（新人教）生物必修一课件：5.2细胞的能量“货币”ATP(共40张PPT)

(共40张PPT)
（新人教）生物必修一课件
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1.名称:___________。
2.结构简式:A-P～P～P。含义分别是:
必备知识·自主学习
A 腺苷,由腺嘌呤和_____构成
P _________
～ _________________
腺苷三磷酸
核糖
磷酸基团
一种特殊的化学键
3.ATP的特点:从结构与功能观的角度,分析该物质的作用:
(1)结构特点:细胞内的一种_______________,末端磷酸基团有一种离开ATP而
与其他分子结合的趋势,也就是具有较高的_________。
(2)功能:驱动细胞生命活动的_____________。
二、ATP与ADP可以相互转化
高能磷酸化合物
转移势能
直接能源物质
2.相互转化的特点:
(1)ATP和ADP的相互转化_________地发生,且处于_________之中。
(2)ATP和ADP相互转化的能量供应机制,体现了生物界的_______。
3.ATP合成的能量来源:
(1)动物、人、真菌和大多数细菌:呼吸作用中___________释放的能量。
(2)绿色植物:呼吸作用释放的能量和_____。
时刻不停
动态平衡
统一性
有机物分解
光能
【问·答】细胞内储存的ATP很少,但却能满足生命活动对能量的需求。细胞为什么能时刻保证能量充足供应
提示:ATP和ADP在细胞内的相互转化非常迅速,且物质可以重复利用,因此能满足生命活动对能量的需求。
三、ATP的利用
1.ATP是细胞内流通的能量“货币”:
(1)吸能反应一般与ATP_____的反应相联系。
(2)放能反应一般与ATP的_____相联系。
(3)能量通过____在吸能反应和放能反应之间流通。
2.ATP的利用:
判一判:基于ATP在细胞中的利用,判断下列说法的正误:
(1)ATP水解释放的能量可用于细胞吸收某些物质。( )
水解
合成
ATP
√
(2)糖类和ATP均可以为生命活动直接提供能量。 ( )
提示:糖类是主要的能源物质,但不能直接为生命活动提供能量。
(3)在某些生物体内,ATP中活跃的化学能可以转变为光能或电能。 ( )
(4)消化道内淀粉的水解需要消耗ATP。 ( )
提示:细胞内的生化反应需要ATP参与,消化道内食物的消化不需要ATP参与。
(5)在某些生物体内,ATP中活跃的化学能可以转变为机械能。 ( )
×
√
×
√
关键能力·合作学习
知识点一 ATP的结构和功能
1.ATP的结构:
特别提醒:
①ATP的元素组成是C、H、O、N、P。
②ATP中含有的五碳糖——核糖。
③ATP去掉末端两个相邻的磷酸和两个特殊的化学键后得到的产物是RNA的基本单位之一。
2.ATP的利用:
生理过程 能量转化
物质合成 化学能→化学能
肌肉收缩 化学能→机械能
主动运输 化学能→机械能
生物发光 化学能→光能
3.生物体内的能源物质:
(1)能源物质:糖类、脂肪、蛋白质、ATP。
(2)主要能源物质:糖类。
(3)储能物质:脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。
(4)主要储能物质:脂肪。
(5)直接能源物质:ATP。
(6)最终能量来源:太阳能。
特别提醒:
①ATP化学性质不稳定,容易水解,为生命活动直接提供能量,但不是唯一直接供能物质。
②ATP≠能量,ATP是一种高能磷酸化合物。
【思考探究】
情境探究:萤火虫体内含有糖类、脂肪
等能源物质,如何通过实验证实ATP才
是萤火虫发光的直接能源物质 写出
实验思路。(科学探究)
提示:将萤火虫发光器干燥后研
磨成粉,分组实验,分别加入ATP、
糖类、脂肪和生理盐水,观察发
光情况。
【典例示范】
ATP是腺嘌呤核苷的衍生物,如图是ATP的分子结构图,下列有关叙述错误的是
(　　)
A.ATP分子的结构简式可表示为A—P～P～P
B.生命活动所需要的能量主要来自②
C.ATP分子中含有脱氧核糖
D.图中虚线部分代表的是腺苷
