人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第2节 细胞的能量“货币”ATP示范课ppt课件

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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,其中A代表腺苷,P代表磷酸基团,~代表一种特殊的化学键。3.特点:(1)具有较高的转移势能:由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因,使得特殊的化学键不稳定,末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势。(2)易水解放能:ATP水解的过程就是释放能量的过程,1 ml ATP水解释放的能量高达30.54 kJ。 
预习反馈1.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(　　)
答案 A解析 ATP的分子结构式可以简写成A—P~P~P,其中A代表腺苷,由腺嘌呤和核糖组成,P代表磷酸基团,~代表特殊化学键。
2.下列关于ATP的化学组成的说法,正确的是(　　)A.ATP和核酸共有的元素是C、H、O、N、PB.ATP中的A表示腺嘌呤C.含有三个特殊化学键D.含有腺嘌呤和脱氧核糖答案 A解析 组成ATP的化学元素有C、H、O、N、P;1分子ATP由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸组成,其中含有两个特殊化学键,A代表腺苷,由腺嘌呤和核糖组成。
2.请根据上图,写出酶1和酶2催化的反应式。酶1:ADP+Pi+能量 ATP酶2:ATP ADP+Pi+能量
二、ATP与ADP可以相互转化1.过程
3.特点(1)时刻不停地发生并且处于动态平衡之中。(2)ATP与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,这体现了生物界的统一性。【微思考】 上图中能量①来自哪里呢?答案 (1)动物、人、真菌和大多数细菌中能量①来自呼吸作用(有机物分解释放的能量);(2)绿色植物能量①来自光合作用(光能)和呼吸作用。
预习反馈1.ATP是细胞中的能量“货币”,下列叙述正确的是(　　)A.ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量B.ATP—ADP循环使得细胞储存了大量的ATPC.ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团D.ATP分子中的2个特殊化学键不易断裂水解
答案 C解析 ATP的形成途径是光合作用和细胞呼吸,因此ATP中的能量可来自光能和细胞呼吸释放的能量,A项错误;ATP—ADP循环,使得细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中,B项错误;ATP末端的磷酸基团脱离,形成ADP和Pi,同时释放能量,C项正确;ATP分子中含有2个特殊的化学键,远离腺苷的特殊化学键很容易水解,D项错误。
2.右图表示ATP和ADP之间的转化,据图可以确定(　　)A.A为ADP,B为ATPB.能量1和能量2来源相同C.酶1和酶2是同一种酶D.X1和X2是同一种物质答案 D解析 由图中能量的方向可知,A为ATP,B为ADP;能量1来自ATP中特殊化学键水解所释放的化学能。在动物体内能量2来自有机物氧化分解释放的化学能;在绿色植物体内能量2除来自有机物氧化分解所释放的化学能外,还可来自光合作用吸收的光能。酶1和酶2分别是ATP水解酶和ATP合成酶。X1和X2是同一种物质(Pi)。
三、ATP的利用1.ATP是生命活动的直接能源物质ATP的利用实例:用于细胞的主动运输,肌细胞收缩,细胞内各种吸能反应,大脑思考,生物发电、发光等。2.ATP是细胞内流通的能量“货币”(1)吸能反应一般与ATP的水解相联系,由ATP水解提供能量。(2)放能反应一般与ATP的合成相联系,释放的能量储存在ATP中。(3)能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应中流通。
3.ATP的供能机理(以ATP为主动运输供能为例)(1)参与Ca2+主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶。当膜内侧的Ca2+与其相应位点结合时,其酶活性就被激活了。(2)在载体蛋白这种酶的作用下,ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合,该过程伴随着能量的转移,这就是载体蛋白的磷酸化。(3)载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化,使Ca2+的结合位点转向膜外侧,将Ca2+释放到膜外。
预习反馈1.判断正误。(1)人体的一切生命活动都需要ATP。( × )(2)机体在运动时消耗ATP,睡眠时则不消耗ATP。( × )(3)活细胞内ATP与ADP的转化只能单向进行。( × )(4)人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。( × )(5)ATP中的能量可以来源于光能、热能,也可以转化为光能、热能。( × )
2.下列关于ATP为主动运输供能的说法,错误的是(　　)A.Ca2+主动运输的载体蛋白同时也是催化ATP水解的酶B.ATP为主动运输供能是通过载体蛋白的磷酸化过程实现的C.载体蛋白的磷酸化是指磷酸基团与载体蛋白相结合D.载体蛋白磷酸化后导致其空间结构改变,将Ca2+转运到膜内答案 D
