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第5章 细胞的能量供应和利用
第2节 细胞的能量“货币”ATP
囊萤夜读
著名景点“萤火虫洞”视频
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？
3.在萤火虫发光的过程中有能量转化吗？
萤火虫发光的生物学意义主要是相互传递求偶信号，以便交尾繁行后代。
有。萤火虫腹部后端细胞内的荧光素，是其特有的发光物质。
有。萤火虫腹部细胞内一些有机物中储存的化学能，只有在转变成光能时，萤火虫才能发光。
问题探讨
夜晚人们可以看到萤火虫一闪一闪地飞行，这是由于萤火虫有专门的发光细胞，在发光细胞中有两类化学物质，一类被称作萤光素（在萤火虫中的称为萤火虫萤光素）；另一类被称为荧光素酶。
荧光素能在荧光素酶的催化下消耗能量，并与氧气发生反应，反应中产生激发态的氧化荧光素，当氧化荧光素从激发态回到基态时释放出光子，从而发光。
资料拓展
萤火虫的发光原理
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：细胞内哪些物质有可能为萤火虫发光提供能量呢？
荧光素酶
＋氧气
激活的荧光素
氧化荧光素
荧光
发出
荧光素
能量
葡萄糖
脂肪
ATP
可提供能量的物质
萤火虫发光器实验
用小刀将数十只萤火虫的发光器割下,干燥后研磨成粉末,取两等份分别装入两支试管,各加入少量水使之混合,置于暗处,可见试管内有淡黄色荧光出现,约过15分钟荧光消失，然后……
ATP直接供能，
葡萄糖不直接供能。
ATP是什么 ATP结构是怎样的？
一、认识ATP
ATP中文名称：腺苷三磷酸
模型图
ATP的结构
（腺嘌呤核糖核苷酸）
腺苷（A）
腺苷三磷酸（ATP）
腺苷二磷酸（ADP）
腺苷一磷酸（AMP）
一、认识ATP
1.中文名称：
2.元素组成：
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)结构简式：
ATP结构图
资料：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
ATP分子中末端的磷酸基团具有较高的转移势能。
ATP是一种高能磷酸化合物
ATP中具有2个特殊的化学键，远离腺苷的特殊化学键容易断裂发生水解，释放高达30.54kJ/mol的能量。(水解时释放能量在20.92kJ/mol以上的化合物叫作高能化合物)
ATP水解释放的能量直接用于物质合成、主动运输、肌肉收缩、生物发光等各项生命活动，故ATP是生命活动的直接能源物质。
A—P～P～P
腺苷
磷酸基团
普通磷酸键
特殊化学键
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。
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。
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在细胞中的含量少，但ATP和ADP之间的转化非常迅速，时刻不停发生，且处于动态平衡之中。
能量
A-P～P～P
(ATP)
A-P～P
(ADP)
能量
ATP
酶2
酶1
Pi
ADP + Pi
+能量
酶1
Pi
酶2
1.转化过程
二、ATP和ADP可以相互转化
ATP与ADP的相互转化可以看成是化学上的可逆反应吗？为什么？
①反应条件不同
②反应场所不同
③从能量来源看
？
ATP和ADP之间的转化，不是可逆反应。
物质是可逆的，但能量不可逆。
光合作用
呼吸作用
主动运输
物质合成
肌肉收缩
ATP与ADP的转化概念图
ATP合成酶
ATP水解酶
ATP
ADP
……
Pi
Pi
能量
能量
生物发光
ATP合成场所
细胞质基质 线粒体 叶绿体
ATP分解场所
细胞内所有需要能量的进行生命活动的结构
2.ATP的供能方式
物质从ATP获得磷酸基团的过程称为磷酸化，是获能的过程；磷酸化后的蛋白质空间结构发生改变，活性也被改变，因而可以参与各种化学反应。
ATP中的化学能
糖类等有机物中的化学能
直接用于各种生命活动
ATP水解
呼吸作用
思考：细胞为什么不直接利用葡萄糖等有机物中的能量， 而是要将能量转移至ATP中再利用？
1 mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放能量2870kJ，
1 mol ATP水解可以释放能量30.54kJ。
(可灵活使用，快速合成分解)
3.ATP的功能
ATP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”
1.物质的合成
2.肌肉收缩
三、ATP的利用
3.主动运输
用于生物放电（电能）
用于主动运输 （渗透能）
ATP
用于各种运动，如肌细胞收缩（机械能）
葡萄糖+果糖→蔗糖
酶
用于细胞内各种吸能反应（化学能）
用于生物发光（光能）
用于大脑思考（电能）
ATP的利用
光合作用
呼吸作用
主动运输
物质合成
肌肉收缩
ATP合成酶
ATP水解酶
ATP
ADP
……
Pi
Pi
能量
能量
生物发光
ATP合成
ATP水解
放能反应 VS 吸能反应
放能反应一般与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中。
吸能反应一般与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量。
如果将萤火虫发光基因转入道路两旁的树中，那么……
科 学 前 沿
荧光树
【适应症】用于进行性肌肉萎缩、脑出血后遗症、心功能不全、心肌疾病及肝炎等辅助治疗。
【药物毒理】当体内吸收、分泌，肌肉收缩及进行生化合成反应等需要能量时，三磷酸腺苷（ATP）及分解成二磷酸腺苷及磷酸基，同时释放出能量。
ATP
全称
结构简式
形成途径
与ADP相互转化
利用
光合作用
呼吸作用
ATP ADP+Pi+能量
酶I
酶Ⅱ
腺苷三磷酸
A-P～P～P
各种形式的能量

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