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(共32张PPT)
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.通过对ATP的化学组成和结构特点的学习，认同ATP的结构与其功能相适应。（生命观念）
2.ATP与ADP之间的相互转化；理解ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。（科学思维）
相互传递求偶信号，以便交尾繁衍后代。
2.萤火虫体内有特殊的发光物质吗？
腹部后端细胞内有荧光素。
3.萤火虫发光的过程有能量的转换吗？
萤火虫腹部细胞内一些有机物储存着化学能，转变成光能后，萤火虫才能发光。
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》
1.萤火虫发光的生物学意义是什么？
讨论
能源物质:
储能物质：
脂肪
糖类
荧光素 + 能量 + O2 氧化荧光素 + H2O
荧光素酶
(发出荧光)
资料1：
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。
问题1：萤火虫的发光原理？
主动运输提供能量:
ATP
从哪里来？
【思考】细胞内哪些物质有可能为萤火虫发光提供能量呢？
萤火虫发光器实验
1.本实验的自变量是什么？如何设计实验组与对照组？
2.为什么要等到荧光消失后再加入待测的能源物质？
3.预测实验结果是什么？
添加物质的种类（葡萄糖/脂肪/ATP）。
消耗自身原本存在的提供能量的物质，防止自身能源物质对结果造成干扰。
添加ATP的试管中出现荧光。
问题2：什么物质为萤火虫发光直接提供能量？
研磨液
荧光消失
一段时间后
荧光消失
15min
暗处
①
②
③
④
2mL 蒸馏水
2mL 葡萄糖溶液
2mL 脂肪溶液
2mL ATP溶液
观察
无荧光
无荧光
无荧光
暗处
有荧光
ATP为萤火虫尾部细胞发光直接提供能量。
实验结论：
问题2：什么物质为萤火虫发光直接提供能量？
ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
设计实验
1.ATP的中文名称？有什么功能？
2.ATP有什么样的结构特点？
3.为什么说ATP是一种高能磷酸化合物？
为什么说ATP是细胞的能量“货币”？
请思考
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”
结构与功能相适应，ATP有什么样的结构可以作为直接的能源物质？
细胞中流通的能量“货币”
AMP（腺苷一磷酸）
腺苷（A）
ADP（腺苷二磷酸）
腺苷三磷酸
①.中文名称：
②.组成元素：
C、H、O、N、P
③.结构简式：
腺苷
磷酸基团
特殊的化学键
A—P～P～P
腺嘌呤 核糖
问题3：ATP具有什么结构？
阅读课本第86页第三段，回答以下三个问题：
ATP（腺苷三磷酸）
A :
P :
～:
—:
组成元素：
中文名称：
左图中的A：
C、H、O、N、P
腺苷三磷酸
腺嘌呤
A—P～P～P
腺苷
磷酸基团
普通的化学键
特殊的化学键
ATP结构式
ATP模型图
ATP结构简式
~
~
P
P
P
A
α、β和γ表示ATP上三个磷酸基团所处的位置(A－Pα～Pβ～Pγ)，现有甲、乙两组ATP溶液：
然后分别加入等量的ATP水解酶，短时间后迅速分离溶液中游离的磷酸基团，结果发现只有乙组中游离的磷酸基团带有放射性。
①甲组用32P标记ATP的β位的磷酸基团，
②乙组用32P标记ATP的γ位的磷酸基团，
P
P
P
α 位 β位 γ位
资料
该实验说明什么？
资料
β位与γ位磷酸基团之间的化学键更容易断裂。
ATP
H2O
H
ADP
腺苷二磷酸
O
P
OH
O-
O-
能量高达30.54kJ/mol
ATP中两个相邻的磷酸基团带有负电荷而相互排斥，使得这种化学键不稳定，末端的磷酸基团具有较高的转移势能。
ADP相互排斥的磷酸基团减少，势能降低
磷酸基团携带转移的“势能”与其他分子结合
酶
磷酸
水
P
P
P
P
P
P
α 位 β位 γ位
负电
负电
负电
＋
H2O
酶
H
＋
OH
＋
30.54 kJ/mol
ATP
水
ADP
磷酸
能量
不稳定，易断裂，也易形成
正因为ATP中的特殊化学键不稳定，容易断裂，也容易形成，水解时，脱离下的末端磷酸基团挟能量释放出来。
问题4：ATP在供能时，如何释放能量？
高能磷酸化合物（原因）
1.ATP在细胞内的含量多吗
2.生物体如何补充生命活动所需要的大量的ATP呢
3.ATP合成与水解过程中能量的来源与去处是怎样的？
ATP与ADP是怎样相互转化的？这有什么意义
请思考