【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点:
【解析】选C。ATP分子的结构简式可表示为A—P～P～P,A正确; 图中①②都是一种特殊的化学键,但通常是末端的化学键断裂释放能量供生命活动需要,B正确; ATP分子中含有的糖是核糖,C错误;图中虚线部分的名称是腺苷,D正确。
【审答误区】本题常见错因有两种:
(1)不能明确区分两个特殊化学键的特点。ATP中的能量主要储存在特殊化学键中,末端的特殊化学键不稳定易水解。
(2)误以为ATP分子中的糖是脱氧核糖,而不是核糖。
【母题追问】
举例说明:图中的ATP中两个①②均水解,得到的产物是什么
提示: 去掉末端两个相邻的磷酸和两个特殊的化学键后的产物是AMP,即腺嘌呤核糖核苷酸。
【类题精练】
如图为ATP分子的结构式,ATP分子的结构简式可以表示为A—P～P～P。下列说
法不正确的是 (　　)
A.生命活动所需的能量通常
来自化学键④
B.在结构简式中的A对应结构
式中的①和②,表示腺苷
C.断裂化学键③形成的化合物之一是组成DNA的单体
D.ATP分子中含有的元素有C、H、O、N、P　
【解析】选C。图中③④都是一种特殊的化学键,但通常是末端的化学键断裂释放能量供生命活动所需,A正确;A由腺嘌呤和核糖组成,表示腺苷,B正确;断裂化学键③形成的化合物之一是组成RNA的单体,C错误;ATP分子中含有的元素有C、H、O、N、P,D正确。
知识点二 ATP与ADP的相互转化
1.ATP与ADP的相互转化——图解:
2.ATP与ADP的相互转化——表解:
项目 ATP分解 ATP合成
反应式 ATP→ADP+Pi+能量 能量+Pi+ADP→ATP
类型 水解反应 合成反应
条件 水解酶 合成酶
场所 活细胞内多种场所 细胞质基质、线粒体、叶绿体
能量转化 放能 储能
能量来源 一种特殊的化学键 呼吸作用、光合作用、化能合成作用
能量去向 用于各项生命活动 储存于ATP中
特别提醒:
①从上表看出ATP与ADP的相互转化不是可逆反应:反应条件、场所、能量的来源和去向均不完全相同。
②ATP的水解一般与吸能反应相联系,ATP的合成一般与放能反应相联系。
③生命活动需要消耗大量的能量,但细胞中ATP的含量很少,依靠的是ATP与ADP之间的快速转化。
④ATP与ADP的相互转化方程式中虽然没有水,但实际上该过程需要水的参与。
【思考探究】
教材二次开发:教材【概念检测】拓展:研究发现ATP是一种高能磷酸化合物,分
子内含有较高的转移势能,因此可以直接为生命活动提供能量。
(1)若1分子ATP完全水解,会得到哪些成分 (科学思维)
提示:1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸。
(2)联系所学知识,探讨能产生ATP的结构和消耗ATP的结构。(科学思维)
①产生ATP的结构:___________________________;
②消耗ATP的结构:__________________________________________________。
线粒体、细胞质基质、叶绿体
凡是完成相应生理过程需要消耗能量的结构都要消耗ATP
情境探究:在某细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子,短时间内分离出细胞的ATP,发现其含量变化不大,但部分ATP的末端“P”已带上放射性标记,该现象说明了什么
提示:该现象说明ATP中远离“A”的“P”容易脱离,同时部分32P标记的ATP又重新合成,说明ATP和ADP可以快速相互转化。
【知识拓展】
生物体内的高能磷酸化合物
1.高能磷酸化合物:指水解时释放的能量在20.92 kJ/mol以上的磷酸化合物。
种类:机体内有许多磷酸化合物如ATP,1,3—二磷酸甘油酸,氨甲酰磷酸,磷酸烯醇式丙酮酸,磷酸肌酸,磷酸精氨酸等,它们的特殊化学键断裂时,可释放出大量的自由能,这类化合物称为高能磷酸化合物。ATP是这类化合物的典型代表。
