸基團具有較高的轉移勢能。

ADP相互排斥的磷酸基團減少，勢能降低

磷酸基團攜帶轉移的“勢能”與其他分子結合

β位與γ位磷酸基團之間的化學鍵更容易斷裂。

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活動3

辨析ATP中的兩個特殊化學鍵都斷裂嗎？

第三問

為什么說ATP是一種高能磷酸化合物？（一般將水解時釋放20.92kJ/mol及以上能量的化合物叫做高能化合物）。

第二問

因為1molATP水解釋放的能量高達30.54kJ。

寫出ATP水解的反應式

第四問

若ATP分子去掉2個磷酸基團后的剩余部分是什么物質？

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活動3

辨析ATP中的兩個特殊化學鍵都斷裂嗎？

腺嘌呤核糖核苷酸

腺苷一磷酸AMP

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的基本組成單位之一。

(3)ATP的結構組成可以用“1、2、3”來總結，“1”表示1個腺苷，“2”表示兩個特殊的化學鍵，“3”表示3個磷酸基團。

2．生物體內(nèi)的能源物質總結

(1)能源物質：糖類、脂肪、蛋白質、ATP。

(2)主要能源物質：糖類。

(3)儲能物質：脂肪、淀粉(植物細胞)、糖原(動物細胞)。

(4)主要儲能物質：脂肪。

(5)直接能源物質：ATP。

(6)最終能量來源：太陽能。

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目標一

ATP與ADP之間的相互轉化及ATP的利用

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活動4

ATP含量很少，但需求量很大，ATP如何持續(xù)供能？

資料5磷酸肌酸是一種高能磷酸化合物，它能在肌酸激酶的催化下將自身的磷酸基團轉移到ADP分子中來合成ATP。研究者對蛙的肌肉組織進行短暫電刺激，檢測對照組和實驗組(肌肉組織用肌酸激酶阻斷劑處理)肌肉收縮前后ATP和ADP的含量，結果如下表所示。

腺苷磷酸對照組/(10－5mol·g－1)實驗組/(10－5mol·g－1)收縮前收縮后收縮前收縮后

ATP1.301.301.300.75

ADP0.600.600.600.95

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活動4

ATP含量很少，但需求量很大，ATP如何持續(xù)供能？

第一問

為什么對照組ATP和ADP含量沒有變化，實驗組ATP含量減少，ADP含量上升？

肌肉收縮會消耗ATP生成ADP，對照組中由于存在肌酸激酶，所以ADP在酶的作用下可以重新生成ATP，而實驗組由于缺乏肌酸激酶，ADP不能生成ATP，所以對照組ATP和ADP含量沒有變化，實驗組ATP含量減少，ADP含量上升。

第二問

請寫出ATP合成的反應式。

ADP+Pi+能量ATP

合成酶

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活動5

在ADP轉化成ATP時所需能量的來自哪里？

資料6催化ATP合成的酶主要分布在線粒體內(nèi)膜和葉綠體類囊體膜上。ADP接受細胞呼吸中有機物氧化分解釋放的能量或光合作用中捕獲的光能，與游離的Pi結合，重新合成ATP。

能量

ATP

ADP

Pi

光合作用

呼吸作用

肌肉收縮

根據(jù)上述材料，請完善ATP與ADP相互轉化的模型圖。

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活動6

ATP和ADP的相互轉化是否是可逆反應？

請完善下表并得出結論。

水解酶

合成酶

特殊化學鍵中的化學能

有機物中的化學能、光能

用于各項生命活動

儲存于特殊化學鍵中

物質是可逆的，能量是不可逆的，酶也不相同，因此ATP和ADP的相互轉化不是可逆反應。

結論：

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活動7

ATP的利用ATP為肌肉收縮供能

兩個相鄰的磷酸基團都帶負電荷而相互排斥等

ATP中特殊化學鍵不穩(wěn)定，末端磷酸基團有一種離開ATP而與其他分子結合的趨勢，即具有較高的轉移勢能。

ATP在酶的作用下水解時，脫離下來的末端磷酸基團挾能量與其他分子結合，從而使后者發(fā)生變化

活動7

ATP的利用—ATP為Ca2+的主動運輸供能

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活動7

ATP的利用

請完善能量通過ATP分子在吸能反應和放能反應之間流通的模型圖。

商品生產(chǎn)

