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新人教版 高一
第五章 细胞的能量供应和利用
5.2 细胞的能量“货币”ATP
新教材关于ATP的表述如下：ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写。ATP分子的结构可以简写成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。
新教材变化之处
在实验教科书中，ATP被称为“三磷酸腺苷”，在新教材中，ATP被称为“腺苷三磷酸”，其实这两种称呼都可以，但细胞生物学、生物化学和分子生物学等领域专业书籍，都称ATP为“腺苷三磷酸”。
其实ATP供能是非常复杂的一个问题，我们旧教材讲的是释放能量，而在新教材讲的是ATP有一种特殊的化学键，它这个供能是一种叫能化的过程，或者说是磷酸化的过程。也就是说这个磷酸与受体结合就是一个供能的过程。怎么理解呢？这个分子基团或者电子基团它们处于不同的位置，所具有的能量是不一样的，例如电子由低轨道向高轨道上运行，那自然就是吸能，由高轨道向低轨道运行，那就是释放能量，比如释放光子。从这一点我们可以看出，电子位于不同的位置上，它就具有不同的能量。我们在生物化学反应中称之为自由能，它是以一种自由能的形式存在的。
ATP供能的理解
那么，ATP中的磷酸基团本身是带负电，两个带负电的磷酸基团之间会相互排斥，就会形成不太稳定的一种化合物，在ATP酶的作用下，这个磷酸基团自然而然就会脱离ATP而与受体结合，就相当于（磷酸基团）带着一种能量与受体结合，磷酸基团本身有一些自由能，再加上ATP本身有一定质量，于是就导致了受体的空间结构发生改变。比如说（受体）空间结构原先是那样的，那么磷酸化一结合，就会导致其整个的构象发生改变了。原来是钾离子在这（细胞外），然后因为受体的构象发生改变了，受体就与钾离子结合并将其翻转过来带进细胞内了，钾离子就进来了，可以这样理解。也就是说，ATP的供能，我们可以理解为就是一种磷酸化的过程。
ATP供能的理解
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。”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，思考有关生物学问题。
讨论
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？
萤火虫发光的生物学意义主要是相互传递信号，以便繁衍后代。
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。”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，思考有关生物学问题。
讨论
3.在萤火虫发光的过程中能量转化吗？
有，萤火虫腹部细胞内有一些有机物中储存的化学能，只有在转变为光能时才能发光。
一、ATP是一种高能磷酸化合物
ATP
1.ATP的中文名称：
腺苷三磷酸
腺苷
adenosine
tri
三
phosphate
磷酸
2.ATP的结构简式：
A—P~P~P
~ 代表一种特殊的化学键。
3.ATP是高能磷酸化合物
A—P~P~P
这种化学键不稳定
两个相邻磷酸基团都带负电荷而相互排斥
末端磷酸基团有一种离开ATP与其他分子结合的趋势
具有较高
转移势能
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。
ATP
ADP + Pi + 能量
酶
与其他分子结合
4.ATP的结构
核糖
腺嘌呤
P
(腺嘌呤核糖核苷酸)
~
P
~
P
1
2
3
腺苷（A）
高能磷酸键（30.54 kJ/mol）
腺苷一磷酸，AMP
腺苷二磷酸，ADP
腺苷三磷酸，ATP
4.ATP的结构
是组成RNA的基本单位之一
RNA与ATP的联系
(1)元素组成都是C、H、O、N、P。
(2)ATP去掉两个磷酸基团后的剩余部分，即AMP，是组成RNA的基本单位之一，如下图所示：
5.各种A的辨析
①____________________ ②______________ ③_______________
④__________________ ⑤________________⑥_____________________
腺苷
（腺嘌呤+核糖）
腺嘌呤
腺嘌呤
腺嘌呤脱氧核苷酸
腺嘌呤核糖核苷酸
腺嘌呤核糖核苷酸
教材隐性知识：源于必修1 P86“相关信息”：
ATP与DNA、RNA、核苷酸的联系
腺苷
腺苷
腺嘌呤
脱氧核苷酸
腺嘌呤核糖核苷酸
腺嘌呤
腺嘌呤
脱氧核苷酸
腺嘌呤核糖核苷酸
腺嘌呤
下面各个圆圈中代表的含义相同的有哪些？
①=③=⑤，代表腺嘌呤核糖核苷酸
④=②，代表腺苷
A
一、ATP是一种高能磷酸化合物
6.ATP功能
ATP是细胞内生命活动的直接能源物质。
(1)实验证据
一、ATP是一种高能磷酸化合物
6.ATP功能
ATP荧光检测仪基于萤火虫发光原理(P89)，利用“荧光素酶—荧光素体系”快速检测三磷酸腺苷（ATP）。由于所有生物活细胞中含有恒量的ATP，所以ATP含量可以清晰地表明样品中(食品、药品、水体等)微生物与其他生物残余的多少，用于判断卫生状况。
荧光素+O2+ATP
氧化荧光素(发出荧光)
荧光素酶
荧光强度越强→ATP含量越多→微生物数量越多
(2)应用：ATP荧光检测仪
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
二、ATP与ADP可以相互转化
反应式：ATP ADP＋Pi＋能量
酶1
酶2
1、ATP与ADP转化反应式
根据反应式回答：
①酶1、酶2是同一种酶吗？
②酶1催化的反应式中能量来源和去路是什么？
不是。酶1是ATP水解酶，
酶2是ATP合成酶
来源：储存在ATP高能磷酸键中的能量
去路：用于各项生命活动
二、ATP与ADP可以相互转化
反应式：ATP ADP＋Pi＋能量
酶1
酶2
1、ATP与ADP转化反应式
④合成ATP和ATP分解的场所有哪些？
③在动、植物等生物体内由酶2催化的反应式中的能量来源是什么？
绿色植物、蓝细菌等：光合作用的光能、呼吸作用将有机物分解释放的能量。
人、动物、真菌、大多数细菌：呼吸作用有机物分解释放的能量
