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第2节 细胞的能量“货币”ATP
课标要求 核心素养
解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 1.生命观念：认同ATP在细胞生命活动中的作用与其结构特点的关系。
2．科学思维：结合ATP和ADP的相互转化模型，认同ATP在细胞中作为能量“货币”的原因。
【问题探讨】
1.萤火虫发光的生物学意义是什么？
2.萤火虫体内有特殊的发光物质吗？
3.萤火虫发光的过程需要消耗能量吗？
银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤.
天街夜色凉如水，卧看牛郎织女星。
——杜牧《秋夕》
传递求偶信号，以便交尾繁衍后代
腹部后端细胞有荧光素和荧光素酶
化学能 →光能
荧光素
能量
激活的荧光素
荧光素酶
+氧气
氧化
荧光素
发出
荧光
萤火虫的发光原理
问题：细胞内哪些物质有可能为萤火虫发光提供能量呢？
从哪里来？
细胞生命活动所需要的主要能源物质——
细胞良好的储能物质——
葡萄糖
脂肪
为主动运输提供能量——
ATP
这些物质能否直接为萤火虫发光提供能量？
1
2
3
4
加入等量发光器粉末，
放置一段时间直至荧光消失
2mL
蒸馏水
2mL
脂肪
2mL
葡萄糖
2mL
ATP
黑暗环境
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？
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？
添加的物质（葡萄糖/脂肪/物质A）
消耗自身原本存在的能提供能量的物质，防止自身的能源物质对结果造成干扰
ATP为发荧光的过程直接提供能量
一、ATP的功能
ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
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”
蛋白质——
脂肪——
糖类——
ATP——
细胞能源物质的比喻
“不动产”
“定期存款”
“活期存款”
“现金”
ATP是生物体生命活动的直接能源物质。
1. ATP的结构：
腺嘌呤 ＋ 核糖 ＋ 3分子磷酸
▲腺苷三磷酸（ ATP ）的结构式
腺苷
普通化学键
特殊化学键
– P ~ P ~ P
▲ATP 的结构简图
▲ATP 的结构简式
ATP的结构与前面所学的哪种物质类似？
A
一、ATP是一种高能磷酸化合物
腺苷(A)
特殊的化学键
腺苷一磷酸(AMP)
腺苷二磷酸(ADP)
腺苷三磷酸(ATP)
A：
T：
P：
—：
~:
腺嘌呤核糖核苷酸
腺苷=腺嘌呤+核糖
三
磷酸基团
特殊的化学键
普通磷酸键
一、ATP是一种高能磷酸化合物
A– P ~ P ~ P
▲ATP 的结构简式
RNA的基本组成单位之一
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;水解时释放能量在20.92kJ/mol以上的化合物叫作高能化合物
肌肉收缩（机械能）
生物发光（光能）
物质合成（化学能）
主动运输（渗透能）
生物放电（电能）
二、ATP的利用
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。
ATP为主动运输供能示意图
二、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。
二、ATP的利用
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。
二、ATP的利用
ATP ATP水解 Ca2＋释放到膜外
Ca2＋主动运输载体
Pi与载体结合
载体空间结构改变
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。
二、ATP的利用
ATP的供能机制
资料分析
ATP消耗量大
ATP含量很少
矛盾
研究显示，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。
1
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。
2
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
3
ATP合成和水解都非常迅速
三、ATP与ADP可以相互转化
酶
酶
光合作用
呼吸作用
ATP
ADP
主动运输
物质合成
肌肉收缩
……
Pi
Pi
请将ATP与ADP的转化概念图补充完整
能量
能量
生物发光
三、ATP与ADP可以相互转化
1.在剧烈运动与静止状态时，ATP与ADP的转化有什么不同？
2.如果ATP与ADP的转化出现障碍，后果是什么？
对细胞的正常生活来说，ATP和ADP的转化是时刻不停地发生且处于动态平衡的。
三、ATP与ADP可以相互转化
ATP和ADP相互的转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都一样，这体现了
生物界的统一性。
吸能反应，如蛋白质的合成
放能反应，如葡萄糖的氧化分解
细胞内的化学反应可以分为吸能反应与放能反应。吸能反应与ATP的水解相联系，放能反应与ATP的合成相联系。
ATP是细胞中的能量“货币”！
三、ATP与ADP可以相互转化
ATP中的化学能
糖类等有机物中的化学能
直接用于各种生命活动
ATP水解
呼吸作用
培育出转基因荧光树
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”。
萤火虫的发光原理
荧光素酶
＋氧气
荧光素
激活的荧光素
荧光
氧化荧光素
发出
能量
应用:
白天，阳光照射，公园与普通公园一模一
样。晚上，这些树就自动发光。公园里不需要路灯，一片通明。而且，光照非常柔和。
未来，夜间发光的树可能会成为街灯的天然替代品。
能量直接来源
主要能源物质
细胞内良好的储能物质
动物细胞内的储能物质
植物细胞内的储能物质
最终能量来源
ATP
糖类
脂肪
糖原 脂肪
淀粉 脂肪
太阳能
归 纳
P89练习与应用
一、概念检测
1.能准确表示ATP中三个磷酸基团之间，以及磷酸基团和腺昔之间关系的结构简式是( )
A. A--P--P～P B. A--P～P～P C. A～P～P-P D. A～P～P～P
2.下列物质中，能够直接给细胞生命活动提供能量的是( )
A.脂肪酸 B.氨基酸 C.腺苷二磷酸 D.腺苷三磷酸
3.下面关于ATP的叙述，错误的是()
A.细胞质和细胞核中都有ATP的分布 B.ATP合成所需的能量由磷酸提供
C. ATP可以水解为ADP和磷酸 D.正常细胞中ATP与ADP的比值相对稳定
B
D
B
4.离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白，它在跨膜运输物质时离不开ATP的水解。下列叙述正确的是( )
A.离子通过离子泵的跨膜运输属于协助扩散
B.离子通过离子泵的跨膜运输是顺浓度梯度进行的
C.动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输离子的速率
D.加入蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率
二、拓展应用
1.就细胞中的吸能反应和放能反应各举出-一个实例，并说明这些实例分别与ATP和ADP的相互转化有什么关系。
C
提示：吸能反应,如葡萄糖和果糖合成蔗糖的反应需要消耗能量,是吸能反应,这一反应所需要的能量是由ATP水解为ADP时释放能量来提供的。放能反应,如丙酮酸的氧化分解能够释放能量,是放能反应。这一反应所释放的能量除以热能形式散失外,还用于ADP转化为ATP的反应,储存在ATP中.
2.同样是能源物质，AIP与葡萄糖具有不同的特点。请你概括出ATP具有哪些特点。
3.在植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都是以ATP作为能量“货币”的，这是否也说明生物界的统一性 这对你理解生物的进化有什么启示
提示：在储存能量方面,ATP同葡萄糖相比具有以下两个特点一是ATP分子中含有的化学能比较少,一分子ATP转化为ADP时释放的化学能大约只是一分子葡萄糖的1/94;二是ATP分子中所含的是活跃的化学能,而葡萄糖分子中所含的是稳定的化学能。葡萄糖分子中稳定的化学能只有转化为ATP分子中活跃的化学能,才能被细胞利用.
提示：植物、动物、细菌和真菌等生物的细胞内都具有能量“货币”ATP,这可以从一个侧面说明生物界具有统一性,也反映种类繁多的生物有着共同起源。

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