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5.2细胞的能量“货币”ATP学案
【学习目标】
1. 通过ATP结构与功能相适应特点的学习，认同物质的结构与功能观; 通过学习ATP和ADP的迅速转化，形成稳态与平衡观；尝试用物质和能量观解释ATP的合成与分解总是伴随着能量的吸收或释放而进行。
2. 基于ATP分子的化学组成及结构特点分析ATP与ADP相互转化的机制，归纳ATP与ADP相互转化过程中能量的来源和去向。
3. 通过实验设计与交流讨论，发展科学探究能力，并养成求真务实的科学态度。
4. 关注ATP在医学、环境科学方面应用，并能主动向他人宣传有关 ATP 的科学知识。
【学习重难点】
1、教学重点 ATP化学组成的特点及其在能量代谢中的作用
2、教学难点 通过ATP与ADP相互转化的特点，解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
【预习新知】
ATP是一种高能磷酸化合物
1．中文名称：腺苷三磷酸。
2．结构简式：A—P～P～P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，～代表特殊的化学键。
3．特点
(1)ATP不稳定的原因是ATP中两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得特殊的化学键不稳定，末端磷酸基团有较高的转移势能。
(2)ATP的水解过程就是释放能量的过程，1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ，所以说ATP是一种高能磷酸化合物。
4．功能：ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
5．ATP的供能机理：ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。
ATP与ADP可以相互转化
1．转化过程
(1)ATP转化为ADP
①ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化，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移给其他分子，就可以成为游离的磷酸(以Pi表示)。
②反应式：ATPADP＋Pi＋能量。
(2)ADP转化为ATP过程
①在有关酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同时与Pi结合，重新形成ATP。
②反应式：ADP＋Pi＋能量ATP。
2．转化过程中能量来源和去向
(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。
(2)ATP水解成ADP释放的能量去向：各项生命活动。
3．相互转化特点
(1)ATP和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和ADP相互转化的能量供应机制体现了生物界的共性。
ATP的利用
1．ATP水解释放的能量用于各项生命活动
(1)实例
(2)ATP为主动运输供能的过程分析
①Ca2＋主动运输的载体蛋白也是催化ATP水解的，膜内侧的Ca2＋与其载体结合时激活该酶，将ATP水解。
②ATP水解时，脱离下来的磷酸基团与载体蛋白结合即载体蛋白的磷酸化。
③载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化。
2．ATP是细胞内流通的能量“货币”
(1)吸能反应一般与ATP水解相联系；放能反应一般与ATP合成相联系，示意图如下
(2)能量通过ATP在吸能反应和放能反应之间流通。
【易错提示】
（1）ATP能够及时转化成ADP，这有效地保证了细胞内能量的供应（ ）
（2）ATP在细胞内含量并不高，活细胞都能产生ATP，也都会消耗ATP（ ）
（3）人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的相互转化难以达到动态平衡（ ）
答案：（1）√（2）√（3）×
【巩固训练】
1.ATP是细胞的能量“货币”，关于ATP的叙述错误的是( )
A.含有C、H、O、N、P B.必须在有氧条件下合成
C.胞内合成需要酶的催化 D.可直接为细胞提供能量
2.衣原体缺乏细胞呼吸所需的酶，则其需要从宿主细胞体内摄取的物质是( )
A.葡萄糖 B.糖原 C.淀粉 D.ATP
3.腺苷三磷酸是一种高能磷酸化合物，下列有关该化合物的叙述，错误的是( )
A.一个ATP分子中含有两个特殊的化学键
B.ATP水解释放磷酸基团可以与其他分子结合
C.细胞中的吸能反应一般与ATP的合成反应相联系
D.ATP与ADP的转化时刻不停，并且处于动态平衡之中
4.ATP是细胞常用的直接能源物质，如图为ATP的结构简式。下列叙述正确的是( )
A.腺苷三磷酸英文缩写中的字母“A”指的是图中的“A”
B.①②③均为特殊的化学键，其中都储存着大量的能量，其中③更容易断裂
C.光合作用和呼吸作用都可以为生成③对应的化学键供能
D.ATP参与主动运输时会将全部磷酸基团转移到载体蛋白上
5.ATP是细胞内流通的能量“通货”、可由ADP转化而来，以下说法错误的是( )
