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第5章 细胞的能量供应和利用
第1节 细胞的能量“货币”ATP
教
学
目
标
生命观念
科学思维
科学探究
掌握ATP的化学组成和结构特点及ATP与ADP的相互转化。认同ATP的结构与其功能相适应的生命观念。
尝试用物质与能量观建构ATP与ADP的相互转化的模型和，和在能量代谢中的作用。
通过设计实验探究细胞的直接能源物质，发展科学探究能力。
关注ATP释放能量的内涵，并激励自己奋发向上，为国争光。
社会责任
问题探讨
新课导入
知识讲解
课堂小结
基础检测
用小刀将萤火虫的发光部位割下,干燥后研磨成粉末,取三等份分别装入三支试管,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制剂2ml
0.1%葡萄糖2ml
蒸馏水2ml
这个实验能说明什么问题
ATP是直接能源物质
ATP是一种高能磷酸化合物
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知识讲解
课堂小结
基础检测
ATP的结构
腺嘌呤
磷酸基团（3个）
腺苷（A）
ATP的结构式
核糖
1. 中文名称：
2. 组成部分：
3. 元素组成：
腺苷三磷酸
腺嘌呤、核糖、磷酸基团
C、H、O、N、P
4. 结构简式：
腺苷
磷酸基团
普通化学键
特殊化学键
A—P～P～P
A: —：
P： ～：
ATP是一种高能磷酸化合物
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知识讲解
课堂小结
基础检测
两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等。
原 因
具有较高的转移势能。
特 点
末端的磷酸基团有一种脱离下来与其他分子结合的趋势。
结 果
ATP是一种高能磷酸化合物
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课堂小结
基础检测
在酶的作用下，末端的磷酸基团携带能量与其他分子结合使得后者发生变化。
其他分子
比ATP稳定
酶
ATP是一种高能磷酸化合物
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知识讲解
课堂小结
基础检测
A－P～P～P
ATP是一种高能磷酸化合物
30.54kJ/mol
放能
脱落，挟能量与其他分子结合。
ATP水解
Pi+能量
酶
ATP是一种高能磷酸化合物
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知识讲解
课堂小结
基础检测
A 腺苷
腺嘌呤核糖核苷酸
AMP 腺苷一磷酸
ADP 腺苷二磷酸
ATP 腺苷三磷酸
腺嘌呤
核糖
磷酸基团
ATP与ADP可以相互转化
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课堂小结
基础检测
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，每分钟消耗的ATP 可达0.5kg/min
1
ATP
消耗量大
矛盾
成人体内ATP总量约50~75g，人体安静状态下，肌肉内ATP含量只能供肌肉收缩1~2s。
2
ATP
含量很少
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。
3
ATP合成和水解都非常迅速
ATP是一种高能磷酸化合物
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课堂小结
基础检测
能量
水解
合成
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。
ATP
ADP
ATP和ADP可以相互转化
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课堂小结
基础检测
ADP+Pi+能量 合成酶 ATP
动物和人、真菌和大多数细菌
绿色植物
用
作
吸
呼
光合作用
呼吸作用
ADP转化成ATP时所需能量的主要来源
糖类、脂肪等有机物氧化分解
ATP和ADP可以相互转化
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课堂小结
基础检测
ATP的合成 ATP的水解
反应式
所需酶
场所
能量来源
能量去向
关系
合成酶
水解酶
线粒体、叶绿体、细胞质基质
细胞内消耗能量的地方
用于各项生命活动
ATP ADP＋Pi＋能量
有机物中的化学能、光能
储存于特殊化学键中
特殊化学键
不是可逆反应，物质可逆，能量不可逆，场所不同，条件不同
ATP的利用
新课导入
知识讲解
课堂小结
基础检测
用于大脑思考（电能）
用于肌肉收缩（机械能）
用于细胞内各种吸能反应
用于生物放电（电能）
用于生物发光（光能）
用于主动运输 （渗透能）
ATP的利用
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基础检测
细胞内的化学反应可以分成吸能反应和放能反应两大类。
与ATP的水解相联系，由ATP水解提供能量，
如合成蛋白质、合成淀粉等。
能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。因此，可以形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“货币”。
放能
反应
吸能
反应
与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中，如葡萄糖的氧化分解等。
ATP的利用
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课堂小结
基础检测
ATP为主动运输供能的过程
P
P
P
A
Ca2+
参与Ca2+主动运输的载体蛋白，也是一种能催化ATP水解的酶。
ATP的利用
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知识讲解
课堂小结
基础检测
ATP为主动运输供能的过程
P
P
P
A
Ca2+
载体蛋白酶活性的激活
膜内侧的Ca2+与相应位点结合，可激活载体蛋白的酶活性。
ATP的利用
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知识讲解
课堂小结
基础检测
ATP为主动运输供能的过程
P
P
P
A
Ca2+
载体蛋白的磷酸化
在载体蛋白这种酶的作用下，ATP末端的磷酸基团脱离，挟能量与载体蛋白结合。
P
P
P
A
ATP的利用
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知识讲解
课堂小结
基础检测
ATP为主动运输供能的过程
Ca2+
载体蛋白空间结构改变
P
P
P
A
载体蛋白的磷酸化导致其空间结构改变。
ATP的利用
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知识讲解
课堂小结
基础检测
ATP为主动运输供能的过程
Ca2+
P
P
P
A
载体蛋白空间结构改变
载体蛋白的磷酸化导致其空间结构改变。
ATP的利用
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课堂小结
基础检测
ATP为主动运输供能的过程
Ca2+
P
P
P
A
载体蛋白空间结构改变
使Ca2+的结合位点转向膜外，释放Ca2+。
课堂小结
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课堂小结
基础检测
组成：
结构简式：
ATP的功能：
ATP
1分子腺苷，3分子磷酸基团
A–P～P～P
细胞生命活动的直接能源物质
ATP与ADP相互转化:
ATP ADP+Pi+能量
水解酶
合成酶
ATP的利用：
大脑思考、电鳐发电、物质合成、主动运输、肌肉收缩等
吸能反应：吸收ATP水解产生的能量的反应
放能反应：释放能量供ATP合成的反应
练习与应用
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课堂小结
基础检测
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~P2.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.下列关于ATP的叙述，错误的是（ ）
A.细胞质和细胞核中都有ATP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和ADP的比值是相对稳定的
B
D
B
练习与应用
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基础检测
一、概念检测
4.离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白，能利用水解ATP释放的能量跨膜运输离子。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着浓度梯度进行的
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
C
练习与应用
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课堂小结
基础检测
二、拓展应用
5.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时释放的能量提供的。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，以活跃的化学能的形式储存在ATP中。
练习与应用
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知识讲解
课堂小结
基础检测
二、拓展应用
6.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所含化学能的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。
练习与应用
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基础检测
二、拓展应用
6.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所含化学能的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。
练习与应用
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基础检测
二、拓展应用
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？
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的起源。

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