第2節(jié)細胞的能量“貨幣”ATP第5章2021內(nèi)容索引0102課前篇自主預(yù)習(xí)課堂篇探究學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過對ATP化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)特點的學(xué)習(xí),認同ATP的結(jié)構(gòu)與其功能相適應(yīng)。2.通過對ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化進行模型構(gòu)建,能歸納、概述ATP形成所需能量的主要來源及意義。3.通過對生活實例的討論分析,能解釋“ATP是驅(qū)動細胞生命活動的直接能源物質(zhì)”的原因。課前篇自主預(yù)習(xí)一、ATP是一種高能磷酸化合物1.中文名稱:腺苷三磷酸。2.結(jié)構(gòu)簡式:A—P~P~P,其中A代表腺苷,P代表磷酸基團,~代表一種特殊的化學(xué)鍵。3.特點:(1)具有較高的轉(zhuǎn)移勢能:由于兩個相鄰的磷酸基團都帶負電荷而相互排斥等原因,使得特殊的化學(xué)鍵不穩(wěn)定,末端磷酸基團有一種離開ATP而與其他分子結(jié)合的趨勢。(2)易水解放能:ATP水解的過程就是釋放能量的過程,1molATP水解釋放的能量高達30.54kJ。

預(yù)習(xí)反饋1.ATP的結(jié)構(gòu)簡式可表示為A—P~P~P,下列圖示能正確表示ATP的是(

)答案

A解析

ATP的分子結(jié)構(gòu)式可以簡寫成A—P~P~P,其中A代表腺苷,由腺嘌呤和核糖組成,P代表磷酸基團,~代表特殊化學(xué)鍵。2.下列關(guān)于ATP的化學(xué)組成的說法,正確的是(

)和核酸共有的元素是C、H、O、N、P中的A表示腺嘌呤C.含有三個特殊化學(xué)鍵D.含有腺嘌呤和脫氧核糖答案

A解析

組成ATP的化學(xué)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分子磷酸組成,其中含有兩個特殊化學(xué)鍵,A代表腺苷,由腺嘌呤和核糖組成。2.請根據(jù)上圖,寫出酶1和酶2催化的反應(yīng)式。酶1:ADP+Pi+能量

ATP酶2:ATPADP+Pi+能量二、ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化1.過程3.特點(1)時刻不停地發(fā)生并且處于動態(tài)平衡之中。(2)ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的能量供應(yīng)機制,在所有生物的細胞內(nèi)都是一樣的,這體現(xiàn)了生物界的統(tǒng)一性?！疚⑺伎肌?/p>

上圖中能量①來自哪里呢?答案

(1)動物、人、真菌和大多數(shù)細菌中能量①來自呼吸作用(有機物分解釋放的能量);(2)綠色植物能量①來自光合作用(光能)和呼吸作用。預(yù)習(xí)反饋1.ATP是細胞中的能量“貨幣”,下列敘述正確的是(

)中的能量均來自細胞呼吸釋放的能量B.ATP—ADP循環(huán)使得細胞儲存了大量的ATP水解形成ADP時釋放能量和磷酸基團分子中的2個特殊化學(xué)鍵不易斷裂水解答案

C解析

ATP的形成途徑是光合作用和細胞呼吸,因此ATP中的能量可來自光能和細胞呼吸釋放的能量,A項錯誤;ATP—ADP循環(huán),使得細胞中ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化時刻不停地發(fā)生并且處于動態(tài)平衡之中,B項錯誤;ATP末端的磷酸基團脫離,形成ADP和Pi,同時釋放能量,C項正確;ATP分子中含有2個特殊的化學(xué)鍵,遠離腺苷的特殊化學(xué)鍵很容易水解,D項錯誤。2.右圖表示ATP和ADP之間的轉(zhuǎn)化,據(jù)圖可以確定(

