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(共28张PPT)
第五章细胞的能量供应和利用
第2节 细胞的能量“货币”ATP
1. 生命观念
2. 科学思维
3. 科学探究
4. 社会责任
教学目标
理解ATP 的分子结构特点，建立结构与功能相适应的观念，能从物质与能量观的角度，阐述 ATP 作为细胞直接能源物质在能量代谢中的关键作用；通过分析ATP 与 ADP 的相互转化，认识细胞内物质与能量变化的统一性，形成稳态与平衡观。
运用归纳与概括的方法，分析实验现象，得出ATP 是驱动细胞生命活动的直接能源物质的结论，培养逻辑思维能力。
基于给定的实验材料，设计并实施探究哪些物质能直接为生命活动供能的实验，学会控制自变量、观察和检测因变量变化的技能，提高实验设计与分析能力。
关注ATP 在生物体内的重要作用，认识到生命活动的有序进行离不开能量的供应，增强对生命本质的理解，形成珍惜生命、热爱自然的情感态度。
(1) ATP的分子结构特点及其与功能的关系。
(2) ATP与ADP的相互转化过程及特点。
(3)ATP在细胞生命活动中的直接供能作用。
(1) 理解“高能磷酸键”的含义与ATP作为“能量货币”的实质。
(2) 辨析ATP与ADP的相互转化不是可逆反应。
(3) 建立ATP在细胞能量代谢中的核心地位。
1. 教学重点
2. 教学难点
教学重难点
三、目录 CONTENTS
探究·实践1
探究生命活动的直接能源物质
1.1 ATP的结构
当堂训练
小结
一、ATP是一种高能磷酸化合物
二、ATP与ADP可以相互转化
2.1 ATP与ADP的相互转化过程
2.2 ATP的特性
三、ATP的利用
3.2 ATP的供能机制
3.1 实例
3.3 ATP是细胞内流通的能量货币
萤火虫发光的奥秘(视频)
1.萤火虫发光的生物学意义是什么？
《秋夕》
杜牧（唐）
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。
相互传递求偶信号，以便繁衍后代。
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. 在萤火虫发光的过程中有能量转化吗？
有，萤火虫腹部细胞内有一些有机物中储存的化学能，只有在转变为光能时才能发光。
问题探讨
讨论
萤火虫发光器干燥后研成粉末，蒸馏水，葡萄糖，脂肪，ATP制剂等
荧光素+能量+O2 氧化荧光素
荧光素酶
（发出荧光）
(1)自变量：
(2)因变量：
(3)无关变量：
添加的物质（葡萄糖/脂肪/ATP制剂）
是否发光
温度等
(1) 实验材料：
2. 实验原理：
3. 实验变量：
探究·实践1 探究生命活动的直接能源物质
探究生命活动的直接能源物质(视频)
4. 实验过程
A
B
C
ATP制剂2ml
0.1%葡萄糖2ml
脂肪溶液2ml
发光器粉末加入试管暗处理15分钟
加试剂
黑暗条件下观察
5.实验结论：
ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
腺苷（A）
AMP（腺苷一磷酸）
ADP （腺苷二磷酸）
ATP （腺苷三磷酸）
(1)ATP的中文名称:
腺苷三磷酸
C、H、O、N、P
(2)ATP的组成元素:
(3)ATP的结构简式：
A－P～P～P
A:
P:
～:
—:
腺苷
磷酸基团
普通的化学键
特殊的化学键
ATP的结构示意图
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1个核心：腺苷(A)；3个集团：3个磷酸基团(P)
1.1 ATP的结构
A—P ~ P ~ P
这种特殊化学键
不稳定
两个相邻磷酸基团都带负电荷而相互排斥
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
转移势能
ATP
ADP + Pi + 能量
水解酶
与其他分子结合
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1 molATP水解时释放的能量高达30.54 kJ
ATP水解的过程就是释放能量的过程
高能磷酸化合物
①ATP的结构式：
②ADP的结构式:
核糖
P
P
P
腺嘌呤
~
~
核糖
P
P
腺嘌呤
~
二、ATP与ADP可以相互转化
脆弱，水解易断裂
ATP与ADP之间具有怎样的联系？
(学生自主构建ATP与ADP相互转化的概念模型)
Pi
Pi
二、ATP与ADP可以相互转化
不停发生
动态平衡
能量
能量
P
P
P
P
P
ATP
合成酶
水解酶
ADP +Pi
+能量
2.1 ATP与ADP的相互转化过程
图5-4 ATP与ADP的相互转化示意图
ATP与ADP的相互转化属于可逆反应？
不属于
二者之间的相互转化过程:
物质可逆，能量不可逆，
催化的酶不同，
反应场所不同.
