高中生物人教版 (新课标)必修1《分子与细胞》第2节 细胞的能量“通货”──ATP学案设计

这是一份高中生物人教版 (新课标)必修1《分子与细胞》第2节 细胞的能量“通货”──ATP学案设计，共15页。


[学习目标]
1．简述ATP的化学组成和特点。
2．写出ATP的分子简式。
3．解释ATP在能量代谢中的作用。
[学习重点]
ATP化学组成的特点及其在能量代谢中的作用。
ATP与ADP的相互转化。
[学习难点]
基础预习
ATP与ADP的相互转化。
使用说明：①依据学习目标，认真预习课本至少15分钟，用红笔标重点疑难点。②认真独立完成以下内容。
知识点一 ATP的结构
【知识链接】
知识点二 ATP与的ADP的相互转化
知识点三 ATP的形成途径及生理意义
【预习反馈】
合作探究
使用说明：①将自学中遇到的问题同桌交流，用红笔做好标记。②小组交流，总结本组内的看法和观点，组长做好记录，准备展示和点评。③按照互动要求，及时思考，展示到位，认真点评。
问题探讨一：ATP的结构和功能
【问题导学】
（一）ATP的功能
1.阅读课本中的问题探讨，总结ATP的功能。

2.完成生态系统中的能量流动的过程的填写，尝试总结ATP、有机物和太阳光的功能。
归纳总结：太阳光能：生命活动能量的___________。
有机物中的化学能：生命活动能量的___________。
ATP：生命活动能量的___________。
（二）ATP的结构
3.书写ATP的结构简式以及简式中各字母和符号代表的含义。
4.ATP的全称是什么？阅读教材P88【相关信息】部分内容，思考什么是腺苷？结合学习的核苷酸的知识，尝试归纳ATP与腺嘌呤核糖核苷酸的联系。
5．为什么说ATP是一种高能磷酸化合物？
【典例导悟】
ATP在细胞中能够释放能量和储存能量，从其化学结构看，原因是 ( )
①腺苷很容易吸收能量和释放能量
②第三个高能磷酸键很容易断裂和再结合
③第三个磷酸基团（远离腺苷的那个）很容易从ATP上脱离，使ATP转化为ADP，同时释放能量
④ADP可以在酶的作用下迅速与一分子磷酸结合，吸收能量形成第二个高能磷酸键（远离腺苷的那个），使ADP转变成ATP
A．①③ B．②④ C．③④ D．①④
【解析】ATP含有三个磷酸基团，一个普通化学键、两个高能磷酸键，ATP水解时第二个高能磷酸键（远离腺苷的那个）断裂，储存在高能磷酸键中的能量释放出来，ATP转化为ADP。在有关酶的催化下，ADP与Pi结合，吸收能量，又可形成第二个高能磷酸键（远离腺苷的那个），ADP又转化为ATP。[答案]C
【迁移训练1】
30个腺苷和60个磷酸基最多能组成ATP （ ）
A、10 个 B、20 个 C、30 个 D、60 个
问题探讨二：ATP和ADP的转化
【问题导学】
1.当生物体需要消耗能量时，是如何水解ATP释放其高能磷酸键中的能量的？得到的产物有哪些？请书写水解反应方程式。
2.生物体又是如何利用相关的原料来合成ATP的？请书写反应方程式。
3.两个反应式前后的物质一样吗？是否是可逆反应？尝试从酶的种类、能量的来源和去向以及反应的场所的角度来分析，并完成如下的表格。
4.机体的生命活动需要消耗大量的能量，意味着ATP在生物体内的含量很高吗？为什么？
归纳总结：右图为ATP与ADP相互转化的图解，请填空：
(1)图中①应为 ，②应为 。
(2)ATP分子的结构简式是 。
ATP分子大量的化学能储存在 中。
(3) 写出ATP与ADP相互转化的反应式：
。
(4)对于动物和人来说，ADP转变成ATP时，所需的能量主要来自 ；对于绿色植物来说，ADP转变成ATP时，所需能量主要来自 和 。
【典例导悟】
对的叙述中，正确的一项是 ( )
A．ATP分子由1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成
B．反应向左进行和向右进行所需的酶都是一样的
