第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用

炎炎烈日之下，巖石變得很燙，這是因?yàn)檎丈湓趲r石上的光能轉(zhuǎn)變成熱能，而組成巖石的分子并未發(fā)生化學(xué)變化。巖石旁邊的植物同樣遭到暴曬，卻并未變得發(fā)燙。是不是植物不吸收光能呢？當(dāng)然不是。植物的葉片不但能吸收光能，而且能通過光合作用，將一部分光能轉(zhuǎn)變成儲(chǔ)存在有機(jī)物中的化學(xué)能。

細(xì)胞的生命活動(dòng)是需要能量來驅(qū)動(dòng)的。太陽能是幾乎所有生命系統(tǒng)中能量的最終源頭。外界能量進(jìn)入細(xì)胞，并為細(xì)胞所利用，都要經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。

細(xì)胞是如何通過化學(xué)反應(yīng)來獲取和利用能量的呢？

第2節(jié)細(xì)胞的能量“貨幣”ATP目標(biāo)0102依據(jù)ATP的分子簡式說出ATP的化學(xué)組成和特點(diǎn)。根據(jù)ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化解釋ATP在細(xì)胞生命活動(dòng)中的作用。教學(xué)目標(biāo)1、螢蟲發(fā)光的生物學(xué)意義是什么？《秋夕》杜牧（唐）銀燭秋光冷畫屏，輕羅小扇撲流螢。天街夜色涼如水，臥看牽?？椗?。相互傳遞求偶信號(hào)，以便交尾繁衍后代。問題探討討論：《秋夕》杜牧（唐）銀燭秋光冷畫屏，輕羅小扇撲流螢。天街夜色涼如水，臥看牽牛織女星。問題探討討論：2、螢火蟲體內(nèi)有特殊的發(fā)光物質(zhì)嗎？有，螢火蟲尾部的發(fā)光細(xì)胞中含有熒光素?！肚锵Α范拍粒ㄌ疲┿y燭秋光冷畫屏，輕羅小扇撲流螢。天街夜色涼如水，臥看牽?？椗?。問題探討討論：3、螢火蟲發(fā)光的過程中有能量的轉(zhuǎn)化嗎？有，化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?。螢火蟲發(fā)光需要的能量靠誰直接提供呢?【相關(guān)資料】螢火蟲的尾部發(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)出糖類是細(xì)胞中主要的能源物質(zhì)脂肪是細(xì)胞中良好的儲(chǔ)能物質(zhì)螢火蟲的發(fā)光原理細(xì)胞內(nèi)哪些物質(zhì)有可能為螢火蟲發(fā)光提供能量呢？ATP（為主動(dòng)運(yùn)輸提供能量）如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來探究什么物質(zhì)是螢火蟲發(fā)光的直接能源物質(zhì)呢？一、探究生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)熒光消失ABCD暗處15min【實(shí)驗(yàn)探究】取數(shù)十只螢火蟲的發(fā)光器，干燥后研磨成粉末，等量分成4份，分別裝入四支試管，加入少量蒸餾水使之混合，置于暗處，可見試管內(nèi)有淡黃色熒光出現(xiàn)，約過15min后熒光消失。繼續(xù)分四組實(shí)驗(yàn)，步驟和結(jié)果如下：有熒光無熒光無熒光無熒光2ml蒸餾水2ml葡萄糖溶液2ml脂肪溶液2mlATP溶液暗處觀察ATP為螢火蟲發(fā)光直接提供能量。一、探究生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)ATP是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)。1.ATP的中文名稱？2.ATP的元素組成？3.ATP的結(jié)構(gòu)簡式為？4.A、T、P、—、～分別代表什么？5.ATP為什么不穩(wěn)定？6.為什么說ATP是高能磷酸化合物？7.ATP的A具體指什么結(jié)構(gòu)？包含哪幾部分？跟我們以前學(xué)過的A有什么

