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第五章 细胞的能量供应和利用
第5.2节
细胞的能量“货币”——ATP
课堂导入
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？
相互传递信号，以便繁衍后代。
有。荧光素。
有。化学能转变为光能。
　　荧光素+能量+O2 氧化荧光素+H2O
荧光素酶
发出荧光
发光的化学反应式为：
资料
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。
课堂导入
科学家运用这一原理，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”、“荧光烟草”。
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
萤火虫的发光原理
糖类是细胞中主要的能源物质
脂肪是细胞中良好的储能物质
问题：细胞内哪些物质有可能为萤火虫发光提供能量呢？
【提出问题】：
是谁直接给萤火虫发光提供能量呢？是葡萄糖，脂肪，还是其他物质？
萤火虫发光器实验
加入2ml
物质A溶液
加入2ml
物质A溶液
加入2ml
物质A溶液
萤火虫发光器实验
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？
本节目标
01
ATP是一种高能磷酸化合物
ATP与ADP可以相互转化
02
03
ATP的利用
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1. ATP的功能
ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
2. ATP的结构
（1）ATP的分子组成：
腺嘌呤A
ATP的元素组成：C、H、O、N、P 元素组成相同的还有什么？
P
P
P
腺嘌呤
~
~
①
②
③
④
- - -
①
腺苷
腺嘌呤核糖核苷酸
腺苷一磷酸
（AMP）
②
RNA的组成单位
腺苷二磷酸（ADP）
③
- - -
腺苷三磷酸（ATP）
④
结构简式：
ATP的结构及ATP与RNA的关系
特殊的化学键
核糖
3.ATP的供能原理
两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等
ATP中特殊化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，即具有较高的转移势能
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水解是一个释放能量的过程
1molATP水解释放的能量高达30.54kJ
ATP是一种高能磷酸化合物
活跃的化学能
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
二、ATP和ADP可以相互转化
ATP合成和水解都非常迅速
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
能量
A-P～P～P
(ATP)
A-P～P
(ADP)
能量
ATP
酶II
酶I
Pi
ADP + Pi
+能量
酶
Pi
酶
1、转化过程
反应是可逆的吗？
不是可逆反应：
（1）反应条件不同；（2）能量来源和去路不同；
（3）反应场所不同。
讨论1：在剧烈运动与静止状态时，ATP与ADP的转化有什么不同？
讨论2：如果ATP与ADP的转化出现障碍，后果是什么？
对细胞的正常生活来说，ATP和ADP的转化是时刻不停地发生且处于动态平衡的。
3．相互转化特点
a.生物体内ATP转化的总量很大。
b.为了高效的利用ATP，细胞中的ATP形成后很快就会被分解利用，所以细胞中ATP的含量并不多。
c.ATP与ADP的相互转化十分迅速，处于动态平衡之中。
d.所有生物细胞内发生，体现生物界的统一性
ADP转化成ATP时所需能量的主要来源
动物、人、真菌及
大多数细菌等
绿色植物
能 量
呼
吸
作
用
呼
吸
作
用
光
合
作
用
ADP +Pi+
ATP
ATP合成酶
糖类、脂肪等有机物氧化分解
ATP的合成 ATP的水解
反应式
所需酶
能量来源
能量去路
反应场所
ATP合成酶
ATP水解酶
光能（光合作用）、
化学能（细胞呼吸）
储存在特殊化学键
中的能量
储存于形成的特殊化学键中
用于各项生命活动
细胞质基质、线粒体、
叶绿体
生物体的需能部位
ADP＋Pi＋能量 ATP
酶
ATP ADP＋Pi＋能量
酶
ATP与ADP相互转化的比较
三、ATP的利用—绝大部分细胞生命活动
大脑思考
生物发光
肌肉收缩
物质合成
主动运输
ATP的供能方式
1.钙离子运输方向？ 2.Ca2+载体蛋白另一身份？什么时候启动？
3.Pi结合后什么改变？
ATP水解释放的 使 等分子 化。这些分子被 后，发生 变化， 也被改变，因而可以参与各种 。
磷酸基团
磷酸
蛋白质
空间结构
活性
化学反应
磷酸化
吸能反应放能反应ATP的水解ATP的合成化学反应（释放能量）（吸收能量）（所吸收的能量由ATP水解提供）（所释放的能量储存在ATP中）能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通，所以ATP被喻为细胞内流通的能量“通货”例如：葡萄糖氧化分解例如：蛋白质合成问题：细胞为什么不直接利用葡萄糖等有机物中的能量， 而是要将能量转移至ATP中再利用？
1 mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放能量2870kJ
1 mol ATP水解可以释放能量30.54kJ。
对ATP认识上的易错点
ATP的功能
：是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
生物体内的能源物质总结
(1)能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP。
(2)主要能源物质：糖类。
(3)储能物质：脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。
(4)主要储能物质：脂肪。
(5)直接能源物质：ATP。
(6)最终能量来源：太阳能。
课堂小结
课堂精练
判断题
（1）ATP是高能磷酸化合物，含有3个特殊化学键（ ）
（2）细胞中的生命活动所需要的能量都是由ATP直接提供的（ ）
（3）1个ATP分子由1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成 （ ）
（4）细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性
（ ）
（5）活细胞内ATP与ADP的转化只能单向进行（ ）
√
×
×
×
×
ATP、DNA、RNA、核苷酸结构中“A”的含义
1、如图是生命活动的直接能源物质ATP的结构式，其中能作为RNA基本单位的是（　　　）
A. ①　　　　B. ②　　　　C. ③　　　　D. ④
B
应用探究
　　2、下列对ATP水解与合成的叙述，错误的是（　　　）　
　　A. ATP与ADP相互快速转化依赖酶的高效性
　　B. 细胞分裂时ATP水解和合成都加快
　　C. ATP是生命活动的直接能源物质，但它在细胞中的含量很少，
ATP与ADP时刻不停地进行相互转化
　　D. 加入呼吸抑制剂可使细胞中ADP生成减少，ATP生成增加
　　E. ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应
　　F. 磷酸是光反应中合成ATP所需的反应物
D
应用探究
5、人的骨骼肌细胞中，ATP的含量仅够剧烈运动时3秒钟以内的能量供给。某运动员参加短跑比赛过程中肌细胞中ATP的含量变化如下图。据图完成问题：
（1）a～b的变化过程，说
明ATP被水解，释放的能量
用于 。
（2）b～c过程中ATP含量
增加说明 加
强，释放更多 ，
供ADP形成ATP，以补充细
胞中ATP含量的不足。
（3）从整个曲线来看，肌细胞中ATP的含量不会降低为零，
说明 。
肌肉收缩
呼吸作用
能量
细胞中ATP有一定的储存
0
3
t（秒）
a
b
ATP的相对含量
c

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