C．ATP和ADP之间可以时刻转化，处于动态平衡之中
D．绿色植物体内合成ATP所需的能量完全来自光合作用
【解析】A项ATP由1个腺苷和3个磷酸基团组成，腺苷由1分子腺嘌呤和1分子核糖组成；B项反应向左进行是ATP的合成反应，酶Ⅱ属于合成酶，反应向右进行是ATP的水解反应，酶I属于水解酶；C项ATP和ADP在细胞内时刻不停地发生相互转化，从而保证了生命活动的顺利进行；D项绿色植物体内合成ATP的能量来源有两个：一是光合作用吸收的光能；二是呼吸作用分解有机物释放的化学能。[答案]C
【迁移训练2】
用小刀将数十只萤火虫的发光器割下，干燥后研成粉末状，取两等份分别装入两个小玻璃瓶中，各加入少量的水，使之混合，可见到玻璃瓶中发出淡黄色荧光，经过15 min荧光消失。这时，再将ATP溶液加入其中一个玻璃瓶中，将葡萄糖溶液加入另一个玻璃瓶中，可观察到加ATP溶液的玻璃瓶中有荧光出现，而加葡萄糖溶液的玻璃瓶中没有荧光出
现（如下图）。
(1)玻璃瓶中最初发出荧光说明其中含有 。
(2)两个玻璃瓶最后的实验现象说明
。
(3)写出萤火虫发光过程中能量的转化形式
。
问题探讨三：ATP的利用
【问题导学】
1.当ATP水解时，其会释放能量供其他的化学反应所利用，所以ATP水解与什么反应相联系？
2.合成ATP时，能量来自光合作用和呼吸作用所释放的，所以ATP的合成与什么反应相联系？
3．你能列举作为生命活动的直接能源物质的ATP被利用的相关实例吗？
自我评价
知识归纳
【思维导图】
【相关概念】
1．ATP的分子组成及特点
ATP分子的结构式可简写为A-P～P～P。1个ATP分子中含有1个腺苷和3个磷酸基团，以及2个高能磷酸键。远离腺苷的那个高能磷酸键极容易水解和形成，同时伴随着能量的释放和储存，从而为细胞的生命活动提供能量。
2．ATP和ADP之间的相互转化
从反应所需要的酶、反应场所、能量转化等方面来看，ATP和ADP之间的相互转化是不可逆反应（见下表）。
3. ATP中能量的转化
ATP中的能量可以直接转化成其他各种形式的能量，用于生物体的各项生命活动。这些形式主要有：
(1)机械能。生物体内的细胞以及细胞内各种结构的运动所消耗的能量就是机械能。例如，肌细胞的收缩、细胞分裂期间染色体的运动等。
(2)电能。生物体内神经冲动的传导和某些生物产生生物电，形成的就是电能。
(3)渗透能。细胞的主动运输是逆浓度梯度进行的，消耗的能量也是来自ATP。
(4)化学能。在生物体的物质代谢中，到处都需要ATP转化的化学能。
(5)光能。如萤火虫。
【自主构建】
巩固提升
使用说明：①课后利用自主时间对课堂内容进行回顾和反思，力求全面掌握知识内容。明确知识体系，并标注和记录疑难问题。 ②交流学习体会，就存在的困惑向其他同学请教，对仍然解决不了的问题通过问题卡请教老师。 ③独立完成作业
【基础巩固】
1．关于ATP的化学组成的说法中，正确的是 ( )
A．ATP的结构简式为A—P～P～P
B．ATP中的A表示腺嘌呤
C．含有三个高能磷酸键
D．含有腺嘌呤和脱氧核糖
2．“高能磷酸键”中的“高能”是指该键 ( )
A．键能高
B．活化能高
C．水解释放的自由能高
D．A、B、C都是
3．ATP中大量的化学能储存在 ( )
A．腺苷内
B．腺苷与磷酸基团连接键内
C．高能磷酸键内
D．磷酸基团内
4．ADP转变为ATP需要 ( )
A．Pi、酶、腺苷和能量 B．Pi、能量
C．能量、腺苷和酶 D．Pi、能量和酶
5．如图是有关ADP转化成ATP时所需能量的主要来源示意图，据图完成下列问题：
(1)1分子ATP中含有 个高能磷酸键。
(2)图中的a、b分别代表 、 。
(3)c指 。
(4)①②反应进行时所需要的酶一样吗？为什么？
。
(5)进行①反应时能量用于 ，进行②反应时能量用于 ，由此可见能量是 ，物质是 。
【能力提升】
