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第5章 细胞的能量供应和利用
必修一 分子与细胞
新叶伸向和煦的阳光，
蚱蜢觊觎绿叶的芬芳。
它们为生存而获取能量，
能量在细胞里流转激荡！
细胞的能量“货币”ATP
第5章 第2节
目录
一、新课导入
二、任务探究
三、课堂练习
学习目标
1 依据ATP的分子简式说出ATP的化学组成和特点。
2 根据ATP与ADP的相互转化解释ATP在细胞生命活动中的作用。
问题探讨
银烛秋光冷画屏，
轻罗小扇扑流萤。
天阶夜色凉如水，
卧看牵牛织女星。
—杜牧
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.在萤火虫发光的过程中有能量转化吗？
新课导入
问题探讨
银烛秋光冷画屏，
轻罗小扇扑流萤。
天阶夜色凉如水，
卧看牵牛织女星。
—杜牧
1.萤火虫发光的生物学意义是什么？
萤火虫发光的生物学意义主要是相互传递求偶信号，以便交尾、繁衍后代。
问题探讨
银烛秋光冷画屏，
轻罗小扇扑流萤。
天阶夜色凉如水，
卧看牵牛织女星。
—杜牧
2.萤火虫体内有特殊的发光物质吗？
有。萤火虫腹部后端细胞内的荧光素，是其特有的发光物质。
问题探讨
银烛秋光冷画屏，
轻罗小扇扑流萤。
天阶夜色凉如水，
卧看牵牛织女星。
—杜牧
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。
细胞中的糖类、脂肪等有机物都储存着化学能，但是，直接给细胞生命活动提供能量的却是另一种有机物——ATP。
ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
问题探讨
【任务一】阅读课本86页第三段和相关信息，介绍ATP的化学组成，说明为什么ATP是高能磷酸化合物？
A—P ~ P ~ P
腺苷
一种特殊
的化学键
核糖
腺嘌呤
三个磷酸基团
腺苷
腺苷三磷酸（ATP）
一、ATP是一种高能磷酸化合物
任务探究
ATP 与ADP相互转化示意图
二、ATP与ADP可以相互转化
【任务二】阅读课本86页第4段和87页第1段，结合下图，说明ATP与ADP的转化过程。
资料
二、ATP与ADP可以相互转化
1.一个成人一天在静止状态下所消耗的ATP约为48kg；
2.在人体安静状态时，肌肉内ATP含量只有能供肌肉收缩1~2秒所需的能量。
据测算，一个人在剧烈运动的状态下，每分钟约有0.5kg的ATP转化为ADP，释放能量，供运动之需。生成的ADP又可在一定条件下转化成ATP。
ATP与ADP的这种相互转化，是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中的。
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，这体现了生物界的统一性。
ADP 转化成ATP时所需能量的主要来源
人和动物等
绿色植物
二、ATP与ADP可以相互转化
ATP可以转化为生命活动所需的各种能量。
萤火虫发光
电鳐放电
运动
大脑思考
三、ATP的利用
【任务三】1.阅读课本88页，说明ATP水解释放的能量可以用于哪些方面？主动运输过程中ATP是如何为其供能的？
【任务三】1.阅读课本88页，说明ATP水解释放的能量可以用于哪些方面？主动运输过程中ATP是如何为其供能的？
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。
反应物
用于物质合成
生成物
运动蛋白
蛋白质发生移动
三、ATP的利用
用于肌肉收缩
三、ATP的利用
【任务三】1.阅读课本88页，说明ATP水解释放的能量可以用于哪些方面？主动运输过程中ATP是如何为其供能的？
ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，这在细胞中是常见的。这些分子被磷酸化后，空间结构发生变化，活性也被改变，因而可以参加各种化学反应。
三、ATP的利用
【任务三】1.阅读课本88页，说明ATP水解释放的能量可以用于哪些方面？主动运输过程中ATP是如何为其供能的？
放能反应
吸能反应
能量“货币”
三、ATP的利用
【任务三】阅读课本89页，正确区分吸能反应和放能反应。
同样是能源物质，ATP与葡萄糖具有不同的特点。你能概括出ATP具有哪些特点吗？
思考
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
三、ATP的利用
荧光机理的应用
