5.2 细胞的能源“货币”ATP 课件 2022—2023学年高一上学期生物人教版必修1(共46张PPT)

(共46张PPT)
酶
来源
功能
化学本质
合成原料
原理
合成场所
知识回顾：
1、
2、细胞代谢概念
特性
5.2 细胞的能源“货币”ATP
《秋夕》——杜牧
银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。天街夜色凉如水，卧看牵牛织女星。
1、萤虫发光的生物学意义是什么？
2、萤火虫体内有特殊的发光物质吗？
3、萤火虫发光的过程有能量的转换吗？
腹部后端细胞内有荧光素。
相互传递求偶信号，以便交尾繁衍后代。
腹部细胞内有机物中储存的化学能转变为光能使其发光。
能量
荧光素酶
＋氧气
荧光素
激活的荧光素
荧光
氧化荧光素
发出
【提出问题】
是谁直接给萤火虫发光提供能量呢？是葡萄糖，脂肪，还是其他物质？
实验：探究萤火虫发光的直接供能物质
实验设计：用小刀将数十只萤火虫的发光器割下，干燥后研磨成粉末，取四等份分别装入四支试管，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……
1 2 3 4
15min
荧光消失
1 2 3 4
2mL蒸馏水
2mL葡萄糖溶液
2mL脂肪溶液
2mLATP溶液
暗处
1 2 3 4
无荧光出现
有荧光出现
ATP
胞吞和胞吐（需要能量）
主动运输（需要能量）
糖类是主要的能源物质
脂肪是良好的储能物质
细胞中有很多与能量有关的物质，也有很多生命活动需要能量。
能量中介
直接供能
蛋白质——
脂肪——
糖类——
ATP——
细胞能源物质的比喻
“不动产”
“定期存款”
“活期存款”
“现金”
ATP是生物体生命活动的直接能源物质。
ATP的利用
练习与应用
考点一
ATP与ADP可以相互转化
目
录
CONTENTS
考点二
考点三
ATP是一种高能磷酸化合物
一、ATP是一种高能磷酸化合物
研读教材86页，构建ATP 的结构，并思考下列问题：
1、组成ATP的元素有哪些？
2、ATP结构简式中的A、T、P分别代表什么？何如区分腺嘌呤和腺苷？
3、根据ATP的结构，想一想ATP为什么能够作为直接的能源物质？
一、ATP是一种高能磷酸化合物
腺苷A
腺苷一磷酸
腺苷二磷酸
腺苷三磷酸
腺嘌呤核糖核苷酸(RNA的组成单位)
AMP
ADP
ATP
核糖
腺嘌呤
磷酸基团
1、元素:
C、H、O、N、P
2、ATP结构简式：
A 腺苷
T 三
P 磷酸基团
何如区分腺嘌呤和腺苷？
腺苷包括腺嘌呤和核糖。
3、根据ATP的结构，想一想ATP为什么能够作为直接的能源物质？
因为磷酸基团都带负电而相互排斥，使得这种特殊的化学键很不稳定，断裂后会释放大量的能量。
A－P～P～P
结构简式：
腺苷
磷酸基团
特殊的磷酸键
普通的磷酸键
A—P～P～P
1 molATP水解时释放的能量高达30.54 kJ;
水解时释放能量在20.92kJ/mol以上的化合物叫作高能化合物
二、ATP的结构
任务二：认识ATP的结构
二、ATP的结构
任务二：认识ATP的结构
2、特点
腺嘌呤
核糖
P
P
P
~
~
（1）~代表________________，两个相邻磷酸都带__________相互排斥，使得远离__ _______的那个特殊化学键____ ______，容易__________，具有较高的转移势能。当ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。
特殊的化学键
负电
腺苷
不稳定
断裂
（2）ATP水解的过程就是的___________过程，1molATP水解能量高达30.54KJ，所以说ATP是一种_____________________。
释放能量
高能磷酸化合物
一、ATP是一种高能磷酸化合物
3、功能
ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
化合物 结构简式 “A”含义 共同点
ATP
核苷酸 DNA RNA 4、不同化合物中“A”的含义不同
腺苷
(由腺嘌呤和核糖组成)
腺嘌呤脱氧核苷酸
腺嘌呤核糖核苷酸
腺嘌呤
所有“A”的共同点是都含有腺嘌呤
核糖
一、ATP是一种高能磷酸化合物
资料1：成年人体内ATP的总量约2~10 mg，在安静的状态下一天需要消耗的ATP为48 kg，在活动的状况下ATP的消耗可达0.5 kg/min ;在安静状态时，肌肉内ATP的所释放能量只能维持肌肉收缩1~2 s。
资料2：人体每个细胞每秒钟可以合成约1000万个ATP，且同时有等量的ATP被水解成ADP。
1.ATP在细胞内的含量多吗？消耗量大吗？
2.ATP作为直接的提供能量的物质，生物体如何补充生命活动所需要的大量的ATP呢？
