第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用

第2節(jié)細(xì)胞的能量“貨幣”ATP問(wèn)題探討1、螢火蟲(chóng)發(fā)光的生物學(xué)意義是什么？2、在螢火蟲(chóng)發(fā)光的過(guò)程中有能量轉(zhuǎn)化嗎？3、螢火蟲(chóng)體內(nèi)有特殊的發(fā)光物質(zhì)嗎？求偶螢火蟲(chóng)腹部后端細(xì)胞內(nèi)的熒光素，是其特有的發(fā)光物質(zhì)有，化學(xué)能→光能【相關(guān)資料】螢火蟲(chóng)的尾部發(fā)光細(xì)胞中有熒光素和熒光素酶。熒光素接受能量后就被激活，在熒光素酶的催化作用下，激活的熒光素與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成氧化熒光素并且發(fā)出熒光。能量熒光素酶＋氧氣熒光素激活的熒光素?zé)晒庋趸療晒馑匕l(fā)出誰(shuí)是為螢火蟲(chóng)尾部細(xì)胞的發(fā)光直接提供能量的呢？問(wèn)題探討探究：螢火蟲(chóng)發(fā)光的直接能源物質(zhì)是什么?【材料】螢火蟲(chóng)發(fā)光細(xì)胞研磨成的粉末、葡萄糖溶液、脂肪溶液、ATP溶液、蒸餾水等。取4支試管，編號(hào)1、2、3、4，向各試管分別加入螢火蟲(chóng)發(fā)光細(xì)胞研磨成的粉末和2mL蒸餾水，各試管均發(fā)出熒光；一段時(shí)間后，熒光消失

12342ｍL蒸餾水2mL葡萄糖溶液2mL脂肪溶液2mLATP溶液結(jié)論：螢火蟲(chóng)發(fā)光的直接能源物質(zhì)是ATP。發(fā)出熒光能源來(lái)源直接能源物質(zhì)主要能源物質(zhì)細(xì)胞生命活動(dòng)主要能源物質(zhì)生物體內(nèi)良好的儲(chǔ)能物質(zhì)動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的儲(chǔ)能物質(zhì)植物細(xì)胞內(nèi)的儲(chǔ)能物質(zhì)最終能源來(lái)源ATP糖類(lèi)脂肪糖原淀粉太陽(yáng)能一、ATP是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)ATP≠能量；ATP是直接能源物質(zhì)！葡萄糖1.ATP的全稱(chēng)是什么?2.ATP的元素組成3.構(gòu)建ATP分子的結(jié)構(gòu)模型。4.寫(xiě)出ATP結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式，每部分分別代表什么？5.為什么說(shuō)ATP是一種高能磷酸化合物？【探究活動(dòng)】構(gòu)建ATP的結(jié)構(gòu)模型任務(wù)：閱讀教材P86～87，解決以下問(wèn)題：核糖腺嘌呤磷酸基團(tuán)1、ATP：中文名稱(chēng)—腺苷三磷酸，（舊稱(chēng)：三磷酸腺苷）腺苷（A）2、組成元素：C、H、O、N、P假如用代表腺嘌呤、

代表核糖、代表磷酸基團(tuán)，嘗試構(gòu)建ATP的模型。

二、ATP是一種高能磷酸化合物AP核糖腺嘌呤腺苷（A）AMP腺苷一磷酸ADP腺苷二磷酸ATP腺苷三磷酸說(shuō)明：AMP也叫腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本單位之一。~P~P3、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖：組成：1分子腺苷，2個(gè)特殊化學(xué)鍵，3分子磷酸基團(tuán)二、ATP是一種高能磷酸化合物4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：A–P～P～P

