生物必修1《分子与细胞》第2节 细胞的能量“货币”ATP课堂教学ppt课件

第2节　细胞的能量“货币”ATP

一、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

符号含义

3．特点

(1)ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物，含有2个特殊的化学键，储存大量能量。

(2)ATP的化学性质不稳定，这是由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，即末端磷酸基团具有较高的转移势能。在有关酶的催化作用下，末端磷酸基团脱落，释放出大量能量。

二、ATP与ADP可以相互转化

1．相互转化的反应式：。

2．相互转化的特点

(1)ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生，且处于动态平衡之中。

(2)ATP和ADP相互转化的能量供应机制，体现了生物界的统一性。

3．ATP合成的能量来源

(1)动物、人、真菌和大多数细菌：呼吸作用中有机物分解释放的能量。

(2)绿色植物：呼吸作用释放的能量和光能。

三、ATP的利用

1．列举利用ATP的实例

(1)用于大脑思考。

(2)用于电鳐发电。

(3)用于细胞的主动运输。

2．ATP供能的过程

ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，空间结构改变，活性也被改变，因而参与各种化学反应。

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。

放能反应：一般与ATP的合成相联系。

吸能反应：一般与ATP的水解相联系。

(2)能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．ATP是高能磷酸化合物，含有三个特殊的化学键。 (　　)

2．1个ATP分子中含有1个腺嘌呤和3个磷酸基团。 (　　)

3．ATP水解时，两个特殊的化学键都断裂，生成ADP和Pi。 (　　)

4．ATP和ADP的相互转化与吸能反应和放能反应联系在一起。 (　　)

5．ATP与ADP的相互转化时刻不停地发生并且处在动态平衡之中，且是生物界的共性。                            (　　)

提示：1.×　ATP中含有两个特殊的化学键。

2．×　1个ATP分子中含有1个腺苷和3个磷酸基团。

3．×　ATP水解时，远离腺苷的特殊的化学键断裂。

4．√　5.√

　ATP的结构和功能

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。

(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的结构与功能的相互关系

(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库。ATP中末端磷酸基团容易水解和形成，可保证ATP数量的相对稳定和能量的持续供应。

(2)ATP在供能中处于核心地位，许多能源物质中的能量需转移到ATP中才能为生命活动供能。在生命活动中，ATP中的能量可转化为不同形式的能量。

3．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、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。

(4)主要储能物质：脂肪。

(5)直接能源物质：ATP。

(6)最终能量来源：太阳能。

1．如图表示ATP的结构，下列相关说法正确的是(　　)

A．b键断裂后形成ADP和Pi

B．图中的3表示ATP中的字母A

C．由1、2、3各一分子形成的物质是组成DNA的基本单位

D．a键断裂释放的能量可以直接用于生命活动

D　[选项A，a键断裂后形成ADP和Pi。选项B，ATP中的字母A表示腺苷，而题图中的3表示腺嘌呤。选项C，由1、2、3各一分子形成的是腺嘌呤核糖核苷酸，它是组成RNA的基本单位。选项D，ATP是生命活动所需能量的直接来源，a键断裂所释放的能量可以直接用于生命活动。]

2．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的末端磷酸基团已带上放射性标记，该现象不能说明    (　　)

A．ATP是细胞内的直接能源物质

B．部分32P标记的ATP是重新合成的

C．ATP中远离腺苷的P容易断裂

D．该过程中ATP既有合成又有分解

A　[该现象只能说明ATP与ADP的相互转化，不能说明ATP是细胞内的直接能源物质，A项符合题意。带有32P标记的ATP是加入放射性32P标记的磷酸分子后新产生的，B项不符合题意。由题意可知，细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子，短时间部分ATP的末端磷酸基团已带上放射性标记，说明ATP末端的磷酸基团很容易水解脱离下来，也很容易结合，C项不符合题意。该过程存在ATP水解形成ADP的过程，同时存在ADP与磷酸形成ATP的过程，D项不符合题意。]