1．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脱去所有高能磷酸键后就是ADP
C．ATP分子中含有C、H、0、N、P五种元素
D．ATP断裂了所有高能磷酸键后可作为合成核糖核酸的基本原料
2．下列有关ATP的叙述，正确的是 ( )
A．ATP可以水解为一个核苷和两个磷酸
B．自然界中的光能、热能、机械能、电能和化学能都是合成ATP时的能量来源
C．ATP分子由1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成
D．ATP中的“A”与构成DNA、RNA中的碱基“A”不是同一种物质
3．ATP是细胞内流通着的能量“通货”。下列关于ATP的说法中，错误的是 ( )
①参与ATP形成的元素包括C、H、0、N、P
②线粒体是蓝藻细胞产生ATP的主要场所
③ATP分子由1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成
④洋葱表皮细胞产生ATP的途径是细胞呼吸
A．①② B．②③
C．①④ D．③④
4．下列生理过程中，不需要消耗ATP的是 ( )
A．核糖体上合成血红蛋白
B．肺泡内的气体交换
C．小肠吸收氨基酸
D．分泌蛋白的外排
5．生物体内既能储存能量，又能为生命活动直接提供能量的物质是 ( )
A．葡萄糖 B．糖原
C．三磷酸腺苷 D．脂肪
6．在下列生理活动中，不能使ADP增加的是( )
A．植物细胞发生质壁分离
B．抗体的合成与分泌
C．肌肉细胞从内环境中吸收K+
D．小肠对葡萄糖的吸收
7．海洋中的鮟鱇鱼有发光现象，其光能是由( )
A．电能转变而来
B．有机物进行氧化分解释放的机械能转变而来
C．热能转变而来
D．ATP转化成ADP时释放的化学能转变而来
8．关子ATP的叙述，错误的是 ( )
A．ATP中含有C、H、0、N、P等元素
B．活细胞中ATP与ADP之间的转化时刻发生
C．ATP是生物体生命活动的直接能源物质
D．动植物形成ATP的途径分别是呼吸作用和光合作用
9．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中的ATP，发现其含量变化不大，但部分ATP的末端P已带上放射性标记，该现象不能说明 ( )
A．ATP与ADP的转化是非常迅速的
B．部分32P标记的ATP是重新合成的
C．ATP是细胞内的直接能源物质
D．该过程中ATP既有合成又有分解
10.在活细胞中，下图循环过程永不停止地进行着，请运用所学知识，分析回答下面ATP与ADP循环中的有关问题。
(1)ATP作为生物体生命活动的 物质，其分子结构简式为 ，在②过程中，是由于 键的断裂而释放出能量。
(2)在绿色植物细胞内，与①相应的生理活动主要是在细胞内的 、 中进行的。
(3)A1和A2分别起什么作用？二者相同吗？
11.如图为三磷酸腺苷的一种表示方法，请据图回答 下列问题。
(1)三磷酸腺苷又叫 ，图中的“～”表示的是 。
(2)三个ATP含有 个高能磷酸键；如果一个
ATP脱去两个磷酸基，形成AMP，AMP是 的基本组成单位之一。
(3)植物合成ATP的途径有 。动物肌肉收缩的能量来源是 。
12．下面关于ATP的叙述，错误的是 ( )
A．细胞质和细胞核中都有ATP的分布
B．ATP合成所需的能量由磷酸提供
C．ATP可以水解为一个核苷酸和两个磷酸
D．正常细胞中ATP与ADP的比值在一定范围内变化
13．如图表示的是ATP和ADP之间的转化，可以确定 （ ）
A．A为ADP，B为ATP
B．能量1和能量2来源相同
C．酶l和酶2是同一种酶
D．Xl和X2是同一种物质
14．以下是有关生物体内ATP的叙述，其中正确的一项是 ( )
A. ATP与ADP相互转化，在活细胞中其循环是永无休止的
B．ATP与ADP是同一种物质的两种形态