區(qū)別（DNA、RNA等）？自主學(xué)習(xí)課本P86相關(guān)內(nèi)容，完成以下問題。二、ATP是一種高能磷酸化合物（腺嘌呤+核糖）腺苷（A）ATP（腺苷三磷酸）ADP（腺苷二磷酸）AMP（腺苷一磷酸）腺嘌呤核糖核苷酸（RNA的基本單位之一）~~1.ATP的中文名稱：腺苷三磷酸2.ATP的元素組成：C、H、O、N、P3.ATP的結(jié)構(gòu)簡式：A-P～P～P4.A、T、P、～的含義：A表示：腺苷T表示：三P表示：磷酸基團(tuán)～表示：特殊的化學(xué)鍵三個(gè)磷酸基團(tuán)二、ATP是一種高能磷酸化合物二一~~5.ATP為什么不穩(wěn)定：～代表一種特殊的化學(xué)鍵，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，使得這種化學(xué)鍵不穩(wěn)定，末端磷酸基團(tuán)有一種離開ATP而與其他分子結(jié)合的趨勢，也就是具有較高的轉(zhuǎn)移勢能。二、ATP是一種高能磷酸化合物6.ATP是高能磷酸化合物的原因是：ATP在酶的作用下水解時(shí)，脫離下來的末端磷酸集團(tuán)攜能量與其他分子結(jié)合，從而使后者發(fā)生變化。所以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(dá)30.54KJ，所以說ATP是一種高能磷酸化合物。二、ATP是一種高能磷酸化合物化合物結(jié)構(gòu)簡式“A”含義共同點(diǎn)ATP DNA RNA 核苷酸

腺苷(由腺嘌呤和核糖組成)腺嘌呤脫氧核苷酸腺嘌呤核糖核苷酸腺嘌呤所有“A”的共同點(diǎn)是都含有腺嘌呤7.不同化合物中“A”的辨析：二、ATP是一種高能磷酸化合物ATP消耗量大ATP含量很少矛盾資料1：研究顯示，一個(gè)成年人一天在靜止?fàn)顟B(tài)下所消

耗的ATP約有40kg；在劇烈運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下，每

分鐘約有0.5kg的ATP轉(zhuǎn)化成ADP。資料2：成人體內(nèi)ATP總量約2~10mg，人體安靜狀態(tài)

下，肌肉內(nèi)ATP含量只能供肌肉收縮1~2s。資料3：每個(gè)細(xì)胞每秒鐘可合成約1000萬個(gè)ATP且同

時(shí)有等量ATP被水解。ATP合成和水解都非常迅速1.ATP水解的過程是怎樣的？2.ADP合成的過程是怎樣的？所需要的能量來源于哪里？3.ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化是可逆反應(yīng)嗎?4.ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化有何特點(diǎn)？自主學(xué)習(xí)課本P87相關(guān)內(nèi)容，完成以下問題。三、ATP和ADP可以相互轉(zhuǎn)化+

能量1.ATP水解的過程：

酶A–P～P～PA–P～PADP腺苷二磷酸不穩(wěn)定,易斷裂,也易形成用于各項(xiàng)生命活動(dòng)+PiATP三、ATP和ADP可以相互轉(zhuǎn)化呼吸作用光合作用呼吸作用人和動(dòng)物等綠色植物ADP+Pi2、ATP合成的過程+

能量ATP酶FFFFF

對(duì)于動(dòng)物、人、真菌和大多數(shù)細(xì)菌來說，合成ATP的能量來自于細(xì)胞進(jìn)行呼吸作用時(shí)有機(jī)物分解所釋放的能量；對(duì)于綠色植物來說，既可以來自光能，也可以來自呼吸作用所釋放的能量。三、ATP和ADP可以相互轉(zhuǎn)化PPP~~能量能量酶酶PP~PiPiATP

ADP+Pi+

能量物質(zhì)可逆，能量不可逆3、ATP與ADP

相互轉(zhuǎn)化示意圖：催化ATP水解與合成的酶是否相同？能量是否相同？ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化是可逆反應(yīng)嗎?不是ATP水解酶ATP合成酶用于各項(xiàng)生命活動(dòng)光合作用呼吸作用ATPADP三、ATP和ADP可以相互轉(zhuǎn)化水解合成①ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化，是時(shí)刻不停地發(fā)生并且處于動(dòng)態(tài)平衡之中。②ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的能量供應(yīng)機(jī)制，在所有生物的細(xì)胞內(nèi)都是一