对ATP认识的误区

(1)ATP的普通磷酸键和特殊化学键中都储存着能量，只不过大量的能量储存于特殊化学键中。

(2)ATP是一种物质，不是能量，ATP中储存有大量的能量，所以不可将ATP与能量等同。

　ATP与ADP的相互转化及利用

1．ATP和ADP的相互转化过程

(1)关系式：

(2)过程

(3)意义：ATP水解释放的能量供细胞生命活动利用。

2．ATP和ADP的相互转化不可逆

3.易混淆的2个与ATP产生量有关的曲线辨析

(1)甲图表示ATP产生量与O2供给量的关系

①A点表示无氧条件下，细胞可通过无氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。

②AB段表示随O2供给量增多，有氧呼吸明显加强，通过有氧呼吸分解有机物释放的能量增多，ATP的产生量随之增加。

③BC段表示O2供给量超过一定范围后，ATP的产生量不再增加，此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸等。

(2)乙图可表示哺乳动物成熟的红细胞中ATP来自无氧呼吸，与O2无关。

深化探究：怎样理解ATP是细胞内“取之不尽”的直接能源物质？

提示：(1)ATP是一种不稳定的化合物，在细胞内的含量很少。

(2)ATP和ADP在细胞内能迅速发生相互转化，ATP水解直接为生命活动提供能量，产生ADP和Pi，ADP和Pi接受细胞代谢(主要是细胞呼吸)或光合作用产生的能量迅速合成ATP。

(3)无论在安静状态还是在剧烈运动、饥饿状态，ATP和ADP的相互转化都在时刻不停地发生且处于动态平衡之中。

1．对“ATPADP＋Pi＋能量”的叙述中，正确的是(　　)

A．①过程和②过程所需的酶都是一样的

B．①过程的能量供各项生命活动利用，②过程的能量来自糖类等有机物的氧化分解

C．①过程和②过程时刻发生，处于动态平衡之中

D．ATP中的能量可来源于光能、热能，也可以转化为光能、热能

C　[①过程为水解酶催化的水解反应，释放的能量可供各项生命活动利用，②过程为合成酶催化的合成反应，能量来源于呼吸作用中糖类等有机物的氧化分解，在绿色植物中还可来源于光合作用吸收并转化的光能，故A、B项错误。生物体内ATP的水解与合成时刻发生，处于动态平衡之中，C项正确。ATP中活跃化学能可来源于光能，但不能来源于热能；ATP中活跃化学能可以转化为光能、热能、机械能、电能等多种形式的能量，D项错误。]

2．科学家发现某些蚜虫能合成类胡萝卜素，其体内的类胡萝卜素不仅能吸收光能，传递给负责能量生产的组织细胞，而且还决定蚜虫的体色。阳光下蚜虫体内的ATP生成量将会增加，黑暗时蚜虫体内的ATP含量会下降。下列有关叙述正确的是(　　)

A．蚜虫合成ATP时所需能量仅仅来自细胞呼吸

B．类胡萝卜素的含量不仅会影响蚜虫的体色，还会影响蚜虫个体的生存机会

C．蚜虫做同一强度的运动时，阳光下和黑暗中的ATP消耗量不一样

D．蚜虫体内ATP含量在阳光下比黑暗时多，说明其体内的ATP含量不稳定

B　[由题干信息可知，蚜虫合成ATP所需能量还可来自类胡萝卜素吸收的光能，A错误；由题干信息可知，类胡萝卜素可以吸收、传递光能，影响ATP的合成量，因此类胡萝卜素的含量会影响蚜虫个体的生存机会，B正确；蚜虫做同一强度的运动时消耗ATP的量是一样的，C错误；蚜虫体内ATP含量在阳光下比黑暗时多，但白天ATP消耗量也比黑暗时多，ATP含量处于动态平衡中，故蚜虫体内的ATP含量稳定，D错误。]

[课堂小结]

1．当其他条件均可满足时，20个腺苷和60个磷酸最多可以组成的ATP个数和ATP分子中所含的特殊的化学键个数分别是(　　)

