资源简介

(共23张PPT)
第四章
细胞的生存需要营养物质和能量
沪科版
必修1
4.3ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
导入
秋夕
杜牧
银烛秋光冷画屏，
轻罗小扇扑流萤。
天街夜色凉如水，
卧看牵牛织女星。
导入
1、萤火虫发光有没有什么特殊的意义呢？
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？
传递求偶信号、获取食物
腹部后端细胞内有荧光素
化学能→光能
导入
胤恭勤不倦，博学多通。家贫，不常得油。夏月，则练囊盛数十萤火以照书，以夜继日焉。”晋朝人车胤“囊萤夜读”的励志故事成了一代又一代莘莘学子苦学乐学的典范。夏夜里萤火虫发出的点点荧光会引起无数人的美好回忆和遐思。萤火虫发光所需要的能量来自哪种物质？这种物质的结构具有什么特点？它对细胞的生命活动具有哪些意义？
车胤囊萤夜读
讲授新课
一、ATP是一种高能化合物
ATP是腺苷三磷酸（adenosine
triphosphate）的简称，其中的“A”表示腺苷，“T”表示三个，“P”表示磷酸基团。
P
P
P
~
~
核糖
腺嘌呤
P
P
P
~
~
核糖
腺嘌呤
ATP结构简式:
A－P～P～P
高能磷酸键的特点:
很容易水解；释放出大量能量（30.54kJ/mol）
ATP
高能磷酸键
腺苷
磷酸基团
经典再现
萤火虫发光的研究历程
全世界约有2000种萤火虫。萤火虫腹部末端的下方有发光器，可发出荧光。自然界的许多生物都能发光，萤火虫发光是生物发光的一种。生物发光是由化学反应引起的。从探究萤火虫的发光原理到发现ATP的结构和功能，持续了70多年的科学探索终于揭开了萤火虫发光的秘密。
[资料1]1884年，法国药学家迪布瓦（R.Dubois）切取萤火虫的尾部并充分研磨，发现尾部提取物会发出短暂荧光。当荧光消失后，立即添加新的煮沸过的萤火虫尾部提取物，又能恢复发光现象。迪布瓦首次将化学分析技术应用于生物发光研究，推断荧火虫发光是一种荧光物质在某种酶催化下的氧化过程。迪布瓦将这种荧光物质和酶分别命名为荧光素和荧光素酶。
[资料2]20世纪上半叶，美国动物学家哈维（E.Harvey）进行了一系列研究，证明荧光素在空气中容易被氧化，是高度不稳定的，经常在提取过程中失去荧光，但是也可以通过加入还原剂进行还原并保持稳定。
[资料3]1929年，德国生物化学家洛曼（K.Lohmann）和美国生物化学家菲斯克（C.Fiske）等分别独立地从肌肉中分离出ATP。在随后的十几年间，多位科学家都对ATP进行了研究，发现它与多项生命活动相关，但具体机理并不明确。
[资料4]美国生物化学家麦克尔罗伊（W.Mcelroy）根据其他科学家对ATP的研究，推测A們P可能是荧光光能的直接来源。1947年，麦克尔罗伊在无还原剂条件下提取岀分别含有荧光素和荧光素酶的粗提物，二者混合后，并没有荧光产生。然而，在混合粗提物中加入少量ATP，粗提物立即产生了明亮的荧光，而且荧光持续时间与加入的ATP量直接相关。
ATP与荧光持续时间的关系
荧光总量相对值
1956年，麦克尔罗伊等系统地研究了荧火虫发光的生物化学机理，利用高度纯化的荧光素和结晶的荧光素酶，结合光电转换记录技术，阐明了生物荧光产生的生物化学过程。在含有荧光素和荧光素酶的5mL总反应体系中（pH为8.0），分别加入0.06mol/和0.11moL的ATP，并连续记录不同发光时间荧光总量，实验结果如图所示。
