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(共32张PPT)
第5章 细胞的能量供应和利用
第2节 细胞的能量“货币”ATP
《秋夕》——杜牧
银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。天街夜色凉如水，卧看牵牛织女星。
1、萤火虫发光的生物学意义是什么？
2、萤火虫的发光原理是什么？
相互传递求偶信号，
以便交尾繁衍后代。
【问题探讨】
荧光素
能量
激活的荧光素
荧光素酶
+氧气
氧化
荧光素
发出
荧光
【思考】细胞内哪些物质有可能为萤火虫发光提供能量呢？
从哪里来？
细胞生命活动所需要的主要能源物质——
细胞良好的储能物质——
葡萄糖
脂肪
为主动运输提供能量——
ATP
这些物质能否直接为萤火虫发光提供能量？
【相关资料】萤火虫的发光原理
1
2
3
4
加入等量发光器粉末，
放置一段时间直至荧光消失
2mL
蒸馏水
2mL
脂肪
2mL
葡萄糖
2mL
ATP
黑暗环境
1.本实验的自变量是什么？如何确定实验组与对照组？
2.为什么要等到荧光消失后再加入待测的能源物质？
3.实验结果说明什么？
添加的物质（葡萄糖/脂肪/物质A）。
消耗自身原本存在的能提供能量的物质，防止自身的能源物质对结果造成干扰。
ATP为发荧光的过程直接提供能量。
萤火虫发光器实验
脂肪——
糖类——
ATP——
细胞能源物质的比喻
“定期存款”
“活期存款”
“现金”
功能：ATP是生物体生命活动的直接能源物质
一、ATP的功能
结构与功能相适应，ATP有什么样的结构可以作为直接的能源物质？
糖类、脂肪等有机物
ATP
储存大量的能量，但不能被直接利用
储存的能量相对来说少，但能被直接利用
≈
≈
一 ATP的功能
腺嘌呤
核糖
腺苷
三个磷酸基团
1.ATP的中文名称：
腺苷三磷酸（ATP)
腺苷三磷酸（ATP)
2.ATP的组成元素：
C、H、O、N、P
3.ATP的结构简式：
A-P～P～P
4.A、T、P、～、— 的含义:
A表示：腺苷
T表示： 三
P表示：磷酸基团
～表示：特殊的化学键
— 表示：普通化学键
二 ATP的结构
物质结构 物质名称 “A”的含义
核糖
A
P
~
P
P
~
ATP
…. A U G C ….
A-P～P ～P
ATP
核糖
A
P
腺苷（腺嘌呤+核糖）
腺嘌呤核糖核苷酸
DNA
RNA
腺嘌呤
腺嘌呤
腺嘌呤脱氧核苷酸
腺嘌呤核糖核苷酸
以下几种不同物质“○”中所对应的含义
比较辨析
~:
特殊的化学键
由于两个相邻磷酸都带负电而相互排斥，使得这种化学键不稳定，
末端磷酸基团容易断裂，具有较高的转移势能。
–：
普通磷酸键
注意：ATP是一种物质，而不是能量
ATP是一种高能磷酸化合物
1molATP水解释放的能量高达30.54kJ。
5.ATP为什么不稳定？为什么说ATP是高能磷酸化合物？
A
P
P
P
更易断裂
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：
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。
①甲组用32P标记ATP的β位的磷酸基团，
②乙组用32P标记ATP的γ位的磷酸基团，
P
P
P
α 位 β位 γ位
资料
分析
该实验说明了什么？
6.ATP是唯一的直接能源物质吗？根据结构与功能的关系，可能还有哪些物质可为生命活动供能？
GTP、CTP、UTP
P
腺嘌呤
核糖
～
～
A
P
P
ATP是腺嘌呤核苷的衍生物，如图是ATP的分子结构图，下列有关叙述错误的是
A.ATP分子的结构简式可表示为A－P～P～P
B.图中虚线部分的名称是腺苷
C.组成ATP的化学元素是C、H、O、N、P
D.图中①处的化学键易断裂，ATP转化为ADP
考向突破
腺嘌呤
～
～
P
P
P
C1
C2
C3
C4
C5
O
OH
OH
腺苷
腺嘌呤核糖核苷酸（AMP）
ADP
ATP
普通
特殊化学键
特殊化学键
汉水丑生侯伟作品
汉水丑生侯伟作品
ATP、ADP与腺嘌呤核糖核苷酸的关系：
三 ATP与ADP可以相互转化
核糖
ATP合成
ATP水解
酶
Pi
能量
酶
Pi
能量
A-P~P~P
(ATP)
A-P~P
(ADP)
三 ATP与ADP可以相互转化
写出ATP水解的反应式:
ATP
水解酶
ADP + Pi
+ 能量
写出ATP合成的反应式:
ATP
合成酶
ADP + Pi
+ 能量
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。
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
每个细胞每秒钟可合成约1000 万个ATP ,且同时有等量的 ATP 被水解
3
ATP合成和水解
都非常迅速
ATP与ADP的相互转化有什么特点？
1.ATP和ADP的相互转化，是_________地发生并且处于___________之中,保证了为细胞稳定供能。
动态平衡
特点：
时刻不停
2.ATP和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
（阅读课本87页第1段）
三 ATP与ADP可以相互转化
病毒能否合成ATP？
（2）能量来源（去向）不同：
ATP水解释放的能量用于各项生命活动，ATP合成的能量来源于呼吸作用或光合作用。
