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人教版（2019） 必修1 《分子与细胞》
5.2 细胞的能量“货币”ATP
第5章 细胞的能量供应和利用
1.说出ATP的结构；
2.阐述ATP与ADP之间的相互转化；
3.举例说明ATP在细胞代谢中的作用。
课标要求
1.说出ATP的结构和特点；
2.通过ATP和ADP的相互转化特点，解释ATP在细胞生命活动中的作用；
3.理解为什么ATP在细胞中作为能量“货币”。
本节学习目标
预习自测
（1）ATP是高能磷酸化合物，只含有3个特殊的化学键（ ）（2）细胞内储存有大量的ATP，为生命活动提供能量（ ）（3）ATP与ADP之间相互转化过程中的能量来源是相同的（ ）（4）ATP和ADP相互转化的反应是一个可逆反应（ ）（5）所有生物细胞内ATP合成所需要的能量都来自细胞呼吸作用分解有机物释放的能量（ ）
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猜一猜
1.萤火虫发光的生物学意义是什么？
2.在萤火虫发光的过程中有能量转化吗？
3.萤火虫体内有特殊的发光物质吗？
讨论
相互传递信号，繁衍后代。
有种虫儿真奇怪，
一盏灯笼随身带，
黑夜点灯满天飞，
像星闪闪真可爱。
化学能→光能
有，荧光素
能量由哪种物质提供呢？
知识回顾
主要的能源物质：
良好的储能物质：
为主动运输提供能量的物质：
糖类
脂肪
细胞内哪些物质有可能为萤火虫发光提供能量呢？
ATP
实验：探究萤火虫发光的直接供能物质
15min
荧光消失
2mL蒸馏水
暗处
1 2 3 4
无荧光出现
有荧光出现
有荧光出现
2mLATP溶液
1.本实验的变量？
2.本实验的结论？
分析
自变量：添加的待测直接供能物质种类
因变量：是否有荧光出现
无关变量：添加物的量、温度、处理时间等
为什么荧光消失之后再添加？
萤火虫发光的直接供能物质是ATP
1 2 3 4
2mL葡萄糖溶液
2mL脂肪溶液
2mLATP溶液
1 2 3 4
萤火虫等许多昆虫干重中，含蛋白质60%左右，糖类与脂肪不到10%，而ATP的含量通常不到0.6%。
小资料
为什么萤火虫选择含量最少的ATP来直接供能呢？
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1.ATP的分子结构
腺嘌呤
核糖
磷酸基团
（P）
磷酸基团
（P）
磷酸基团
（P）
（1）中文名称：
腺苷三磷酸
特殊化学键
腺苷（A）
负电
负电
负电
（2）组成：
1分子腺苷，3分子磷酸基团
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1.ATP的分子结构
小组内合作，自主构建ATP的结构模型，完成学案。
要求：
1.全员参与；
2.小组合作，按照所给出的模型零件，将最终的答案粘贴到A4纸上。
3.小组展示，解释清楚导学案上的问题。
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1.ATP的分子结构
小组内合作，自主构建ATP的结构模型。
1.ATP的组成元素有哪些？
C、H、O、N、P
结构简式：
P
P
P
A
~
~
2.腺苷由什么组成？含有几个磷酸基团？它们是如何连接的？
3.ATP的“A”“T”和组成DNA中的“A”“T”含义相同吗？
A—P ~ P ~ P
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1.ATP的分子结构
A—P~P~P
①
T
A
C
G
A
T
G
C
②
A
U
G
C
③
① 。
② 。
③ 。
④ 。
⑤。
腺苷
腺嘌呤
腺嘌呤
腺嘌呤脱氧核苷酸
腺嘌呤核糖核苷酸
A
H
④
A
OH
⑤
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1.ATP的分子结构
小组内合作，自主构建ATP的结构。
腺嘌呤
核糖
4.ATP分子去掉2个磷酸集团后剩余的部分是什么物质？ATP和RNA在组成成分上有怎样的联系？
AMP腺苷一磷酸
腺苷（A）
ADP腺苷二磷酸
ATP腺苷三磷酸
腺嘌呤核糖核苷酸
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1.ATP的分子结构
小组内合作，自主构建ATP的结构。
5.ATP是如何进行水解的？
相邻的磷酸基团带负电，相互排斥
A—P ~ P ~ P
特殊化学键不稳定，末端磷酸基团有较高的转移势能
在酶的作用下，末端磷酸基团脱离，挟能量与其他分子结合，使后者发生变化
H2O
ATP水解酶
Pi
30.54kJ/mol
ATP
ADP + Pi + 能量
水解酶
一、ATP是一种高能磷酸化合物
2.ATP的水解供能
总结：
1.ATP水解的过程就是释放能量的过程；
2.1molATP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。
一般将水解时，能够释放20.92kJ／mol能量的化合物都叫做高能化合物。
