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《细胞的能量“货币”ATP》教案
教学目标 通过分析ATP的分子简式说出ATP的化学组成和特点。 2.通过资料分析，阐明ATP通过水解释放能量的分子机理。通过以钙离子为例ATP直接供能的过程分析，阐明ATP的供能机制。 3.通过ATP与ADP相互转化的特点分析，解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
重难点 1.通过分析ATP的分子简式说出ATP的化学组成和特点。 2.通过资料分析，阐明ATP通过水解释放能量的分子机理。通过以钙离子为例ATP直接供能的过程分析，阐明ATP的供能机制。
时间预设 教师讲授时长 20分钟 学生自主活动时长 20分钟
前置学习 1. 结合已知识对生物体内的能源物质进行总结 (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)最终能量来源：太阳能。 2. ATP是一种高能磷酸化合物。 (1)中文名称： 腺苷三磷酸 (2)结构简式：A—P～P～P A:腺苷 P:磷酸基团 - :普通的化学键 ～：特殊的化学键 T：三个。 (3)元素组成： C、 H、 O、 N、 P 3. ATP是细胞生命活动的直接能源物质
教学过程
导入 播放视频《萤火虫发光的奥秘》，引发学生思考问题: 1.萤火虫发光的生物意义是什么 主要是相互传递信号，以便繁衍后代。 2.萤火虫为什么能发光 萤火虫腹部后端细胞内有特有的发光物质荧光素。 3.萤火虫发光需要的能量从哪里来
任务1 目标1 1.通过分析ATP的分子简式，说出ATP的化学组成、特点。 2.通过资料分析，阐明ATP通过水解释放能量的分子机理。
问题1 ATP的化学组成和特点？
活动1 阅读资料，分析ATP的化学组成和特点。 (1)中文名称： 腺苷三磷酸 (2)结构简式：A—P～P～P (3)元素组成： C、 H、 O、 N、 P A:腺苷 P:磷酸基团 - :普通的化学键 ～：特殊的化学键 展示ATP的结构模型图。 【布置任务】 任务一：结合资料，引导学生分析ATP的结构及特点。 资料1　如图为ATP结构式： 思考以下问题： (1)图中①②③的结构分别代表什么？ ①-腺嘌呤；②-核糖；③-磷酸基团 (2)腺苷是由图中哪些结构组成的？①② 结合问题探讨萤火虫发光需要什么呢？能量 回顾细胞内哪些化合物可为细胞的生命活动提供能量。分析思考并归纳，主要能源物质是什么？糖类 主要储能物质是什么？脂肪
活动2 糖类、脂肪这些物质能为萤火虫发光直接供能吗 【探究活动】 学生带着问题，以小组为单位进行实验探究。 实验材料：将离体荧光虫发光器研磨成粉末，然后制成荧光素试剂 实验工具：烧杯、量筒、试管、玻璃棒等 实验试剂：蒸馏水、脂肪溶液、葡萄糖溶液、ATP注射液等 实验原理： 请同学们分组讨论完成实验 (用简笔画图示并配文字说明)。强调实验设计的对照、等量、单一变量原则。 实验步骤： 实验结果： 引导学生思考从A、B、C、D试管的实验现象中你得出的结论是什么 ATP的功能：驱动细胞生命活动的直接能源物质。 结合资料阐述ATP的供能机理： 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。
活动3 阅读资料，分析ATP通过水解释放能量的分子机理。 资料2 α、β和γ表示ATP上三个磷酸基团所处的位置(A－Pα～Pβ～Pγ)，现有甲、乙两组ATP溶液，甲组用32P标记ATP的β位的磷酸基团，乙组用32P标记ATP的γ位的磷酸基团，然后分别加入等量的ATP水解酶，短时间后迅速分离溶液中游离的磷酸基团，结果发现只有乙组中游离的磷酸基团带有放射性。 问题1：从实验结果分析，ATP中哪一个化学键更容易断裂？为什么？ β位与γ位磷酸基团之间的化学键更容易断裂。 动态展示ATP的水解示意图。 分析阐述ATP中两个相邻的磷酸基团带有负电荷而相互排斥，使得这种化学键不稳定，末端的磷酸基团具有较高的转移势能。 磷酸基团携带转移的“势能”与其他分子结合。 ADP相互排斥的磷酸基团减少，势能降低。 问题2：写出ATP水解的反应式 问题3：为什么说ATP是一种高能磷酸化合物？（一般将水解时释放20.92kJ/mol及以上能量的化合物叫做高能化合物）。 因为1molATP水解释放的能量高达30.54kJ。 问题4：若ATP分子去掉2个磷酸基团后的剩余部分是什么物质？ RNA的基本单位，核糖核苷酸
