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第2节 细胞的能量“货币”—ATP
1、萤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、发光的过程有能量的转换吗？
腹部后端细胞内有荧光素。
传递求偶信号，以便交尾繁衍后代。
能量来源于什么物质呢？
问题探讨
某种物质的能量转化为光能。
1、材料和试剂：现磨的萤火虫发光器粉末(含荧光素和荧光素酶)、 蒸馏水、脂肪组织样液、葡萄糖溶液、ATP溶液。
2、用具：试管、滴管、量筒。
3、实验原理：
实验探究：什么物质为萤火虫尾部细胞发光直接提供能量？
萤火虫发光器实验
A
D
C
B
暗处理15分钟
２ｍL
蒸馏水
２ｍL葡萄糖溶液
２ｍL
脂肪溶液
２ｍL
ATP溶液
２ｍL
ATP溶液
实验结果说明什么？
ATP为萤火虫尾部细胞发光直接提供能量
ATP的功能：
驱动细胞生命活动的直接能源物质
P89
阅读P86和左侧“相关信息”，回答下列问题：
1. ATP的中文名称？
2. ATP的元素组成有哪些？
3. ATP的结构简式？其中A、T、P分别代表什么含义？
4. 为什么说ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物？
1 molATP水解时释放的能量高达30.54 kJ
一、ATP是一种高能磷酸化合物
5.圆片代表磷酸，五边形代表核糖，长方形代表腺嘌呤。请利用这些材料拼出ATP分子结构模型，并尝试标注出AMP、ADP。
构建物理模型
1.现有甲、乙、丙三组ATP溶液，分别用32P标记 ATP 的α、β、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，结果发现只有丙组中游离的磷酸基团带有放射性。说明：ATP中哪一个高能磷酸键更容易断裂？
2.葡萄糖为什么不能直接为细胞供能，而ATP却可以？
3.小组合作，参考构建的ATP、ADP结构模型，尝试写出ATP水解供能的化学方程式。
合作探究
远离腺苷的高能磷酸键最不稳定，容易断裂。
葡萄糖化学性质稳定，不能快速分解提供能量。
剧烈运动时，ATP不断水解为肌肉收缩功能。ATP的含量会因此不断减少吗？
自学教材P86-87页，尝试写出合成ATP的化学反应方程式。
二、ATP与ADP可以相互转化
真诚发问：合成ATP所需的能量来自何处？
资料1：医生通常给术后不能进食的病人注射葡萄糖生理盐水补充能量。
资料2：人们的主食米饭、面食的主要成分是淀粉。
资料3：植物在光照条件下，叶绿体能合成ATP，也能制造糖类；在无光的情况下，叶绿体不能合成ATP，也不能制造糖类。
资料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。
资料2：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3：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。
二、ATP与ADP可以相互转化
特点：含量少，转化快，时刻处于动态平衡之中。
1.(多选）如图为ATP与ADP相互转化示意图，①②代表相关的过程，下列分析错误的是（ ）
A．ATP和ADP的相互转化保证了机体对能量的需求
B．在ATP与ADP转化过程中物质和能量是可逆的
C．人体内过程①所需要的能量只能来自细胞呼吸
D．过程①和②需要的是不同的酶
E. 在代谢更旺盛的细胞中，其ATP的含量往往更多
F. ATP不是细胞内唯一的直接能源物质
考考你！
BE
2.ATP广泛存在于微生物细胞中，且在一定生理时期内含量较为稳定，因此利用ATP生物荧光检测技术能快速检测生活饮用水中的细菌数量，其原理如下图所示。下列说法错误的是（ ）
A．荧光素被氧化的过程是吸能反应
B．荧光检测仪测得的荧光值在一定程度上可以反映细菌数量的多少
C．ATP不是细胞内唯一的直接能源物质
D．在代谢更旺盛的细胞中，其ATP的含量往往更多
考考你！
注意
2. 细胞内ATP含量少， 但ATP和ADP相互转化十分迅速，使得ATP含量处在动态平衡之中，保证了生物体内部稳定供能环境。
1.ATP≠能量，ATP是一种高能磷酸化合物，是一种与能量有关的物质。
3. ATP并不是细胞内唯一直接能源物质，如存在于各种细胞内的UTP、GTP、CTP。
大脑思考（电能）
肌肉收缩（机械能）
物质的合成（化学能）
生物放电（电能）