ATP水解时释放的能量高达30.54kJ／mol。
经测定，一个成年人每天大约需要消耗ATP 45kg，剧烈运动的状态下，ATP的消耗量甚至达到0.5kg/min，但每一时刻储存在人体内的ATP总量不到1g。
小资料
从资料可以看出：生物体中ATP储存量 ，需求量 。
很少
很大
生物体是怎么解决这个问题呢？
二、ATP与ADP可以相互转化
ATP
ADP
能量
能量
水解酶
合成
酶
ATP与ADP互相转化示意图
1.ATP与ADP相互转化
自主学习P86-P87相关内容，独立完成导学案中的问题。
ATP是怎么合成的？
二、ATP与ADP可以相互转化
ATP
ADP
能量
能量
水解酶
合成
酶
ATP与ADP互相转化示意图
1.ATP与ADP相互转化
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
合成酶
水解酶
ADP+Pi
+能量
二、ATP与ADP可以相互转化
ATP
ADP
能量
能量
水解酶
合成
酶
ATP与ADP互相转化示意图
2.ATP与ADP转化特点
1.ATP与ADP的相互转化，是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中的。
2.ATP与ADP相互转化的能量供应机制，在所有生物细胞中都是一样的，体现了生物界具有统一性。
二、ATP与ADP可以相互转化
ATP
ADP
能量
能量
水解酶
合成
酶
ATP与ADP互相转化示意图
2.ATP与ADP转化特点
ATP的水解与合成反应是否为可逆反应？
ATP
合成酶
水解酶
ADP+Pi
+能量
不是，酶、能量均有差别
二、ATP与ADP可以相互转化
ATP
ADP
能量
能量
水解酶
合成
酶
ATP与ADP互相转化示意图
3.ATP与ADP转化能量的来源和去向
能量哪来的？
能量哪里去了？
二、ATP与ADP可以相互转化
3.ATP与ADP转化能量的来源和去向
能量哪来的？
能量哪里去了？
三、ATP的利用
ATP
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。
肌肉收缩（机械能）
水母发光（光能）
电鳗放电（电能）
主动运输（渗透能）
物质合成（化学能）
ATP是直接能源物质，但不是唯一的直接能源物质，如存在于各种生物体细胞内的UTP、GTP、CTP等。
提 醒
ATP的水解释放能量是如何被上述生命活动利用的呢？
三、ATP的利用
实例：ATP为主动运输供能（Ca2+的主动运输）
②在载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子末端磷酸基团脱离，挟能量与载体蛋白结合。
③载体蛋白空间结构发生变化，使Ca2+ 的结合位点转移膜外侧，将Ca2+ 释放到膜外。
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Ca2+与其相应位点结合，其酶被激活。
载体蛋白磷酸化
三、ATP的利用
实例：ATP为主动运输供能
三、ATP的利用
1.ATP的供能机制
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。
三、ATP的利用
2.ATP是细胞内流通的能量“货币”
释放能量(放能反应)
合成
水解
生命活动(吸能反应)
ATP
呼吸作用（葡萄糖等氧化分解）
有机物中的化学能
ATP中的化学能
需能的生命活动
ATP不断在吸能反应和放能反应之间流通，所以被形象的称为细胞内的能量“货币”。
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。
小资料
荧光素
ATP
激活的
荧光素
荧光素酶
氧化
荧光素
荧光
发出
+氧气
化学能
光能
三、ATP的利用
科学家用萤火虫发光的原理，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”。
荧光树
四、能源物质总结
直接能源物质
主要能源物质
生物体内重要储能物质
动物细胞内的储能物质
植物细胞内的储能物质
能量的最终来源
ATP
糖类
脂肪
糖原
淀粉
太阳能
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
当堂检测
B
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
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
练习与应用
B
C
课后作业
1.完成练习册对应习题；
2.思考问题：葡萄糖和ATP同样都是提供能量的物质，它们俩提供能量的差异，具体在哪里？请预习下一节内容进行理解。
拓展作业：
你认为基于ATP供能的生物发生原理，能够开发哪些生物技术或者生活产品。请查阅资料，每个小组完成自己的设计。
下节课再见！

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