生成概念1 1．ATP的分子组成(如图) (1)元素组成：ATP是由C、H、O、N、P五种元素组成的，这与核酸的元素组成是相同的。 (2)AMP是RNA的基本组成单位之一。 (3)ATP的结构组成可以用“1、2、3”来总结，“1”表示1个腺苷，“2”表示两个特殊的化学键，“3”表示3个磷酸基团。 2.ATP水解的反应式
任务2 目标2 通过以钙离子为例ATP直接供能的过程分析，阐明ATP的供能机制。 通过ATP与ADP相互转化的特点分析，解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
问题 为什么ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质？ATP与ADP的相互转化有什么特点？
活动1 阅读资料，分析ATP与ADP相互转化的特点，解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 结合资料探讨ATP与ADP之间的相互转化。 研究显示，一个成年人一天在静止状态下所消耗的ATP约有40 kg；在剧烈运动的状态下，每分钟约有0.5 kg的ATP转化为ADP。成人体内ATP总量约2～10 mg，在安静状态下，肌肉内ATP含量只能供肌肉收缩1～2 s。ATP含量很少，但需求量很大，ATP如何持续供能？请根据资料回答下列问题： 资料3　磷酸肌酸是一种高能磷酸化合物，它能在肌酸激酶的催化下将自身的磷酸基团转移到ADP分子中来合成ATP。研究者对蛙的肌肉组织进行短暂电刺激，检测对照组和实验组(肌肉组织用肌酸激酶阻断剂处理)肌肉收缩前后ATP和ADP的含量，结果如表所示。 问题1：为什么对照组ATP和ADP含量没有变化，实验组ATP含量减少，ADP含量上升？ 肌肉收缩会消耗ATP生成ADP，对照组中由于存在肌酸激酶，所以ADP在酶的作用下可以重新生成ATP，而实验组由于缺乏肌酸激酶，ADP不能生成ATP，所以对照组ATP和ADP含量没有变化，实验组ATP含量减少，ADP含量上升。 请写出ATP合成的反应式。 资料4 催化ATP合成的酶主要分布在线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上。ADP接受细胞呼吸中有机物氧化分解释放的能量或光合作用中捕获的光能，与游离的Pi结合，重新合成ATP。 根据上述材料，请学生完善ATP与ADP相互转化的模型图。 请学生完善下表并得出结论。 分析讨论得出结论： 物质是可逆的，能量是不可逆的，酶也不相同，因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应。
活动2 阅读教材，结合课本图解，思考: ATP水解后可用于哪些生命活动 进一步提问：你能补充其他ATP利用的实例吗？ 在学生列举事例后，归纳概括出ATP水解释放的能量用于各项生命活动。 播放以钙离子为例ATP直接供能的过程的视频，分析ATP的供能机制。 展示能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通的模型图，请学生完善该模型图。 通过“货币”的类比，帮助学生更好地理解ATP是能量的“货币”（直接能源），加深学生对ATP生理功能的理解。 【拓展延伸】 （1）ATP只能作为能源物质吗？ 