用于各项生命活动
水解酶
合成酶
二、ATP与ADP可以相互转化
资料分析：
资料1:一个成年人一天在静止状态下所消耗的ATP约有40kg
在剧烈运动的状态下，每分钟约有0.5kg的ATP转化成ADP
①ATP
消耗量大
资料2:成人体内ATP总量约2~10mg，人体在安静状态下，肌肉内ATP含量只能供肌肉收缩1~2s。
②ATP
含量少
资料3: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。
矛盾
维持细胞内ATP含量相对稳定，保证了细胞内能量的持续供应。
③ATP的合成和水解速率快
ATP的这些特性对细胞生命活动有何作用？
2.2ATP的特性
ATP与ADP的相互转化(视频)
二、ATP与ADP可以相互转化
(2) ATP与ADP转化是生物界的共性：
ATP和ADP相互转化的能量供应机制普遍存在，体现了生物界的统一性。
二、ATP与ADP可以相互转化
大多数细菌
绿色植物
真菌
动物
人
ATP
合成酶
ADP + Pi
+ 能量
呼吸作用
ATP合成：
光合作用
呼吸作用
硝化细菌
(3) ADP转化成ATP所需的主要能量来源：
化能合成
反应
反应类型
酶的类型
能量来源
能量去向
场所
比喻
物质是可逆的，能量是不可逆的，所需酶、场所也不相同
ATP ADP+Pi+能量
酶
ADP+Pi+ 能量 ATP
酶
水解反应
合成反应
ATP水解酶
ATP合成酶
ATP中活跃的化学能
有机物中的化学能以及光能
用于各项生命活动
储存ATP中
活细胞所有部位
细胞质基质、线粒体、叶绿体等
二、ATP与ADP可以相互转化
“花钱”
“存钱”
放电
充电
①Ca2+主动运输
⑤萤火虫发光(光能)
②物质合成:蔗糖(化学能)
⑥ 大脑思考(电能)
3.1 实例
三、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。
②
③
③电鳐 放电(电能)
④肌细胞收缩(机械能)
ATP水解释放的能量是如何用于上述各种生命活动的呢？
三、ATP的利用
实例: ATP为Ca2+主动运输功能过程分析
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，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。
ATP为主动运输供能(视频)
利用DeepSeek生成动画演示:
双击右边剪头或图片打开界面点击左下方蓝色按钮操作观看
三、ATP的利用
ATP
3.2 ATP的供能机制
Ca2＋主动运输载体结合
ATP水解
Pi与载体结合
载体空间结构改变
Ca2＋释放到膜外
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。
3.2 ATP是细胞内流通的能量货币
三、ATP的利用
(1)化学反应中的能量变化与ATP的关系
① 吸能反应:一般与____________相联系，由ATP水解提供能量。
② 放能反应:一般与____________相联系，释放的能量贮存在ATP中。
ATP的水解
ATP的合成
③ 能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。
糖类、脂肪等有机物
储存有大量的能量，
但不能被直接利用。
ATP储存的能量相对较少，但能被直接利用。
释放
储存
ATP是细胞的能量“货币”
三、ATP的利用
反应类型 吸能反应 放能反应
能量变化
产物能量状态
ATP的角色
实例
吸收能量
释放能量
产物中储存的化学能增加
产物中储存的化学能减少
消耗 ATP（用钱投资）
合成 ATP（赚钱存钱）
光合作用、蛋白质合成等
细胞呼吸、ATP水解、物质燃烧
巧记方法: 吸合放分
一般而言，生物体内中合成有机物的反应为吸能反应；分解有机物的反应为放能反应
吸能反应与放能反应的比较分析
三、ATP的利用
考场快速判断技巧
(1)看反应方向