)為ADP,B為ATPB.能量1和能量2來源相同C.酶1和酶2是同一種酶1和X2是同一種物質(zhì)答案

D解析

由圖中能量的方向可知,A為ATP,B為ADP;能量1來自ATP中特殊化學(xué)鍵水解所釋放的化學(xué)能。在動物體內(nèi)能量2來自有機物氧化分解釋放的化學(xué)能;在綠色植物體內(nèi)能量2除來自有機物氧化分解所釋放的化學(xué)能外,還可來自光合作用吸收的光能。酶1和酶2分別是ATP水解酶和ATP合成酶。X1和X2是同一種物質(zhì)(Pi)。三、ATP的利用1.ATP是生命活動的直接能源物質(zhì)ATP的利用實例:用于細胞的主動運輸,肌細胞收縮,細胞內(nèi)各種吸能反應(yīng),大腦思考,生物發(fā)電、發(fā)光等。2.ATP是細胞內(nèi)流通的能量“貨幣”(1)吸能反應(yīng)一般與ATP的水解相聯(lián)系,由ATP水解提供能量。(2)放能反應(yīng)一般與ATP的合成相聯(lián)系,釋放的能量儲存在ATP中。(3)能量通過ATP分子在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)中流通。3.ATP的供能機理(以ATP為主動運輸供能為例)(1)參與Ca2+主動運輸?shù)妮d體蛋白是一種能催化ATP水解的酶。當(dāng)膜內(nèi)側(cè)的Ca2+與其相應(yīng)位點結(jié)合時,其酶活性就被激活了。(2)在載體蛋白這種酶的作用下,ATP分子的末端磷酸基團脫離下來與載體蛋白結(jié)合,該過程伴隨著能量的轉(zhuǎn)移,這就是載體蛋白的磷酸化。(3)載體蛋白磷酸化導(dǎo)致其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,使Ca2+的結(jié)合位點轉(zhuǎn)向膜外側(cè),將Ca2+釋放到膜外。預(yù)習(xí)反饋1.判斷正誤。(1)人體的一切生命活動都需要ATP。(

×

)(2)機體在運動時消耗ATP,睡眠時則不消耗ATP。(

×

)(3)活細胞內(nèi)ATP與ADP的轉(zhuǎn)化只能單向進行。(

×

)(4)人在饑餓時,細胞中ATP與ADP的含量難以達到動態(tài)平衡。(

×

)(5)ATP中的能量可以來源于光能、熱能,也可以轉(zhuǎn)化為光能、熱能。(

×

)2.下列關(guān)于ATP為主動運輸供能的說法,錯誤的是(

)2+主動運輸?shù)妮d體蛋白同時也是催化ATP水解的酶為主動運輸供能是通過載體蛋白的磷酸化過程實現(xiàn)的C.載體蛋白的磷酸化是指磷酸基團與載體蛋白相結(jié)合D.載體蛋白磷酸化后導(dǎo)致其空間結(jié)構(gòu)改變,將Ca2+轉(zhuǎn)運到膜內(nèi)答案

D課堂篇探究學(xué)習(xí)探究點一ATP是一種高能磷酸化合物1929年,費斯克(Cyrus

Fiske)和羅曼(Karl

Lohmann)分別在肌肉中發(fā)現(xiàn)了一種焦磷酸鹽與腺苷酸聯(lián)系的化合物。1934年,羅曼又發(fā)現(xiàn),1份這種化合物會被分解成1份一磷酸腺苷(AMP)和2份磷酸(Pi)。1935年,羅曼進一步確定了這種化合物的分子結(jié)構(gòu)為腺苷三磷酸。1948年,托德(Alexander

Todd)首次用化學(xué)方法人工合成了ATP。下圖是ATP的結(jié)構(gòu)式,圖中α、β、γ分別表示ATP中的三個磷酸基團。1.ATP的化學(xué)組成。

C、H、O、N、P腺苷腺嘌呤2.【科學(xué)思維】

如果β和γ位的磷酸基團都從ATP脫離,形成的物質(zhì)名稱是什么?它與核酸有何關(guān)系?答案

如果β和γ位的磷酸基團都從ATP脫離,形成腺嘌呤核糖核苷酸,是RNA的基本單位之一?！練w納提升】ATP和核苷酸結(jié)構(gòu)中“A”的含義(1)ATP結(jié)構(gòu)中的A為腺苷,由腺嘌呤和核糖組成。(2)核苷酸結(jié)構(gòu)中的A為腺嘌呤?！咎骄繎?yīng)用】1.若ATP脫去了兩個磷酸基團,該物質(zhì)就是組成RNA的基本單位之一,其名稱為(

)A.腺嘌呤核糖核苷酸

B.鳥嘌呤核糖核苷酸C.胞嘧啶核糖核苷酸

D.尿嘧啶核糖核苷酸答案

A解析

ATP中文名稱叫腺苷三磷酸,結(jié)構(gòu)簡式A—P~P~P,其中A代表腺苷,P代表磷酸基團,~代表特殊的化學(xué)鍵。水解時遠離A的化學(xué)鍵斷裂,脫掉一分子磷酸后形成ADP,ADP再脫掉一分子磷酸后形成AMP,即腺嘌呤核糖核苷酸,它是構(gòu)成RNA的基本單位之一。2.下列關(guān)于ATP的敘述,正確的是(

)分子中所有化學(xué)鍵都儲存著大量的能量,所以被稱為高能磷酸化合物B.腺苷三磷酸可簡寫為A—P~P—P中大量的能量都儲存在腺苷和磷酸基團中個ATP分子由1個腺嘌呤、1個核糖和3個磷酸基團組成答案