商品消費

貨幣

吸能

水解

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活動8

質疑

（1）ATP只能作為能源物質嗎？

（2）有其他的直接能源物質嗎？

資料9如果將ATP中的堿基A替換為G、U、C，分別為鳥苷三磷酸、尿苷三磷酸和胞苷三磷酸，一起組成NTP家族，其脫去核糖第二位C上的O原子組成dNTP家族，均為高能化合物。

資料820世紀50年代，研究者發(fā)現(xiàn)ATP在神經(jīng)系統(tǒng)的信息傳遞中可以作為一種興奮性的神經(jīng)遞質發(fā)揮作用，并且在內(nèi)臟、中樞及外周神經(jīng)系統(tǒng)等多個部位的細胞質膜上發(fā)現(xiàn)了ATP受體，可見ATP還是一種能在細胞間傳遞信息的信號分子。

ATP是一種能源物質，也是能在細胞間傳遞信息的信號分子。

結論：

結論：

除了ATP外，鳥苷三磷酸GTP、尿苷三磷酸UTP和胞苷三磷酸CTP，也可以直接供能。

1．ATP和ADP的相互轉化不可逆

(1)ATP與ADP的相互轉化

①ATP合成：需要酶的催化，由動物的呼吸作用和植物的光合作用與呼吸作用提供能量。

②ATP水解：需要酶的催化，連接末端磷酸基團的那個特殊化學鍵水解釋放能量，釋放的能量用于各項生命活動。

③兩者轉化時，物質可逆，能量不可逆。

(2)ATP的利用特點

①ATP是生物體內(nèi)的直接能源物質。

②雖然在生物體內(nèi)含量少，但是ATP與ADP的相互轉化十分迅速。

2．ATP與ADP的相互轉化具有普遍性

ATP與ADP相互轉化的能量供應機制，在所有生物的細胞內(nèi)都是一樣的，這體現(xiàn)了生物界的統(tǒng)一性。

1.(2022·廣東清遠高一期末)《晉書·車胤傳》記載了東晉時期名臣車胤日夜苦讀，將螢火蟲聚集起來照明讀書的故事。螢火蟲尾部可發(fā)光，為發(fā)光直接供能的物質的結構如圖所示。下列說法錯誤的是

A.ATP是細胞內(nèi)直接的能源物質

B.ATP是腺苷三磷酸的英文名稱縮寫

C.ATP供能時，②和④會發(fā)生斷裂

D.ATP中的字母A指的是①所示的結構

解析ATP轉化為ADP時，②(特殊化學鍵)會發(fā)生斷裂，④(特殊化學鍵)不會斷裂，C錯誤。

√

2.ATP是腺嘌呤核苷的衍生物，下列有關敘述錯誤的是

A.一分子的ATP中含有的腺苷、磷酸基團和特殊化學鍵數(shù)目依次是1、3、2

B.ATP中的兩個特殊化學鍵儲存的能量基本相同，但穩(wěn)定性不同

C.ATP分子中含有C、H、O、N、P五種元素

D.ATP脫掉兩個磷酸基團后為腺嘌呤脫氧核苷酸

解析ATP中兩個磷酸基團被水解掉后所得的物質是AMP腺嘌呤核糖核苷酸，是合成RNA分子的單體之一。

√

3.將標記的32P注入活細胞內(nèi)，隨后迅速分離細胞內(nèi)的ATP，測定其放射性，下圖代表ATP的結構。下列敘述錯誤的是

A.在饑餓時，細胞內(nèi)產(chǎn)生ADP的速率遠

大于產(chǎn)生ATP的速率

B.④和⑤之間化學鍵的形成過程總是與

放能反應相關聯(lián)

C.ATP中磷酸基團⑤很快就會被32P標記，

但是ATP的含量基本不變

D.劇烈運動時，肌肉細胞ATP末端磷酸基團被取代的速率加快

√

解析ATP與ADP的相互轉化十分迅速，兩者的含量處于動態(tài)平衡中，產(chǎn)生ATP的速率迅速增加的同時產(chǎn)生ADP的速率也是迅速增加的，保證了細胞內(nèi)穩(wěn)定的供能環(huán)境。

4.蛋白質的磷酸化與去磷酸化被比喻為一種分子開關，分子開關的機理如下圖所示，形成有活性的蛋白質是一個磷酸化的過程，即“開”的過程，形成無活性的蛋白是一個去磷