专题3 细胞和能量(教师版)修改版

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专题3细胞和能量[考试标准]知识内容必考要求加试要求细胞与能量(1)细胞内的吸能反应和放能反应(2)ATP的化学组成和特点(3)ATP在能量代谢中的作用aabaab 一、细胞代谢1、有关细胞代谢的几个概念：①细胞代谢：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。②新陈代谢：生物体内全部有序化学变化的总称。③物质代谢：指生物体与外界环境之间 物质 的交换和生物体内 物质 的转变过程。分为同化作用（合成）和异化作用（分解）。④能量代谢：指生物体与外界环境之间 能量 的交换和生物体内 能量 的转变过程，分为同化作用（合成）和异化作用（分解）。2、生物体内的能源物质：生物体的主要能源物质：   糖类                细胞中的主要能源物质：   葡萄糖  细胞内良好的储能物质：   脂肪                植物细胞中重要的储能物质：  淀粉 生命活动的主要承担者：   蛋白质              动物细胞中重要的储能物质：  糖元                     最终能量来源：   太阳能                      细胞的能量通货：  ATP             3、到底哪种能源形式能成为生物体的直接提供生命活动所需的能量呢？大家最容易想到的是葡萄糖，因为葡萄糖是细胞生命活动所需要的主要能源物质，而且可以被细胞直接吸收，被形容为“生命的燃料”，葡萄糖可以为生命体直接提供能量吗？（1）蛙的腓肠肌电击实验：电击腓肠肌或坐骨神经，腓肠肌收缩。大约5-6分钟后，再电击也不收缩？为什么？①滴加或在生理盐水中加葡萄糖溶液，短时间内不收缩。②滴加或在生理盐水中加ATP溶液，短时间内恢复收缩。  （2）生活小百科：萤火虫尾部为什么要发光？求偶行为。为什么会发光？萤火虫尾部有发光器，发光细胞中含有荧光素和荧光素酶。荧光素+O2在荧光素酶的作用下，氧化荧光素，并且发出荧光，什么物质为这个过程提供能量？实验：用小刀将数十只萤火虫的发光器割下，干燥后研磨成粉末状，取两等份分别装入两支小玻璃管中，各加入少量的水，使之混合，可看到玻璃管中均发出淡黄色荧光，约过15min后，荧光消失。如图所示，这时，再将ATP溶液加入其中一支玻璃管中，玻璃管中发出荧光；将葡萄糖（或脂肪等）加入另一支玻璃管中，不发荧光。上述实验可以证明：葡萄糖等物质不能直接提供能量使发光器粉末发光，ATP可以。海关检测活物就是用：荧光素+荧光素酶二、吸能反应和放能反应1.能量只能从一种形式转变为另一种形式，既不会被消灭，也不能被创造。生物体内或细胞中发生的只是各种能量形式的相互转变。 化学能  是细胞内最主要的能量形式。我们研究细胞中的能量转化，主要是研究细胞中与化学能有关的能量转化。2.细胞中有序状态的维持，需要利用能量，必须不断地与外界发生  物质  和 能量  的交换。也就是说，生物体必须是开放系统，细胞也必须是开放系统。3.细胞中的许多反应是吸能反应，因为其产物分子中的势能比反应物分子中的势能  高   ，如由氨基酸合成蛋白质的反应就是吸能反应。放能反应：产物分子中的势能比反应物分子中的势能  低  。4.吸能反应所需要的能量一般来自于   放   能反应。  光合作用  是植物绿色细胞中最重要的吸能反应，这个吸能反应所需的能量来自   太阳能   。5.所有细胞中最重要的放能反应是  糖的氧化  ，人们通常把这个过程称为   细胞呼吸    。   ATP   不仅是细胞中放能反应和吸能反应的纽带，更是   细胞   中的能量通货。  三、ATP是细胞中的能量通货1、功能：直接的能源物质物理性质：纯净的ATP是白色粉末，能溶于水，可作为一种药品，治疗肌肉萎缩、脑溢血后遗症、心肌炎等疾病。口服ATP片或注射ATP制剂之所以能辅助某些疾病的治疗，是因为ATP可作为能源物质为生命活动提供能量，并且是生命活动的直接能源物质。（1）ATP结构①结构简式：  A—P~P~P 。ATP中文：  腺苷三磷酸  。A代表  腺苷  ，T是英语三的意思，P代表 磷酸基团   。简式中“~”代表  高能磷酸键 ，提供能量。失去两个磷酸键变"A—P"代表  腺嘌呤核糖核苷酸  ，RNA的基本单位。②元素组成： C H O N P  (磷酸、DNA、RNA、ATP)③彻底水解：  1个腺嘌呤、1个核糖、3个磷酸基团  。