2021-2022学年高一上学期生物人教版必修一5.2 细胞的能量“货币”ATP 教案

第五章
细胞的能量供应和利用
第二节
细胞的能量“货币”ATP
一、学习目标\教学目标
1.简述ATP的化学组成和特点。
2.写出ATP的分子简式。
3.理解ATP与ADP的相互转化，解释ATP在能量代谢中的作用。
二、教学重难点
教学重点
1.ATP化学组成的特点及其在能量代谢中的作用。
2.ATP与ADP的相互转化。
教学难点
ATP与ADP的相互转化。
三、教学方法
讲授、演示、视频播放、小组讨论。
四、教学过程
【新课导入：情景设置，导入新课】
观看视频《萤火虫》，通过视频讲述酶的相关知识，迅速拉近学生与科学之间的距离，激发学生的求知欲和学习兴趣。
【新课讲授】
问题探究：通过问题探究，小组讨论调动学生的积极性和主动性。
银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。天阶夜色凉如冰，卧看牵牛织女星。
——唐.杜牧
1.萤火虫发光的生物学意义是什么？
提示：主要是相互传递信号，以便繁衍后。
2.萤火虫体内有特殊的发光物质吗？
提示：萤火虫腹部后端细胞内的荧光素，是其特有的发光物质。
3.在萤火虫发光的过程中有能量转化吗？
提示：有，细胞中有机物储存的化学能转化为光能。
【实验探究】
用小刀将数十只萤火虫的发光器割下，干燥后研磨成粉末，取两等份分别装入两支试管，各加入少量水使之混合，置于暗处，可见试管内有淡黄色荧光出现，约过15分钟荧光消失，然后……
实验结论：ATP是直接的能源物质，可以使熄灭的离体发光器重新发光。
知识点梳理：
1.在生命系统中
主要的能源物质：糖类
主要的贮能物质：脂肪、糖原/淀粉
最终的能量来源：太阳能
2.那么又是谁直接给我们的生命活动提供能量呢？
驱动细胞生命活动的直接能源物质：ATP
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1.ATP的结构
阅读资料，小组讨论，问题探究
资料1：
1929年科学家罗曼（Karl
Lohmann）和费斯克（C.H.Fiske）分别独立地从肌肉中首次发现了ATP。
1934年，罗曼发现某化合物可促进磷酸肌酸水解成肌酸和无机磷酸盐（P），同时自身被分解成腺苷单磷酸（AMP）和2份磷酸。
科学家用腺苷酸酶处理AMP，AMP被分解成磷酸和腺苷，后者可进一步被酶分解为腺嘌呤和核糖。
提问：ATP由哪些成分构成？
资料2：
核糖1，2，3和5号位上的碳原子有性质活泼的羟基基团，其中1号碳上的羟基可以和腺嘌呤反应缩合形成腺苷，5号碳上的羟基可被磷酸酯化，形成腺苷单磷酸。
研究发现，磷酸和磷酸之间可形成含较多能量且不稳定的化学键。1941年，李普曼总结了30年代科学家对ATP的研究，并对磷酸键在能量转换中的功能做了进一步概括，建议用符号“~”代表这种不稳定、可供能的磷酸键，即高能磷酸键。
提问：这三种成分又是如何组成ATP的？尝试画出示意图。
1.ATP的结构
组成元素：C、H、O、N、P
化学组成：1分子核糖+1分子腺嘌呤+3分子磷酸基团
结构简式：A－P~P~P
2.ATP的分子式
资料3：
用α、β
和
γ
表示
ATP
上三个磷酸基团所处的位置(
A－Pα～Pβ～Pγ
)
，现有甲乙两组ATP溶液，甲组用32P标记
ATP
的β位的磷酸基团，乙组用32P标记γ位的磷酸基团，然后分别加入等量的ATP水解酶，短时间后迅速分离溶液中游离的磷酸基团，结果发现只有乙组中游离的磷酸基团带有放射性。
提问：ATP哪一个磷酸键更容易断裂？写出ATP水解反应式，尝试说明ATP如何为生命活动提供能量。
资料4：
医生通常给术后不能进食的病人注射葡萄糖生理盐水补充能量。
人们的主食米饭、面食的主要成分是淀粉。
植物在光照条件下，叶绿体能合成ATP，也能制造糖类；在无光情况下，叶绿体不能合成ATP，也不能制造糖类。
20世纪中叶，赫尔曼等科学家发现，在细胞呼吸和光合作用期间，线粒体或叶绿体中的ATP含量明显上升。
提问：ATP主要在哪里合成？其合成需要的能量来源于哪里？
资料5：
运动员在进行马拉松赛跑时，2个小时会消耗60
kg的ATP，相当于一个成年人的体重。
成人体内ATP的总量2~10
mg，在安静的状态下一天需要消耗的ATP为40
kg，在活动的状态下ATP的消耗可达0.5
kg/min；在安静状态时，肌肉内ATP的所放能量只能维持肌肉收缩1~2
s。（提示：ATP在细胞内的含量很少，需求量很大）
提问：
（1）ATP在细胞内的含量多吗？需求量大吗？
提示：ATP在细胞内的含量很少，需求量很大。