A．20个和30个　　　　　 B．20个和40个

C．40个和40个     D．40个和60个

B　[一个ATP分子中含有1个腺苷、3个磷酸、2个特殊的化学键。20个腺苷，对应60个磷酸，即只能形成20个ATP分子，共含有40个特殊的化学键。]

2．下列关于ATP分子的叙述错误的是(　　)

A．ATP中含有一个核糖和一个含氮碱基

B．ATP脱去所有特殊的化学键后就是ADP

C．ATP中的两个特殊的化学键储存有大量能量

D．ATP断裂了所有特殊的化学键后可作为合成核糖核酸的基本原料

B　[ATP由一分子腺苷和3分子磷酸基团组成，一分子腺苷包括一分子核糖和一分子腺嘌呤。当ATP脱去所有特殊的化学键后就是AMP，AMP为腺嘌呤核糖核苷酸，可作为合成核糖核酸的基本原料。]

3.如图①②代表物质M、N间的相互转化过程，则(　　)

A．萤火虫体内的能量c可来源于光能

B．吸能反应一般和物质M的合成相联系

C．能量d用于过程①时大部分以热能形式散失

D．M、N间的相互转化是生物界共有的能量供应机制

D　[萤火虫体内的能量c主要来自呼吸作用，不能来源于光能，A错误；吸能反应消耗ATP，和物质N的合成相联系，B错误；能量d可用于各项生命活动，和过程①没有关系，C错误；M、N间的相互转化是生物界共有的能量供应机制，D正确。]

4．(多选)下列有关ATP的叙述，正确的是(　　)

A．人体成熟的红细胞在O2充足时也只能通过无氧呼吸产生ATP

B．ATP中的能量可以来源于光能、化学能，也可以转化为光能和化学能

C.ATP是生命活动的直接能源物质，其中两个特殊化学键都易断裂、易形成

D．ATP中的“A”与构成RNA中的碱基“A”表示的不是同一物质

ABD　[人体成熟的红细胞无线粒体，只能进行无氧呼吸，所以即使在O2充足时也只能通过无氧呼吸产生少量能量合成ATP，A正确；ATP中的能量可以来源于光能(绿色植物的光合作用)、化学能(呼吸作用有机物的氧化分解)，ATP中活跃的化学能也可以转化为光能(萤火虫发光)、化学能(细胞内小分子物质合成大分子物质)，B正确；ATP是细胞内的直接能源物质，在有关酶的催化作用下远离腺苷的特殊化学键容易断裂也容易形成，C错误；ATP中的“A”指的是腺苷，腺苷由腺嘌呤和核糖结合而成，而RNA中的碱基“A”指的是含氮碱基腺嘌呤，所以表示的是不同的物质，D正确。]

5．1997年，诺贝尔化学奖的一半授予了美国的保罗·博耶和英国的约翰·沃克，以表彰他们在研究ATP如何利用能量进行自身再生方面取得的成就。回答下列问题：

(1)ATP的中文名称是________，其中A代表________，A中含有的单糖是________，P代表________。

(2)ATP的组成元素是________，若用15N标记ATP，将会在________(填化学结构)出现15N标记。

(3)在生物体内，ATP水解成ADP时，释放的能量直接用于各种________反应；ADP合成为ATP所需的能量来自各种________反应，所以ATP是细胞内的________。

[解析]　(1)ATP的名称是腺苷三磷酸，其中A表示腺苷，由腺嘌呤和核糖组成，P表示磷酸基团。(2)ATP的组成元素是C、H、O、N、P，ATP中的N存在于腺苷的腺嘌呤中，所以若用15N标记ATP，将会在腺嘌呤中出现15N标记。(3)ATP水解释放大量能量，释放的能量直接用于各种吸能反应；ATP合成时需要吸收能量，由各种放能反应提供，所以ATP是细胞内的能量“货币”。

[答案]　(1)腺苷三磷酸 　腺苷　核糖　磷酸基团

(2)C、H、O、N、P　腺嘌呤

(3)吸能　放能　能量“货币”