键能：化学中的“键能”指断裂一个化学键所需要提供的能量。高能键：生物化学中的“高能键”指该键水解时能释放出大量能量。④ATP是一种化学性质不稳定的化合物，ATP的水解跟高能磷酸键有关，最外侧的那个容易水解。（第二个高能磷酸键不能说第三个，或说远离腺苷的那个。） （2）ATP 、ADP的相互转化一般地说，ATP在细胞内形成后不到1 min的时间就要发生转化。这样累计下来，生物体内ATP转化的总量是很大的。例如，一个成年人在静止的状态下，24h内竟有40kg的ATP发生转化；在紧张活动的情况下，ATP的消耗可达0.5kg/min。为了高效的利用ATP，细胞中的ATP形成后很快就会被分解利用，所以细胞中ATP的含量并不多。ATP与ADP的相互转化十分迅速，处于动态平衡之中。ATP和ADP在人体内含量少，但转化快。可见，细胞内ATP系统处在动态平衡之中，这对于构成细胞内稳定的供能环境具有十分重要的意义。反应式：（3）ATP 、ADP的相互转化，是否可逆？①反应条件不同：ATP的水解：催化该水解反应的酶是水解酶。ATP的合成：催化该合成反应的酶是合成酶。酶具有专一性，因而反应条件不同。②能量来源不同：ATP水解：远离腺苷的高能磷酸键断裂，释放的能量是存储在高能磷酸键内的化学能。ATP合成：化学能（呼吸作用），光能（光合作用）。③反应场所不同：ATP水解：场所多，细胞膜等；ATP合成：细胞基质，线粒体，叶绿体。因此，ATP的合成和水解不是可逆反应，仅仅是物质可逆。（4）ATP的产生与消耗活动归纳①产生ATP的活动：细胞呼吸 光反应（其能量仅提供给碳反应）②产生ATP的场所：真核：细胞溶胶、线粒体、叶绿体类囊体膜上；原核：细胞溶胶、质膜。③消化ATP：胞吞、胞吐、主动转运、DNA复制、转录（合成RNA）、翻译（合成蛋白质）、碳反应等。2、ATP的作用举例（1）主动运输、胞吞胞吐。如根吸收各种离子，变形虫形成食物泡等。（2）用于生物发光发电等。如南美洲电鳐，可发出800伏电，比家用电压还高。（3）用于肌肉细胞收缩。化学能转变为机械能。（4）用于细胞内各种吸能反应。如葡萄糖+果糖在酶的作用下生成蔗糖。（5）用于大脑思考等等。3、ATP作用总结ATP是吸能反应和放能反应的一个纽带。ATP是能量的载体（能量通货）（原因：所含能量不多、便于流通）。ATP是直接能源物质。细胞为什么会选择ATP做为直接的能源物质？很好用，方便。体内大多数反应消耗的能量不多，大约就10几kJ、20几kJ，而1molATP水解约30kJ。跑步跑30-40分钟，等糖消耗完后才消耗脂肪，但反发过来，人体内一有多余的糖就会转化为脂肪。[诊断与思考]1．判断下列叙述的正误(1)白细胞在血管内黏着、迁移需要消耗ATP(　√　)(2)活细胞内ATP与ADP的转化只能单向进行(　×　)(3)ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应(　√　)(4)人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡(　×　)(5)“能量”就是指ATP，ATP就是“能量”(　×　)2．下图为ATP的结构简图，请思考： (1)图示b、c、d所示化学键是否相同？其中最易断裂和重建的是哪一个？提示　图示b为普通磷酸键，c、d则为高能磷酸键，其中d处的键最易断裂和重建。(2)图示框e的名称是什么？它与DNA、RNA有何关系？提示　图示框e为腺嘌呤核糖核苷酸，它是构成RNA的基本单位之一，当发生转录或逆转录时，它可与DNA链中的胸腺嘧啶脱氧核苷酸配对。3．细胞内产生与消耗ATP的具体场所分别有哪些？提示　产生场所有：细胞溶胶、叶绿体、线粒体；消耗场所有：细胞膜、细胞溶胶、叶绿体、线粒体、核糖体、细胞核等生物体的需能部位。4．请说出生物体内的主要能源物质、主要贮能物质、直接能源物质、最终能量来源。提示　(1)主要能源物质：糖类；(2)主要贮能物质：油脂；(3)直接能源物质：ATP；(4)最终能量来源：太阳光能。5．下列需要A过程提供能量的是   ①②③④⑤  。①主动转运　②生物发光、发电　③肌肉收缩　④淀粉合成　⑤大脑思考　⑥植物根细胞吸收水分题组一　ATP结构与功能分析1．ATP是细胞的能量“通货”，下列有关ATP的说法中正确的是(　　)A．ATP彻底水解可产生3种有机物B．人成熟的红细胞无细胞核和众多的细胞器，但也能合成ATPC．虽然所有细胞合成ATP的途径都相同，但它们消耗ATP的途径是不同的D．