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第2节 细胞的能量“货币”ATP
人教版 必修1
通过分析ATP和ADP的相互转化，建立“细胞内物质与能量变化统一”的观念，认识生命活动的物质和能量基础。
运用归纳与概括的方法，分析实验现象，总结ATP作为直接能源物质的证据。
针对“哪些物质能为萤火虫发光直接供能”的问题，尝试设计实验方案，学会控制变量、观察现象并分析结果。
从萤火虫发光原理的应用延伸，体会科学技术对社会发展的推动作用，激发探索生命科学、服务社会的责任感。
问题探讨
“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。”让我们重温唐代诗人杜牧这情景交融的诗句，想象夜空中与星光媲美的点点流萤，思考有关的生物学问题。
萤火虫发光的生物学意义主要是相互传递信号，以便繁衍后代。
“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。”让我们重温唐代诗人杜牧这情景交融的诗句，想象夜空中与星光媲美的点点流萤，思考有关的生物学问题。
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？
萤火虫腹部后端细胞内的荧光素，是其特有的发光物质。
萤火虫腹部细胞内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。
问题探讨
萤火虫的发光原理
荧光素
荧光
激活的荧光素
氧化荧光素
能量
荧光素酶
+氧气
发出
？
问题：细胞内哪些物质有可能为萤火虫发光直接提供能量呢？
细胞良好的储能物质——
细胞生命活动所需要的主要能源物质——
为主动运输提供能量——
葡萄糖
脂肪
ATP
问题探讨
DISCUSSION
【实验】探究生命活动的直接能源物质
1.实验材料
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。
2.实验原理
【基本原理】
荧光素 + 能量 + O2
荧光素酶
氧化荧光素
（发出荧光）
3.实验变量
【自变量】
【因变量】
【无关变量】
添加的物质
是否发光
温度等
葡萄糖
脂肪
ATP
问题探讨
DISCUSSION
黑暗环境
为什么要等到荧光消失后再加入待测的能源物质？
消耗自身原本存在的能提供能量的物质，防止自身的能源物质对结果造成干扰。
1
2
3
4
加入等量发光器粉末，放置一段时间直至荧光消失
2mL
蒸馏水
2mL
脂肪
2mL
葡萄糖
2mL
ATP
【实验】探究生命活动的直接能源物质
问题探讨
实验结论
葡萄糖、脂肪不能为萤火虫的发光器直接供能，ATP能为萤火虫的发光器直接供能。
【实验】探究生命活动的直接能源物质
问题探讨
纯净的ATP是白色粉末状，能够溶于水，可作为一种药品，ATP片剂可以口服，而ATP注射液可以肌肉注射或静脉滴注。
适用症
用于进行性肌肉萎缩、脑出血后遗症、心肌疾患及肝炎等的辅助治疗
小资料
糖类、脂肪等有机物
有大量的能量，
但不能被直接利用
能量能被直接利用
≈
用于各项生命活动
“能量通货”
≈
ATP
ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
“ATP的结构与功能之间有什么关系？为什么ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物？”请同学们阅读课本86页回答下列问题。
ATP的中文名称是什么？
ATP的结构简式如何书写？
ATP的元素有哪些？
ATP的能量储存在哪里？
ATP简式中A、P、～代表什么？
ATP的结构
1.ATP的结构
P
P
P
A
（1）中文名称：腺苷三磷酸
（2）组成部分：腺嘌呤、核糖、磷酸基团
（3）元素组成：C、H、O、N、P
（4）结构简式：A—P～P～P
A: 腺苷
P：磷酸基团
—：普通化学键
～：特殊化学键
高能磷酸键
~
~
腺嘌呤
核糖
腺苷(A)
磷酸基团（Pi）
P
P
P
相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥，使得~这种特殊的化学键很不稳定，末端磷酸基团具有较高的转移势能。
一般水解时释放能量20.92kJ/mol以上的化合物叫作高能化合物。ATP水解的过程就是释放能量的过程，1molATP水解能量高达30.54KJ。所以说ATP是高能磷酸化合物。
为什么说ATP是一种高能磷酸化合物？
腺嘌呤
核糖
P
P
P
~
~