C．生物体内的ATP含量很多，从而保证了生命活动所需能量的持续供应
D．ATP与ADP的相互转化，使生物体内各项化学反应能在常温常压下快速顺利地进行
15.下图为生物体的新陈代谢与ATP关系的示意图，请回答：
（1）海洋中的电鳗有放电现象，其电能是由图中
的 过程释放的能量转变而来的。
（2）医药商店出售的ATP注射液可治心肌炎。若人体静脉滴注这种药物，ATP到达心肌细胞内最少要通过几层细胞膜（ ）
A.1层 B.2层 C.3层 D.4层
（3）经测定，正常成年人静止状态下24 h将有40 kg ATP发生转化，而细胞内ADP、ATP的总量仅为
2~10 mml/L，为满足能量需要，生物体内解决这一矛盾的合理途径是 。
第5章 细胞的能量供应和利用
第2节 细胞的能量“通货”——ATP
【参考答案】
【知识链接】
知识点一：A—P～P～P 腺苷 磷酸基团 高能磷酸键 20.92Kj/ml 高能磷酸化合物 30.54Kj/ml 高能磷酸键
知识点二： 含量很少 供能环境 远离A的高能磷酸键 十分迅速 细胞分裂 根吸收矿质元素 肌肉收缩
知识点三：呼吸过用 有机物 呼吸作用 光合作用 能量“通货” 直接来源
问题探讨一
【问题导学】
ATP的功能
1、直接为细胞的生命活动提供能量 2、绿色叶片 ATP ATP
归纳总结：最初来源 间接来源 直接来源
ATP的结构
3、略 4、 腺苷是指一分子腺嘌呤和一分子核糖 、ATP是由腺嘌呤核糖核苷酸以高能磷酸键的形式连接两个磷酸基团组成。 5、ATP的高能磷酸键水解释放的能量多大30.54KJ/ml。
【迁移训练1】
B
问题探讨二
【问题导学】
1、ATP 酶 ADP+Pi+能量
2、ADP+Pi+能量 酶 ATP
3、
4、不是，ATP与ADP可以相互转化，是不停地发生并且处于动态平衡之中的。
归纳总结：
(1)能量 能量 (2)A-p~p~p 高能磷酸键 (3)
(4)呼吸作用 呼吸作用和光合作用
【迁移训练2】
[解析] ATP是生物体内的直接能源物质，它释放的能量可：以直接转化成光能、电能、机械能等。
[答案] (1)ATP (2)萤火虫的荧光是由ATP释放的能量转化而成的 (3) ATP中的化学能转化成光能
问题探讨三
【问题导学】
1、吸能反应 2、方能反应 3、生物发电，肌肉收缩 ，主动运输等
【基础巩固】
1．选A 1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子的磷酸组成1分子ATP，其中含有两个高能磷酸键，A代表腺苷，由腺嘌呤和核糖组成。
2．选C ATP为高能磷酸化合物，其含有的高能量主要贮存在高能磷酸键中，而这个高能磷酸键是指在水解时释放的能量高。
3．选C ATP是高能磷酸化合物，它的分子结构简式是A-P～P～P，其中腺苷与直接相连的磷酸基团之间的化学键不是高能磷酸键。1 ml高能磷酸键所含能量为30.54 KJ，可见ATP中大量的化学能储存在高能磷酸键中。
4．选D ADP转变成ATP的过程中，需要能量，从物质上看需要磷酸(Pi)，由于生物体内的各种反应都需要生物催化剂——酶来参加，所以在这个转变过程中，需要能量、酶和Pi。
5．(1)2 (2)呼吸作用光合作用 (3)各项生命活动 (4)不一样，因为①和②是两个不同的反应，而酶具有专一性
(5)合成ATP 各项生命活动 不可逆的 可逆的
【能力提升】
1．B
2．选D ATP可水解为一个核苷酸和两个磷酸。合成ATP利用的能量只能是光能或他学能。ATP由1个腺苷和3个磷酸基团组成。DNA、RNA中的碱基“A”表示腺嘌呤，ATP中的“A”表示腺苷。
3．选B 蓝藻是原核细胞，无线粒体；一个ATP分子是由1个腺苷和3个磷酸基团组成的；洋葱表皮细胞无叶绿体，产生ATP的途径只能是细胞呼吸；ATP的元素组成是C、H、O、N、P。
4．选B 肺泡内的气体交换是氧气和二氧化碳通过肺泡膜，为自由扩散，不需要能量供应。