樣的，體現(xiàn)了生物界的統(tǒng)一性。PPP~~能量能量合成酶水解酶ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化示意圖PP~PiPi4.ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化有何特點(diǎn)?動(dòng)態(tài)平衡三、ATP和ADP可以相互轉(zhuǎn)化反應(yīng)反應(yīng)類型酶的類型能量來源能量去向場所結(jié)論：物質(zhì)是可逆的，能量是不可逆的，所需酶、場所也不相同ATPADP+Pi+能量酶ADP+Pi+能量ATP酶水解反應(yīng)合成反應(yīng)ATP水解酶ATP合成酶ATP中特殊化學(xué)鍵有機(jī)物中的化學(xué)能以及光能用于各項(xiàng)生命活動(dòng)儲(chǔ)存于ATP的特殊化學(xué)鍵中活細(xì)胞所有部位細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體等三、ATP和ADP可以相互轉(zhuǎn)化用于大腦思考（電能）用于主動(dòng)運(yùn)輸（滲透能）用于生物發(fā)光(光能)用于生物發(fā)電（電能）

用于物質(zhì)合成（化學(xué)能）用于肌肉收縮（機(jī)械能）ATP水解釋放的能量是如何用于上述各種生命活動(dòng)的呢？四、ATP的利用四、ATP的利用胞外胞內(nèi)胞外胞內(nèi)胞外胞內(nèi)ATPADPP1.參與Ca2+主動(dòng)運(yùn)輸?shù)妮d體蛋白是一種能催化ATP水解的酶，當(dāng)Ca2+與其相應(yīng)位點(diǎn)結(jié)合時(shí)，其酶活性就被激活了。2.在載體蛋白這種酶的作用下，ATP的末端磷酸基團(tuán)脫離下來與載體蛋白結(jié)合，這一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(diǎn)轉(zhuǎn)向膜外側(cè)，將Ca2+釋放到膜外。為什么稱ATP為“貨幣”呢？四、ATP的利用PiH2OPATPADP水解合成（各項(xiàng)生命活動(dòng)）吸能反應(yīng)放能反應(yīng)能量能量ATP是細(xì)胞內(nèi)流通的能量“貨幣”葡萄糖、脂肪等

吸能反應(yīng)：(伴隨ATP水解）由ATP水解提供能量。

放能反應(yīng)：（伴隨ATP合成）釋放的能量貯存在ATP中。四、ATP的利用生物體能源物質(zhì)生物體主要能源物質(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)直接能源物質(zhì)最終能量來源ATP糖類脂肪糖原淀粉太陽能糖類、脂肪、蛋白質(zhì)

有關(guān)能源物質(zhì)的回顧與小結(jié)四、ATP的利用ATP全稱：三磷酸腺苷結(jié)構(gòu)簡式：

A-P～P～PATP的來源：ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化:ATP的利用：各種形式的能量光合作用呼吸作用ATPADP+Pi+能量酶1

酶2總結(jié)：正是由于細(xì)胞內(nèi)具有ATP這種能量“通貨”，才能及時(shí)而持續(xù)地滿足細(xì)胞各項(xiàng)生命活動(dòng)對(duì)能量的需求。課堂小結(jié)練習(xí)與應(yīng)用.

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)簡式是

（

）A.A-P-P~P

B.A-P~P~P

C.A~P~P-P

D.A~P~P~P2.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B一、概念檢測D.

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B一、概念檢測4.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ATP的水解。下列敘述正確的是

（

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

C.動(dòng)物一氧化碳中毒會(huì)降低離子泵跨膜運(yùn)輸離子的速率

D.加入蛋白質(zhì)變性劑會(huì)提高離子泵跨膜運(yùn)輸離子的速率.

C一、概念檢測.

二、拓展應(yīng)用就細(xì)胞中的吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)各舉出一個(gè)實(shí)例，并說明這些

實(shí)例分別與ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化有什么關(guān)系。吸能反應(yīng)，如葡萄糖和果糖合成蔗糖的反應(yīng)需要消耗能量，是吸能反應(yīng)，這一反應(yīng)所需要的能量是由ATP水解為ADP時(shí)釋放能量來提供的。放能反應(yīng)，如丙酮酸的氧化分解能夠釋放能量，是放能反應(yīng)。這一反應(yīng)所釋放的能量除以熱能形式散失外，還用于ADP轉(zhuǎn)化為ATP的反應(yīng)，儲(chǔ)存在ATP中。.

2.同樣是能源物質(zhì)，ATP與葡萄糖具有不同的特點(diǎn)。請(qǐng)你概括出

ATP具有哪些特點(diǎn)。在儲(chǔ)存能量方面，ATP同葡萄糖相比具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：一是ATP分子中含有的化學(xué)能比較少，一分子ATP轉(zhuǎn)化為ADP時(shí)釋放的化學(xué)能大