腺苷三磷酸 （ATP） A- P~P~P
腺嘌呤核糖核苷酸 (AMP）
腺苷二磷酸 （ADP）
腺苷（A)
AMP是RNA组成单位之一
ATP并不是细胞内唯一的高能磷酸化合物，高能磷酸化合物在生物体内有很多种，如存在于细胞内的UTP、GTP、CTP及动物体内的磷酸肌酸。
2.ATP与核苷酸的比较
人体在剧烈运动状态下，每分钟约有0.5kg的ATP分解释放能量，供运动所需。在安静的状态下，24h内竟有40kg的ATP被水解。
经测定，人体细胞中ATP和ADP的总量极少。仅能满足在他安静状态时，供肌肉收缩1~2s所需的能量。
ATP在细胞内快速转化
思考：人体内通过何种途径解决如下矛盾？
ATP AND ADP CAN BE MUTUALLY TRANSFORMED
A–P～P～P
(ATP)
水解酶
A–P～P +Pi
(ADP)
+
能量
腺苷二磷酸
腺苷三磷酸
～P
不稳定,易断裂,也易形成
ATP和ADP的相互转化
1.ATP转化成ADP的过程
ADP + Pi
合成酶
ATP
+
能量
动物和人、真菌和大多数细菌
绿色植物
呼吸作用
呼吸作用
光合作用
2.ADP转化成ATP的过程
ATP的水解：放能反应
远离腺苷(A)的高能磷酸键水解
需能的各种生命活动
细胞需能处
来源：
去向：
场所：
①光合作用（光能）—绿色植物等
②细胞呼吸（有机物中化学能）
合成ATP，储存于高能磷酸键
细胞溶胶、线粒体、叶绿体
ATP的合成：吸能反应
来源：
去向：
场所：
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，如大脑思考、电鳐发电设物质的主动运输都需要消耗ATP。
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
你能补充其他ATP利用的实例子吗？
ATP的利用
ATP水解释放的能量是如何用于上述各种生命活动的呢？
ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，这在细胞中是常见的。这些分子被磷酸化后，空间结构发生变化，活性也被改变，因而可以参与各种化学反应。
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
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
B
D
一、概念检测
3.ATP是细胞生命活动的直接能源物质，下面关于 ATP 的叙述，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
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.加人蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率
C
二、拓展应用
1、就细胞中的吸能反应和放能反应各举出一个实例，并说明这些实例分别与ATP和ADP的相互转化有什么关系。
吸能反应：如葡萄糖和果糖合成蔗糖的反应需要消耗能量，是吸能反应，这一反应所需要的能量是由 ATP水解为 ADP 时释放能量来提供的。
放能反应：如丙酮酸的氧化分解能够释放能量，是放能反应。这一反应所释放的能量除以热能形式散失外，还用于ADP 转化为ATP 的反应，储存在 ATP 中。
2、同样是能源物质，ATP 与葡萄糖具有不同的特点。请你概括出 ATP 具有哪些特点。
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分子中所含的是活跃的化学能，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。
3、在植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都是以ATP作为能量“货币”的，这是否也说明生物界的统一性 这对你理解生物的进化有什么启示
植物、动物、细菌和真菌等生物的细胞内都具有能量“货币”
——ATP，这可以从一个侧面说明生物界具有统一性，也反映种类繁多的生物有着共同起源。
ATP
ATP水解酶
ADP + Pi +
能量
ATP合成酶
ATP
脱水
合成
水解
放能反应所释放的能量用于ATP的合成
ATP水解所产生的能量用于吸能反应和各种生命活动
特点：
周转速率快、动态平衡
ADP＋pi

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