ATP浓度对荧光总量的影晌
荧光总量相对值
分析讨论
1.根据“加入新的煮沸过的萤火虫尾部提取物导致重新发光”现象，可以推测该提取物中含有哪类发光必需物质？能够排除哪类物质对推论的干扰？
2.根据图4-18分析ATP对离体条件下生物发光有哪些影响。
3.讨论科学家探究ATP作为生命活动直接能源的思想和方法。
研究表明，从细菌、真菌直到髙等生物，ATP在活细胞内普遍存在。它不仅容易水解，而且能在水解过程中释放出大量的能量，直接用于物质合成、主动运输、肌肉收缩、生物发光等各项生命活动。ATP属于高能化合物，是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
小结
1：ATP分子中大量的化学能储存在高能磷酸键中。
2：1molATP中包含几mol高能磷酸键？
3：ATP分子的水解本质上就是ATP分子中高能磷酸键的水解，也就是高能磷酸键的断裂。在断裂的同时，储存在键中的大量能量释放出来。
（2
mol）
ATP是一类高能磷酸化合物
在有关酶的僅化作用下，ATP分子可以水解为ADP（腺苷二磷酸）和Pi（无机磷酸），释放能量。在另一类酶的催化作用下，ADP接受能量，同时与一个P结合又生成ATP。
二、ATP与ADP可以相互转化
A
P
P
P
ADP
ATP
水解
能量
ATP在细胞中的含量很少，主要通过ATP与ADP之间快速地相互转化，保证细胞内能量的持续供应。据测算，一个正常成年人每天要水解并且再合成相当于自身体重的ATP，以满足正常生命活动的需要。
ATP
ADP
酶
酶
能量
Pi
Pi
能量
ATP合成
ATP水解
ATP
水解酶
放能
合成酶
储能
ADP
+
Pi
+
能量
ATP与ADP相互转化的关系式
是否为可逆反应?
物质是可逆的，能量是不可逆的
ATP含量稳定、移动迅速、供能高效，因而成为细胞内能量释放、转移和利用的关键物质。
自然界的生命活动所需能量大多最终来源于绿色植物固定的太阳光能。在细胞中糖类是主要的能源物质，脂肪是重要的储存能量的物质，蛋白质等其他有机物在氧化分解时也能释放能量，但直接驱动细胞生命活动的能量还是来自ATP。
阅读空间：
能量的“黄金储备”——磷酸肌酸
磷酸肌酸是一种主要分布在肌肉组织中的高能化合物，是能量的暂时储存形式。正常人肌细胞中磷酸肌酸的含量是ATP含量的3~4倍，训练有素的运动员甚至达到10倍左右。
100米短跑比赛中，运动员能量的直接来源是存储在ATP分子中的，由于ATP的数量有限，只能维持短跑约3s。这时，肌细胞中的磷酸肌酸在肌酸激酶的作用，将其能量转移给ADP，补充生成新的ATP，可以让运动员再跑5~6s。短跑比赛结束时，运动员体内的磷酸肌酸基本耗尽。在活动后的恢复期，积累的肌酸又可与ATP反应，重新生成磷酸肌酸。剧烈运动时，ATP的水解速率远远大于重新合成的速率。在生物进化过程中，磷酸肌酸的岀现解决了ATP的供需矛盾。如果把AP称为“能量货币”，磷酸肌酸就相当于能量的“黄金储备”。
小结
ATP
全称：三磷酸腺苷
结构简式：A-P～P～P
形成途径
与ADP相互转化：
利用：各种形式的能量
光合作用
呼吸作用
ATP
ADP+Pi+能量
酶I
酶II
1.