腺苷（腺嘌呤+核糖）磷酸基團(tuán)普通化學(xué)鍵特殊化學(xué)鍵A-P~P~PA-P~P：腺苷二磷酸ADPA-P：腺苷一磷酸AMPA-P~P~P腺苷三磷酸ATP（不穩(wěn)定，易斷裂，也易形成，蘊(yùn)含大量能量）二、ATP是一種高能磷酸化合物5.不同化合物中的“A”代表的含義物質(zhì)結(jié)構(gòu)物質(zhì)名稱(chēng)“A”的含義核糖AP~PP~ATP….AUGC….A-P～P～PATP核糖AP腺苷（腺嘌呤+核糖）腺嘌呤核糖核苷酸DNARNA腺嘌呤腺嘌呤腺嘌呤脫氧核苷酸腺嘌呤核糖核苷酸二、ATP是一種高能磷酸化合物為什么說(shuō)ATP是一種高能磷酸化合物？(水解時(shí)釋放20.92kJ/mol及以上能量的化合物稱(chēng)高能化合物)因?yàn)?molATP水解釋放的能量高達(dá)30.54kJ。二、ATP是一種高能磷酸化合物資料：α、β和γ表示ATP上三個(gè)磷酸基團(tuán)所處的位置(A－Pα～Pβ～Pγ)，現(xiàn)有甲、乙兩組ATP溶液，甲組用32P標(biāo)記ATP的β位的磷酸基團(tuán)，乙組用32P標(biāo)記ATP的γ位的磷酸基團(tuán)，然后分別加入等量的ATP水解酶，短時(shí)間后迅速分離溶液中游離的磷酸基團(tuán)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有乙組中游離的磷酸基團(tuán)帶有放射性。

α位β位γ位Q:從實(shí)驗(yàn)結(jié)果ATP中哪一個(gè)化學(xué)鍵更容易斷裂？為什么？β和γ位磷酸基團(tuán)之間的化學(xué)鍵更容易斷裂。二、ATP是一種高能磷酸化合物

腺嘌呤核糖PPP~~(1)具有較高的轉(zhuǎn)移勢(shì)能由于兩個(gè)相鄰的磷酸基團(tuán)都帶負(fù)電荷而相互排斥等原因,使得“~”這一特殊化學(xué)鍵不穩(wěn)定,末端磷酸基團(tuán)有一種離開(kāi)ATP而與其他分子結(jié)合的趨勢(shì)，既較高的轉(zhuǎn)移勢(shì)能。(2)水解釋放能量當(dāng)ATP在酶的作用下水解時(shí),脫離下來(lái)的末端磷酸基團(tuán)挾能量與其他分子結(jié)合,從而使后者發(fā)生變化。(3)是一種高能磷酸化合物二、ATP是一種高能磷酸化合物

ATP在細(xì)胞內(nèi)的含量是很少的，但在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)化是十分迅速的且處在動(dòng)態(tài)平衡之中。ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的能量供應(yīng)機(jī)制，是生物界的共性1.ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化特點(diǎn)

資料：一個(gè)成人一天在靜止?fàn)顟B(tài)下所消耗的ATP為48kg，在緊張活動(dòng)的情況下，ATP的消耗可達(dá)0.5kg/min。而人體中ATP的總量只有大約2mg，劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)只能維持3s。

通過(guò)以上資料，你能得到什么信息？三

、ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化ATP消耗量多但ATP含量很少ATPADP能量能量水解合成ATP與ADP互相轉(zhuǎn)化示意圖放能反應(yīng)釋放的能量?jī)?chǔ)存在ATP中綠色植物、藍(lán)細(xì)菌等：光合作用，呼吸作用。人、動(dòng)物、真菌、大多數(shù)細(xì)菌：呼吸作用。主動(dòng)運(yùn)輸肌肉收縮生物發(fā)光發(fā)電

大腦思考各種吸能反應(yīng)ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化過(guò)程中物質(zhì)可逆，能量不可逆，催化的酶不相同，反應(yīng)場(chǎng)所不同，因此，不是可逆反應(yīng)。2.ATP和ADP的轉(zhuǎn)化過(guò)程三

、ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化

ATP水解酶①ATP轉(zhuǎn)化成ADP的過(guò)程A–P～P～PA–P～P+

Pi+能量ADP（腺苷二磷酸）不穩(wěn)定,易斷裂,也易形成游離磷酸ATP（腺苷三磷酸）用于各項(xiàng)生命活動(dòng)場(chǎng)所：活細(xì)胞所有部位三

、ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化

ATP合成酶②ADP轉(zhuǎn)化成ATP的過(guò)程A–P～P+Pi+

能量ADP（腺苷二磷酸）游離磷酸A–P～P～PATP（腺苷三磷酸）動(dòng)物和人綠色植物呼吸作用呼吸作用光合作用線粒體、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、葉綠體等場(chǎng)所：三

、ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化3.ATP合成與ATP水解的比較反應(yīng)ATP水解ATP合成反應(yīng)類(lèi)型能量變化酶的類(lèi)型場(chǎng)所能量來(lái)源能量去向水解反應(yīng)合成反應(yīng)水解酶合成酶活細(xì)胞所有部位線粒體、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)葉綠體~有機(jī)物中的化學(xué)能、光能用于各項(xiàng)生命活動(dòng)儲(chǔ)存于~中放能反應(yīng)吸能反應(yīng)酶IIATP

酶IADP+Pi+能量ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化是可逆反應(yīng)嗎？*注意：不是可逆反應(yīng)：物質(zhì)可逆，酶不同，能量不可逆一個(gè)ATP的勵(lì)志演說(shuō)（視頻）用于主動(dòng)運(yùn)輸ATP用于生物放電葡萄糖+果糖→蔗糖酶細(xì)胞內(nèi)各種吸能反應(yīng)生物發(fā)光

滲透能電能光能用于各種運(yùn)動(dòng)，如肌細(xì)胞收縮機(jī)械能化學(xué)能熱能用于恒定體溫四、ATP的利用（1）ATP只能作為能源物質(zhì)嗎？（2）有其他的直接能源物質(zhì)嗎？資料6如果將ATP中的堿基A替換為G、U、C，分別為鳥(niǎo)苷三磷酸、尿苷三磷酸和胞苷三磷酸，一起組成NTP家族，其脫去核糖第二位C上的O原子組成dNTP家族，均為高能化合物。資料

20世紀(jì)50年代，研究者發(fā)現(xiàn)ATP在神經(jīng)系統(tǒng)的信息傳遞中可以作為一種興奮性的神經(jīng)遞質(zhì)發(fā)揮作用，并且在內(nèi)臟、中樞及外周神經(jīng)系統(tǒng)等多個(gè)部位的細(xì)胞質(zhì)膜上發(fā)現(xiàn)了ATP受體，可見(jiàn)ATP還是一種能在細(xì)胞間傳遞信息的信號(hào)分子。ATP是一種能源物質(zhì)，也是能在細(xì)胞間傳遞信息的信號(hào)分子。結(jié)論：結(jié)論：除了ATP外，鳥(niǎo)苷三磷酸GTP、尿苷三磷酸UTP和胞苷三磷酸CTP，也可以直接供能。勇于質(zhì)疑?四、ATP的利用注意：細(xì)胞中絕大數(shù)需能的生命活動(dòng)都是由ATP直接提供能量的（還有GTP、UTP、CTP和dATP、dGTP、dTTP、dCTP等）。ATP為主動(dòng)運(yùn)輸供能過(guò)程四、ATP的利用——以主動(dòng)運(yùn)輸為例1.膜內(nèi)側(cè)Ca2+與載體蛋白（ATP水解酶）結(jié)合,ATP水解酶活性被激活。2.催化ATP水解，ATP末端磷酸基團(tuán)脫離下來(lái)與載體蛋白結(jié)合，這一過(guò)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(diǎn)轉(zhuǎn)向膜外側(cè)，將Ca2+釋放到膜外。ATP水解釋放的磷酸基團(tuán)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，從而參與各種化學(xué)反應(yīng)。4.載體蛋白去磷酸化----構(gòu)型恢復(fù)四、ATP的利用——以主動(dòng)運(yùn)輸為例呼吸作用（葡萄糖等氧化分解）等釋放能量(放能反應(yīng))合成水解蛋白質(zhì)合成(吸能反應(yīng))ATPATP是細(xì)胞內(nèi)流通的能量“貨幣”ATP的合成是吸能反應(yīng)，一般與放能反應(yīng)相聯(lián)系A(chǔ)TP的水解是放能反應(yīng)，一般與吸能反應(yīng)相聯(lián)系五、ATP是細(xì)胞內(nèi)流通能量的“貨幣”細(xì)胞的能量“貨幣”ATP是生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)糖類(lèi)、脂肪等有機(jī)物（化學(xué)能）ATP能量生命活動(dòng)能量五、ATP是細(xì)胞內(nèi)流通能量的“貨幣”ATP熒光檢測(cè)儀基于螢火蟲(chóng)發(fā)光原理，利用“熒光素酶—熒光素體系”快速檢測(cè)三磷酸腺苷（ATP）。由于所有生物活細(xì)胞中含有恒量的ATP，所以ATP含量可以清晰地表明樣品中(食品、藥品、水體等)微生物與其他生物殘余的多少，用于判斷衛(wèi)生狀況。熒光素+ATP氧化熒光素(發(fā)出熒光)熒光素酶O2熒光強(qiáng)度越強(qiáng)→ATP含量越多→微生物數(shù)量越多ATP熒光檢測(cè)儀與社會(huì)的聯(lián)系將熒光素酶基因?qū)胫参矬w內(nèi)，再用熒光素溶液澆灌植物，使轉(zhuǎn)基因植物在黑暗中發(fā)光。六、課堂小結(jié)當(dāng)堂訓(xùn)練1.下圖表示ATP的結(jié)構(gòu),其中表示特殊化學(xué)鍵的是()。A.①② B.①③ C.②③ D.③④2.下列過(guò)程與ATP的水解無(wú)關(guān)的是()。

