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本节聚焦:
为什么说ATP是细胞的能量“货币”？
ATP与ADP是怎样相互转化的？这有什么意义？
细胞中的哪些生命活动需要ATP提供能量？
第2节 细胞的能量
“货币”ATP
必修1分子与细胞/第5章/细胞的能量供应和利用/
3.在萤火虫发光的过程中有能量转化吗？
相互传递信号，以便繁衍后代。
有。荧光素。
“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。天阶夜色凉如冰，卧看牵牛织女星。”让我们重温唐代诗人杜牧这情景交融的诗句，想象夜空中与星光媲美的点点流萤，思考有关的生物学问题。
讨论
1.萤火虫发光的生物学意义是什么？
萤火虫
2.萤火虫体内有特殊的发光物质吗？
有，萤火虫腹部细胞内有一些有机物中储存的化学能，在转变为光能时发光。
萤火虫发光的原理：萤火虫的尾部发光器中有荧光素和荧光素酶。荧光素接受能量后就被激活，在荧光素酶的催化作用下，激活的荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素并且发出荧光
荧光素 + 能量 + O2 氧化荧光素 + H2O
荧光素酶
发出荧光
从哪里来？
【材料用具】
【作出假设】
【提出问题】
萤火虫发光的直接能源物质是什么？
【实验设计】
干燥研磨后的萤火虫发光器粉末，生理盐水，葡萄糖溶液，ATP溶液、蒸馏水。
荧光素+能量+O2 氧化荧光素+H2O
荧光素酶
（发出荧光）
【实验原理】
ATP是直接的能源物质
探究萤火虫发光的直接供能物质
1.将萤火虫发光器粉末分别装入A、B、C、三支试管中，每组加入2mL蒸馏水，振荡均匀。观察现象。
2.待荧光消失后，分别向A、B、C、D四支试管中依次加入葡萄糖溶液、ATP溶液、生理盐水、各2mL，振荡均匀。观察现象。
【实验设计】
三组荧光均消失
A
B
C
２ｍL葡萄糖溶液
２ｍL生理盐水
有荧光出现
无荧光出现
无荧光出现
2ml荧光素溶液（荧光素+水）
15min
暗处
观察
暗处
【实验结论】：萤火虫发光的直接供能物质是ATP
２ｍL ATP溶液
自变量
因变量
对照组
实验组
实验组
【进行实验】
【实验现象】
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”
功能：ATP是生物体生命活动的直接能源物质
01
ATP分子结构
解决以下问题，展示学习成果：
ATP的中文名称？
ATP的分子结构简式？其中A代表什么？P代表什么？~代表什么？
腺苷由哪些分子组成？
ATP元素组成？
一.ATP是一种高能磷酸化合物
A–P～P～P
腺苷 = 腺嘌呤 + 核糖
磷酸基团（3个）
特殊的化学键（2个）
普通化学键（1个）
腺苷三磷酸
C H O N P
A：
P：
～：
3.结构简式：
—：
1.中文名称：
2.组成元素：
4.ATP中A、T、P与结构的对应关系
~
~
一.ATP是一种高能磷酸化合物
5.ATP供能原理：
ATP中相邻两个磷酸基团都带有负电荷而相互排斥等原因，使得特殊的化学键不稳定，末端磷酸基团有较高的转移势能。
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。这一过程中1molATP水解释放的能量高达30.54kJ。
所以说ATP是一种高能磷酸化合物。
30.54KJ/mol
A–P～P
(腺苷二磷酸)
水解酶
+ 能量
ATP ≠能量
A–P～P～P
(腺苷三磷酸)
+ Pi
＋ H2O
ATP≠能量，ATP是一种物质，不是能量，能量储存在ATP中。
注意：
腺嘌呤核糖核苷酸是构建RNA的基本单位之一
腺苷（A）
腺苷一磷酸（AMP）
腺苷二磷酸（ADP）
腺嘌呤核糖核苷酸（AMP）
一.ATP是一种高能磷酸化合物
7.ATP、ADP与AMP的关系：
腺苷三磷酸（ATP）
辨析：
A–P～P～P
A C G T
T G C A
U G A G
A
①:腺苷
②：腺嘌呤
③：腺嘌呤脱氧核苷酸
③：腺嘌呤脱氧核苷酸
2
ATP与ADP可以相互转化
P
P
P
~
~
能量
能量
合成
水解
ATP与ADP相互转化示意图
P
P
~
Pi
Pi
ATP
ATP合酶
ATP水解酶
ADP + Pi +
能量
物质可逆，能量不可逆
1.转化过程
二.ATP与ADP可以互相转化
二.ATP与ADP可以互相转化
2.转化特点
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。
ATP
消耗量大
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。
ATP
含量很少
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。
ATP合成和水解都非常迅速
ATP和ADP相互转化，时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，ATP含量少，转化速率快。