① 从小分子 → 大分子 (CO2+ H2O → 葡萄糖)：一般是吸能反应。
② 从大分子 → 小分子 (葡萄糖 → CO2+ H2O)：一般是放能反应。
(2)看ATP的动向
①如果反应需要 ATP水解来提供能量，这个反应就是吸能反应。
②如果反应的结果是ATP合成，这个反应就是放能反应。
小结
当堂训练
1. 下列关于ATP叙述正确的是（ ）
A. ATP中的“A”代表的是腺嘌呤
B. 动物细胞中合成ATP所需的能量均来自细胞呼吸
C. ATP水解一般与吸能反应相联系
D. ATP在细胞中含量丰富，以满足生命活动对能量的需求
解析： A错误，“A”代表腺苷（腺嘌呤+核糖）；B错误，动物细胞均来自呼吸，但植物细胞还可来自光合作用；D错误，ATP在细胞中含量很少，但转化迅速；C正确，吸能反应需要消耗ATP水解提供的能量。
当堂训练
2. 下列生理过程中，不需要ATP提供能量的是（ ）
A. 葡萄糖和果糖合成蔗糖
B. 静息状态下K+外流
C. 小肠上皮细胞吸收氨基酸
D. 叶肉细胞合成淀粉
解析: A、C、D均为合成物质或主动运输过程，需要消耗ATP。B选项中，静息状态下K+外流是顺浓度梯度的协助扩散，不消耗ATP。
3.下列对ADP+Pi+能量 ATP反应式描述正确的是( )
A.ATP分子由1个腺苷和2个磷酸基团组成
B.所有生命活动都需要向左进行的反应
C.ATP和ADP之间可以时刻转化,处于动态平衡之中
D.绿色植物体内合成ATP所需的能量完全来自光合作用
当堂训练
详细解析：A. 错误。ATP（腺苷三磷酸）分子由1个腺苷和3个磷酸基团组成。B错误:反应向左进行是ATP水解，确实为大多数生命活动提供能量。但并非所有生命活动都需要此反应，有些过程如自由扩散就不需要消耗ATP。C. 正确。在活细胞中，ATP的合成与水解是不断进行的，保持着动态平衡。D. 错误。绿色植物合成ATP的能量来源包括：光合作用（在叶绿体中）细胞呼吸（主要在线粒体中）即使在黑暗环境中，植物也通过细胞呼吸产生ATP
4.ATP(甲)是生命活动的直接能源物质，据图判断有关叙述正确的是（ ）　　
A.在主动运输过程中，乙的含量会减少
B.丙是DNA的基本组成单位之一
C.丁是由腺嘌呤和核糖组成，而戊可用于甲的合成
D.甲→乙和乙→丙过程中，起催化作用的酶的空间结构相同
甲
乙
丙
丁
戊
酶
酶
酶
当堂训练
A错误. 主动运输消耗 ATP（甲→乙 + Pi），所以 ATP 减少，ADP（乙）增加，而不是减少。B错误.丙是 AMP（腺苷一磷酸），其糖是核糖，属于 RNA 的基本单位（腺嘌呤核糖核苷酸）。DNA 的基本单位是脱氧核苷酸，不是 AMP。C正确. 丁是由腺嘌呤和核糖组成，而戊可用于甲的合成，丁 = 腺苷 = 腺嘌呤 + 核糖（正确）戊 = Pi，Pi 可用于 ATP 的合成。D错误. 甲→乙：ATP → ADP + Pi，催化酶是 ATP 水解酶（ATPase）
乙→丙：ADP → AMP + Pi，催化酶可能是腺苷酸激酶等，两种酶催化不同反应，空间结构不同。
5.某书法家脑出血导致右侧肢体偏瘫,为尽快改善其新陈代谢,恢复其右手书写能力,在治疗时可用下列哪种方法辅助治疗 (　　)
A.静脉滴注葡萄糖溶液 B.口服钙片
C.服用多种维生素液 D.肌肉注射ATP制剂
当堂训练
详细解析：A错误. 葡萄糖是重要的能源物质，但属于“储能物质”（像银行存款），需要经过细胞呼吸分解产生ATP才能被细胞直接利用。对于急需恢复细胞代谢和肌肉功能的情况，葡萄糖供能不够直接快速。B错误. 钙离子对神经调节和肌肉收缩有重要作用，但不能直接提供能量，与“尽快改善新陈代谢”的核心需求不符。C错误.维生素多为辅酶的组成部分，参与调节代谢，但本身不提供能量，起效较慢。D错误. ATP是细胞的直接能源物质，肌肉注射可使ATP直接作用于受损的肌肉和神经细胞，快速为细胞代谢供能，促进肌肉功能恢复，对改善新陈代谢和恢复右手书写能力有直接帮助。
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