ATP中大量化学能储存在(
)
A.腺苷内
B.磷酸基团内
C.腺苷与磷酸基团连接键内
D.高能磷酸键内
D
课堂练习
2.下列叙述正确的是（
）
A、ATP分子聚集能量和释放能量的过程中都与磷酸分子有关
B、在生态系统中能量往往伴随物质而循环利用
C、光合作用中光能以原有形式被储存在糖类中
D、生物体中先有物质代谢储存能量再有能量代谢释放能量
A
课堂练习
3.下列有关能量的表述，正确的是（
）
A、正常情况下，生物体的总能源、主要能源物质、储备能源物质、直接能源物质分别是光能、糖类，蛋白质、ATP
B、只有绿色植物可以利用光能
C、动物和人体内，形成ATP的途径只有呼吸作用
D、每克脂肪储能多于每克糖类的主要原因是脂肪分子中含C、H比例高
D
课堂练习
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4.3ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
教学设计
课题
4.3ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
单元
必修1
学科
生物
年级
高中
教材分析
本节是高中教材第一册第4章细胞的生存需要营养物质和能量"中第3节
ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质的内容。本节内容主要介绍ATP的分子组成和结构特点、ATP和ADP的相互转化以及ATP在细胞生命活动中的作用三个方面的内容。本节教学内容相对较少，但是各部分内容的练习与渗透十分典型，需要综合理解与应用。该节内容在细胞的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，有助于帮助学生后面学习包括细胞呼吸、光合作用等知识做好铺垫。
学习目标与核心素养
知识目标1、能够准确写出ATP的结构简式。2、阐述ATP的化学组成和特点以及ATP和ADP之间的相互转化。3、能够解释ATP在能量代谢中的作用能力目标1、学生通过分析ATP和ADP的相互转化及ATP的利用，初步训练学生分析实际问题的能力，培养阅读材料获取信息的能力。2、通过对实际问题的实验设计，训练学生提出问题、分析问题和解决问题的能力，以提高学生的科学素养和探究能力。情感、态度和价值观目标1、激发学生的学习兴趣、渗透热爱自然和生命的情感教育2、通过阅读和思考、讨论活动培养学生主动参与的学习态度，培养用准确的科学术语阐述观点和进行合作学习的态度。3、通过分析ATP和ADP的相互转化的动态平衡，树立辩证唯物主义的自然观和生态观。生命观念：ATP的分子简式、ATP与ADP的相互转化过程、ATP在能量代谢中的作用。科学探究：通过对ATP的简式及ATP与ADP的转化的学习，能够鉴别信息、选择、运用和分享信息，并用术语、示意图说明观点。社会责任：通过ATP相关内容的学习，认同生物科学的价值，科学技术与社会的关系，培养学生的生命观念和社会责任的科学素养.
重点
教学重点：ATP的化学组成和结构特点，ATP和ADP的相互转化
难点
教学难点：ATP是细胞内的能量“通货”，ATP和ADP的相互转化。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
第1课时秋夕杜牧银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。天街夜色凉如水，卧看牵牛织女星。萤火虫发光有没有什么特殊的意义呢？萤火虫体内有特殊的发光物质吗？萤火虫发光的过程有能量的转换吗？胤恭勤不倦，博学多通。家贫，不常得油。夏月，则练囊盛数十萤火以照书，以夜继日焉。”晋朝人车胤“囊萤夜读”的励志故事成了一代又一代莘莘学子苦学乐学的典范。夏夜里萤火虫发出的点点荧光会引起无数人的美好回忆和遐思。萤火虫发光所需要的能量来自哪种物质？这种物质的结构具有什么特点？它对细胞的生命活动具有哪些意义？
学生观看诗句，并思考讨论、回答问题。
