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第5章 细胞的能量供应和利用
第2节 细胞的能量“货币”ATP
1.萤火虫发光的生物学意义是什么？
问题探讨
相互传递信号，以便繁衍后代。
讨论
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。萤火虫腹部细胞内一些有机物中储存的化学能，只有在转变成光能时，萤火虫才能发光。
能 量
生命活动”主要”的能源物质：
生命活动”最终的能量”来源：
谁”直接”给我们的生命活动提供能量呢？
糖类
脂肪
生命活动”主要的储能”物质：
太阳能
~
~
1.ATP的结构：
组成元素
C、H、O、N、P
化学组成
1分子核糖+1分子腺嘌呤+3分子磷酸基团
结构简式
A－P~P~P
一、ATP是一种高能磷酸化合物
腺嘌呤
核糖
P
P
P
~
~
腺苷(A)
腺苷一磷酸（AMP）
腺苷二磷酸（ADP）
腺苷三磷酸（ATP）
阅读教材，磷酸基团带什么电荷？如何让三个带负电荷的磷酸基团靠近并压缩在一起？为什么说ATP是一种高能磷酸化合物？
一、ATP是一种高能磷酸化合物
A
P
核糖
腺嘌呤
腺苷（A）
AMP（腺苷一磷酸）
ADP
ATP（腺苷三磷酸）
AMP也叫腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本单位之一。
~
P
~
P
2、特点
腺嘌呤
核糖
P
P
P
~
~
（1）~代表________________，两个相邻磷酸都带__________相互排斥，使得远离__ _______的那个特殊化学键____ ______，容易__________，具有较高的转移势能。当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。
特殊的化学键
负电
腺苷
不稳定
断裂
（2）ATP水解的过程就是的___________过程，1molATP水解能量高达30.54KJ，所以说ATP是一种_____________________。
释放能量
高能磷酸化合物
一、ATP是一种高能磷酸化合物
3、功能
ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
化合物 结构简式 “A”含义 共同点
ATP
核苷酸
DNA
RNA
4、不同化合物中“A”的含义不同
腺苷
(由腺嘌呤和核糖组成)
腺嘌呤脱氧核苷酸
腺嘌呤核糖核苷酸
腺嘌呤
所有“A”的共同点是都含有腺嘌呤
核糖
A–P～P～P
Pi
A–P～P
能量
ATP ADP+P i+能量
ATP（水解）酶
——为生命活动提供能量
5、ATP的水解过程
ATP如何为生命活动提供能量
游离的磷酸基团
ADP
1.ATP的结构式可以简写为（ ）。
A.A—P—P～P B.A—P～P～P C.A～P～P—P D.A～P～P～P
B
2.一分子ATP中含有的腺苷、磷酸基团和特殊的化学键数目依次是（ ）。
A.1，2，2 B.1，2，1 C.1，3，2 D.2，3，1
C
3.ATP之所以能作为能量的直接来源是因为（ ）。
A.ATP在细胞中数量非常多
B.ATP中的高能磷酸键很稳定
C.ATP中的特殊的化学键储藏的能量多且很不稳定
D.ATP是生物体内唯一可以释放能量的化合物
C
课堂练习
4．下列关于ATP的叙述，错误的是(　　)
A．ATP分子中含有三个特殊化学键
B．正常细胞中ATP与ADP的比值在一定范围内变化
C．ATP分子水解掉两个磷酸基团后变成腺嘌呤核糖核苷酸
D．ATP中的“A”与构成DNA、RNA中的碱基“A”表示的不是同一种物质
A
课堂练习
1、医生通常给术后不能进食的病人注射葡萄糖生理盐水补充能量。
资料1
4、20世纪中叶，赫尔曼等科学家发现，在细胞呼吸和光合作用期间，线粒体或叶绿体中的ATP含量明显上升。
2、人们吃的米饭、面条主要成分是淀粉。
3、植物在光照条件下，叶绿体能合成ATP，也能制造糖类；在无光情况下，叶绿体不能合成ATP，也不能制造糖类。
ATP主要在哪里合成？其合成需要的能量来源于哪里？
阅读资料，思考讨论
运动员在进行马拉松赛跑时，2个小时会消耗60kg的ATP，相当于一个成年人的体重。
资料2
成人体内ATP的总量2~10 mg，在安静的状态下一天需要消耗的ATP为40 kg，在活动的状态下ATP的消耗可达0.5 kg/min；在安静状态时，肌肉内ATP的所放能量只能维持肌肉收缩1~2 s。
提示：ATP在细胞内的含量很少，需求量很大。
提示：ATP在细胞内的含量很少，转化快，不能长时间储存。
ATP在细胞内的含量多吗？需求量大吗？
生物体如何解决ATP含量少，但总需求量很大的矛盾呢？
阅读资料，思考讨论
ATP
ADP
Pi
Pi
能量2
能量1
水解酶
合成酶
A-P~P~P
A-P~P
来源:特殊化学键的断裂
去路:直接为各项生命活动提供能量
来源:光合作用和呼吸作用
去路:用于ATP中形成特殊化学键
ATP合成
ATP水解
二、ATP和ADP可以相互转化
能量1和能量2相同吗？
1、转化原因
ATP中远离腺苷的“~”既容易水解，也容易形成，伴随着“~”的水解实现ATP到ADP的转化，而“~”的形成与ADP到ATP的转化相伴随。
2、ATP与ADP相互转化
3、ATP和ADP转化的反应式
ATP 酶 ADP + Pi + 能量
ADP+ Pi +能量 酶 ATP
ATP与ADP相互转化过程是可逆反应吗？
不是可逆反应：
（1）反应条件不同；
（2）能量来源和去路不同；
