资源简介

细胞的能量“货币”ATP
一、教材内容、地位
《细胞的能量“通货”——ATP》是高中生物（新课标人教版）必修一《分子与细胞》第5章《细胞的能量供应和利用》中第2小节的内容。本节内容主要介绍ATP的分子组成和结构特点、ATP与ADP的相互转化以及ATP在细胞生命活动中的作用3个方面的内容。本节教学内容相对较少，但是各部分内容的联系与渗透十分典型，需要综合理解与应用。同时，该节内容在《细胞能量供应和利用》一章中的承接作用相当明显，学习好本节内容，有助于帮助学生更好掌握后面包括细胞呼吸、光合作用等知识。
二、学情分析
通过《组成细胞的分子》一章的学习，学生对能源物质与能量有了进一步的理解，也为学习ATP这一细胞的直接供能物质奠定了基础。但是ATP与ADP作为两种看不见摸不着的物质，又是学生新接触的两个概念，学生掌握起来是有一定的难度，因此应该侧重对此两种物质化学组成简式的分析与解释。此外，学生通过物理、化学两学科的学习，已经具备了能量转化的知识，将其转移应用到对ATP与ADP的相互转化上，来认识细胞内的能量转化，是有帮助作用的。
三、教学目标
1.简述ATP的化学组成和特点。
2.根据ATP与ADP的相互转化解释ATP在细胞生命活动中的作用。
3.解释ATP在能量代谢中的作用。
四、教学重难点
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的相互转化，解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
五、教学准备
教学课件（主要内容为ATP的化学组成式、ATP与ADP的相互转化关系）
六、教学流程
教学过程 教师组织与引导 学生活动 设计意图
情境创设，导入新课 【视频播放】唐代诗人杜牧《秋夕》体会诗中流萤的情境。 体会情境，思考萤火虫体内什么物质会发光。 创设情境，激发学生的兴趣，设疑，导入新课。
【问题探讨】萤火虫尾部发光需要能量吗？如果需要，什么为萤火虫尾部细胞的发光直接提供能量呢？展示萤火虫发光实验。思考该实验说明了什么？【过渡】ATP为什么能直接为细胞的生命活动提供能量？ 观察思考，合作交流，得出结论。结论：ATP是生命活动直接的能源物质。 认同ATP确实存在。
理解ATP是一种高能磷酸化合物 【探究活动】ATP的结构展示ATP的结构式（完整化学结构）：腺嘌呤、核糖（组成腺苷）、磷酸基团。ATP中文名腺苷三磷酸，A代表腺苷；P代表磷酸基团；T代表三。ATP的结构简式A—P～P～P，其中— 代表普通的化学键（1个）；～代表特殊的化学键，即高能磷酸键（2个）。由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得这种化学键不稳定，容易断裂，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的转移势能。ATP在酶的作用下被水解，水解后生成的物质（ADP）相互排斥的磷酸基团减少，势能降低。减少的能量被脱离下来的磷酸基团携带着与其他分子结合而转移。因此，ATP水解是一个释放能量的过程。1mol ATP水解释放的能量高达30.54kJ。小结：ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物，是细胞生命活动的直接供能物质。 阅读教材86页第三段以及旁栏中的相关信息，回答问题。１.ATP的中文名？２.ATP中字母分别代表什么含义？３.ATP的结构简式？写出ATP的结构简式，说明各符号的含义，总结ATP分子的结构特点。[思考并分析ATP是一种高能磷酸化合物的原因。 通过介绍ATP的结构简式，理解ATP的化学组成及结构特点。理解ATP分子内部会储存能量，认同ATP是一种高能磷酸化合物。
ATP与ADP的相互转化 【探究活动】ATP的水解ATP在酶的催化下水解，释放出大量能量，同时还生成了ADP（二磷酸腺苷）和游离的Pi。尝试写出ATP水解的方程式。思考：（1）ATP中哪个高能磷酸键容易断裂？（2）葡萄糖为什么不能直接为细胞供能，而ATP却可以？ATP中含有2个储存能量的高能磷酸键，又由于高能磷酸键的不稳定，决定了ATP可以成为细胞内能量的货币。【过渡】生物体的生命活动在不断消耗能量，意味着ATP在不断的水解。提供资料：资料1：成人体内ATP的总量2-10mg，在安静的状态下一天消耗的ATP为40kg，在活动的状态下，ATP的消耗可达0.5kg/min。资料2：在安静的状态时，肌肉内ATP所释放的能量只能维持肌肉收缩1-2s。思考：（1）ATP在细胞的含量多吗？（2）生物体如何补充生命活动所需要的大量的ATP呢？【探究活动】ATP的合成（1）联系ATP的水解，引导学生思考利用什么材料来合成ATP （2）ATP合成所需的能量来自何处？提供资料：（1）医生通常给术后不能进食的病人注射葡萄糖生理盐水补充能量。（2）人们的主食米饭、面食的主要成分是淀粉，（3）植物在光照条件下，叶绿体能合成ATP，也能制造糖类；在无光条件下，叶绿体不能合成ATP，也不能制造糖类。根据以上信息，引导学生尝试写出ATP合成的化学方程式。ADP在酶的催化作用下，可以接受能量，并与一个游离的Pi的结合，合成ATP。因此，ATP和ADP可以相互转化。ATP和ADP相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，ATP和ADP相互转化的速率越快，单位时间供能越多。ATP和ADP相互转化的能量供应机制普遍存在，体现了生物界的统一性。【过渡】ATP水解产生的能量对生物体的生命活动有什么作用呢？ 掌握ATP→ADP+Pi+能量思考回答问题得出结论：ATP的存量有限，但是消耗量大。进一步思考，得出ATP在分解的同时，还在源源不断的合成。掌握ADP+Pi+能量→ATP了解ADP转化为ATP的能量来源:对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，ATP合成所需的能量来自于细胞呼吸；对于绿色植物来说，ATP合成所需的能量来自细胞呼吸和光合作用。 形成结构决定功能的生命观念。利用多媒体演示，将抽象的ATP与ADP间的关系形象化认同ATP和ADP可以快速相互转化，ATP也不会在体内大量储存而导致浪费。培养科学思维能力。