将荧光素酶基因导入植物细胞后，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”。
知识拓展
课堂小结
课堂练习
1.(2023·内蒙古自治区·月考试卷)下图是ATP在主动运输过程中的功能示意图，以下说法不合理的是（ ）
A. 参与Ca2+主动运输的载体蛋白是一种催化ATP水解的酶
B. 该载体蛋白磷酸化后导致其空间结构改变
C. 由于ATP分子中磷酸基团的相互吸引，使得ATP的结构非常稳定
D. ATP在酶的作用下水解时，脱离的磷酸基团挟能量与该载体蛋白结合
课堂练习
【解析】
【分析】
本题考查ATP的利用，掌握ATP为主动运输的供能机理是解决此题的关键。
【解答】
A、参与Ca2+主动运输的载体蛋白是一种催化ATP水解的酶，A正确；
B、主动运输过程中，ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟带能量与载体蛋白结合，使载体蛋白磷酸化变化导致其空间结构改变，B正确；
C、由于ATP分子中磷酸基团的相互排斥，使得ATP的结构不稳定，C错误；
D、ATP在酶的作用下水解时，脱离的磷酸基团挟能量与该载体蛋白结合，D正确。
故选C。
课堂练习
2.(2023·天津市·期末考试)ATP是细胞的能量“货币”，可直接为生命活动提供能量，下列叙述错误的是（ ）
A. ATP中末端的磷酸基团具有较高的转移势能
B. 人剧烈运动时，为满足能量需求，肌细胞中ATP的水解速率和合成速率都会加快
C. 吸能反应与ATP合成相联系，放能反应与ATP水解相联系
D. 植物体内产生ATP的场所有叶绿体、线粒体和细胞质基质
课堂练习
【解析】
【分析】ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写，ATP分子的结构式可以简写成A-P～P～P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，～代表一种特殊的化学键。
【详解】A、ATP末端的磷酸基团具有较高的转移势能，容易水解释放能量，A正确；
B、ATP和ADP在细胞中的含量很少，但转化效率很高，如果机体需能越多，ATP与ADP之间的相互转换速率就越快，B正确；
C、吸能反应与ATP水解相联系，放能反应与ATP合成相联系，C错误；
D、植物细胞可以发生光合作用和呼吸作用，因此产生ATP的场所有叶绿体、线粒体和细胞质基质，D正确。
故选C。
课堂练习
3.(2023·重庆市·月考试卷)分析下列有关人体健康的材料，回答相关问题。
材料1： 一个人在剧烈运动状态下，每分钟约有0.5kg的ATP分解释放能量，供运动所需，而肌肉细胞中的ATP仅能维持2秒钟左右。
材料2：正常人在短时间内过量饮水，超过了肾脏最大利尿速度（16mL/min），会导致“醉水”现象，出现头晕眼花、呕吐、虚弱无力等症状，严重时会出现痉挛甚至昏迷。医生常常为患者静脉滴注5%NaCl溶液，可以缓解“醉水”患者的症状。
材料3：《中国居民膳食指南》提出建议，人体应该控制添加糖的摄入量，每天摄入量不超过50g为宜，而市场上很多甜饮、果饮含糖量达到20%以上，即喝一瓶500mL这样的饮料，当天所摄入的糖就超标了。肥胖、某些糖尿病等都直接或间接与长期糖摄入量超标有关。
（1）ATP在肌肉细胞中的含量很低，却能满足细胞在代谢过程中对ATP的大量消耗，原因是 。
（2）“醉水”现象会导致组织细胞 （填“吸水”、“失水”），使细胞形态发生改变，从而出现一些病理反应。给“醉水”患者滴注5%KCl溶液不能缓解“醉水”患者的症状，原因是维持细胞外液渗透压稳定的无机盐离子主要是 。
（3）采集高血糖症患者尿液，可以用 试剂检测样液存在还原糖。从物质转化的角度分析，长期糖摄入量超标容易造成肥胖，说明 。
课堂练习
【解析】
【分析】
本题考查ATP与ADP相互转化、内环境理化性质、还原糖检测等相关知识，意在考查基础知识的理解和记忆能力。
【解答】
（1）由于ATP与ADP时刻不停地相互转化，并且处于动态平衡中，故ATP在肌肉细胞中的含量很低，却能满足细胞在代谢过程中对ATP的大量消耗。
（2）正常人在短时间内过量饮水，超过了肾脏最大利尿速度（16mL/min），会导致“醉水”现象，醉水”现象会导致组织细胞吸水，使细胞形态发生改变。维持细胞外液渗透压稳定的无机盐离子主要是Na+和Cl- 。
（3）在水浴加热条件下，斐林试剂与还原糖发生颜色反应，产生砖红色沉淀。采集高血糖症患者尿液，可以用斐林试剂检测样液存在还原糖。从物质转化的角度分析，长期糖摄入量超标容易造成肥胖，说明糖类可以大量转化为脂肪。

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