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细胞的能量供应和利用
第5章
第2节 细胞的能量“货币”ATP
本节聚焦
ATP结构
ATP和ADP的相互转化
ATP的利用
相互传递求偶信号，以便交尾繁衍后代。
2.萤火虫体内有特殊的发光物质吗？
腹部后端细胞内有荧光素。
3.萤火虫发光的过程有能量的转换吗？
腹部细胞内一些有机物中储存的化学能
转变为光能使其发光。
囊萤夜读
银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤.
天街夜色凉如水，卧看牛郎织女星。
——杜牧《秋夕》
1.萤火虫发光的生物学意义是什么？
思考：
问题探讨
资料1：
萤火虫的尾部发光器中有荧光素和荧光素酶。荧光素接受能量后就被激活，在荧光素酶的催化作用下，激活的荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素并且发出荧光。
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？
萤火虫发光器干燥后研成粉末，蒸馏水，葡萄糖，脂肪，ATP制剂等
【基本原理】
荧光素+能量+O2 氧化荧光素
荧光素酶
（发出荧光）
自变量：
因变量：
无关变量：
添加的物质（葡萄糖/脂肪/？）
是否发光
温度等
1.实验材料：
2.实验原理：
3.实验变量：
实验探究：生命活动的直接能源物质
实验探究：生命活动的直接能源物质
点击添加文本
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点击添加文本
点击添加文本
ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1.功能：
生物体内的能源物质总结
(1)能源物质：
(2)主要能源物质：
(3)储能物质：
(4)主要储能物质：
(5)直接能源物质：
(6)最终能量来源：
糖类、脂肪、蛋白质、ATP
糖类
脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)
脂肪
ATP
太阳能
一、ATP是一种高能磷酸化合物
2. ATP的结构
(1)元素组成：
C、H、O、N、P
(2)化学组成：
腺嘌呤 + 核糖 + 三个磷酸基团
腺苷 + 三个磷酸基团
AMP（腺苷一磷酸）
ATP（腺苷三磷酸）
(3)结构简式：
A – P ~ P ~ P
ADP（腺苷二磷酸）
腺苷（A）
假如用 代表腺嘌呤、 代表核糖、
代表磷酸基团，尝试构建ATP的模型。
探究：构建ATP模型
A—P~P~P
①
① 。
② 。
③ 。
④ 。
⑤ 。
腺苷
腺嘌呤
腺嘌呤
腺嘌呤脱氧核苷酸
腺嘌呤核糖核苷酸
T
A
C
G
A
T
G
C
②
A
H
④
A
OH
⑤
A
U
G
C
③
“A”的辨析
A—P~P~P
①
A
OH
②
A
U
G
C
③
A—P~P~P
④
A
OH
⑤
A
H
⑥
①=③=⑤，代表腺嘌呤核糖核苷酸
④=②，代表腺苷
下面各个圆圈中代表的含义相同的有哪些？
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
所有“A”的共同点是都含有腺嘌呤
不同化合物中“A”的辨析：
总结
水解时释放能量在20.92kJ/mol以上的化合物叫作高能化合物
ATP是一种高能磷酸化合物
一、ATP是一种高能磷酸化合物
3. ATP的特点
(1)ATP不稳定，ATP中相邻两个磷酸基团都带有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水解过程就是释放能量的过程，1 molATP水解时释放的能量高达30.54 kJ
问题探讨
① 人体在安静状态时，肌肉内ATP含量约2mg～10mg，只能供肌肉收缩
1～2s所需的能量；一个人在剧烈运动状态下，每分钟约有0.5kg
的ATP转化为ADP，释放能量，供运动所需。
资料2：
虽然细胞中ATP含量很少，但ATP和ADP转化速度快。
② 在某细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子，短时间内分离出细胞
的ATP，发现其含量变化不大。部分ATP的末端P已带上放射性标记。