D解析

ATP分子中含有兩個特殊的化學(xué)鍵,具有較高的轉(zhuǎn)移勢能,A項錯誤;腺苷三磷酸可簡寫為A—P~P~P,B項錯誤;ATP的能量主要儲存在特殊的化學(xué)鍵上,C項錯誤;1個ATP分子由1個腺苷和3個磷酸基團組成,腺苷由腺嘌呤和核糖組成,D項正確。探究點二ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化及ATP的利用細胞中絕大多數(shù)需要能量的生命活動都是由ATP直接提供能量的,如大腦思考、電鰩發(fā)電和物質(zhì)的主動運輸都需要消耗ATP。下圖是ATP為主動運輸供能示意圖。1.由甲→乙過程中,ATP轉(zhuǎn)化為ADP。磷酸基團(Pi)的去向及其作用是什么?答案

ATP水解釋放的磷酸基團使蛋白質(zhì)等分子磷酸化,這些分子被磷酸化后,空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,活性也被改變,因而可以參與各種化學(xué)反應(yīng)。2.從Ca2+的轉(zhuǎn)運過程看,Ca2+的載體蛋白有什么作用?答案

參與主動運輸轉(zhuǎn)運Ca2+的載體蛋白有兩種作用,一是運輸作用,結(jié)合Ca2+進行跨膜運輸;二是催化作用,能催化ATP水解。3.ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化總是與吸能反應(yīng)或放能反應(yīng)相聯(lián)系,請聯(lián)系實例分析。答案

細胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)可以分成吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)兩大類。前者是需要吸收能量的,如蛋白質(zhì)的合成等;后者是釋放能量的,如葡萄糖的氧化分解等。許多吸能反應(yīng)與ATP水解的反應(yīng)相聯(lián)系,ATP水解釋放的能量被吸能反應(yīng)所利用;許多放能反應(yīng)與ATP的合成相聯(lián)系,放能反應(yīng)(如細胞呼吸)釋放的能量結(jié)合ADP和Pi形成ATP,以便為吸能反應(yīng)直接供能。也就是說,能量通過ATP分子在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間流通。4.ATP在細胞內(nèi)的含量很低,但一個成人一天在靜止?fàn)顟B(tài)下所消耗的ATP為48kg,在緊張活動的情況下,ATP的消耗可達0.5kg/min,細胞如何滿足對ATP的需求?答案

在正常生活的細胞中,時刻不停地發(fā)生ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化,并且處于動態(tài)平衡之中?！練w納提升】1.ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化反應(yīng)式ATPADP+Pi+能量ADP+Pi+能量ATP場

所生物體的需能部位細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體物質(zhì)變化水解反應(yīng)合成反應(yīng)能量變化釋放能量吸收能量能量來源特殊的化學(xué)鍵細胞呼吸、光合作用特

點時刻不停地發(fā)生,并且處于動態(tài)平衡之中2.ATP的利用(1)ATP是細胞內(nèi)流通的能量“貨幣”(2)化學(xué)反應(yīng)中的能量變化與ATP的關(guān)系(3)能量通過ATP分子在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間流通。特別提醒

(1)ATP是生物體進行生命活動的直接能源物質(zhì),儲存在ATP中的化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為光能、電能、機械能、化學(xué)能等。(2)常見的消耗ATP的生理過程:主動運輸、蛋白質(zhì)合成、胞吞、胞吐、細胞分裂等。(3)常見的不消耗ATP的生理過程:自由擴散、協(xié)助擴散、氣體交換、滲透作用、蒸騰作用等?！咎骄繎?yīng)用】1.槍烏賊是一種生活在海洋中的軟體動物,它有巨大的神經(jīng)細胞,能不斷逆濃度吸收K+。科學(xué)家用一種有毒物質(zhì)使神經(jīng)細胞中毒,其吸收K+的功能消失。如果注入一種物質(zhì),神經(jīng)細胞又能恢復(fù)吸收K+的功能,一直到這種物質(zhì)消耗完,請分析這種物質(zhì)是(

)A.淀粉 B.ATP C.葡萄糖 D.麥芽糖答案

B解析

神經(jīng)細胞吸收K+是主動運輸,主動運輸需消耗能量,需要載體蛋白,逆濃度梯度運輸。從題干可知這種物質(zhì)與能量有關(guān),細胞可直接利用的能量是ATP。2.下列關(guān)于ATP的敘述,正確的是(

)A.細胞內(nèi)ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的能量供應(yīng)機制體現(xiàn)了生物界的統(tǒng)一性B.吸能反應(yīng)往往伴隨著ATP合成,放能反應(yīng)往往伴隨著ATP水解分子由腺嘌呤、脫氧核糖和磷酸組成與ADP的相互轉(zhuǎn)化使得細胞內(nèi)儲存了大