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(共36张PPT)
第2节 细胞的能量“货币”ATP
萤火虫发光的奥秘
问题探讨
相互传递求偶信号，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，腹部细胞内一些有机物中储存的化学能转变为光能使其发光。
银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤.
天街夜色凉如水，卧看牛郎织女星。
——杜牧《秋夕》
1.萤火虫发光的生物学意义是什么？
讨论
萤火虫发光需要
能量！
主要能源物质？
主要储能物质？
糖类
脂肪
糖类、脂肪这些物质能为萤火虫发光直接供能吗
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
实验探究
实验原理：
ATP是萤火虫发光的直接供能物质。
氧化分解
能量储存
ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
释放能量
(稳定的化学能)
(活跃的化学能)
一、ATP的功能
~
~
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）
ADP（腺苷二磷酸）
ATP（腺苷三磷酸）
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
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
辨析ATP中的两个特殊化学键都断裂吗？
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
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
【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
2．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。
蛋白质——
脂肪——
糖类——
ATP——
细胞能源物质的比喻
“不动产”
“定期存款”
“活期存款”
“现金”
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
1.如图是ATP结构示意图，其中①②③表示化学键。下列有关ATP的叙述，正确的是
A.①断裂后形成的是ADP
B.①最容易断裂和重新形成
C.②断裂后可作为合成RNA的原料
D.ATP中的T表示胸腺嘧啶，因而ATP的结构与核苷酸很相似
√
习题巩固
2.ATP是腺嘌呤核苷的衍生物，下列有关叙述错误的是
A.一分子的ATP中含有的腺苷、磷酸基团和特殊化学键数目依次是1、3、2
B.ATP中的两个特殊化学键储存的能量基本相同，稳定性基本相同
C.ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素
D.ATP末端磷酸基团具有较高的转移势能
√
ATP中的两个特殊化学键储存的能量基本相同，但稳定性不同，远离A的特殊化学键不稳定，B错误。
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
2、转化特点
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
（1）ATP与ADP相互转化是时刻不停地发生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，在所有生物的细胞内都是一样的，体现了生物界的统一性。
p
p
p
p
p
能量
Pi
能量
Pi
合成
水解
ATP与ADP相互转化示意图
这里的能量从哪里来？
(ATP)
(ADP)
这里的能量用于哪里？
2、转化特点
光
合
作
用
呼
吸
作
用
能量
ADP + Pi +
ATP
酶
有机物
氧化分解
呼
吸
作
用
ADP转化成ATP的过程中，所需能量从哪里来呢？
人和动物等
绿色植物
（1）ADP合成ATP的能量来源
①绿色植物：既可来自光能，也可以来自呼吸作用所释放的能量。
②动物、人、真菌和大多数细菌：均来自细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能量。
3.转化过程中能量来源和去向
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
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。
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
勇于质疑 （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520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。
ATP与ADP相互转化过程是可逆反应吗？
1. 从反应条件看：ATP的分解是一种水解反应，催化该反应的酶属于水解酶；ATP的合成是一种合成反应，催化该反应的酶属于合成酶。酶具有专一性，因此反应条件不同。
2. 从能量来源看：ATP水解释放的能量是储存在特殊化学键中的化学能，用于生命活动；合成ATP的能量来自生物体内有机物中的化学能和太阳光能。因此能量来源不同（能量不可逆，而物质可逆）。
3. 从合成与分解场所看：ATP合成的场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体；ATP分解的场所相对较多。因此合成与分解的场所不同。
不是可逆反应
反应
反应类型
酶的类型
能量来源
能量去向
能量转化
场所
特点 ATP ADP+Pi+能量
酶
ADP+Pi+ 能量 ATP
酶
水解反应
合成反应
ATP水解酶
ATP合成酶
ATP中的能量
有机物中的化学能以及光能
用于各项生命活动
储存在ATP中
生物体内的需能部位
细胞质基质、线粒体、叶绿体等
ATP合成与ATP水解的比较
放能：与吸能反应相联系
吸能：与放能反应相联系
时刻不停地发生，并且处于动态平衡之中
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
注意：不是所有的生理活动都要消耗ATP,
高中阶段所学的知识中有三种生理活动不消耗ATP
被动运输、
暗反应中CO2的固定
水解反应。
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
1.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。
2.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。
1.ATP是细胞内流通的能量“货币”，如图表示ATP与ADP相互转化的示意图。下列有关叙述正确的是
A.人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到
动态平衡
B.不同生物体中ATP与ADP相互转化的供能机制不同，体现了生物的多样性
C.植物根尖细胞中ATP合成所需的能量可来自线粒体、叶绿体和细胞质基质
D.ATP水解释放的磷酸基团可使蛋白质分子磷酸化，蛋白质活性发生改变
√
习题巩固
2.(2023·江西上饶一中高一质检)如图为ATP与ADP相互转化的关系式，下列说法正确的是
ATP ADP＋Pi＋能量
A.在此转化过程中物质和能量均不可重复利用
B.叶肉细胞在白天能产生ATP，在晚上不能产生ATP
C.图中所示的过程在心肌细胞中比在口腔上皮细胞中进行得更快
D.图中的反应向右进行时，常伴随着放能反应的进行
√

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