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第2节 细胞的能量“货币”ATP
问题探讨
银烛秋光冷画屏，
轻罗小扇扑流萤。
天阶夜色凉如冰，
卧看牵牛织女星。
——唐.杜牧
华南植物园
杭州千岛湖
问题探讨
资料：萤火虫的发光是生物发光的一种。萤火虫的发光原理是：萤火虫有专门的发光细胞，在发光细胞中有两类化学物质，一类被称作萤光素，另一类被称为荧光素酶。荧光素能在荧光素酶的催化下消耗ATP，并与氧气发生反应，反应中产生激发态的氧化荧光素，当氧化荧光素从激发态回到基态时释放出光子。
反应中释放的能量几乎全部以光的形式释放，只有极少部分以热的形式释放，反应效率为95%，甲虫也因此而不会过热灼伤。人类到目前为止还没办法制造出如此高效的光源。
讨论：
1.萤火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.在萤火虫发光的过程中有能量转化吗？
主要是相互传递信号，以便繁衍后代。
荧光素等。
有，细胞中有机物储存的化学能转化为光能。
问题探讨
一、ATP是一种高能磷酸化合物
腺嘌呤 ＋ 核糖 ＋ 3分子磷酸
ATP的结构
腺苷
普通化学键
特殊化学键
ATP的结构简式：A—P~P~P
由于两个相邻的磷酸基团都带有负电，相互排斥等原因，所以ATP中的特殊化学键不稳定，处于末端的磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子（如水分子）结合的势能，即具有较高的转移势能。
ATP是高能磷酸化合物
一、ATP是一种高能磷酸化合物
A—P~P~P
A—P~P
酶
酶
Pi
能量
Pi
能量
ADP ＋ Pi ＋ 能量
ATP水解酶
ATP合成酶
图中的酶的种类相同吗？
二、ATP和ADP可以相互转化
ATP与ADP的转化
ATP
思考
如果ATP与ADP的转化出现障碍，后果是什么？
剧毒物质氰化钾就是一种抑制呼吸酶，阻止人体合成新的ATP的毒药，人中毒后在3~6min内会死亡。
二、ATP和ADP可以相互转化
对细胞的正常生活来说，ATP与ADP的相互转化，是时刻不停发生且处于动态平衡之中的。
ATP的合成 ATP的水解
反应式 ADP＋Pi＋能量 → ATP ATP → ADP＋Pi＋能量
反应条件
场所
能量来源 （去向）
酶
酶
合成酶
水解酶
细胞质基质、线粒体、叶绿体
细胞内消耗能量的地方
呼吸作用释放的化学能、光合作用吸收的光能
供细胞各类生命活动的需要
二、ATP和ADP可以相互转化
ATP与ADP的转化
二、ATP和ADP可以相互转化
ATP与ADP转化的特点
细胞内的化学反应可以分为吸能反应和放能反应。吸能反应与ATP的水解有关，由ATP水解提供能量；放能反应与ATP合成有关，释放的能量储存在ATP中。
动态平衡
转化速率快
大脑思考（电能）
各种运动（机械能）
主动运输（渗透能）
生物发光（光能）
葡萄糖+果糖 → 蔗糖
酶
吸能反应（化学能）
生物放电（电能）
三、ATP的利用
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。
ATP为主动运输供能
参与Ca2+主动运输的载体蛋白
能催化ATP水解的酶
膜内侧
Ca2+与其相应位点结合，其酶活性就被激活
三、ATP的利用
三、ATP的利用
酶
P
末端磷酸基团
末端磷酸基团与载体蛋白结合
伴随着能量的转移
载体蛋白的磷酸化


能量
ATP为主动运输供能
膜外侧
载体蛋白磷酸化导致其 发生变化，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 ，这在细胞中是常见的。这些分子被磷酸化后， 发生变化， 也被改变，因而可以参与各种化学反应。
空间结构
磷酸化
空间结构
活性
三、ATP的利用
ATP为主动运输供能
小试牛刀
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
B
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
D
小试牛刀
3.ATP是细胞生命活动的直接能源物质，下面叙述错误的是( )
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
解析：
A.细胞质中细胞质基质、线粒体和叶绿体内可以产生ATP，细胞核中的生命活动需要消耗ATP，所以细胞质和细胞核中都有ATP分布，A正确。
B.ATP可以在光合作用中合成，能量来自光能，还可以在呼吸作用中合成，能量来自有机物中稳定的化学能，不能由磷酸提供，B错误。
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
小试牛刀
C
思考
小试牛刀
同样是能源物质，ATP和葡萄糖特点相同吗？请比较。
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。
本节内容结束

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