合成ATP：细胞质基质、线粒体、叶绿体；
分解ATP：生物体内需能部位，如细胞膜、叶绿体基质、细胞质基质、细胞核等。
二、ATP与ADP可以相互转化
反应式：ATP ADP＋Pi＋能量
酶1
酶2
①时刻不停的发生且处于动态平衡之中
ATP、ADP在细胞内含量少，但是转化迅速。从而实现细胞大量能量的需求。
②ATP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，体现了生物界的统一性
③ATP与ADP相互转化过程中反应类型、反应条件、场所、能量的来源去路不同，因此，不是可逆反应。物质可逆，能量不可逆。
2、ATP与ADP转化特点
3、ATP与ADP相互转化是细胞中吸能反应和放能反应的桥梁
①细胞中的放能反应与ATP合成相联系。
放能反应
吸能反应
②细胞中的吸能反应与ATP水解相联系。
③能量通过ATP分子在吸能反应放能反应之间流通。
细胞呼吸(有机物氧化分解)、光合作用的光反应
有机物合成、主动运输、
胞吞胞吐、
蛋白质磷酸化、肌肉收缩等
二、ATP与ADP可以相互转化
④植物细胞可以通过 形成ATP，而动物细胞只能
通过 形成ATP。
⑤植物光合作用光反应阶段产生的ATP主要用于 ，一般不用于其他生命活动；植物或动物细胞呼吸产生的ATP才能用于多种生命活动。
光合作用和细胞呼吸
细胞呼吸
暗反应
3、ATP与ADP相互转化是细胞中吸能反应和放能反应的桥梁
二、ATP与ADP可以相互转化
二、ATP与ADP可以相互转化
ATP合成 ATP水解
反应式
所需酶 ATP合酶 ATP水解酶
能量来源 光合作用的光能、呼吸作用将有机物分解释放的能量 特殊化学键中的转移势能
能量去路 形成特殊的化学键 一些生命活动
反应场所 细胞质基质、线粒体、叶绿体； 生物体内需能部位，如细胞膜、叶绿体基质、细胞质基质、细胞核等。
ATP ADP＋Pi＋能量
酶
ADP＋Pi＋能量 ATP
酶
①ATP是与能量有关的一种物质，不可等同于能量：ATP是一种高能磷酸化合物，特殊的化学键键水解时能够释放出高达30.54 kJ/mol的能量。
②误认为ATP转化为ADP不消耗水：ATP转化为ADP又称“ATP的水解反应”，这一过程需ATP水解酶的催化，同时也需要消耗水。蛋白质、脂肪、淀粉等的水解也都需要消耗水。
二、ATP与ADP可以相互转化
原核生物光合作用、呼吸作用都可以合成ATP。
三、ATP的利用
主动运输
肌细胞收缩（机械能）
萤火虫发光（光能）
葡萄糖+果糖 蔗糖
酶
（化学能）
电鳐 放电（电能）
A-P～P ～P
酶
能量
A-P～P + Pi +
ATP水解：
维持体温、肌细胞收缩、大脑思考......
直接提供能量的物质：ATP
萤火虫发光
主动运输
胞吞胞吐
物质合成
肌纤维收缩
细胞中一些需要能量的过程
1.ATP水解释放的能量用于细胞内各项耗能的生命活动
如：主动运输、有机物合成、胞吞胞吐、肌肉收缩、蛋白质磷酸化等。
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。
①
②
③
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。
三、ATP的利用
2.ATP的其他功能
1.ATP水解掉两个磷酸基团后，形成AMP，作为合成RNA的原料。
ATP注射液是一种用于心功能不全、脑出血后遗症等疾病的辅助治疗药物，是作为细胞间传递信息的信号分子而起作用，并不是为细胞提供能量。
功能误解：作为细胞间传递信息的信号分子
三、ATP的利用
教材隐性知识：源于必修1 P87“图5－4”：①ATP与ADP的相互转化 (填“是”或“不是”)一个可逆反应。分析原因：_______________________________________________________。
②人体内ATP的含量很少，但在剧烈运动时，每分钟约有0.5 kg的ATP转化为ADP释放能量，以供运动之需，但人体内ATP总含量并没有太大变化，请分析原因：_________________________________________________。
源于必修1 P89“拓展应用”：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，由此说明：_________________________。
不是
从物质方面来看是可逆的，从酶、进行的场所、能量的来源等方面来看是不可逆的
ATP与ADP时刻不停地发生快速相互转化，并且处于动态平衡之中
生物界具有统一性，也说明种类繁多的生物有着共同的起源。
二、填空默写
1.(必修1 P86)ATP是细胞内的一种 化合物。
2.(必修1 P87)ATP与ADP的相互转化是 并且处于动态平衡之中的。
3.(必修1 P89)许多吸能反应与 的反应相联系；许多放能反应与____________相联系。
高能磷酸
时刻不停地发生
ATP水解
ATP的合成
一、概念检测
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
D
B
一、概念检测
3.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
一、概念检测
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。
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。
二、拓展应用
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 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。
二、拓展应用
3.在植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都是以AP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
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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