资料5 20世纪50年代，研究者发现ATP在神经系统的信息传递中可以作为一种兴奋性的神经递质发挥作用，并且在内脏、中枢及外周神经系统等多个部位的细胞质膜上发现了ATP受体，可见ATP还是一种能在细胞间传递信息的信号分子。 从资料引导学生得出结论： ATP是一种能源物质，也是能在细胞间传递信息的信号分子。 （2）有其他的直接能源物质吗？ 资料6 如果将ATP中的碱基A替换为G、U、C，分别为鸟苷三磷酸、尿苷三磷酸和胞苷三磷酸，一起组成NTP家族，其脱去核糖第二位C上的O原子组成dNTP家族，均为高能化合物。 引导学生概括出结论： 除了ATP外，鸟苷三磷酸GTP、尿苷三磷酸UTP和胞苷三磷酸CTP，也可以直接供能。
生成概念2 ATP和ADP可以相互转化，但这种相互转化不是可逆反应。
课堂检测 概念辨析： （ √ ）1.一分子的ATP中含有的腺苷、磷酸基团和特殊化学键数目依次是1、3、2 （ × ）2.ATP中的两个特殊化学键储存的能量基本相同，稳定性基本相同 （ √ ）3.ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素 （ √ ）4.ATP末端磷酸基团具有较高的转移势能
板书设计 第2节 细胞的能量“货币”ATP
教学反思 优点
改进
《细胞的能量“货币”ATP》课后练习
A组 基础题
一、单项选择题
1．在绿色植物进行“ADP＋Pi＋能量ATP”的反应中，参与反应的能量不可能来源于(　　)
A．淀粉 B．葡萄糖 C．光 D．糖原
2．生物体内进行生命活动的直接能源物质、主要能源物质和最终能源依次是(　　)
A．太阳能、糖类、ATP B．ATP、糖类、脂肪
C．ATP、脂肪、太阳能 D．ATP、糖类、太阳能
3．如图是ATP的分子结构式，下列叙述错误的是(　　)
A．ATP中含有C、H、O、N、P五种元素
B．图中虚线框中部分代表腺苷
C．ATP分子中①处断裂后形成ADP
D．ATP水解释放的能量可直接用于各项生命活动
4．ATP的结构简式可表示为A—P～P～P，下列图示能正确表示ATP的是(　　)
5．某同学将萤火虫的尾部组织取下，晒干并磨碎，分别将等量的粉末放入四支试管中，然后加入水，开始出现荧光，过一段时间后荧光就消失了，然后在四支试管中分别加入等量的ATP、葡萄糖、蛋白质和脂肪，则试管中重新发亮的是(　　)
6．ATP与DNA、RNA、核苷酸的结构中都含有“A”，但在不同物质中“A”表示的含义不同，下图“○”中所对应的结构含义相同的是(　　)
A．①和② B．②和③ C．①和④ D．没有相同的
题号 1 2 3 4 5 6
答案 D D C A A D
二、非选择题
7．白色念珠菌是存在于人体上呼吸道和肠道黏膜中的真菌，当机体免疫功能下降时，菌丝大量生长，侵入细胞引起疾病。V蛋白具有ATP酶活性，对菌丝形成有重要作用。为研究药物 D(一种ATP酶抑制剂)的作用，科研人员进行了如下实验。
(1)白色念珠菌与大肠杆菌在细胞结构上最主要的区别是白色念珠菌具有以核膜为界限的细胞核。ATP 分子的结构简式是　A—P～P～P，V蛋白将ATP水解为ADP时，储存在ATP分子　特殊的化学键中的能量被释放出来，同时产生无机磷。
(2)为研究不同浓度药物D对V蛋白的作用，科研人员将V蛋白与反应缓冲液混合，实验组加入用DMSO溶解的不同浓度的药物D溶液，室温孵育10 min之后向反应体系中加入ATP溶液，室温反应30 min。再向反应体系中加入孔雀绿试剂(可与无机磷反应呈现绿色)，定量分析反应体系的绿色深浅，得到如图所示结果。
①本实验中测定的绿色深浅，可反映出ATP水解时无机磷的生成量(或生成物生成量)，从而得到V蛋白活性。
②本实验以对照组数据作为V蛋白活性相对值 1，对照组的处理是将V蛋白与反应缓冲液混合，加入等量DMSO溶液，室温孵育10 min，向反应体系中加入ATP溶液，室温反应30 min。
③实验结果说明药物D能抑制V蛋白的活性，且在一定范围内随药物D浓度增加，抑制作用增强。