A.无氧呼吸的第二阶段有少量ADP的转化
B.叶绿体类囊体膜和叶绿体基质之间能发生ATP和ADP的转移
C.线粒体内膜属于细胞的生物膜系统，存在ATP合成酶的位点
D.突触前膜释放一氧化氮需消耗ATP
6.科学家已弄清萤火虫发光的原理(如下图所示)。根据该原理设计的ATP快速荧光检测仪(其中含有荧光素、荧光素酶等物质)，可用来快速检测食品表面的微生物，下列相关说法正确的是( )
A.ATP是细胞中的能量货币，细胞中储存大量ATP为生命活动提供能量
B.萤火虫发光需要荧光素酶的催化，它可以催化荧光素转化为荧光素酰腺苷酸
C.荧光素酶的合成和催化底物的过程都需要消耗ATP
D.无论是需氧型生物还是厌氧型生物均可用ATP快速荧光检测仪检测
7.ATP在细胞生命活动的能量供应中具有重要作用。下列生命活动消耗ATP的有( )
A.Na+通过Na+通道蛋白进入细胞 B.萤火虫发光
C.核糖体上发生氨基酸的脱水缩合 D.打球时投球进篮
8.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
9.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分子的结构式可简写为A-P～P～P
B.图中虚线部分的名称是腺苷
C.图中①处的化学键易断裂，断裂后ATP转化为ADP
D.组成ATP的化学元素是C、H、O、N、P
10.ATP在人体生命活动中有重要作用，且消耗量巨大，一个成年人静卧24h消耗约40kgATP，在剧烈运动时每分钟可消耗0.5kgATP。下列叙述错误的是( )
A.ATP是细胞生命活动的直接能源物质
B.ATP中的高能磷酸键稳定性较差
C.运动时ATP合成速率大于静卧时
D.ATP合成和水解过程都能为生命活动供能
参考答案
1.答案：B
解析：A、ATP中含有腺嘌呤、核糖与磷酸基团,故元素组成为CH、O、N、P,A正确;B、在无氧条件下,无氧呼吸过程中也能合成ATP,B错误;C、ATP合成过程中需要ATP合成酶的催化,C正确;D、ATP是生物体的直接能源物质,可直接为细胞提供能量,D正确。
故选B。
2.答案：D
解析：细胞生命活动所需的能量主要是由细胞呼吸提供的，衣原体缺乏细胞呼吸所需的酶，不能进行细胞呼吸，缺乏能量，ATP是直接的能源物质，因此衣原体需要从宿主细胞体内摄取的物质是ATP，D正确，ABC错误。故选：D。
3.答案：C
解析：A、ATP的结构简式是A-P～P～P，一个ATP分子中含有两个特殊的化学键，A正确；
B、当ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，使其他分子磷酸化，从而使后者发生变化，B正确；
C、细胞中的放能反应一般与ATP的合成反应相联系，吸能反应与ATP的水解相联系，C错误；
D、对细胞的正常生活来说，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，细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制，是生物界的共性，D正确。
故选C。
4.答案：C
5.答案：A
解析：A、在代谢旺盛的细胞中消耗的能量多，ATP与ADP相互转化的速度快，A正确;B、在叶绿体中，光反应合成ATP，暗反应合成ATP的运动方向由叶绿体的类囊体薄膜到叶绿体的基质，B错误;C、ATP合成酶存在于细胞质基质、线粒体基质、线粒体内膜和叶绿体中，C错误;D、ATP的A代表腺苷，T代表三个，P代表磷酸基团，D错误。
6.答案：D
解析：A、ATP 在细胞内的含量很少，但ATP与ADP在细胞内的相互转化十分迅速，既可以为生命活动提供能量，A错误；
B、由图可知，萤火虫发光需要荧光素酶的催化，荧光素酶可以催化荧光素酰腺苷酸转化为氧合荧光素，B错误；
C、由图可知，荧光素酰腺苷酸在荧光素酶的作用下被氧气氧化发光，不需要消耗ATP，且酶催化化学反应的实质为降低化学反应所需的活化能。C错误；
D、ATP 快速荧光检测仪中含有荧光素、荧光素酶等物质，用来快速检测食品表面的微生物，无论是需氧型生物还是厌氧型生物均可用ATP快速荧光检测仪检测，D正确。
故选D。
7.答案：BCD
解析：A、Na+通过Na+通道蛋白进入细胞，属于协助扩散，不消耗ATP,A不符合题意;B、萤火虫发光需要消耗ATP，B符合题意;C、大分子物质的合成需要消耗ATP，C符合题意;D、打球时投球进篮需要消耗ATP，D符合题意。故选:BCD。
8.答案：B
解析：ATP的中文名称叫三磷酸腺苷，其结构简式为A-P~P~P。
9.答案：C
解析：ATP的结构式可简写为A—P~P~P，A正确；图中虚线部分是腺嘌呤和核糖组成的腺苷，B正确；ATP中远离腺苷的磷酸键②易断裂，断裂后ATP可转化为ADP，C错误；组成ATP的化学元素是C、H、O、N、P，D正确。
10.答案：D
解析：ABC、ATP是细胞生命活动的直接能源物质，ATP中的高能磷酸键稳定性较差，特别是远离腺苷的高能磷酸键易形成也易断裂，运动时 ATP合成速率大于静卧时，ATP的消耗也大于静卧时，ABC正确;
D、ATP水解过程能为生命活动供能，但ATP合成过程需要消耗能量，D错误。

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