资源简介

(共27张PPT)
第2节　细胞的能量“货币”ATP
问题探讨
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.萤火虫发光的过程有能量的转换吗？
相互传递信号，以便繁衍后代。
尾部的发光细胞内含有的荧光素是其特有的发光物质。
有。尾部细胞内的一些有机物中储存的化学能，只有在转变成光能时，萤火虫才能发光。
银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。 天阶夜色凉如水，卧看牵牛织女星。
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？
ATP是直接的能源物质
萤火虫发光的直接能源物质是什么？
【作出假设】
【提出问题】
【实验设计】
萤火虫发光器实验
1.本实验的自变量是什么？
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？
用小刀将数十只萤火虫的发光器割下,干燥后研磨成粉末,取四等份分别装入四支试管,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……
分组探讨实验流程，实验结果，实验结论等。
实验探究
1、自变量是加入的能源物质种类，分别为蒸馏水、葡萄糖溶液、脂肪溶液、ATP 溶液。
2、等到荧光消失后再加入待测能源物质，是为了消耗尽发光器中原本储存的 ATP 等能源物质，排除原有能源物质对实验结果的干扰，确保实验结果是由加入的待测能源物质引起的。
3、实验结果显示，只有加入 ATP 溶液的试管出现荧光，而加入蒸馏水、葡萄糖溶液、脂肪溶液的试管都没有荧光。这说明 ATP 是直接供能物质，而葡萄糖、脂肪等不能直接为萤火虫发光器的发光过程提供能量，需要先转化为 ATP 等直接能源物质才能供能。
有机物中的化学能
ATP中的化学能
耗能的生命活动
细胞中流通的能量“货币”
腺苷（A）
磷酸基团（P）
ATP是一种高能磷酸化合物
1. 组成元素:
C、H、O、N、P
2. ATP的全称是什么
腺苷三磷酸
P
4. ATP的结构简式:
A－P～P～P
A:
P:
～:
—:
腺苷
磷酸基团
普通的化学键
特殊的化学键
腺苷（A）
ATP（腺苷三磷酸）
ADP（腺苷二磷酸）
AMP（腺嘌呤核糖核苷酸(AMP，RNA的组成单位) ）
高能磷酸化合物
核糖
A
P
~
P
P
~
A-P～P ～P
ATP
….A T G C ….
….T A C G ….
….A U G C ….
“A”含义
腺苷
(由腺嘌呤和核糖组成)
腺嘌呤
腺嘌呤脱氧核苷酸
腺嘌呤核糖核苷酸
ATP和ADP的相互转化
ATP
ADP
ATP合成
ATP水解
ATP与ADP相互转化示意图
合成酶
Pi
能量
水解酶
Pi
能量
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
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
资料分析
ATP
消耗量大
ATP
含量很少
矛盾
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，但部分 ATP的末端 P已带上放射性标记。
3
ATP
不断在合成
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
4
ATP合成和水解都非常迅速
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
合成酶
糖类、脂肪等有机物氧化分解
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的供能方式
ATP水解与ATP合成的比较：
反 应
反应类型
酶的类型
场　　所
能量来源
能量去向
水解反应
合成反应
水解酶
合成酶
活细胞所有部位
线粒体、叶绿体、细胞质基质等
特殊的化学键
有机物中的化学能、光能
用于各项生命活动
储存于特殊的化学键中
ATP的水解：
ATP ADP+ P i+能量
水解酶
ATP的合成：
合成酶
ADP + Pi +能量 ATP
ATP与ADP的相互转化过程是可逆反应吗？
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。
物质可逆，但能量不可逆
水解
合成
吸能反应
放能反应
能量
能量
ATP是细胞内流通的能量“货币”
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
ADP
ATP
葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生 CO 和 H O，释放大量能量，合成大量 ATP（1 分子葡萄糖约合成 30-32 个 ATP）
有氧呼吸（主要途径）
ATP 的合成途径：细胞呼吸途径（所有细胞共有的合成方式）
无氧呼吸（应急途径）
有机物不彻底分解（如产生乳酸、酒精），释放少量能量，合成少量 ATP（1 分子葡萄糖约合成 2 个 ATP）
