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第5章 细胞的能量供应与应用
第2节 细胞的能量“货币”ATP
生命活动”主要”的能源物质：
生命活动”最终的能量”来源：
糖类
脂肪
生命活动”主要的储能”物质：
太阳能
能量
谁”直接”给我们的生命活动提供能量呢？
萤火虫发光的奥秘
ATP是萤火虫发光的直接供能物质。
ATP是一种高能磷酸化合物
~
~
1.ATP的结构：
组成元素
C、H、O、N、P
化学组成
结构简式
A－P~P~P
A
腺嘌呤
核糖
P
P
P
~
~
腺苷（A）
AMP（腺苷一磷酸）
AMP（腺苷一磷酸）
AMP（腺苷一磷酸）
1分子核糖+1分子腺嘌呤+3分子磷酸基团
特殊的化学键
一、ATP是一种高能磷酸化合物
记忆口诀
“1”——1个腺苷
“1、2、3”
“2”——2个特殊化学键
“3”——3个磷酸基团
两个带负电的磷酸基团之间相互排斥而具有较高的转移势能
结构特点
远离腺苷的特殊的化学键易水解
腺嘌呤
核糖
P
P
P
~
~
1.~代表___________，两个相邻磷酸都带_____相互排斥，使得远离____的那个特殊化学键化学键_______，容易____而具有较高的转移势能。
特殊的化学键
负电
腺苷
不稳定
断裂
2.1 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,所以说ATP是一种________________。
高能磷酸化合物
一、ATP是一种高能磷酸化合物
2.特殊的化学键
【典例1】（2016全国I卷29题）有关DNA分子的研究中，常用32P来标记DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP（d表示脱氧）上三个磷酸基团所处的位置（A—Pα～Pβ～Pγ或dA—Pα～Pβ～Pγ）。
（1）某种酶可以催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上，同时产生ADP。若要用该酶把32P标记到DNA末端上，那么带有32P的磷酸基团应在ATP的 （填“α”“β”或“γ”）位上。
（2）若用带有32P标记的dATP作为DNA生物合成的原料，将32P标记到新合成的DNA分子上，则带有32P的磷酸基团应在dATP的（填“α”“β”或“γ”） 位上。
γ
α
连线高考
ATP不是唯一的直接能源物质，除ATP外，还有UTP、GTP和CTP。UTP是由一个尿嘧啶、一个核糖、三个磷酸连接而成的；GTP是由一个鸟嘌呤、一个核糖、三个磷酸连接而成的；CTP是由一个胞嘧啶、一个核糖、三个磷酸连接而成的。每个分子去掉两个磷酸基团后都是构成RNA的基本单位，它们的关系如下图所示：
这四种物质中，ATP是生物体的直接能源物质，当人体在运动、吸收氨基酸、葡萄糖等营养物质时都会消耗ATP，ATP是能量“货币”。GTP可用于合成蛋白质，CTP可用于合成脂质，UTP可用于合成多糖。另外，ATP中的核糖若改变为脱氧核糖，就转变为dATP(脱氧腺苷三磷酸)。
ATP拓展
ATPDNARNA核苷酸腺苷腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤核糖核苷酸一分子核糖+一分子腺嘌呤一分子脱氧核糖+一分子腺嘌呤+一分子磷酸一分子核糖+一分子腺嘌呤+一分子磷酸腺嘌呤思考讨论：请分析下面的A是不是同一种物质？所有“A”的共同点是都含有腺嘌呤资料分析
ATP
消耗量大
ATP
含量很少
矛盾
资料一：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。
资料二：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合成和水解都非常迅速
资料三：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和ADP含量有什么关系？
P
P
P
～
～
P
P
～
Pi
能量
水解
合成
Pi
能量
ATP水解后转化为比ATP稳定的化合物 —— ADP（腺苷二磷酸），脱离下来的磷酸基团如果未转移给其他分子，成为游离的磷酸（Pi）。
在有关酶的作用下，ADP可以接受能量，同时与Pi结合，重新转化成ATP。
1. ATP与ADP之间的相互转化
二、ATP与ADP可以相互转化
1.ATP和ADP可以相互转化，且处于动态平衡中
2.ATP、ADP相互转化的能量供应机制普遍存在于所有生物的细胞内
2.ATP与ADP相互转化过程是可逆反应吗？
ATP水解 ATP合成
反应条件
反应场所
能量来源
能量去向
水解酶
合成酶
细胞质基质、线粒体、叶绿体
高能磷酸键内的化学能
用于各项
生命活动
储存在ATP中
广泛存在于细胞的各个部位
有机物中的化学能或光能
不是可逆反应，物质是可逆的，酶不一样，能量是不可逆的
二、ATP与ADP可以相互转化
细菌、真菌
能量
二、ATP与ADP可以相互转化
合成ATP的能量从哪里来？
电鳐一次放电电压可达到300 ~ 500V，足以把附近的鱼电死。据计算，1万条电鳐的电能聚集在一起，足够使1列电力机车运行几分钟。
ATP ADP + Pi +能量
ATP水解酶
用于细胞中的各项生命活动
三、ATP的利用
主动
运输
电鳐
发电
肌肉
收缩
大脑
思考
萤火虫
发光
物质
合成
能量去往哪里？
能量
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。
典例1：ATP为主动运输供能
三、ATP的利用
典例2：ATP为萤火虫发光提供能量
ATP供能
荧光素酶
＋O2
荧光素
激活的荧光素
荧光
氧化
荧光素
发出
荧光酶基因
几年前，我国江苏省丹徒县高桥乡发现了一棵会发光的柳树，每当夜晚来临时，它闪烁着淡蓝色的光芒，即使在狂风暴雨之夜，也不熄灭。
据英国《每日邮报》报道,2013年，科学家正在培育一种“生物发光树（Glowing trees）”，未来它将成为天然的路灯，而无需电能供给。非常环保。英国剑桥大学的研究小组正在研制一种特殊的基因，该基因具备萤火虫的生物发光特征，未来可植入不同类型的生物体。如果利用该基因培育树木，它将有效地替换传统路灯，生物发光植物还将为那些没有输电网络的居民带来生活便利。
细胞内的化学反应
放能反应
吸能反应
吸收能量
如：蛋白质的合成
释放能量
如：葡萄糖的氧化分解
由ATP水解提供能量
释放的能量储存在ATP中
下列属于吸能反应的是 ，属于放能反应的是 。
①麦芽糖分解成葡萄糖 ②氨基酸合成蛋白质
③葡萄糖合成淀粉 ④二氧化碳和水合成葡萄糖
⑤糖分解为二氧化碳和水
②③④
①⑤
细胞中的________________可以看作是银行卡里的钱等相对稳定的财富
细胞中的________可以看作是流通的货币和金钱
糖类等有机物
ATP
三、ATP的利用
ATP水解
吸能反应
联系
ATP合成
放能反应
联系
ATP
全称：腺苷三磷酸
结构简式： A-P～P～P
ATP的来源：
ATP与ADP相互转化:
ATP的利用：各种形式的能量
光合作用
呼吸作用
ATP ADP+Pi+能量
水解酶
合成酶
课堂小结
P89
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
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.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
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
一、概念检测
B
D
B
C
二、拓展应用P89
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。
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。
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？这你理解生物的进化有什么启示？
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。
P89 二、拓展应用
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？这你理解生物的进化有什么启示？
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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