ATP
酶II
酶
ADP
能量
+
+
Pi
（1）所需要的酶不同：
催化ATP水解的酶属于水解酶，催化ATP合成的酶属于合成酶。
2.ATP与ADP的相互转化是可逆反应吗？
物质可逆，能量不可逆。
酶 I
不是可逆反应
三 ATP与ADP可以相互转化
在ADP转化成ATP的过程中，所需要的能量从哪里来呢？
光
合
作
用
呼
吸
作
用
呼
吸
作
用
人、动物、
真菌、多数细菌等
绿 色 植 物
能量
ADP + Pi +
ATP
储存在特殊的化学键中
ATP合成酶
有机物分解
所释放的能量
光能
合成ATP的能量来源：
①有机物分解所释放的能量 ②光能
ATP的合成场所：
细胞质基质、线粒体、叶绿体
在ADP转化成ATP的过程中，所需要的能量从哪里来呢？
能量
ADP + Pi +
ATP
ATP水解酶
ATP水解的能量来源：
ATP水解的能量去路：
特殊的化学键断裂
用于各项生命活动
ATP合成与ATP水解的比较
ATP水解 ATP合成
反应式 ATP→ADP＋Pi＋能量 能量＋Pi＋ADP→ATP
酶的类型
场所
能量来源
能量去向
酶
酶
ATP水解酶
ATP合成酶
细胞质基质、线粒体、叶绿体
细胞的各个部位
特殊化学键中的能量
用于各项生命活动
储存在特殊化学键中
有机物中的化学能或光能
这不是可逆反应，而是一个循环式反应。
物质可循环，但能量不可循环。
所有细胞的能量供应机制，体现生物界的统一性。
大脑思考（电能）
用于主动运输（渗透能）
用于生物发光(光能)
用于生物发电（电能）
用于物质合成（化学能）
用于肌肉收缩（机械能）
葡萄糖+果糖 → 蔗糖
酶
ATP的水解场所：
活细胞的所有部位
四 ATP的利用
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。
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。
四 ATP的利用
主动运输过程中，ADP的含量会显著增加么？
①ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化
②这些分子被磷酸化后，空间结构发生改变，活性也发生改变。
①运输物质
②ATP水解酶
载体蛋白作用
四 ATP的利用
葡萄糖氧化分解
等
释放能量
蛋白质合成
等
吸收能量
吸能反应与放能反应
ATP合成
ATP水解
放能反应
吸能反应
吸能反应：(伴随ATP水解）由ATP水解提供能量。
放能反应：（伴随ATP合成）释放的能量贮存在ATP中。
ATP在吸能反应和放能反应之间流通，
是细胞内流通的能量“货币”。
大胆想象：在生产实践中可以怎么应用萤火虫发光这一原理呢
培育出转基因荧光树
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”。
荧光素酶
＋氧气
荧光素
激活的荧光素
荧光
氧化荧光素
发出
能量
ATP
中文名称：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：各项生命活动
光合作用
呼吸作用
ATP ADP+Pi+能量
水解酶
合成酶
元素组成：C、H、O、N、P
课堂小结
功能：直接能源物质
2、下列对ATP和ADP的相互转化的叙述,正确的是(　　)
A.ATP水解和合成时所需要的酶都是一样的
B.ATP水解时释放能量,合成ATP时储存能量
C.ATP和ADP的相互转化是一个动态平衡的过程
D.植物细胞和动物细胞发生ATP和ADP的相互转化的生理过程一样
B
1.下列关于水稻细胞内ATP的叙述错误的是( )
A.能与ADP相互转化
B.只能由细胞呼吸产生
C.可为物质跨膜运输提供能量
D.释放的磷酸基团能与某些蛋白质结合
C
练一练
生物体的能源物质
生物体的主要能源物质
生物体内良好的储能物质
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
有关能源物质的回顾与小结
一、概念检测
1.能准确表示ATP中三个磷酸基团之间，以及磷酸基团和腺昔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.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
D
B
课后练习
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
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。
C
提示：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，AIP与葡萄糖具有不同的特点。请你概括出ATP具有哪些特点。
3.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 这对你理解生物的进化有什么启示
提示：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.
提示：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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