（2）生物体如何解决ATP含量少，但总需求量很大的矛盾呢？
提示：ATP在细胞内的含量很少，转化快，不能长时间储存。
知识点梳理：
1.~代表_特殊的化学键_，两个相邻磷酸都带___负电___相互排斥，使得远离___腺苷___的那个特殊化学键化学键___不稳定___，容易___断裂____，具有较高的转移势能。
2.ATP水解的过程就是的___释放能量___过程，1
mol
ATP水解能量高达30.54
KJ，所以说ATP是一种____高能磷酸化合物___。
小组讨论，完成表格
3.不同化合物中“A”的辨析
二、ATP和ADP可以相互转化
展示ATP和ADP相互转化示意图，小组合作探究，共同完成表格填写和问题探究。
小组讨论，完成表格。
小组讨论，问题探究：
1.ATP与ADP之间的相互转化可逆吗？
提示：ATP与ADP之间的相互转化的过程，反应所需的酶、能量的来源和去路不同，所以ATP与ADP之间的相互转化不是可逆反应。物质是可逆（循环）的，但能量不可逆（不循环）。
2.ATP与ADP的相互转化是不是所有细胞都有？
提示：细胞之中ATP与ADP之间的相互转化的能量供应机制是一样的，体现出生物界的统一性。原核生物(蓝藻、光合细菌)光合作用也可以合成ATP，细胞呼吸也能合成ATP。
三、ATP的利用
展示ATP的利用举例，引导学生观察并思考，归纳ATP水解释放的能量是如何被利用的。
学生归纳：
展示ATP为主动运输供能示意图，引导学生分析ATP为主动运输供能示意图，引导学生举例说明ATP水解释放的能量是如何用于各种生命活动的。
学生解释并归纳：
1.参与Ca2+主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶。当膜内侧的Ca2+与其相应位点结合时，其酶活性就被激活了。
2.在载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随着能量的转移，这就是载体蛋白的磷酸化。
3.载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2+的结合位点转向膜外侧，将Ca2+释放到膜外。
放能反应与吸能反应
【课堂练习】
1.下列过程需ATP水解提供能量的是（
）
A.唾液淀粉酶水解淀粉
B.生长素的极性运输
C.光反应阶段中水在光下分解
D.乳酸菌无氧呼吸的第二阶段
提示：唾液淀粉酶水解淀粉是在消化道中进行的，不需要消耗ATP水解释放的能量，A错误；生长素的极性运输是细胞的主动运输，需要消耗ATP水解释放的能量，B正确；光反应阶段中水在光下分解产生[H]和氧气，不需要消耗ATP水解释放的能量，C错误；乳酸菌无氧呼吸的第二阶段是丙酮酸和[H]在酶的催化作用下转化成乳酸，此过程既不产生ATP，也不消耗ATP，D错误。
2.如图是细胞中某种小分子化合物的结构模式图，①～③代表化学键，④和⑤代表化学基团，已知该化合物可直接为肌肉收缩供能，下列有关说法正确的是（　　）
A.①②中储存有大量的化学能，①水解时可为放能反应提供能量
B.④代表的化学基团是—H，⑤是一种含氮的碱基
C.该化合物可以在人体内成熟的红细胞中提取到
D.细胞中需要能量的生命活动都是由该物质直接提供能量的
提示：图中①②为高能磷酸键，③为普通磷酸键，④是—OH，⑤是腺嘌呤，高能磷酸键①容易断裂，为吸能反应提供能量，A、B错误；人体成熟红细胞中没有线粒体，但可在细胞质基质中通过无氧呼吸产生ATP，C正确；细胞中绝大多数需要能量的生命活动是由ATP直接提供能量的，直接能源物质还有GTP、CTP等，D错误。
3.（2016·海南卷，11）下列有关植物细胞能量代谢的叙述，正确的是（
）
A.含有两个高能磷酸键的ATP是DNA的基本组成单位之一
B.加入呼吸抑制剂可使细胞中ADP生成减少，ATP生成增加
C.无氧条件下，丙酮酸转变为酒精的过程中伴随有ATP的合成
D.光下叶肉细胞的细胞质基质、线粒体和叶绿体中都有ATP合成
提示：含两个高能磷酸键的ATP，由一个腺苷和三个磷酸基团组成，并非DNA的基本组成单位；加入呼吸抑制剂可导致ATP生成减少，一些生命活动仍消耗ATP，ADP生成相对增加；无氧条件下丙酮酸转化为酒精的过程并不产生ATP。
五、板书设计
第二节
细胞的能量货币ATP
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1.ATP结构
2.ATP的分子式
二、ATP与ATP可以相互转化
1.能量的来源
2.ATP分解过程
三、ATP的利用
1.吸能反应和放能反应