2.磷酸肌酸:主要存在于动物和人体细胞中,特别是骨骼肌细胞中,当由于能量大量消耗而使细胞中ATP含量过分减少时,磷酸肌酸就释放出所储存的能量,供ADP合成为ATP,这是动物体内ATP形成的一个途径。当肌细胞中的ATP浓度过高时,肌细胞中的ATP可将其中的特殊化学键转移给肌酸,生成磷酸肌酸。
【典例示范】
在活细胞中,下列循环过程永不停止地进行着,如图所示。下列相关叙述错误的
是 (　　)
A. 图中的M是ADP,N是ATP
B.在②过程中,是由于远离A的特殊的化
学键断裂而释放出能量
C.在绿色植物体内①的生理活动有光合
作用、细胞呼吸
D.A1和A2应为不同物质,其作用底物不同
【解题思维】解答本题需突破以下两个关键点:
【解析】选A。①过程需要Pi,②过程产生Pi,则M是ATP,N是ADP,A错误;②过程为ATP的水解过程,是因为远离A的特殊的化学键断裂而释放出能量,B正确;①为ATP的合成,在绿色植物体内①的生理活动有光合作用、细胞呼吸,C正确;据图示可以知道,A1为催化ATP合成的酶,作用底物为ADP和磷酸,A2为催化ATP水解的酶,作用底物为ATP,D正确。
【类题精练】如图①②代表物质M、N间的相互转化过程,则下列正确的说法是
(　　)
A.萤火虫体内的能量c可来源于光能
B.吸能反应一般和M的合成相联系
C.能量d用于过程①时大部分以热能
的形式散失
D.M、N间的相互转化是生物界共有的
能量供应机制
【解析】选D。据图示可知,M、N分别为ATP和ADP,①为ATP的合成过程,②为ATP的水解过程。能量c为合成ATP的能量,萤火虫体内的能量c只能来源于呼吸作用释放的化学能,A错误;吸能反应一般和M的水解相联系,B错误;能量d用于各种生命活动,不用于过程①,C错误;ATP和ADP间的相互转化是生物界共有的能量供应机制,D正确。
【补偿训练】
细胞所处的能量状态用ATP、ADP和AMP之间的关系式来表示,称为能荷,公式如下:能荷=(ATP+1/2ADP)/(ATP+ADP+AMP),其中AMP为腺苷一磷酸。能荷对代谢起着重要的调节作用,高能荷时,ATP生成过程被抑制,而ATP的利用过程被激发;低能荷时,其效应相反。下列说法不正确的是 (　　)
A.一般情况下细胞能荷数值小于1
B.细胞中ATP、ADP和AMP之间可以相互转化
C.细胞在吸收Mg2+时,能荷较低
D.能荷及其调节是生物界的共性
【解析】选C。根据能荷的公式可知,一般情况下细胞能荷数值小于1,A正确;ATP水解后转化为ADP,ADP可以接受能量,结合Pi形成ATP,即ATP与ADP之间可以相互转化,同理ADP与AMP之间也可以相互转化,B正确;细胞在吸收Mg2+时会消耗ATP,故能荷较高,C错误;ATP作为直接能源物质是生物界的统一性,故能荷及其调节是生物界的共性,D正确。
ATP的结构
能量用于各项生命活动
光能（光合作用）
化学能（细胞呼吸）
叶绿体
细胞质基质和线粒体
元素组成
结构简式
特点
C、H、O、N、P
不稳定、能量高
ATP-ADP转化
ATP的功能
ATP
ADP
合
成
水
解
合成场所
直接为生命活动提供能量
决定
结构与功能观
A-P～P～P
【科技情境】智能生物药物成为治疗癌症等难以攻克疾病的首选,其中ATP控制的药物递送系统通常用靶向ATP的适体作为“生物闸门”来实现药物的按需快速释放,近些年,一系列的材料已经证明在细胞内高含量ATP条件下可以释放治疗药物。
核心素养·情境探究
探究:
(1)文中“一系列的材料”可以是蛋白质纳米管,可用来包裹、保护药物,根据ATP、蛋白质的结构和功能推测ATP在药物释放中所起的作用。(社会责任)
提示:ATP水解释放的能量可使蛋白质纳米管结构发生改变,从而释放药物。
(2)ATP控制的药物递送系统是否实现了药物的定向运输 (科学思维)
提示:没有,只是实现了药物的按需释放。
【生产情境】霍乱弧菌会引起人类患霍乱病,它产生的霍乱肠毒素导致小肠液过度分泌,严重者上吐下泻,导致脱水和代谢性酸中毒,甚至休克死亡。研究发现霍乱肠毒素的作用机制如图所示:
探究:
(1)依据ATP的结构推测GTP的名称及结构式。
提示:中文名称:鸟苷三磷酸,结构简式:G-P～P～P。
(2)上述霍乱肠毒素的化学本质是什么 其作用于细胞膜上,体现了膜的什么功能
提示:化学本质是蛋白质。体现了细胞膜进行细胞间信息交流的功能。