ATP的利用 衔接：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，那么细胞中哪些生命活动需要ATP水解提供能量呢？展示：主动运输、生物发电发光、肌肉收缩、大脑思考、物质合成等生命活动需要能量。提出关于细胞内吸能反应、放能反应与ATP水解和ATP合成的关系：吸能反应一般与ATP水解相联系，由ATP水解提供能量；放能反应一般与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中，用来为吸能反应直接供能。从而实现能量的循环。（验证ATP的“通货”作用）ATP的合成与分解是否可逆？ATP物质可逆，能量不可逆。 阅读教材，联系生活实际，列举ATP的利用。得出结论：ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 认识生命的复杂性。认同ATP水解与合成的同时，伴随着能量的变化，形成物质观和能量观。
通过“通货”比喻教学，进一步加强学生对ATP的认识：存折（对应）细胞中的糖类、蛋白质等大分子能量物质；流通货币（对应）ATP 理解细胞能量的“稳定储存”与“灵活利用” 生活实例加深学生知识识记
课堂总结 以思维导图的方式进行总结评价反馈：课本练习，教师检查讲评 完成练习 总结教学重点，加强学生记忆
板书设计
第2节 细胞的能量“货币”ATP
1.ATP分子结构特点
ATP（腺苷三磷酸）
结构简式A—P～P～P（细胞内的高能磷酸化合物）
ATP与ADP相互转化
3.ATP的形成途径
呼吸作用和光合作用
4.ATP的利用
八、课后拓展
1.其他高能磷酸化合物
在动物和人体细胞（特别是肌细胞）内，除了ATP外，其他的高能磷酸化合物还有磷酸肌酸（可用C～P代表）。磷酸肌酸的结构式是：
当动物和人体细胞由于能量的大量消耗而使细胞内的ATP含量过分减少时，在有关酶的催化作用下磷酸肌酸中的磷酸基团连同能量一起转移给ADP，从而生成ATP和肌酸（可用C代表）；当ATP含量比较多时，在有关酶的催化作用下，ATP可以将磷酸基团连同能量一起转移给肌酸，使肌酸转变成磷酸肌酸。
对于动物和人体细胞来说，磷酸肌酸只是能量的一种储存形式，而不能直接被利用。由此可见，对于动物和人体细胞来说，磷酸肌酸在能量释放、转移和利用之间起着缓冲的作用，从而使细胞内ATP的含量能够保持相对的稳定，ATP系统的动态平衡得以维持。
2.萤火虫发光的原理和意义
萤火虫不论雄性的还是雌性的，夏秋的夜晚都会一闪一闪地发光。雄虫比雌虫的个体小一些，但发出的闪光却亮一些。萤火虫发出的闪光，主要是求偶的信号，用来吸引异性前来交尾。萤火虫有许多种，如平家萤火虫、姬萤火虫等。不同种类的萤火虫会发出各自特定的闪光信号。雌虫看到飞舞着的同种雄虫发出的闪光信号后，就会以特定的闪光信号回应。雄虫的每一组闪光信号是由几个节奏组成的，每个节奏都包括闪光的次数、闪光的频率和每次闪光的时间，这些都是雌虫能够识别的。如果雌虫顺利地回应了闪光信号，则雄虫就会前来交尾，以繁衍后代。有的科学家准确分析出某种雄性萤火虫的闪光规律后，用手电筒模拟这种闪光信号，竟然发现同种的雌虫会迎光而来。
有趣的是，雌虫看到其他种类雄虫的闪光信号后，有时竟能发出该种雌虫的闪光信号，这种闪光信号具有欺骗性，能使该种雄虫误以为可以前去交尾而被雌虫吃掉。雌虫的这一特性，可以使自己获得丰富的营养。这种现象被科学家戏称为“死亡拥抱”。此外，萤火虫发出的荧光还具有一定的警戒作用和照明作用。
萤火虫的发光器官位于腹部后端的下方，该处具有发光细胞。发光细胞的周围有许多微细的气管，发光细胞内有荧光素和荧光素酶。荧光素接受ATP提供的能量后就被激活。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。顺便说到，荧光是一种冷光，其发光效率可高达98％左右，而热光则发光效率低得多，如太阳的发光效率只有35％左右。
九、教学反思
本次教学的核心目标是让学生理解ATP（腺苷三磷酸）作为细胞能量货币的角色，掌握ATP的结构、合成与分解过程，以及其在生命活动中的应用。通过课堂讲解、动画演示、小组讨论和实验观察等多种教学手段，大部分学生能够较好地掌握这些知识点，表现出对ATP在细胞能量转换中关键作用的深刻理解。然而，仍有少数学生在ATP具体合成途径的理解上存在困惑，这提示我在后续教学中需要加强对这部分内容的细化和强化。部分学生对ATP合成与分解的分子机制感到抽象难懂，反映出我在讲解时可能过于追求内容的全面性而忽视了学生的接受能力。未来教学中，我将尝试采用更多生活化比喻和分层次讲解策略，逐步引导学生深入理解复杂机制。

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