A.運(yùn)動(dòng)蛋白的移動(dòng) B.Ca2+的主動(dòng)運(yùn)輸C.螢火蟲(chóng)發(fā)光 D.細(xì)胞滲透吸水AD

3.下列關(guān)于ATP的敘述中,錯(cuò)誤的是()。A.ATP分子中含有三個(gè)特殊的化學(xué)鍵B.正常細(xì)胞中ATP與ADP的比值在一定范圍內(nèi)變化C.ATP分子水解掉兩個(gè)磷酸基團(tuán)后變成腺嘌呤核糖核苷酸D.ATP中的“A”與構(gòu)成DNA、RNA中的堿基“A”表示的不是同一種物質(zhì)4.在下列幾種化合物的化學(xué)組成中，“○”中所對(duì)應(yīng)的含義最接近的是()。AA.①和② B.①和③ C.③和④ D.⑤和⑥D(zhuǎn)一、概念檢測(cè)1．能準(zhǔn)確表示ATP中三個(gè)磷酸基團(tuán)之間，以及磷酸基團(tuán)和腺苷之間關(guān)系的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是（

）A．A—P—P~P

B．A—P~P~PC．A~P~P—P

D．A~P~P~PB2．下列物質(zhì)中，能夠直接給細(xì)胞生命活動(dòng)提供能量的是（

）A．脂肪酸

B．氨基酸

C．腺苷二磷酸

D．腺苷三磷酸D

練習(xí)與應(yīng)用3．ATP是細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)，下面關(guān)于ATP的敘述，錯(cuò)誤的是（

）A．細(xì)胞質(zhì)和細(xì)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可以水解為ADP和磷酸D．正常細(xì)胞中ATP與ADP的比值相對(duì)穩(wěn)定B4．離子泵是一種具有ATP水解酶活性的載體蛋白，它在跨膜運(yùn)輸物質(zhì)時(shí)離不開(kāi)ATP的水解。下列敘述正確的是（

）A．離子通過(guò)離子泵的跨膜運(yùn)輸屬于協(xié)助擴(kuò)散B．離子通過(guò)離子泵的跨膜運(yùn)輸是順濃度梯度進(jìn)行的C．動(dòng)物一