光能被叶绿素吸收，转化为化学能，将 ADP 和 Pi 合成 ATP（光能→ATP 中活跃化学能）
ATP 的合成途径:光合作用途径（绿色植物特有的合成方式）
仅在光照条件下进行，合成的 ATP 仅用于光合作用暗反应（C 的还原），不用于其他生命活动
不同细胞的 ATP 合成差异
细胞类型 ATP 合成途径 能量来源 典型例子
动物肌肉细胞 有氧呼吸（主要）、无氧呼吸 葡萄糖、肌糖原 运动员冲刺时的能量供应
植物叶肉细胞 有氧呼吸、光合作用 葡萄糖、光能 白天同时进行两种途径
乳酸菌 无氧呼吸（乳酸发酵） 葡萄糖 酸奶制作中的能量代谢
动物成熟红细胞 无氧呼吸（糖酵解） 葡萄糖 运输 O 时的能量供应
1、主动运输（物质跨膜运输的能量需求）
ATP的功能应用场景
2.细胞内的物质合成（生物大分子合成）
蛋白质合成：氨基酸脱水缩合形成肽链，核糖体移动、肽键形成均需 ATP 供能
核酸合成：核苷酸聚合形成 DNA 或 RNA，磷酸二酯键的连接需 ATP 供能
多糖合成：葡萄糖合成淀粉（植物）、糖原（动物），糖苷键的形成需 ATP 供能
3.细胞的运动与形态变化
肌肉收缩：肌动蛋白与肌球蛋白的相对滑动，依赖 ATP 供能（如骨骼肌收缩、心肌跳动）
细胞分裂：纺锤丝牵引染色体移动、细胞质分裂，均需 ATP 供能
细胞迁移：变形虫运动、白细胞吞噬细菌，依赖细胞骨架的运动，需 ATP 供能
ATP的功能应用场景
肌肉收缩
运动蛋白
蛋白质发生移动
ATP
A
B
C
+
ATP
物质合成
反应物
生成物
4.其他生命活动
神经冲动传递：神经递质的释放（胞吐）需 ATP 供能，确保信号在神经元间传递
ATP的功能应用场景
大脑思考
电鳐发电
常见误区纠正
误区 1：“糖类、脂肪是细胞生命活动的直接供能物质”
纠正：糖类、脂肪是 “间接供能物质”，需通过细胞呼吸分解为 ATP 后，才能为生命活动供能
证据：无细胞体系实验中，仅加入葡萄糖不能驱动肌肉收缩，加入 ATP 可立即驱动
误区 2：“ATP 是细胞内唯一的能源物质”
纠正：ATP 是 “唯一的直接供能物质”，但不是唯一的能源物质（糖类、脂肪、蛋白质都是能源物质，属于间接供能物质）
区分：能源物质≠直接供能物质，所有能源物质最终都需转化为 ATP 才能直接被利用
误区 3：“ATP 水解释放的能量只能用于生命活动，不能储存”
纠正：ATP 水解释放的能量可直接用于生命活动，也可用于合成其他高能化合物
组成元素：
结构简式：
ATP的功能：
细胞生命活动的直接供能物质
ATP
C、H、O、N、P
ATP与ADP的相互转化：
A–P～P～P
ATP
ATP水解酶
ATP合成酶
ADP
+
Pi
+
能量
中文名称：
三磷酸腺苷
本课小结
1、下列关于 ATP 分子结构的叙述，错误的是（ ）
A. ATP 分子中含有腺嘌呤、核糖和磷酸基团
B. ATP 分子中远离腺苷的高能磷酸键更容易断裂
C. ATP 分子中含有 3 个高能磷酸键
D. ATP 的结构简式可表示为 A-P~P~P
2、细胞内 ATP 与 ADP 相互转化的过程中，下列说法正确的是（ ）
A. 该过程不需要酶的催化
B. ATP 水解时释放的能量可用于主动运输
C. ADP 转化为 ATP 的过程只能发生在叶绿体中
D. ATP 与 ADP 的相互转化是可逆反应
C
课堂练习
B
3、某细胞在缺氧条件下进行代谢活动，该过程中产生 ATP 的场所是（ ）
A. 细胞质基质
B. 线粒体基质
C. 线粒体内膜
D. 叶绿体类囊体薄膜
4、下列生理过程中，不需要消耗 ATP 的是（ ）
A. 小肠上皮细胞吸收葡萄糖
B. 神经递质由突触前膜释放
C. 水分子通过自由扩散进入细胞
D. 胰岛 B 细胞分泌胰岛素
A
C
5、某生物兴趣小组为探究 ATP 是否能直接为生命活动供能，设计了如下实验：
实验材料：新鲜的骨骼肌标本、ATP 溶液、生理盐水、电极、电流表等（骨骼肌受刺激后会收缩，收缩过程需要能量）。
实验步骤：
① 将新鲜的骨骼肌标本分为两组，甲组加入适量 ATP 溶液，乙组加入等量生理盐水。
② 用电极分别刺激两组骨骼肌标本，观察骨骼肌是否收缩，并记录收缩时间。
实验结果：甲组骨骼肌收缩明显，收缩时间较长；乙组骨骼肌收缩微弱，收缩时间较短。
（1）是否加入 ATP 溶液；骨骼肌的收缩情况（收缩是否明显、收缩时间长短）
解析：实验中人为改变的变量是自变量（是否加入 ATP），随自变量变化而变化的变量是因变量（骨骼肌收缩状态）。
（2）不能完全证明。理由：该实验只能说明 ATP 能为骨骼肌收缩供能，但未排除其他物质（如生理盐水或骨骼肌自身残留的能量物质）是否能直接供能，且未与其他能源物质（如葡萄糖）进行对比，无法确定 ATP 是 “直接” 能源物质。
（3）补充对照组：设置丙组，加入等量葡萄糖溶液，其他条件与甲、乙两组相同，观察骨骼肌收缩情况。理由：通过与葡萄糖组对比，若葡萄糖组收缩效果远弱于 ATP 组，可进一步证明 ATP 能直接供能，而葡萄糖需要先转化为 ATP 才能供能，从而更有力地说明 ATP 是直接能源物质。
请根据实验结果回答问题：
（1）该实验的自变量是______，因变量是______。
（2）该实验能否证明 ATP 是细胞生命活动的直接能源物质？为什么？
（3）若要进一步完善该实验，还需要补充什么操作？请简要说明。

展开更多......

收起↑