细胞内的吸能反应一般与ATP的合成相联系解析　ATP彻底水解的产物有腺嘌呤、核糖、磷酸，磷酸不属于有机物，A错误；人成熟的红细胞虽无细胞核和众多的细胞器，但可通过厌氧呼吸合成ATP，B正确；细胞合成ATP的途径有光合作用和细胞呼吸两种，所以细胞合成ATP的途径不一定相同，C错误；细胞内的放能反应一般与ATP的合成相联系，D错误。答案　B2．ATP是细胞中重要的高能磷酸化合物。下列有关ATP的叙述，错误的是(　　)A．线粒体合成的ATP可在细胞核中发挥作用B．机体在运动时消耗ATP，睡眠时则不消耗ATPC．在有氧与缺氧的条件下细胞溶胶中都能形成ATPD．植物根细胞吸收矿质元素离子所需的ATP来源于呼吸作用解析　A项，细胞核中无法进行呼吸作用，它所需要的ATP主要由细胞质中的线粒体提供。B项，ATP是生命活动的直接能源物质，机体时刻都在消耗ATP。C项，需氧呼吸和厌氧呼吸的第一阶段均在细胞溶胶中进行，均有ATP形成。D项，植物根细胞吸收矿质元素离子主要是通过主动转运的方式进行的，其消耗的能量来源于呼吸作用产生的ATP。答案　B题组二　ATP与DNA、RNA在组成上的比较3．如图是人体细胞代谢部分简图。图中甲表示ATP，下列有关叙述错误的是(　　)A．甲→乙→丙→丁过程中，起催化作用的酶空间结构不同B．丙是RNA的基本组成单位之一C．丁由腺嘌呤和核糖组成，而戊可用于甲的合成D．在红细胞吸收葡萄糖时，细胞中乙的含量会显著增加解析　甲→乙→丙→丁表示ATP的逐步水解，每一次水解反应的酶都不同，故A正确；丙为A－P，A是腺苷，由1分子核糖和1分子腺嘌呤构成，加上1分子磷酸，构成1分子腺嘌呤核糖核苷酸，故B正确；丁表示腺苷，由腺嘌呤和核糖组成，戊表示磷酸，是ATP的组成成分，故C正确；红细胞吸收葡萄糖为易化扩散，不需要消耗ATP，故乙(ADP)的含量不会显著增加，故D错。答案　D4．在下列几种化合物的化学组成中，“○”中所对应的含义最接近的是(　　)A．①和② B．①和③C．③和④ D．⑤和⑥解析　根据题意知，“○”中所对应的含义分别为：①腺苷一磷酸AMP，②腺嘌呤，③DNA分子上的腺嘌呤脱氧核苷酸，④RNA分子上的腺嘌呤核糖核苷酸，⑤腺苷，⑥腺苷。答案　D1．ATP的结构及组成成分的含义   2．四种物质中的“A”辨析     【基础训练】1.下列属于吸能反应的是(  C  )A.糖的氧化分解   B.蛋白质的水解   C.ATP的合成   D.麦芽糖水解为葡萄糖2.下列关于植物细胞中的ATP的正确叙述是(  D  )A.能产生ATP的细胞器有线粒体和细胞溶胶B.ATP在细胞中含量多才能满足生命活动提供能量C.ATP与ADP的相互转化是可逆的D.远离腺苷A的高能磷酸键中的能量可以来自化学能或光能3.下列有关ATP的叙述，正确的是(  A  )A.ATP与磷脂的组成元素相同B.ATP中的“A”是指腺嘌呤C.ATP分子中所有的化学键都储存着大量的能量D.人在饥饿时，细胞中的ATP与ADP的含量难以达到动态平衡4.下列有关ATP的叙错误的是(  D  )A.ATP和ADP的相互转化保证了机体对能量的需求B.ATP由3个磷酸基团和1个腺苷构成C.ATP脱去两个磷酸基团后是RNA的基本组成单位D.紧张状态下，细胞内ATP的合成速率大大超过分解速率5.ATP的结构简式可表示为A－P～P～P，下列图示正确表示ATP的是(　A  )【能力提升】1.下列关于ATP与ADP的叙述，正确单是(  B  )A.1个ATP分子由1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成B.光反应产生的ATP为碳反应提供能量的同时还提供了磷酸基团C.厌氧呼吸两个阶段均有少量ATP产生D.胃蛋白酶的分泌过程不属于主动转运，因此不会消耗ATP2.下列叙述错误内是(  D  )A.ATP、葡萄糖、太阳能依次是生命活动的直接能源、主要能源和最终能源B.ADP可接受细胞内呼吸作用的能量生成ATPC.ATP可为肌肉收缩、神经细胞的活动等提供能量D.ATP是生物体进行所有生命活动的直接能源3.下列生理过程中，会使ATP中高能磷酸键断裂的是(  D  )A.类囊体膜上水的光解      B.线粒体内膜上水的合成C.细胞膜上水的渗透        D.核糖体上水的生成【历年真题】1.(2017.4•11题)下列关于细胞中吸能反应和放能反应的叙述，错误的是(  D  )A.糖的氧化反应是放能反应            B.光合作用的碳反应是吸能反应C.ATP是吸能反应和放能反应的纽带    D.氨基酸合成蛋白质的过程是放能反应