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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
能量
问题探讨
1、萤虫发光的生物学意义是什么？
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？
有机物中储存的化学能转变为光能
糖类是细胞中主要的能源物质
脂肪是细胞中良好的储能物质
问题：细胞内为萤火虫发光供能的物质可能是？
发光原理
实验材料：将离体荧光虫发光器研磨成粉末，然后制成荧光素试剂
实验试剂：蒸馏水、脂肪溶液、葡萄糖溶液、ATP注射液等
实验工具：烧杯、量筒、试管、玻璃棒等
实验原理：
萤火虫发光器实验
实验目的：为萤火虫发光直接供能的物质是？
萤火虫发光器实验
实验步骤：
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？
ATP是驱动荧光素发光的直接能源物质，而葡萄糖和脂肪不是直接能源物质
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
1.功能： ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
（教材86页）
糖、脂肪
生命活动
直接利用
ATP
一、ATP是一种高能磷酸化合物
(1)中文名称：
(2)结构简式：
腺苷三磷酸
C H O N P
A—P～P～P
A :
P :
～:
—:
腺苷
磷酸基团
普通的化学键
特殊的化学键
(3)元素组成：
模型图
一、ATP是一种高能磷酸化合物
2.ATP的结构：
任务一：分析ATP的结构及特点
资料1　如图为ATP结构式：
(1)图中①②③的结构分别代表什么？
　
(2)腺苷是由图中哪些结构组成的？
①-腺嘌呤；②-核糖；③-磷酸基团
①②
①腺嘌呤
②核糖
腺苷
三个磷酸基团
③
思考以下问题：
一、ATP是一种高能磷酸化合物
ATP（腺苷三磷酸）
ADP（腺苷二磷酸）
AMP（腺苷一磷酸）
腺苷（A）
腺嘌呤核糖核苷酸
腺嘌呤+核糖+3分子磷酸基团
一、ATP是一种高能磷酸化合物
ATP与RNA的关系：ATP脱去两个磷酸基团，剩下来的是腺嘌呤核糖核苷酸，它是RNA的基本单位之一。
核糖
A
P
~
P
P
~
A-P～P ～P
腺嘌呤
腺苷
腺嘌呤核糖核苷酸
腺嘌呤脱氧核苷酸
中A的是什么？
一、ATP是一种高能磷酸化合物
ATP的功能：驱动细胞生命活动的直接能源物质
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。
ATP的供能机理：
一、ATP是一种高能磷酸化合物
资料2 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，甲组用32P标记ATP的β位的磷酸基团，乙组用32P标记ATP的γ位的磷酸基团，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。
α 位 β位 γ位
一、ATP是一种高能磷酸化合物
Q1:
从实验结果ATP中哪一个化学键更容易断裂？为什么？
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
β位与γ位磷酸基团之间的化学键更容易断裂。
磷酸基团携带转移的
“势能”与其他分子结合
一、ATP是一种高能磷酸化合物
Q3:
为什么说ATP是一种高能磷酸化合物？（一般将水解时释放20.92kJ/mol及以上能量的化合物叫做高能化合物）。
Q2:
因为1molATP水解释放的能量高达30.54kJ。
写出ATP水解的反应式
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1．ATP的分子组成(如图)
(1)元素组成：ATP是由C、H、O、N、P五种元素组成的，这与核酸的元素组成是相同的。
(2)AMP是RNA的基本组成单位之一。
(3)ATP的结构组成可以用“1、2、3”来总结，“1”表示1个腺苷，“2”表示两个特殊的化学键，“3”表示3个磷酸基团。
归纳小结
归纳小结
2．ATP的特点
不稳定：ATP末端磷酸基团有较高的转移势能
高能量：水解释能达30.54KJ/moL
注：ATP是一种高能磷酸化合物，不是能量，能量储存在ATP中
3．生物体内的能源物质总结
(1)能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP。
(2)主要能源物质：糖类。
(3)储能物质：脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。
(4)主要储能物质：脂肪。
(5)直接能源物质：ATP。
(6)最终能量来源：太阳能。
归纳小结
（拓展应用2）同样是能源物质，ATP与葡萄糖相比具有什么不同的特点？
葡萄糖氧化分解释放能量2870 kJ/mol
特点1：ATP分子中含有的化学能较少，1分子ATP转化成ADP释放的化学能大约是1分子葡萄糖的1/9
特点2：葡萄糖分子中所含的是稳定的化学能，只有转化为ATP分子中活跃的化学能，才能被细胞利用
归纳小结
1.研究显示，一个成年人一天在静止状态下所消耗的ATP约有40 kg；在剧烈运动的状态下，每分钟约有0.5 kg的ATP转化为ADP。成人体内ATP总量约2～10 mg，在安静状态下，肌肉内ATP含量只能供肌肉收缩1～2 s。ATP含量很少，但需求量很大，ATP如何持续供能？请根据资料回答下列问题：