生物发光（电能）
主动运输（渗透能）
1. ATP的利用举例
三、ATP的利用
2.ATP为主动运输供能
P88
Ca2+
ATP
Ca2+
ADP
Ca2+
ADP
以主动运输为例分析ATP供能过程
1.膜内Ca2+ 与相应位点结合，酶活性被激活。
2.酶的作用下，末端磷酸基团脱离,与载体蛋白结合 (载体蛋白磷酸化)
3.空间结构改变，使Ca2+的结合位点转向膜外侧，将Ca2+ 释放到膜外。
ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，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。
放能反应
葡萄糖、脂肪等
合成
水解
ATP
ADP
能量
能量
放能反应与 反应联系，释放的能量储存在 中；
吸能反应与 联系，需要吸收的能量由 提供；
能量通过ATP在吸能反应与放能反应之间流通。
ATP水解
ATP合成
ATP
ATP水解
（各项生命活动）吸能反应
ATP比喻成细胞内流通的能量“货币”
1.如图表示ATP与ADP的相互转化的过程。下列叙述不正确的是（　　）
A．人体剧烈运动时体内ATP含量会明显减少
B．ATP脱去2个磷酸基团就是RNA的基本单位之一
C．细胞呼吸释放的能量可用于①过程
D．②过程与细胞内其他的吸能反应密切联系
考考你！
A
2.电鳐一次放电电压可达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。电鳐的发电需要消耗体内的ATP。如图是ATP的结构及合成与水解反应，下列相关叙述错误的是（ ）
A．图2反应向右进行时，图1中的c特殊化学键断裂释放出能量和磷酸
B．电鳐细胞中图2反应向左进行时，所需的能量来源于细胞呼吸
C．ATP与ADP相互转化迅速，细胞中储存大量ATP以满足对能量的需求
D．图2反应向右进行时是放能反应，与其它吸能反应相关联
考考你！
C
反应式 ATP→ADP＋Pi＋能量 ADP＋Pi＋能量→ATP
能量来源
能量去路
与其他反应联系
场所
特点 酶1
酶2
末端磷酸基团的转移势能
光合作用、呼吸作用等
时刻不停地发生，并且处于动态平衡之中
生物体的需能部位
细胞质基质、线粒体、叶绿体
二、ATP与ADP可以相互转化
用于各种生命活动
暂时储存在ATP中
一般与吸能反应相联系
一般与放能反应相联系
不同化合物中“A”的辨析：
化合物 结构简式 “A”含义 共同点
ATP
DNA RNA 核苷酸 腺苷
(由腺嘌呤和核糖组成)
腺嘌呤脱氧核苷酸
腺嘌呤核糖核苷酸
腺嘌呤
都含腺嘌呤
生物体能源物质
生物体主要能源物质
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
直接能源物质
最终能源来源
ATP
糖类
脂肪
糖原
淀粉
太阳能
糖类、脂肪、蛋白质
课堂习题
7.有关DNA分子的研究常用32P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）。回答下列问题：
（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。如果要用该酶把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 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
判断正误
(1)ATP是细胞内主要的能源物质(　　)
(2)ATP由1个腺嘌呤和3个磷酸基团构成(　　)
(3)ATP是高能磷酸化合物，含3个特殊化学键，其中末端的磷酸基团具有较高的转移势能(　　)
×
×
×
(4)吸能反应伴随着ATP的合成，放能反应伴随着ATP的水解(　　)
(5)人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡(　　)
(6)载体蛋白磷酸化不会使其空间结构发生变化(　　)
×
×
×
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。
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。
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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