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可以互相转化
3.ATP能量来源
二.ATP与ADP可以互相转化
3.ATP能量来源
人、动物、真菌等：通过呼吸作用分解有机物释放能量
绿色植物：呼吸作用和光合作用
动物、人
真菌、多数细菌等
ADP转化成ATP时所需能量的主要来源
水解酶
ADP+ Pi
合成酶
能量
能量
ATP
用于
糖类
绝大多数生命活动
呼吸作用
光合作用
绿色植物
呼吸作用
放能反应
吸能反应
放能反应一般与ATP的________相联系，
吸能反应一般与ATP的________相联系。
合成
水解
ATP——
细胞的能量货币
归纳小结：ATP与ADP相互转化的比较
ATP的合成 ATP的水解
反应式 ADP＋Pi＋能量 ATP ATP ADP＋Pi＋能量
所需酶 ATP合成酶 ATP水解酶
反应类型 合成反应 水解反应
能量来源 光能(光合作用)、 化学能(呼吸作用) 储存在高能磷酸键中
能量去路 储存于形成的高能磷酸键中 用于各项生命活动
反应场所 细胞质基质、线粒体、叶绿体 生物体的需能部位
结论 ATP与ADP可以相互转化；且转化较快。 酶
酶
3
ATP的利用
三.ATP的利用
用于物质合成
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（但不是唯一直接能量物质）。
大脑思考
肌肉收缩
电鳐放电
三.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。
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.载体蛋白的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是如何为主动运输供能的？
三.ATP的利用
ATP水解释放的 使 等分子 化。这些分子被_________后，发生 变化， 也被改变，因而可以参与各种 。
磷酸基团
磷酸
蛋白质
空间结构
活性
化学反应
磷酸化
4. 载体蛋白去磷酸化—构型恢复。
1. Ca2+载体蛋白（ATP水解酶）被激活。
2. 载体蛋白磷酸化。
3. 载体蛋白空间结构变化，Ca2+的结合位点转向膜外侧。
三.ATP的利用
萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶。荧光素接受ATP提供的能量后就被激活。在荧光素酶的催化作用下。荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素并且发出荧光。科学家利用这一原理，培育出一种能发光的“荧光树”。
荧光树
将荧光素酶基因导入植物体内，再用荧光素溶液浇灌植物，使转基因植物在黑暗中发光。
归纳小结：ATP与ADP相互转化的比较
ATP和ADP的相互转化是否为可逆反应？
不是。
可逆反应的特点：正逆反应都在同一条件下进行。
(1)反应条件不同；
(2)能量来源和去路不同；
(3)反应场所不同。
上述反应中物质可逆，但能量不可逆。
ATP水解酶1
ATP
ADP + Pi
+ 能量
ATP合成酶2
归纳小结
(1)能源物质：
(2)主要能源物质：
(3)储能物质：
(4)主要储能物质：
(5)直接能源物质：
(6)最终能量来源：
腺苷
腺嘌呤
腺嘌呤脱氧核苷酸
腺嘌呤核糖核苷酸
ATP、DNA、RNA、核苷酸结构中“A”的含义
生物体内的能源物质
糖类、脂肪、蛋白质、ATP。
糖类。
脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。
脂肪。
ATP。
太阳能。
质疑：有其他的直接能源物质吗
资料:
如果将ATP中碱基A替换为 G、U、C，分别为鸟苷三磷酸，尿苷三磷酸和胞苷三磷酸，一起组成 NTP家族，其脱去核糖第二位C上的O原子组成dNTP家族，均为高能化合物。
练习与应用
1.能准确表示ATP中三个磷酸基团之间，以及磷酸基团和腺苷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
B
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
D
一、概念检测
3.ATP是细胞生命活动的直接能源物质，下列关于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合成所需要的能量由磷酸提供
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
一、概念检测
练习与应用
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
c
一、概念检测
练习与应用

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