资料3　磷酸肌酸是一种高能磷酸化合物，它能在肌酸激酶的催化下将自身的磷酸基团转移到ADP分子中来合成ATP。研究者对蛙的肌肉组织进行短暂电刺激，检测对照组和实验组(肌肉组织用肌酸激酶阻断剂处理)肌肉收缩前后ATP和ADP的含量，结果如表所示。
二、ATP与ADP的相互转化
Q1:
为什么对照组ATP和ADP含量没有变化，实验组ATP含量减少，ADP含量上升？
肌肉收缩会消耗ATP生成ADP，对照组中由于存在肌酸激酶，所以ADP在酶的作用下可以重新生成ATP，而实验组由于缺乏肌酸激酶，ADP不能生成ATP，所以对照组ATP和ADP含量没有变化，实验组ATP含量减少，ADP含量上升。
Q2:
请写出ATP合成的反应式。
ADP+ Pi+能量 ATP
合成酶
腺苷磷酸 对照组/(10－5 mol·g－1) 实验组/(10－5 mol·g－1) 收缩前 收缩后 收缩前 收缩后
ATP 1.30 1.30 1.30 0.75
ADP 0.60 0.60 0.60 0.95
二、ATP与ADP的相互转化
ATP和ADP的相互转化是时刻不停地发生且处于动态平衡的。
所有生物细胞中都一样，体现了生物界的统一性
资料4：经测定，一个成年人每天大约消耗45 kg ATP，但每一时刻储存在人体内的ATP、ADP的总含量不到1 g，即每个细胞每秒钟可形成1000万个ATP且同时有等量的ATP被分解。
二、ATP与ADP的相互转化
资料5：催化ATP合成的酶主要分布在线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上。ADP接受细胞呼吸中有机物氧化分解释放的能量或光合作用中捕获的光能，与游离的Pi结合，重新合成ATP。
能量
ATP
ADP
Pi
光能
呼吸作用释放的化学能
肌肉收缩
根据上述材料，请完善ATP与ADP相互转化的模型图。
二、ATP与ADP的相互转化
请完善下表并得出结论。
水解酶
合成酶
特殊化学键中的化学能
有机物中的化学能、光能
用于各项生命活动
储存于特殊化学键中
物质是可逆的，能量是不可逆的，酶也不相同，因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应。
结论：
二、ATP与ADP的相互转化
问：你能补充其他ATP利用的实例吗？
萤火虫发光
电鳐放电
运动
大脑思考
★ATP水解释放的能量 用于各项生命活动
两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等
ATP中特殊化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，即具有较高的转移势能。
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
三、ATP利用
载体蛋白空间结构发生改变，Ca2+释放
1、ATP为主动运输供能示意图
Ca2+与结合位点结合，
ATP水解酶活性激活
Ca2+载体蛋白兼具ATP水解酶
ATP末端磷酸基团脱离，挟能量与载体蛋白结合。
载体蛋白磷酸化。
Ca2+结合位点
三、ATP利用
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，空间结构发生变化，活性也被改变，因而可以参与各种化学反应。
2、ATP提供能量时，通常通过磷酸基团的转移来实现
（教材88页 ）
三、ATP利用
请完善能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通的模型图。
商品生产
商品消费
货 币
放能
水解
三、ATP利用
吸能反应
糖类、脂肪等有机物储存有大量的能量，但不能被直接利用。
ＡＴＰ
储存的能量相对来说少，但能被直接利用。
能量
≈
≈
流 通
理解：ATP是细胞的能量“货币”（直接能源）
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。
（1）ATP只能作为能源物质吗？
（2）有其他的直接能源物质吗？
资料6 如果将ATP中的碱基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。
资料5 20世纪50年代，研究者发现ATP在神经系统的信息传递中可以作为一种兴奋性的神经递质发挥作用，并且在内脏、中枢及外周神经系统等多个部位的细胞质膜上发现了ATP受体，可见ATP还是一种能在细胞间传递信息的信号分子。
ATP是一种能源物质，也是能在细胞间传递信息的信号分子。
结论：
结论：
除了ATP外，鸟苷三磷酸GTP、尿苷三磷酸UTP和胞苷三磷酸CTP，也可以直接供能。
勇于质疑
组成元素：
结构简式：
ATP的水解：
ATP的功能：
细胞生命活动的直接供能物质
ATP
C、H、O、N、P
ATP的合成：
A–P～P～P
课堂小结
P89练习与应用
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.
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：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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