高中人教版 (2019)第5章 细胞的能量供应和利用第2节 细胞的能量“货币”ATP评课课件ppt

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自主预习·新知导学
一、ATP是一种高能磷酸化合物1.萤火虫发光需要细胞提供能量。直接给细胞生命活动提供能量的是ATP。
2.ATP的名称与简式
ATP的中文名称是腺苷三磷酸。其结构式可简写成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.ATP的特点(1)特殊的化学键:数量为2个。(2)特殊的化学键不稳定: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,也就是具有较高的转移势能。当ATP在酶的作用下水解时,脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合,从而使后者发生变化。
(3)水解释放能量: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,所以说ATP是一种高能磷酸化合物。
二、ATP与ADP可以相互转化1.反应式
2.相互转化的过程及能量来源
3.转化的特点(1)时刻不停地发生并且处于动态平衡之中。(2)ATP和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。
三、ATP的利用1.利用ATP的实例
2.ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化,被磷酸化的分子空间结构发生变化,活性也被改变,因而可以参与各种化学反应。
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的关系吸能反应:一般与ATP水解的反应相联系,如蛋白质的合成。放能反应:一般与ATP的合成相联系,如葡萄糖的氧化分解等。(2)能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。
【预习检测】 1.判断正误。(1)ATP因含有3个磷酸基团而含有3个特殊的化学键。(　　)(2)ATP脱去2个磷酸基团后,形成的物质为RNA的基本单位之一。(　　)
(3)人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。(　　)(4)ATP在细胞内含量并不高,活细胞都能产生ATP,也都会消耗ATP。(　　)(5)ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。(　　)(6)活细胞内ATP与ADP的转化只能单向进行。(　　)
2.在剧烈运动时,人体骨骼肌所需要的能量直接来源于(　　 )A.肌糖原　　B.葡萄糖C.ATPD.脂肪解析:ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。答案:C
3.海洋中的电鳐有放电的现象,其电能由(　　)A.有机物进行氧化分解释放的化学能直接转变而来B.热能转变而来C.ATP转变成ADP时释放的化学能直接转变而来D.光能转变而来解析:海洋中的电鳐有放电的现象,其电能是由ATP转变成ADP时释放的化学能直接转变而来的。答案:C
合作探究·释疑解惑
知识点一 ATP的结构和特点
问题引领据图分析ATP的结构及其特点。(1)图示a处应为“—H”还是“—OH”?为什么?提示:图示a处应为“—OH”,因为该五碳糖为“核糖”。
(2)图示b、c、d所示化学键是否相同?其中哪一个最易断裂?为什么?提示:图示b为普通化学键,c、d则为特殊的化学键。其中d处的化学键最易断裂。由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因,使得该化学键不稳定,末端磷酸基团具有较高的转移势能。(3)图示中e的名称是什么?它与RNA有何关系?提示:图示中e为腺嘌呤核糖核苷酸,它是构成RNA的基本单位之一。
归纳提升ATP的结构和数量关系(1)ATP结构①1分子ATP由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸基团构成。②ATP由腺苷和磷酸构成;腺苷由腺嘌呤和核糖构成。
(2)ATP结构中的数量关系①ATP分子中有两个特殊的化学键,其中末端磷酸基团具有较高的转移势能,容易挟能量与其他分子结合,使后者发生变化。②腺苷和磷酸基团数量关系为1∶3。
生物体中与能量有关的物质(1)直接能源物质——ATP。(2)主要的能源物质——糖类(葡萄糖)。(3)主要的储能物质——脂肪。(4)植物特有的储能物质——淀粉。(5)动物特有的储能物质——糖原。
典型例题下图是与ATP相关的部分结构示意图。下列分析正确的是(　　)