ATP与ADP的转化处于动态平衡。ATP的水解和生成速度快
1. 从①可得出什么结论？
2. 从②可得出什么结论？
讨论：
p
p
p
p
p
能量
Pi
能量
Pi
合成
水解
ATP与ADP相互转化示意图
二、ATP与ADP可以相互转化
1. 转化过程：
思考讨论：
1. ADP合成ATP的过程中，所需的能量来自哪里呢？
2. ATP与ADP相互转化过程是可逆的吗？为什么？
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
酶
有机物氧化分解
ATP合成：
二、ATP与ADP可以相互转化
2. 能量来源：
探究：ATP、ADP的相互转化过程是可逆的吗？
反应式 ATP ADP＋Pi＋能量 ADP＋Pi＋能量 ATP
场所 生物体的需能部位 细胞质基质、线粒体、叶绿体
物质变化 反应 反应
能量变化 能量 能量
能量来源
特点 时刻不停地发生，并且处于 之中 水解
吸收
合成
释放
细胞呼吸、光合作用
动态平衡
ATP
水解酶
注: ATP和ADP相互转化的过程应判断为不是可逆的，从两者相互转化的反应式来看“物质是可逆的，能量是不可逆的”因为(1)所需的酶种类不同；(2)能量的来源和去向不同。(3)反应发生的场所不同；
ATP
合成酶
①时刻不停地发生且处于动态平衡之中
②ATP与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
③ATP与ADP相互转化过程中，物质可逆，能量不可逆，催化的酶
不同，反应场所不同，因此，不是可逆反应。
二、ATP与ADP可以相互转化
3. ATP与ADP相互转化的特点
p
p
p
p
p
能量
Pi
能量
Pi
合成
水解
ATP与ADP相互转化示意图
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）
电鳐
用于大脑思考（电能）
用于肌细胞收缩（机械能）
用于合成代谢、
胞吞和胞吐、
吸收和分泌
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
三、ATP的利用
原理： 物质从ATP获得磷酸基团的过程称为磷酸化，是获能的过程；磷酸化后的蛋白质空间结构发生改变，活性也被改变，因而可以参与各种化学反应。
ATP
ADP
水解
合成
吸能反应等
放能反应等
能量
能量
①吸能反应一般与 的反应相联系，由ATP水解提供能量。
②放能反应一般与 相联系，释放的能量储存在ATP中。
③能量通过 在吸能反应和放能反应之间流通。
ATP水解
ATP的合成
ATP分子
三、ATP是细胞内流通的能量“货币”
×
×
×
(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) 细胞内储存有大量的ATP，为生命活动提供能量（ ）
(5)吸能反应伴随着ATP的合成，放能反应伴随着ATP的水解(　　)
随堂检测
(6)人在饥饿时，细胞中的ATP与ADP的含量难以达到动态平衡(　　)
×
×
1. 下列哪些生理活动不会导致细胞内ADP增加的是（ 　）
A. 小肠吸收K+和Na+ B. 肾小管对葡萄糖的吸收
C. 甘油进入小肠 D. 核糖体合成蛋白质
2. 腺苷三磷酸的分子简式为（ ）
A．A－P－P－P B．A－P－P～P
C．A－P～P～P D．A～P～P～P
3. 下列关于ATP的叙述，不正确的是（ ）
A. 组成ATP的元素有C、H、O、N、P
B. ATP水解供能时生成一个腺苷和三个磷酸
C. 形成ATP时能量可来自光能和化学能
D. 分解ATP时产生的能量可转化为光能和化学能
C
C
B
随堂检测
4.下图为ATP的结构示意图、ATP与ADP相互转化的反应式，有关叙述不正确的是(　　)
A. 图1中的a代表腺苷，b、c为高能磷酸键
B. 图2中反应向右进行时，图1中的c键断裂并释放能量
C. ATP与ADP快速转化依赖于酶的催化作用具有高效性
D. 酶1和酶2催化作用的机理是降低化学反应的活化能
随堂检测
A
5.如图“○”中所对应的含义最接近的是（ ）
A．①和⑥ B．⑤和⑥ C．②和③ D．③和④
随堂检测
B
小结

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