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(共52张PPT)
第5章　细胞的能量供应和利用
第2节　细胞的能量“货币”ATP
课时目标 1．结合物质与能量观，理解ATP在细胞中的作用。(生命观念)
2．分析比较不同生物合成ATP的能量来源。(科学思维)
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1．中文名称：_______________。
2．分子结构：ATP分子的结构可以简写为________________，其中A代表______，P代表___________，～代表______________________。
3．结构特点：______磷酸基团具有较高的____________。
4．作用：驱动细胞生命活动的______能源物质。
腺苷三磷酸
A—P～P～P
腺苷
磷酸基团
一种特殊的化学键
末端
转移势能
直接
二、ATP与ADP可以相互转化
1．反应式
(1)ATP水解：_________________________________。
(2)ATP合成：_________________________________。
2．转化特点
(1)ATP与ADP的相互转化___________地发生并且处于___________之中。
(2)ATP和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_________。
时刻不停
动态平衡
统一性
3．ATP合成的能量来源
(1)绿色植物：______、呼吸作用所释放的能量。
(2)动物、人、真菌和大多数细菌：细胞进行____________时有机物分解所释放的能量。
光能
呼吸作用
三、ATP的利用
1．举例：大脑思考、电鳐发电、物质的主动运输等。
2．ATP为主动运输供能的机制
3．ATP是细胞内流通的能量“货币”
(1)化学反应中的能量变化与ATP的关系
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。
(2)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
◆基础速判(对的画“√”，错的画“×”)
1．ATP消耗量高但含量很少，是因为葡萄糖等也可以直接为生命活动提供能量。(　　　)
提示：葡萄糖不能直接提供能量。
2．体内ATP总量少，但消耗的却很多，是因为ATP和ADP可以快速转化。(　　　)
×
√
3．ATP是细胞内主要的能源物质。 (　　　)
提示：ATP是细胞内的直接能源物质，主要能源物质是葡萄糖。
4．ATP由1个腺嘌呤和3个磷酸基团构成。(　　　)
提示：ATP由1个腺苷和3个磷酸基团构成。
5．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。(　　　)
提示：ATP是高能磷酸化合物，含2个特殊化学键。
×
×
×
6．吸能反应伴随着ATP的合成，放能反应伴随着ATP的水解。 (　　　)
提示：吸能反应伴随着ATP的水解，放能反应伴随着ATP的合成。
7．载体蛋白磷酸化不会使其空间结构发生变化。(　　　)
提示：载体蛋白磷酸化会使其空间结构发生变化。
×
×
◆名师点睛
1．腺苷＝腺嘌呤＋核糖，腺苷＋磷酸基团＝腺嘌呤核糖核苷酸。
2．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(良好)、淀粉(植物)、糖原(动物)。
(4)直接能源物质：ATP。
(5)最终能量来源：太阳能。
3．常见的消耗能量与不消耗能量的生理过程
(1)消耗能量：主动运输、蛋白质合成、胞吞、胞吐、细胞分裂等。
(2)不消耗能量：自由扩散、协助扩散、气体交换等。
◆思维启迪
一个ATP分子中有几个磷酸基团，几个特殊化学键？
提示：3个磷酸基团，2个特殊化学键。
下图是ATP的结构式。
任务一__ATP的结构及特点
[问题探究]
1．图中①②③结构分别是什么？
答案：腺嘌呤、核糖、磷酸基团。
2．腺苷是由图中哪些结构组成的？(填序号)
答案：①②。
3．ATP分子去掉2个磷酸基团后的剩余部分是什么物质？
答案：腺嘌呤核糖核苷酸。
1．ATP分子的结构
2．ATP结构与功能的关系
(1)ATP的结构特点保证了细胞内有一个相对稳定的能量供应链。ATP中远离腺苷的特殊化学键容易水解和形成，可保证细胞内ATP含量的相对稳定和能量的持续供应。
(2)ATP为细胞内流通的能量“货币”，糖类、脂肪等能源物质中的能量需要转移到ATP分子中才能为生命活动供能；同时，ATP分子中的能量又可以转化为多种不同形式的能量。
3．生命活动的其他直接能源物质
ATP≠能量
ATP是一种高能磷酸化合物，能储存大量能量。
1．下图为ATP的结构示意图，其中甲、乙和丙表示构成ATP的小分子物质，a、b表示某种化学键。下列叙述错误的是 (　　)