A.a表示ADP,与ATP相比少了一个磷酸基团B.b表示腺嘌呤核苷,是ATP中“A”代表的含义C.c表示腺嘌呤核糖核苷酸,它是构成RNA的基本单位D.d表示ATP,是驱动细胞生命活动的直接能源物质
解析:a由核糖和腺嘌呤组成的腺苷,比ATP少了三个磷酸基团。b表示的是RNA的基本单位之一——腺嘌呤核糖核苷酸,而ATP中“A”的含义是腺苷。c是ATP失去一个磷酸基团后的产物——ADP,不是RNA的基本单位。d表示的是ATP,是驱动细胞生命活动的直接能源物质。答案:D
【变式训练】 科学家发现星形胶质细胞ATP释放异常与抑郁症发生密切相关。下列有关ATP的叙述,正确的是(　　)A.图中的A代表腺苷,b、c为特殊的化学键B.a是组成DNA的基本单位之一C.ATP是生物体内的储能物质D.ATP中的“A”与构成RNA中的碱基“A”表示的不是同一种物质
解析:图中的A是腺嘌呤;a是腺嘌呤核糖核苷酸,是构成RNA的基本单位之一。ATP是生物体内的直接能源物质,ATP中的“A”表示的是腺苷,RNA中的碱基“A”表示的是腺嘌呤。答案:D
知识点二 ATP与ADP之间的相互转化及ATP的利用
问题引领1.右图表示ATP与ADP之间的相互转化过程。请回答下列问题。(1)ATP的合成需要哪种酶?能量来源是什么?提示:ATP合成所需的酶是ATP合成酶。能量来源:动物、植物和微生物细胞合成ATP时的能量来源是呼吸作用;植物叶肉细胞合成ATP时的能量来源除呼吸作用外,还有光合作用。
(2)ATP的水解需要哪种酶?能量来源与去向分别是怎样的?提示:ATP水解所需的酶是ATP水解酶。ATP水解时释放的能量来源于末端磷酸基团挟带的能量;去向是各种需能的生命活动。(3)ATP与ADP的相互转化过程中物质和能量是否可以循环利用?提示:物质可以循环利用;能量不可以循环利用。
(4)ATP与ADP之间的相互转化有什么意义?提示:正常生活的细胞中,ATP与ADP之间的相互转化实现储能和放能,从而保证细胞各项生命活动的能量供应。
2.请结合教科书图5-7,回答下列问题。(1)你对主动运输的Ca2+载体蛋白有什么新认识?提示:Ca2+载体蛋白有“双重身份”,既是运载Ca2+的载体,也是催化ATP水解的酶。且Ca2+与其载体相应位点结合时就能激活该酶催化ATP水解。
(2)ATP水解释放的能量如何发生转移?提示:ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合,这个过程伴随着能量的转移,即载体蛋白磷酸化。(3)载体蛋白磷酸化有什么意义?提示:载体蛋白磷酸化导致自身空间结构发生变化,使Ca2+的结合位点转向膜外侧,将Ca2+释放到膜外。
归纳提升1.ATP和ADP相互转化的比较
2.有关ATP的4个注意事项(1)ATP与ADP相互转化不可逆:ATP与ADP的相互转化,从物质方面来看是可逆的,从酶、进行的场所、能量方面来看是不可逆的。(2)ATP是与能量有关的一种物质,不可等同于能量:ATP是一种高能磷酸化合物,1 ml ATP水解时能够释放出高达30.54 kJ的能量。由于ADP、Pi等可重复利用,只要提供能量,生物体就可不断合成ATP,满足生物体的需要。
(3)不能认为细胞中含有大量的ATP。事实上,细胞中ATP含量很少,但是ATP与ADP转化非常迅速。无论是饱食还是饥饿状态,ATP与ADP的含量都保持动态平衡。(4)不能认为ATP转化为ADP不消耗水。ATP转化为ADP又称为“ATP的水解反应”,这一过程需ATP水解酶的催化,同时也需要消耗水。蛋白质、脂肪、淀粉等的水解也都需要消耗水。
典型例题ATP是细胞内的直接能源物质,可通过多种途径产生,如下图所示。下列说法正确的是(　　)A.O2由红细胞进入肝细胞,使ATP含量迅速下降B.a过程所有活细胞都能进行C.绿色植物细胞都进行b过程D.①②在物质和能量上都可称为互逆反应
解析:O2由红细胞进入肝细胞属于自由扩散,不需要载体和能量,因此ATP含量基本不变。a过程为呼吸作用,b过程为光合作用,所有活细胞都能进行呼吸作用,绿色植物含叶绿体的细胞才能进行光合作用。①②分别为ATP的合成和水解过程,其中物质是可逆的,能量是不可逆的。答案:B
【变式训练】 下列有关ATP的叙述,错误的是(　　)
A.ATP和ADP的相互转化保证了机体对能量的需求B.图中有两次ATP的水解,后者释放的能量可用于各项生命活动C.图中两次合成ATP,前者能量来源于光能且在人体细胞中不会发生D.图示中肌肉收缩、主动运输等过程均为放能反应
解析: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,保证了机体对能量的需求。图中存在两次ATP的水解,前者释放的能量储存在有机物中,后者释放的能量可用于各项生命活动。图中存在两次ATP的合成,前者是通过光合作用,所需能量来源于光能,在人体细胞中不会发生。图示中肌肉收缩、主动运输等过程与ATP水解的反应相联系,为吸能反应。答案:D