通过诗词图文结合导入，引发学生兴趣，再结合思考讨论题，引发学生思考讨论，从而导入本节相关知识。引用课本案例，进一步引发学生思考，导入本课内容。
新课讲授一、ATP是一种高能化合物二、ATP与ADP可以相互转化思维训练
ATP是腺苷三磷酸（adenosine
triphosphate）的简称，其中的“A”表示腺苷，“T”表示三个，“P”表示磷酸基团。ATP结构简式:
A－P～P～P
高能磷酸键的特点:很容易水解；释放出大量能量（30.54kJ/mol）经典再现：萤火虫发光的研究历程全世界约有2000种萤火虫。萤火虫腹部末端的下方有发光器，可发出荧光。自然界的许多生物都能发光，萤火虫发光是生物发光的一种。生物发光是由化学反应引起的。从探究萤火虫的发光原理到发现ATP的结构和功能，持续了70多年的科学探索终于揭开了萤火虫发光的秘密。[资料1]1884年，法国药学家迪布瓦（R.Dubois）切取萤火虫的尾部并充分研磨，发现尾部提取物会发出短暂荧光。当荧光消失后，立即添加新的煮沸过的萤火虫尾部提取物，又能恢复发光现象。迪布瓦首次将化学分析技术应用于生物发光研究，推断荧火虫发光是一种荧光物质在某种酶催化下的氧化过程。迪布瓦将这种荧光物质和酶分别命名为荧光素和荧光素酶。[资料2]20世纪上半叶，美国动物学家哈维（E.Harvey）进行了一系列研究，证明荧光素在空气中容易被氧化，是高度不稳定的，经常在提取过程中失去荧光，但是也可以通过加入还原剂进行还原并保持稳定。[资料3]1929年，德国生物化学家洛曼（K.Lohmann）和美国生物化学家菲斯克（C.Fiske）等分别独立地从肌肉中分离出ATP。在随后的十几年间，多位科学家都对ATP进行了研究，发现它与多项生命活动相关，但具体机理并不明确。[资料4]美国生物化学家麦克尔罗伊（W.Mcelroy）根据其他科学家对ATP的研究，推测A們P可能是荧光光能的直接来源。1947年，麦克尔罗伊在无还原剂条件下提取岀分别含有荧光素和荧光素酶的粗提物，二者混合后，并没有荧光产生。然而，在混合粗提物中加入少量ATP，粗提物立即产生了明亮的荧光，而且荧光持续时间与加入的ATP量直接相关。1956年，麦克尔罗伊等系统地研究了荧火虫发光的生物化学机理，利用高度纯化的荧光素和结晶的荧光素酶，结合光电转换记录技术，阐明了生物荧光产生的生物化学过程。在含有荧光素和荧光素酶的5mL总反应体系中（pH为8.0），分别加入0.06mol/和0.11moL的ATP，并连续记录不同发光时间荧光总量，实验结果如图所示。分析讨论1.根据“加入新的煮沸过的萤火虫尾部提取物导致重新发光”现象，可以推测该提取物中含有哪类发光必需物质？能够排除哪类物质对推论的干扰？2.根据图4-18分析ATP对离体条件下生物发光有哪些影响。3.讨论科学家探究ATP作为生命活动直接能源的思想和方法。研究表明，从细菌、真菌直到髙等生物，ATP在活细胞内普遍存在。它不仅容易水解，而且能在水解过程中释放出大量的能量，直接用于物质合成、主动运输、肌肉收缩、生物发光等各项生命活动。ATP属于高能化合物，是驱动细胞生命活动的直接能源物质。小结：ATP是一类高能磷酸化合物1：ATP分子中大量的化学能储存在高能磷酸键中。2：1molATP中包含几mol高能磷酸键？3：ATP分子的水解本质上就是ATP分子中高能磷酸键的水解，也就是高能磷酸键的断裂。在断裂的同时，储存在键中的大量能量释放出来。在有关酶的僅化作用下，ATP分子可以水解为ADP（腺苷二磷酸）和Pi（无机磷酸），释放能量。在另一类酶的催化作用下，ADP接受能量，同时与一个P结合又生成ATP。ATP在细胞中的含量很少，主要通过ATP与ADP之间快速地相互转化，保证细胞内能量的持续供应。据测算，一个正常成年人每天要水解并且再合成相当于自身体重的ATP，以满足正常生命活动的需要。ATP与ADP相互转化的关系式：是否为可逆反应?物质是可逆的，能量是不可逆的ATP含量稳定、移动迅速、供能高效，因而成为细胞内能量释放、转移和利用的关键物质。自然界的生命活动所需能量大多最终来源于绿色植物固定的太阳光能。在细胞中糖类是主要的能源物质，脂肪是重要的储存能量的物质，蛋白质等其他有机物在氧化分解时也能释放能量，但直接驱动细胞生命活动的能量还是来自ATP。