《细胞的能量“货币”ATP》课后练习
B组 提升题
一、单项选择题
1.如图是ATP结构示意图，其中①②③表示化学键。下列有关ATP的叙述，正确的是（ ）
A.①断裂后形成的是ADP
B.①最容易断裂和重新形成
C.②断裂后可作为合成RNA的原料
D.ATP中的T表示胸腺嘧啶，因而ATP的结构与核苷酸很相似
2.ATP是细胞内流通的能量“货币”，如图表示ATP与ADP相互转化的示意图。下列有关叙述正确的是（ ）
A.人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡
B.不同生物体中ATP与ADP相互转化的供能机制不同，体现了生物的多样性
C.植物根尖细胞中ATP合成所需的能量可来自线粒体、叶绿体和细胞质基质
D.ATP水解释放的磷酸基团可使蛋白质分子磷酸化，蛋白质活性发生改变
3.如图为ATP与ADP相互转化的关系式，下列说法正确的是（ ）
A.在此转化过程中物质和能量均不可重复利用
B.叶肉细胞在白天能产生ATP，在晚上不能产生ATP
C.图中所示的过程在心肌细胞中比在口腔上皮细胞中进行得更快
D.图中的反应向右进行时，常伴随着放能反应的进行
4．ABC转运器最早发现于细菌，是细菌质膜上的一种运输ATP酶。ABC转运器的胞质侧具有ATP和转运物质的结合位点。ATP与ABC转运器结合，可引起ABC转运器上的物质结合位点转向膜外侧，ATP水解后其结构恢复原状，从而实现物质的跨膜运输。下列有关叙述错误的是(　　)
A．蓝细菌没有复杂的生物膜系统，其细胞膜更加多功能化
B．ABC转运器转运物质的过程中一定不会涉及蛋白质磷酸化
C．ABC转运器可协助某些离子逆浓度梯度进入细胞
D．ABC转运器同时具有ATP水解酶活性和运输物质的功能
5．ATP可将蛋白质磷酸化，磷酸化的蛋白质会改变形状做功，从而推动细胞内系列反应的进行(机理如图所示)。下列说法错误的是(　　)
A．①过程是吸能反应，磷酸化的蛋白质分子势能高
B．②表示的物质是ADP
C．若该细胞为肌肉细胞，磷酸化的蛋白质做功时失去的能量主要用于再生ATP
D．若该图表示肌肉细胞收缩和恢复的过程，则在此过程中既有吸能反应也有放能反应
6．如图是ATP合成酶的结构及工作原理示意图。ATP合成酶像一个会旋转的泵，膜内外H＋浓度差推动了泵旋转，每秒钟旋转100圈，每转一圈，抽入原料分子，生产出3个ATP分子。图中的α、β、γ、C等符号是组成蛋白质的代号。下列有关ATP合成酶的叙述正确的是(　　)
A．构成ATP合成酶的蛋白质只有α、β、γ
B．抽入ATP合成酶中的原料有ADP和Pi，每秒可以合成300个ATP分子
C．该ATP合成酶在细胞中存在的位置有：细胞质基质、线粒体内膜
D．ATP合成酶旋转方向与原料泵入的方向相同，若H＋浓度差增大，则旋转速度减慢
7．ATP荧光仪是专门设计用于快速检测微生物数量的测试仪器，其工作原理是ATP的含量与活细胞的活性、种类和数量成一定的比例关系。ATP可以和虫荧光素作用而发出生物光，光的强度和微生物的数量成一定的比例关系，其反应式如下图所示。
虫荧光素＋ATP＋O2荧光素酶，Mg2+虫荧光素(被氧化的)＋AMP＋CO2＋Pi＋光
下列有关ATP及ATP荧光仪工作原理的叙述，错误的是(　　)
A．检测过程中ATP内的化学能转变成光能
B．荧光的强度能反映微生物的数量
C．ATP释放能量需要酶的参与
D．微生物体内ATP的产生都需要氧气的参与
8．磷酸肌酸是一种分布在肌肉细胞中的高能化合物，训练有素的运动员肌细胞中的磷酸肌酸是ATP的10倍左右。剧烈运动时，ATP的水解速率远大于合成速率，在细胞代谢中ATP、磷酸肌酸的关系如图所示。有关叙述错误的是(　　)
A．过程①吸收某些营养物质的方式为主动运输
B．过程②细胞内代谢废物跨膜运输不一定消耗ATP
C．过程④动物和植物细胞产生磷酸肌酸的方式不同
D．磷酸肌酸可解决剧烈运动时ATP直接供能不平衡问题
