高中生物第2节 细胞的能量“货币”ATP学案设计

这是一份高中生物第2节 细胞的能量“货币”ATP学案设计，共9页。学案主要包含了ATP是一种高能磷酸化合物，ATP与ADP可以相互转化，ATP的利用，糖原等内容，欢迎下载使用。

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 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(A：腺苷\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(核糖,腺嘌呤)),P：磷酸基团,～：特殊的化学键))


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“ATP eq \(,\s\up9(①),\s\d10(②))ADP＋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”课标内容要求
核心素养对接
解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
1.生命观念——结构与功能观：认同ATP的结构与功能相适应。


2．科学思维——分析与综合：ATP与ADP之间的相互转化；理解ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
项目
ATP的合成
ATP的水解
反应式
ADP＋Pi＋能量 eq \(――→,\s\up9(酶))ATP
ATP eq \(――→,\s\up9(酶))ADP＋Pi＋能量
所需酶
ATP合成酶
ATP水解酶
能量来源
光能(光合作用)、化学能(细胞呼吸)
特殊的化学键中的能量
能量去路
形成特殊的化学键
用于各项生命活动
反应场所
细胞质基质、线粒体、叶绿体
生物体的需能部位
相应生理活动
主要是光合作用、细胞呼吸
肌肉收缩、细胞分裂、兴奋传导等
结论
ATP和ADP相互转化时，反应所需要的酶、能量的来源和去路、反应的场所不同，因此两者的相互转化不是可逆的，从两者相互转化的反应式来看，物质是可逆的，但能量不可逆
知 识 网 络 构 建
核 心 语 句 归 纳
1.ATP的结构简式是A—P～P～P，其中“A”表示腺苷，“P”代表磷酸基团，“～”代表特殊的化学键。


2.ATP与ADP相互转化的反应式是ATP eq \(,\s\up9(酶Ⅰ),\s\d10(酶Ⅱ))ADP＋Pi＋能量。


3.细胞内ATP与ADP的相互转化是生物界的共性。


4.合成ATP的途径包括光合作用和呼吸作用。


5.ATP是生命活动的直接能源物质。