阅读空间：能量的“黄金储备”——磷酸肌酸磷酸肌酸是一种主要分布在肌肉组织中的高能化合物，是能量的暂时储存形式。正常人肌细胞中磷酸肌酸的含量是ATP含量的3~4倍，训练有素的运动员甚至达到10倍左右。100米短跑比赛中，运动员能量的直接来源是存储在ATP分子中的，由于ATP的数量有限，只能维持短跑约3s。这时，肌细胞中的磷酸肌酸在肌酸激酶的作用，将其能量转移给ADP，补充生成新的ATP，可以让运动员再跑5~6s。短跑比赛结束时，运动员体内的磷酸肌酸基本耗尽。在活动后的恢复期，积累的肌酸又可与ATP反应，重新生成磷酸肌酸。剧烈运动时，ATP的水解速率远远大于重新合成的速率。在生物进化过程中，磷酸肌酸的岀现解决了ATP的供需矛盾。如果把AP称为“能量货币”，磷酸肌酸就相当于能量的“黄金储备”。
学生观看课本与课件图文，了解ATP的分子结构式，并结合图文了解高能磷酸键的特点。学生阅读课本有关“萤火虫发光的研究历程”的相关资料，阅读资料1-4，了解对萤火虫发光的研究历史，感受科研精神和发现历程。学生通过图文结合阅读资料，了解ATP与荧光持续时间的关系。学生通过图文结合阅读资料，了解ATP浓度对荧光总量的影响。学生思考讨论，并回答问题。学生尝试总结ATP是一类高能磷酸化合物，及其特点。学生自学课本，结合课件图文结合，理解
ATP分子可以水解为ADP（腺苷二磷酸）和Pi（无机磷酸）。学生尝试总结出ATP与ADP之间快速地相互转化过程，及其关系式。学生思考问题，并尝试回答，在教师辅助下得出结论：物质是可逆的，能量是不可逆的。学生阅读教材资料，拓宽视野。
通过阅读课本自学ATP的结构及其特点，培养学生的自学能力，结合彩色图片直观展示ATP的分子结构，能帮助学生直观感受ATP的结构组成。通过世纪研究资料的阅读了解，引导学生关注相关案例的研究过程，感受科学探究的历程和精神，从而认同生物科学的价值，科学技术与社会的关系，培养学生的生命观念和社会责任的科学素养.。通过图文结合的资料学习，帮助学生感受ATP
对荧光的影响的，使学生进一步理解研究ATP的实际意义及探究历程。通过阅读后的即时反馈，既能考查学生对于资料的阅读情况，也能调动学生思考讨论的积极性，从而进一步引导学生总结出ATP的特点和本质。教师辅助学生总结ATP
的本质及特点，有助于后续知识的学习。通过图文结合展示，帮助学生理解课本新知，即ATP水解这一抽象过程，动画的直观展示降低了知识的难度，加深了学生的理解。教师辅助学生总结出ATP与ADP之间相互转化的过程，帮助学生自主思考，锻炼总结归纳能力。通过思考回答问题，得出物质是可逆的，能量是不可逆的结论，进一步理解新知。总结ATP是直接驱动细胞生命活动的能量。通过课后阅读空间，延伸本课知识，拓宽学生视野，多维度了解ATP。
小试牛刀：1.
ATP中大量化学能储存在(
D
)A.腺苷内
B.磷酸基团内C.腺苷与磷酸基团连接键内D.高能磷酸键内
2.下列叙述正确的是（
A
）
A、ATP分子聚集能量和释放能量的过程中都与磷酸分子有关
B、在生态系统中能量往往伴随物质而循环利用
C、光合作用中光能以原有形式被储存在糖类中
D、生物体中先有物质代谢储存能量再有能量代谢释放能量
3.
下列有关能量的表述，正确的是（
D
）
A、正常情况下，生物体的总能源、主要能源物质、储备能源物质、直接能源物质分别是光能、糖类，蛋白质、ATP
B、只有绿色植物可以利用光能
C、动物和人体内，形成ATP的途径只有呼吸作用
D、每克脂肪储能多于每克糖类的主要原因是脂肪分子中含C、H比例高
思考、回答问题
通过精选习题，检测并巩固学生课堂所学内容。
课堂小结
师（总结）：今天这节课我们了解了ATP。主要内容包括以下内容：
总结、归纳本课所学
师生共同总结回顾知识，强化重点知识，加深对知识的掌握
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精品试卷·第
2
页
（共
2
页）
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