生命活動需要酶和能源物質(zhì)第三章

細(xì)胞中能量的轉(zhuǎn)換和利用目

錄ATP的生理功能ATP的結(jié)構(gòu)0102ATP的供能機(jī)理03ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化04一切生命活動都需要能量，而能量來自哪里呢？生物放電（電能）生物發(fā)光（光能）大腦思考（電能）學(xué)習(xí)目標(biāo)1.簡述ATP的化學(xué)組成和特點2.闡述ATP與ADP之間的相互轉(zhuǎn)化3.解釋ATP在能量代謝中的作用ATP的生理功能食物中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)都富含能量。以糖類為例，大分子糖中有許多碳?xì)滏I（C—H）、碳碳鍵（C—C）和碳氧鍵（C—O），在酶催化大分子分解為小分子的過程中，會發(fā)生能量變化。大分子小分子葡萄糖能量酶、O2氧化分解反應(yīng)（有氧參與）從化學(xué)本質(zhì)上說，細(xì)胞內(nèi)一個葡萄糖分子的氧化分解與木材中一個葡萄糖分子的燃燒一樣，釋放的能量主要源于葡萄糖分子?！舅伎肌磕静娜紵尫诺臒崮苣苤苯颖蝗祟惱茫?xì)胞內(nèi)有機(jī)物的能量能直接被生命活動利用嗎?邊做邊學(xué)：探究直接能源物質(zhì)資料：螢火蟲的發(fā)光器在離體后一段時間內(nèi)可以繼續(xù)發(fā)出熒光。研究人員將熒光已經(jīng)消失的螢火蟲發(fā)光器研磨液分成四組，分別滴加等體積的蒸餾水、油脂、葡萄糖和ATP溶液，結(jié)果如圖所示。ABCDABCD蒸餾水油脂葡萄糖ATP溶液ABCDABCD蒸餾水油脂葡萄糖ATP溶液實驗結(jié)果：實驗結(jié)論：A、B、C試管內(nèi)無熒光出現(xiàn)，D試管內(nèi)有熒光出現(xiàn)葡萄糖、油脂不能直接被生命活動利用，而ATP是生命活動的直接能源ATP是生命活動的直接能源糖類、脂肪等有機(jī)物有大量的能量，但不能被直接利用能量能被直接利用≈用于各項生命活動“能量通貨”≈ATPATP的結(jié)構(gòu)腺嘌呤磷酸基團(tuán)（3個）腺苷（A）核糖腺苷一磷酸（AMP）腺苷二磷酸（ADP）腺苷三磷（ATP）RNA基本單位之一腺嘌呤核糖核苷酸PPPA（1）中文名稱：腺苷三磷酸（2）組成部分：腺嘌呤、核糖、磷酸基團(tuán)（3）元素組成：C、H、O、N、P（4）結(jié)構(gòu)簡式：A—P～P～PA:腺苷

P：磷酸基團(tuán)