5．选C ATP是生命活动的直接供能物质，ATP中有两个高能磷酸键，能贮存大量能量。其他选项中的物质也能储存能量，但不能为细胞代谢直接提供能量。
6．选A 不能使ADP增加，即不消耗ATP。所列生理活动中，植物细胞发生质壁分离是渗透作用的结果，不消耗能量；抗体的合成与分泌需要消耗ATP;肌肉细胞吸收K+以及小肠对葡萄糖的吸收均属于主动运输，需要载体协助并旦消耗能量。
7．选D 鮟鱇鱼发光所需能量是由ATP转化为ADP时释放的能量转变而来的。
8．选D ATP中的A代表腺苷，P代表磷酸基团，所以，ATP含有C、H、0、N、P等元素。各能源物质释放的能量在用于生命活动之前都要转移到ATP中，由ATP直接供应生命活动的能量需要。动物体内形成ATP的途径是呼吸作用，植物体内形成ATP的途径是呼吸作用和光合作用。
9.选C ATP在细胞内的含量很少，但作为生物体内的直接能源物质，ATP与ADP的转化是非常迅速的，所以加入32P标记的磷酸分子，短时间内分离出细胞中的ATP，其含量变化虽不大，但部分ATP的末端P已带上放射性。本实验不能说明ATP是细胞内的直接能源物质。
10.解析：ATP是生命活动的直接能源物质，ATP在水解时远离腺苷的那个高能磷酸键断裂。ATP的水解和合成分别由水解酶和合成酶催化。植物叶肉细胞产生ATP的部位主要是线粒体、叶绿体。在光合作用的光反应阶段和呼吸作用的过程中ADP转化为ATP，所需的能量分别来自色素吸收转化的光能和糖类等有机物分解释放的能量，ATP水解后，能量转化为其他各种形式的能量，用于生物的各项生命活动。主要有化学能，机械能、电能等。
答案：(1)直接能源 A-P～P～P 远离腺苷的高能磷酸 (2)线粒体 叶绿体 (3)A1起催化作用，催化ATP的合成，是合成酶，A2起催化作用，催化ATP的水解，是水解酶。二者不相同。
11.解析：三磷酸腺苷简称ATP，一分子ATP中含有一个腺苷和3个磷酸基团。一分子ATP含有两个高能磷酸键，用“～”表示。两个高能磷酸键都水解后形成的AMP是组成RNA的成分之一。
答案：(1) ATP 高能磷酸键 (2)6 RNA (3)光合作用和细胞呼吸 ATP水解释放的能量
12．【解析】选B。主要考查ATP的综合知识和考生获取信息的能力。有能量消耗的地方就有ATP的存在；ATP的合成需要磷酸，磷酸不提供能量。
13【解析】选D。本题考查对ATP和ADP之间相互转化知识的理解和掌握。由图中能量的方向可以看出，A为ATP，B为ADP；能量1来自ATP中高能磷酸键的水解所释放的化学能，能量2在动物体内来自有机物氧化分解释放的化学能，在植物体内除来自有机物氧化分解所释放的化学能外，还可来自光能；酶1和酶 2分别是水解酶和合成酶；Xl和X2是同一种物质Pi。
14．【解析】选A。活细胞中不停地进行代谢，所以ATP和ADP的相互转化就会不断的进行，ATP与ADP是两种不同的物质，并且ATP在生物体内含量较低，之所以能满足生命活动的需要就是因为ATP和ADP不断的相互转化，酶是能够保障生物体各项生物活动在常温常压下快速顺利地进行的必要条件。
15. 解析 在绿色植物体内，光能转变成ATP中的化学能，然后再转移到有机物中，有机物被动物消化吸收后，可以氧化分解释放出其中的能量，大部分以热能的形式散失，维持生物体的体温，少部分能量转移到ATP中之后可以用于各种生命活动，如生物放电、肌肉收缩等。静脉滴注ATP时，ATP要到达组织细胞内，首先要通过毛细血管的管壁细胞（2层膜），然后进入组织细胞（1层膜），共通过3层细胞膜。
答案 (1)④ (2)C(3)ATP与ADP之间进行相互转化十分迅速

比较项目
ATP的水解
ATP的合成
酶
能量
反应场所
比较项目
ATP的水解
ATP的合成
酶
水解酶
合成酶
能量
高能磷酸键内的化学能
有机物中的化学能和光能
反应场所
分布的场所较广
叶绿体、线粒体和细胞质基质