【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
结论：ATP在细胞内的含量及其生成速度：含量少，转化快
ATP与ADP可以互相转化，并且处于动态平衡中。
问题5：生物体如何补充生命活动所需的大量ATP？
ATP水解后转化为比ATP稳定的化合物 ，脱离
下来的 如果未转移给其他分子，成为游离的磷酸（Pi）
ADP（腺苷二磷酸）
磷酸基团
写出ATP水解的反应式:
在有关酶作用下，ADP接受 ，同时与 结合，重新转化成ATP
能量
Pi
（1）ATP的水解过程
（2）ATP的合成过程
写出ATP合成的反应式:
ATP
合成酶
ADP + Pi
+ 能量
ATP
水解酶
ADP + Pi
+ 能量
光
合
作
用
呼
吸
作
用
呼
吸
作
用
人、动物、
真菌、多数细菌等
能量
ADP + Pi +
ATP
酶
有机物氧化分解
化
能
合
成
硝化细菌
绿色植物
ATP的能量来源
反应 能量 来源 植物
动物\人真菌
能量去向 一种特殊的化学键（末端）
有机物中的化学能（呼吸作用）
光能(光合作用)
用于各项生命活动
储存于一种特殊的化学键中（末端）
呼吸作用有机物释放的能量
可逆的
不可逆
不相同
ATP与ADP的相互转化時刻发生并处于 之中
在所有生物的细胞内都是一样的，这体现了生物界的 。
物质是 ，能量是 的、酶是 的
动态平衡
统一性
ATP
水解酶
ADP + Pi
+ 能量
合成酶
ATP水解
ATP合成
1.ATP水解后可用于哪些生命活动
2.ATP水解释放的能量如何用于各项生命活动
细胞中哪些生命活动需要ATP提供能量
请思考
问题6：ATP释放的能量用于哪些生命活动？
大脑思考（电能）
生物发光（光能）
肌肉收缩（机械能）
物质合成（化学能）
主动运输（渗透能）
问题7：ATP释放的能量如何用于各种生命活动？
观看视频
为下列过程按先后排序
小组讨论（2分钟）：
①磷酸基团与载体蛋白结合
②磷酸化导致载体蛋白空间结构改变
③钙离子结合位点转向膜另一侧，将钙离子释放
④钙离子与载体蛋白结合位 点结合
⑤载体蛋白催化ATP水解的活性被激活
⑥ATP水解
④ ⑤ ⑥ ① ② ③
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，这一过程伴随能量的转移，这就是载体蛋白磷酸化。
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+释放到膜外侧。
①运输物质
②ATP水解酶活性
载体蛋白
作用
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，空间结构发生改变，活性也发生改变。
光合作用
呼吸作用
Pi
能量
Pi
能量
主动运输
物质合成
肌肉收缩
……
生物发光
放能反应与ATP的 相联系
吸能反应与ATP的 相联系
能量通过 在吸能反应和放能反应之间流通。
合成
水解
反应
放能
反应
吸能
ATP
ATP
ADP
水解
合成
问题8：为什么说ATP是细胞的能量“货币”？
卖菜
买咖啡
货币
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”
放能反应
吸能反应
ATP的结构：
具有不稳定性的特点
ATP的利用：
光合呼吸作用、生物发光发热、
主动运输、物质合成、肌肉收缩等。
ATP的功能：细胞生命活动的直接能源物质
ATP与ADP相互转化:
ATP水解酶
能量
A-P～P + Pi +
ATP合成酶
A-P～P ～P
A-P～P ～P
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
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
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
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。
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，ATP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、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、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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