—：普通化學(xué)鍵～：磷酐鍵由于兩個相鄰的磷酸基團(tuán)都帶負(fù)電荷而相互排斥，使得磷酐鍵容易斷裂。ATP分子末端的磷酐鍵斷裂后，ATP轉(zhuǎn)化為ADP（腺苷二磷酸）和游離的Pi（HPO42-）磷酐鍵~~腺嘌呤核糖腺苷(A)磷酸基團(tuán)（Pi）PPPATP的供能機(jī)理在這個過程中，ATP是通過基團(tuán)轉(zhuǎn)移而不是簡單的水解提供能量的，ATP轉(zhuǎn)移的基團(tuán)是一個磷酰基（—PO32-），而不是磷酸基（—OPO32-）。磷酐鍵~~腺嘌呤核糖腺苷(A)磷酸基團(tuán)（Pi）PPPATP在細(xì)胞內(nèi)的含量很低ATP在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)化十分迅速從這則資料中，你能得出生物體內(nèi)的ATP有什么特點？經(jīng)過復(fù)雜的測算發(fā)現(xiàn)：1.在人的肌細(xì)胞中，ATP提供的能量只能維持不到1s的激烈運動2.一個成人一天在靜止?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(dá)0.5kg/min。人體中ATP的總量卻只有大約50.7g3.氰化鉀是阻止人體內(nèi)新的ATP合成的毒藥，人中毒后在3～6分鐘內(nèi)就會死亡ATP在轉(zhuǎn)化ADP和Pi并釋放能量時，在有關(guān)酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同時與一個游離的Pi結(jié)合，轉(zhuǎn)化為ATP。ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化能量水解合成能量ATPADP放能反應(yīng)（釋放能量）【思考】ADP轉(zhuǎn)化成ATP時所需能量主要來自哪里？吸能反應(yīng)（吸收能量）蛋白質(zhì)的合成，生物體發(fā)光、發(fā)電，肌肉收縮…葡萄糖的氧化分解，呼吸作用…能量能量ATPADPATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化【思考】ATP與ADP之間的轉(zhuǎn)化是否為可逆反應(yīng)?不是可逆反應(yīng)，物質(zhì)可逆，能量不可逆，場所不同，條件不同。細(xì)胞內(nèi)ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化，一方面為細(xì)胞提供所需的ATP，另一方面使ATP仍然維持相對恒定的水平。這樣既能及時且持續(xù)地為生命活動提供能量，又能避免能量的浪費。ATPADP+Pi+酶1能量酶2有機(jī)物氧化分解釋放的能量雖不直接用于生命活動，但可以用于ADP轉(zhuǎn)化為ATP的反應(yīng)，并儲存在ATP中，再通過ATP轉(zhuǎn)化為ADP的反應(yīng)，滿足生物體生命活動對能量的需求。所以，有人形象地把ATP比作驅(qū)動細(xì)胞中各種生命活動的通用能量貨幣。儲存能量的有機(jī)大分子ATP分子結(jié)合本節(jié)知識完成下表：ATP水解ATP合成反應(yīng)式類型條件場所能量來源能量去向酶酶ATP→ADP＋Pi＋能量能量＋Pi＋ADP→ATP水解反應(yīng)合成反應(yīng)ATP水解酶ATP合成酶生物體的需能部位細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體磷酐鍵呼吸作用、光合作用用于各項生命活動儲存于特殊的化學(xué)鍵課堂小結(jié)ATPATP水解酶ADP+Pi+能量ATP合成酶ATP脫水合成水解放能反應(yīng)所釋放的能量用于ATP的合成ATP水解所產(chǎn)生的能量用于吸能反應(yīng)和各種生命活動特點：周轉(zhuǎn)速率快、動態(tài)平衡ADP＋Pi1.核酸是由核苷酸聚合而成的生物大分子。人工合成核酸則需要核苷三磷酸(NTP)，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。根據(jù)所學(xué)知識判斷，下列敘述正確的是()A.由五碳糖的2號所連接基團(tuán)可知，該五碳糖為核糖B.α、β之間的化學(xué)鍵相較于β、γ之間的更易斷裂C.若X是-OH，則NTP是RNA的基本組成單位之一D.若X是-H，則在體外人工合成核酸時加入可終止反應(yīng)解析：五碳糖2號碳連接的基團(tuán)無法直接判斷是核糖(2號碳連-OH)還是脫氧核糖(2號碳連-H)，需結(jié)合X的基團(tuán)判斷，A錯誤；NTP中β、γ之間的高能磷酸鍵更易斷裂，為生命活動供能，a、β之間的化學(xué)鍵穩(wěn)定性更高，B錯誤；若X是-OH，該五碳糖為核糖，NTP是核糖核苷三磷酸，RNA的基本組成單位是核糖核苷酸(NMP)，并非NTP，C錯誤；若X是-H，該五碳糖為脫氧核糖，NTP是脫氧核苷三磷酸，在體外人工合成核酸時，若加入的NTP缺乏3號碳的-OH(如雙脫氧核苷三磷酸)，可終止鏈的延伸，D正確。故選D。D課堂練習(xí)2.蛋白質(zhì)的磷酸化與去磷酸化被比喻為一種分子開關(guān)，分子開關(guān)的機(jī)理如圖所示，形成有活性的蛋白是一個磷酸化的過程，即“開”的過程，形成無活性的蛋白是一個去磷酸化的過程，即“關(guān)”的過程。下列有關(guān)分子開關(guān)的說法錯誤的是()A.細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的ATP可以用于分子開關(guān)中蛋白質(zhì)的磷酸化過程B.分子開關(guān)可能是通過改變蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)“開”和“關(guān)”的C.蛋白質(zhì)磷酸化過程是一個吸能反應(yīng)，與ATP的水解相聯(lián)系D.蛋白質(zhì)磷酸化和去磷酸化屬于可逆反應(yīng)解析：細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的ATP可在蛋白激酶的作用下轉(zhuǎn)化為ADP，脫去的磷酸基團(tuán)可用于蛋白質(zhì)的磷酸化，該過程為ATP的水解過程，ATP水解釋放能量，與吸能反應(yīng)相聯(lián)系，A、C正確；蛋白質(zhì)磷酸化后空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，當(dāng)磷酸化的蛋白質(zhì)上的磷酸基團(tuán)脫落時也會發(fā)生空間結(jié)構(gòu)改變，因此分子開關(guān)可能是通過改變蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)“開”和“關(guān)”的，B正確；蛋白質(zhì)磷酸化和去磷酸化過程所需的酶等不同，不屬于可逆反應(yīng)，D錯誤。D3.如圖是細(xì)胞中的能量“貨幣”ATP的“循環(huán)”示意圖。下列相關(guān)敘述正確的是()A.圖中①過程消耗的能量1可來自光能,②過程釋放的能量2可轉(zhuǎn)化成光能B.放能反應(yīng)與ATP的水解反應(yīng)相聯(lián)系,ATP水解時末端磷酸基團(tuán)易脫離C.ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化的過程中，物質(zhì)和能量都是可以循環(huán)利用的D.代謝旺盛的細(xì)胞內(nèi)ATP的含量多，代謝緩慢的細(xì)胞內(nèi)ADP的含量多解析：圖