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 C D C B C B D C
二、非选择题
9.在生物体内能量的转换和传递中，ATP是一种关键的物质，其结构式如图甲。回答下列问题。
(1)由ATP的分子结构式可知，去掉两个磷酸基团后的剩余部分是_______________，它是合成____________的基本组成单位之一。
(2)人体骨骼肌细胞中，ATP的含量仅够剧烈运动时三秒钟内的能量供给。在校运动会上，某同学参加100 m短跑过程中，其肌细胞中ATP相对含量的变化如图乙所示。
①A到B的变化过程说明ATP被水解，释放的能量用于__________________。
②从整个曲线来看，肌细胞中ATP的含量不会降为零，说明________________________________。
(3)某同学进行一项实验，目的是观察ATP可使离体的、刚刚丧失收缩功能的新鲜骨骼肌产生收缩这一现象，说明ATP是肌肉收缩所需能量的直接来源。
①必须待离体肌肉自身的___________消耗完之后，才能进行实验。
②在程序上，采取自身前后对照的方法，先滴加____________(填“葡萄糖溶液”或“ATP溶液”)，观察与否，再滴加______________(填“葡萄糖溶液”或“ATP溶液”)。
③如果将上述顺序颠倒一下，实验结果是否可靠？___________(填“可靠”或“不可靠”）。
答案：(1)腺嘌呤核糖核苷酸 RNA (2)肌肉收缩等生命活动 ATP的合成和水解是同时进行的
(3)ATP 葡萄糖溶液 肌肉收缩 ATP溶液 不可靠
10．(14分)9月27日，第一届“文物保护技术装备学术研讨会”在重庆市召开。重庆中国三峡博物馆科学家研发了可用于霉变文物微生物分析的ATP生物发光检测技术(以下简称ATP法)，参加展览并接受CCTV的采访。ATP法是一种基于荧光素—荧光素酶反应后发出可检测荧光的微生物检测方法，有活性的微生物数量越多，ATP检测仪检测出来的相对发光值(RLU)数值越高。与传统微生物计数方法相比具有快速(15秒之内)、简便、灵敏等优点。
霉菌对文物本体的破坏已成为文物生物劣化的主要因素，化学熏蒸是文物霉变处理的一种重要手段。为确定ATP法能否用于熏蒸剂处理后文物表面不同种类霉菌的残留数量检测，科研小组利用相关材料和方法进行实验，请分析回答下列问题。
实验材料：分别均匀且等量的接种了7种霉菌的宣纸、灭菌后的平板若干、香茅醛(熏蒸剂)、ATP法检测仪。
(1)该实验自变量是___________________。
(2)请写出该实验思路：_____________________________________________________________________。
(3)实验结果：7种霉菌的ATP生物发光值的对数值(lgRLU)与稀释涂布平板测定的菌落总数的对数值(lgCFU/mL)之间均呈现如下线性关系。
实验结论：_________________________________________________________________________________。
研究发现高海拔地区ATP法灵敏度下降，其原因可能是________________________________________
___________________________________________________________。
答案：(1)霉菌的种类
利用ATP法对接种7种霉菌的宣纸分别进行熏蒸后，用ATP检测仪检测出相对发光值并进行对比 (3)ATP检测仪检测出来的相对发光值与霉菌含量呈正相关
(4)高海拔地区温度较低、氧气稀薄，导致荧光素酶活性降低，同时霉菌的呼吸作用减弱，产生ATP减少，导致ATP法灵敏度下降

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