（3）反应场所不同。
ATP
酶2
酶1
ADP +Pi
+能量
ATP水解酶
ATP合成酶
①酶1和酶2相同吗？
二、ATP和ADP可以相互转化
项目 ATP的合成 ATP的水解
反应式 ADP＋Pi＋能量 ATP
能量来源 (光合作用)、 (细胞呼吸) 储存在 中的能量
能量去路 储存于形成的 中
反应场所
联系
ATP合成酶
ATP水解酶
ATP
ADP＋Pi＋能量
光能
化学能
ATP
ATP
（1）ATP在生物体内含量少，但转化十分迅速，是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中的。
（2）ATP与ADP的相互转化不是可逆反应。因为转化过程中所需的酶、能量来源和去路及反应场所不完全相同。
（3）合成ATP的过程中有水生成，水解ATP的过程中有水消耗。
（4）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，体现了生物界的统一性。
4、ATP合成和水解的对比分析
用于各项生命活动
细胞质基质、线粒体、叶绿体
生物体的需能部位
动物、人、真菌、多数细菌等
绿色植物
能 量
呼
吸
作
用
呼
吸
作
用
光
合
作
用
ADP +Pi+
ATP
酶
糖类、脂肪等有机物氧化分解放能量
能量来源
线粒体、
细胞质基质
叶绿体
光能
放能反应
与ATP合成相联系
4.细胞内的吸能反应(化学能）
如葡萄糖+果糖 蔗糖
酶
5.细胞的主动运输（渗透能）
3.肌肉收缩
(机械能）
2.大脑的思考:电能
1.生物发电(电鳐)、发光(萤火虫)
ATP
细胞的能量“货币”
ATP ADP+Pi+能量
水解酶
能量去路
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。
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。
ATP为主动运输供能示意图
ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，分子空间结构发生变化，活性也被改变，因而可以参与各种化学反应。
作用机理：
细胞中的化学反应
吸能反应
放能反应
需要吸收能量，比如蛋白质的合成,能量来自ATP的水解。
释放能量，如葡萄糖的氧化分解，用于ATP的合成，释放的能量储存在ATP中。
能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通
ATP是细胞内流通的能量“货币”
三、ATP的利用
ATP
ADP
能量
能量
Pi
Pi
合成
水解
ATP与ADP相互转化是细胞中吸能反应和放能反应的桥梁
①细胞中的放能反应与ATP合成相联系
水解酶
合成酶
放能反应
吸能反应
②细胞中的吸能反应与ATP水解相联系
③能量通过ATP分子在吸能反应放能反应之间流通
能量货币
科学家运用萤火虫的荧光素发光这一原理，将荧光素酶基因导入植物后，再用荧光素溶液浇灌植物，使转基因植物在黑暗中发光，从而培育出一种能发光的“荧光树”。
三、ATP的利用
2.ATP的结构简式
本节小结
A—P ~ P ~ P
3.ATP和ADP相互转换
ATP
ADP
+Pi
+ 能量
ATP合成酶
ATP水解酶
1.ATP的功能
细胞内直接供能物质
5．如图是细胞的能量“货币”ATP的循环示意图。下列相关叙述错误的是(　　)
A．图中的M指的是腺嘌呤，N指的是核糖
B．食物为ATP充电指的是呼吸作用分解有机物
C．在ADP转化为ATP的过程中，所需能量来自光合作用和呼吸作用
D．ATP充电需要酶的催化，“放能”也需要酶的催化
C
课堂练习
1、判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)（1）ATP是高能磷酸化合物，含有三个特殊的化学键。 (　　)（2）1个ATP分子中含有1个腺嘌呤和3个磷酸基团。 (　　)（3）ATP水解时，两个特殊的化学键都断裂，生成ADP和 Pi。 (　　)（4）ATP和 ADP的相互转化与吸能反应和放能反应联系在一起。 (　　)（5）ATP与ADP的相互转化时刻不停地发生并且处在动态平衡之中，且是生物界的共性。(　　)
作业
×
×
×
√
√
2、对 的叙述中，正确的是( 　　)A.①过程和②过程所需的酶都是一样的B.①过程的能量供各项生命活动利用，②过程的能量来自糖类等有机物的氧化分解C.①过程和②过程时刻发生，处于动态平衡之中D. ATP中的能量可来源于光能、热能，也可以转化为光能、热能
3、当其他条件均可满足时，20个腺苷和60个磷酸最多可以组成的ATP个数和ATP分子中所含的特殊的化学健个数分别是(　　)A.20个和30个 B.20个和40个 C．40个和40个 D.40个和60个
C
B
3、一个ATP分子中含有1个腺苷、3个磷酸、2个特殊的化学键。20个腺苷，对应60个磷酸，即只能形成20个ATP分子，共含有40个特殊的化学键。
2、①过程为水解酶催化的水解反应，释放的能量可供各项生命活动利用，②过程为合成酶催化的合成反应，能量来源于呼吸作用中糖类等有机物的氧化分解，在绿色植物中还可来源于光合作用吸收并转化的光能，故A、B项错误。生物体内ATP的水解与合成时刻发生，处于动态平衡之中，C项正确。ATP中活跃化学能可来源于光能，但不能来源于热能;ATP中活跃化学能可以转化为光能、热能、机械能、电能等多种形式的能量，D项错误。

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