A．甲表示磷酸基团
B．丙表示腺嘌呤
C．a、b表示特殊的化学键
D．乙表示脱氧核糖
D
解析：
图示为ATP的结构，甲为磷酸基团，乙为核糖，丙为腺嘌呤，a、b为特殊的化学键。故选D。
组成ATP的一、二、三个
2．下图为ATP分子的结构简式。下列相关叙述错误的是 (　　)
A．图中五碳糖为核糖
B．图中虚线框中的基团是腺苷
C．该分子中有2个特殊化学键
D．该分子水解掉2个磷酸基团后为核糖核苷酸
B
解析：
ATP中的“A”代表腺苷，由核糖和腺嘌呤组成，因此图中五碳糖为核糖，A正确；图中虚线框中的基团是腺嘌呤，B错误；ATP分子中有2个特殊化学键，C正确；ATP分子水解掉2个磷酸基团后，剩余的部分是腺嘌呤核糖核苷酸，D正确。
3．(2024·南宁高一统考期末)GTP的结构和性质与ATP相似，仅碱基A被G替代。蛋白质Arf需要与GTP结合才能被激活，从而发挥其运输功能。下列有关分析错误的是 (　　)
A．GTP中的字母“G”代表的是鸟嘌呤
B．GTP丢失2个Pi后可参与构成RNA
C．蛋白质Arf被激活可能需要GTP提供能量
D．蛋白质Arf被激活过程中其空间结构可能发生改变
A
解析：
GTP的结构和性质与ATP相似，仅碱基A被G替代，ATP中“A”表示腺苷，那么GTP中的字母“G”代表的是鸟苷，A错误；GTP丢失2个Pi后，表示鸟嘌呤核糖核苷酸，可参与构成RNA，B正确；ATP是生物体内的直接能源物质，GTP的结构和性质与ATP相似，也能为生物体生命活动提供能量，蛋白质Arf需要与GTP结合才能被激活，从而发挥其运输功能，故推测蛋白质Arf被激活可能需要GTP提供能量，C正确；结构决定功能，蛋白质Arf被激活过程中其空间结构可能发生改变，从而发挥其运输功能，D正确。
任务二__ATP与ADP的相互转化
下图为ATP与ADP相互转化的过程示意图。
[问题探究]
1．图中字母A、B代表的物质分别是________、________。
答案：Pi　ADP
2．在不同生物体内，能量1的来源相同吗？请举例说明。
答案：不相同。对于绿色植物来说，既可以来自光能，也可以来自呼吸作用所释放的能量；对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，均来自细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能量。
1．ATP与ADP相互转化的原因
2．ATP与ADP间的相互转化过程不可逆
综上所述，ATP和ADP相互转化的过程应理解为“物质是可逆的，能量是不可逆的”。
有关ATP与ADP相互转化的两点提醒
(1)ATP在体内的含量很少，但ATP与ADP在细胞内的转化十分迅速，使细胞内ATP含量保持相对稳定。
(2)ATP转化为ADP又称ATP的水解反应，这一过程需要酶的催化，同时也需要消耗水。
1．下图为ATP与ADP之间的转化图，下列分析错误的是 (　　)
A． A为ATP，B为ADP
B．能量1和能量2来源不同
C．酶1和酶2是同一种酶
D．C1和C2是同一种物质
C
解析：
在ATP水解酶的催化作用下，ATP分子中远离A的那个磷酸基团脱离形成磷酸，同时ATP中储存的能量释放出来，ATP转化成ADP; 在ATP合成酶的催化作用下，ADP可以接受能量，与磷酸结合形成ATP。分析图示可知，A为ATP，B为ADP，C1、C2都为磷酸。故选C。
2．(2024·柳州高一检测)ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。在短跑比赛中，运动员肌细胞中ATP的相对含量随时间变化的曲线如图所示。下列分析正确的是 (　　)
A．一个ATP分子中有三个特殊的化学键
B．AB段肌细胞内的ADP含量也在逐渐减少
C．细胞内的许多吸能反应与BC过程的变化相联系
D．ATP供能实质是末端磷酸基团挟能量与其他分子结合
D
解析：
一个ATP分子中有两个特殊的化学键，A错误；ADP和ATP可以相互转化，AB段ATP相对含量降低，说明细胞内ADP的含量逐渐增加，B错误；BC段是ATP的合成过程，细胞内的许多吸能反应与ATP的水解相联系，许多放能反应与ATP的合成相联系，C错误；ATP水解形成ADP时产生磷酸并释放能量，其供能实质是末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，D正确。
ATP合成酶，又称F0F1-ATP酶，在细胞内可催化能源物质ATP的合成。在细胞呼吸或光合作用过程中，通过电子传递链释放的能量先转换为跨膜质子(H＋)梯度差，之后质子流顺梯度差通过ATP合成酶使ADP＋Pi合成ATP。
ATP合成酶——生命观念
设计1：考查知识迁移能力
(1)ATP合成酶应广泛分布于______________等细胞器的膜结构上。
设计2：考查科学思维与长句表达能力