1929年,费斯克(Cyrus Fiske)和罗曼(Karl Lhmann)分别在肌肉中发现了一种焦磷酸盐与腺苷酸联系的化合物。1934年,罗曼又发现,1份这种化合物会被分解成1份一磷酸腺苷(AMP)和2份磷酸(Pi)。1935年,罗曼进一步确定了这种化合物的分子结构为腺苷三磷酸。1948年,托德(Alexander Tdd)首次用化学方法人工合成了ATP。下图是ATP的结构式,图中α、β、γ分别表示ATP中的三个磷酸基团。
1.ATP的化学组成。
2.【科学思维】 如果β和γ位的磷酸基团都从ATP脱离,形成的物质名称是什么?它与核酸有何关系?答案 如果β和γ位的磷酸基团都从ATP脱离,形成腺嘌呤核糖核苷酸,是RNA的基本单位之一。
【归纳提升】ATP和核苷酸结构中“A”的含义(1)ATP结构中的A为腺苷,由腺嘌呤和核糖组成。(2)核苷酸结构中的A为腺嘌呤。
【探究应用】1.若ATP脱去了两个磷酸基团,该物质就是组成RNA的基本单位之一,其名称为(　　)A.腺嘌呤核糖核苷酸B.鸟嘌呤核糖核苷酸C.胞嘧啶核糖核苷酸D.尿嘧啶核糖核苷酸答案 A解析 ATP中文名称叫腺苷三磷酸,结构简式A—P~P~P,其中A代表腺苷,P代表磷酸基团,~代表特殊的化学键。水解时远离A的化学键断裂,脱掉一分子磷酸后形成ADP,ADP再脱掉一分子磷酸后形成AMP,即腺嘌呤核糖核苷酸,它是构成RNA的基本单位之一。
2.下列关于ATP的叙述,正确的是(　　)A.ATP分子中所有化学键都储存着大量的能量,所以被称为高能磷酸化合物B.腺苷三磷酸可简写为A—P~P—PC.ATP中大量的能量都储存在腺苷和磷酸基团中D.1个ATP分子由1个腺嘌呤、1个核糖和3个磷酸基团组成答案 D解析 ATP分子中含有两个特殊的化学键,具有较高的转移势能,A项错误;腺苷三磷酸可简写为A—P~P~P,B项错误;ATP的能量主要储存在特殊的化学键上,C项错误;1个ATP分子由1个腺苷和3个磷酸基团组成,腺苷由腺嘌呤和核糖组成,D项正确。
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、电鳐发电和物质的主动运输都需要消耗ATP。下图是ATP为主动运输供能示意图。
1.由甲→乙过程中,ATP转化为ADP。磷酸基团(Pi)的去向及其作用是什么?答案 ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化,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。2.从Ca2+的转运过程看,Ca2+的载体蛋白有什么作用?答案 参与主动运输转运Ca2+的载体蛋白有两种作用,一是运输作用,结合Ca2+进行跨膜运输;二是催化作用,能催化ATP水解。
3.ATP与ADP的相互转化总是与吸能反应或放能反应相联系,请联系实例分析。答案 细胞内的化学反应可以分成吸能反应和放能反应两大类。前者是需要吸收能量的,如蛋白质的合成等;后者是释放能量的,如葡萄糖的氧化分解等。许多吸能反应与ATP水解的反应相联系,ATP水解释放的能量被吸能反应所利用;许多放能反应与ATP的合成相联系,放能反应(如细胞呼吸)释放的能量结合ADP和Pi形成ATP,以便为吸能反应直接供能。也就是说,能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。
4.ATP在细胞内的含量很低,但一个成人一天在静止状态下所消耗的ATP为48 kg,在紧张活动的情况下,ATP的消耗可达0.5 kg/min,细胞如何满足对ATP的需求?答案 在正常生活的细胞中,时刻不停地发生ATP与ADP的相互转化,并且处于动态平衡之中。
【归纳提升】1.ATP与ADP的相互转化
2.ATP的利用(1)ATP是细胞内流通的能量“货币”(2)化学反应中的能量变化与ATP的关系(3)能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。
特别提醒 (1)ATP是生物体进行生命活动的直接能源物质,储存在ATP中的化学能可以转化为光能、电能、机械能、化学能等。(2)常见的消耗ATP的生理过程:主动运输、蛋白质合成、胞吞、胞吐、细胞分裂等。(3)常见的不消耗ATP的生理过程:自由扩散、协助扩散、气体交换、渗透作用、蒸腾作用等。
【探究应用】1.枪乌贼是一种生活在海洋中的软体动物,它有巨大的神经细胞,能不断逆浓度吸收K+。科学家用一种有毒物质使神经细胞中毒,其吸收K+的功能消失。如果注入一种物质,神经细胞又能恢复吸收K+的功能,一直到这种物质消耗完,请分析这种物质是(　　)A.淀粉B.ATP C.葡萄糖D.麦芽糖答案 B解析 神经细胞吸收K+是主动运输,主动运输需消耗能量,需要载体蛋白,逆浓度梯度运输。从题干可知这种物质与能量有关,细胞可直接利用的能量是ATP。
2.下列关于ATP的叙述,正确的是(　　)A.细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制体现了生物界的统一性B.吸能反应往往伴随着ATP合成,放能反应往往伴随着ATP水解C.ATP分子由腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸组成D.ATP与ADP的相互转化使得细胞内储存了大量的ATP答案 A解析 细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制体现了生物界的统一性,A项正确;ATP水解时常伴随着吸能反应的进行,ATP合成时常伴随着放能反应的进行,B项错误;ATP分子由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸组成,C项错误;ATP与ADP的相互转化是时刻不停地发生,并且处于动态平衡之中的,D项错误。
3.(多选)ADP和ATP相互转化的能量供应机制是生物界的共性,其相互转化反应如图所示。下列叙述正确的是(　　)A.机体进行剧烈运动时,反应②的速率显著大于反应①的速率B.动物细胞中的E2可能转化为光能、电能C.植物叶肉细胞中的E1可能来自光能或有机物中的化学能D.催化反应①和反应②的酶的空间结构相同