(2)推测需氧型细菌的________上存在ATP合成酶，理由是_________ ____________________________________________________________________________________________________________________________。
设计3：考查长句表达能力与生命观念
(3)科学家发现，一种化学结构与ATP相似的物质——GTP(鸟苷三磷酸)也能为细胞的生命活动提供能量，请从化学结构的角度解释GTP也可以供能的原因：_________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________。
答案：(1)线粒体、叶绿体
(2)细胞膜　ATP合成酶与生物膜结合后能催化ATP的合成，而需氧型细菌的膜结构只有细胞膜
(3)GTP含有两个特殊化学键，这种化学键不稳定，末端磷酸基团具有较高的转移势能
解析：
(1)依据题干信息“在细胞呼吸或光合作用过程中，通过电子传递链释放的能量先转换为跨膜质子(H＋)梯度差，之后质子流顺梯度差通过ATP合成酶使ADP＋Pi合成ATP”可知，ATP合成酶应广泛分布于线粒体、叶绿体等细胞器的膜结构上。(2)据图分析可知，该酶与生物膜结合后能催化ATP的合成，而需氧型细菌的膜结构只有细胞膜，故推测需氧型细菌的细胞膜上存在该酶。(3)由于GTP(鸟苷三磷酸)化学结构与ATP相似，含有两个特殊化学键，这种化学键不稳定，末端磷酸基团具有较高的转移势能，故GTP也能为细胞的生命活动提供能量。
1．当其他条件均可满足时，20个腺苷和90个磷酸分子最多可以组成的ATP个数和ATP分子中所含的特殊的化学键个数分别是 (　　)
A．20和30 B．20和40
C．40和40 D．30和60
B
解析：
1个ATP分子中含有1个腺苷、3个磷酸基团、2个特殊的化学键，所以20个腺苷和90个磷酸分子最多能组成20个ATP，共含有40个特殊的化学键，B正确。
2．下列关于ATP的叙述，正确的是 (　　)
A．ATP中的“A”表示腺嘌呤，“T”表示三，“P”表示磷酸基团
B．腺苷三磷酸的结构可简写为A～P—P
C．ATP是细胞内的直接能源物质
D．ATP 和酶一样具有催化作用
C
解析：
ATP中的“A”表示腺苷，“T”表示三，“P”表示磷酸基团，A错误；腺苷三磷酸的结构可简写为A—P～P～P，B错误；ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质，C正确；ATP不具有催化作用，D错误。
3．下图是ATP和ADP相互转化的示意图，①②表示相关反应。下列有关叙述正确的是 (　　)
A．ATP分子中的五碳糖是脱氧核糖
B．①和②需要的酶是同一种酶
C．①②过程在活细胞内时刻不停地发生
D．人体肌细胞中储存着大量的ATP
C
解析：
ATP分子中的五碳糖是核糖，A错误；①需要的酶是ATP水解酶，②需要的酶是ATP合成酶，B错误；活细胞内ATP和ADP时刻不停地发生相互转化，从而满足细胞对ATP的大量需求，C正确；人体肌细胞中储存着少量的ATP，D错误。
4．(2024·六安高一检测)ATP广泛存在于微生物细胞中，且在一定生理时期内含量较为稳定，因此利用ATP生物荧光检测技术能快速检测生活饮用水中的细菌数量，其原理如下图所示。下列说法错误的是 (　　)
A．荧光素被氧化的过程是一个吸能反应
B．荧光检测仪测得的荧光值在一定程度上可以反映细菌数量的多少
C．反应产物AMP可以作为细胞合成DNA的原料
D．在代谢更旺盛的细胞中，其ATP含量并不会明显增多
C
解析：
据图分析可知，荧光素酶催化荧光素和氧气反应需要能量，故荧光素被氧化的过程是吸能反应，A正确；由于ATP广泛存在于微生物细胞中，且在一定生理时期内含量较为稳定，故荧光检测仪测得的荧光值越大，说明产生的ATP越多，取样水中的细菌数量越多，B正确；AMP是腺嘌呤核糖核苷酸，可以作为合成RNA的原料，C错误；ADP和ATP的相互转化是时刻不停地发生并处于动态平衡之中的，代谢旺盛的细胞中ATP含量很低，但是合成很迅速，D正确。
5．图1是ATP的结构示意图，其中①～⑥表示基团或方框所包括的多个基团部分；图2为ADP与ATP相互转化的过程示意图。请据图回答下列问题：
(1)ATP中的A是图1中的[　　]________，其中含有的单糖是[　　] ________。
(2)图2中ADP合成ATP需要能量，ATP的合成一般与________(填“吸能”或“放能”)反应相关联。
答案：(1)③　腺苷　②　核糖
(2)放能
解析：
(1)ATP中的A是图1中的③腺苷，其中含有的单糖是②核糖。(2)ATP的合成需要能量，一般与细胞中的放能反应相关联。

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