答：含量较少且消耗量大。
二、ATP与ADP可以相互转化
ATP（腺苷三磷酸）
ADP（腺苷二磷酸）
比ATP稳定
2.ATP作为直接的提供能量的物质，生物体如何补充生命活动所需要的大量的ATP呢？
答：ADP和ATP相互转化十分迅速，ATP不断地被消耗，又在不断地形成，从而保证ATP的含量的稳定。
ADP＋能量① ＋ Pi ATP
ATP ADP＋ 能量② ＋ Pi
根据上图，请在学案上写出ATP的合成和水解反应式
ATP的合成：
ATP的水解：
所有生物的细胞内都可发生，体现了生物界的统一性。
合成酶
水解酶
ATP与ADP相互转化过程中物质可逆，能量不可逆，催化的酶不相同，反应场所不同，因此，不是可逆反应。
二、ATP和ADP可以相互转化
ATP 酶 ADP + Pi + 能量
1.ATP水解（释放能量）
（1）反应式
（2）能量来源和去路
来源:远离腺苷的特殊化学键的断裂
去路:直接为各项生命活动提供能量
二、ATP和ADP可以相互转化
1.ATP的合成（能量储存在ATP中）
（1）反应式
（2）能量来源和去路
来源:
去路:用于ATP中形成特殊化学键
ADP+ Pi +能量 酶 ATP
人、动物、真菌、大多数细菌等
绿色植物、蓝细菌以及光合细菌
光合作用和呼吸作用
呼吸作用
吸能反应(伴随ATP水解）由ATP水解提供能量。
细胞中的化学反应
放能反应（伴随ATP合成）释放的能量贮存在ATP中。
03
ATP的利用
二、ATP与ADP可以相互转化
请研读教材87页图5-5和88页图5-6、5-7及相关内容，回答下列问题：
1.能量①可以来自于细胞中的那些生命活动的过程？
2.能量②可以用于细胞中哪些生命活动？
真菌和大多数细菌
1、能量①可以来自于细胞中的那些生命活动的过程？
植物：光合作用（光能）、
呼吸作用（化学能）
动物、细菌、真菌：
呼吸作用（化学能）
2、真核细胞合成ATP的场所：
细胞质基质、线粒体、叶绿体
ADP＋能量① ＋ Pi ATP
ATP ADP＋ 能量② ＋ Pi
ATP的合成：
ATP的水解：
合成酶
水解酶
ATP
酶2
酶1
ADP +Pi
+能量
ATP水解酶
ATP合成酶
反应式:
二、ATP和ADP可以相互转化
ATP与ADP的相互转化实现贮能和放能，从而保证细胞能量的持续供应! ATP与ADP的相互转化，时刻不停地发生并且处于动态平衡中。
ATP与ADP相互转化过程是可逆反应吗？
不是可逆反应：
（1）反应条件不同；
（2）能量来源和去路不同；
（3）反应场所不同。
ATP与ADP互相转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的，体现了生物界的统一性。
反应 水解: 合成： 能量 来源 植物
动物\人\真菌
能量去向 一种特殊的化学键（末端）
有机物中的化学能（呼吸作用）
光能(光合作用)
用于各项生命活动
储存于一种特殊的化学键中（末端）
结论 ：物质是 ，能量是 的、酶是 的
呼吸作用有机物释放的能量
提出问题
解决问题
体悟巩固
拓展延伸
小结
ATP
水解酶
ADP + Pi
+ 能量
ATP
合成酶
ADP + Pi
+ 能量
可逆的
不可逆
不相同
根据ATP与ADP相互转化的示意图完成下列表格
项目 ATP的合成 ATP的水解
反应式 ADP＋Pi＋能量 ATP
能量来源 (光合作用)、 (细胞呼吸) 储存在 中的能量
能量去路 储存于形成的 中
反应场所
联系 ATP合成酶
ATP水解酶
ATP
ADP＋Pi＋能量
光能
化学能
ATP
ATP
（1）ATP在生物体内含量少，但转化十分迅速，是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中的。
（2）ATP与ADP的相互转化不是可逆反应。因为转化过程中所需的酶、能量来源和去路及反应场所不完全相同。
（3）合成ATP的过程中有水生成，水解ATP的过程中有水消耗。
（4）ATP与ADP相互转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的，体现了生物界的统一性。
ATP合成和水解的对比分析
用于各项生命活动
细胞质基质、线粒体、叶绿体
生物体的需能部位
酶
酶
光合作用
呼吸作用
ATP
ADP
主动运输
物质合成
肌肉收缩
……
Pi
Pi
任务五:请将ATP与ADP的转化概念图补充完整
能量
能量
生物发光
五、ATP与ADP的相互转化
用于各种运动，如肌细胞收缩
三、ATP的利用
用于大脑思考
ATP
用于细胞内各种物质合成
ATP是细胞完成生命活动的直接能源物质
生物发光、发电
主动运输
Glu
+
ATP
NH3
Gln
Glu
Pi
ADP+Pi
ATP
ADP
Pi
NH3
ATP（提供磷酸基团）使谷氨酸活化，活化的谷氨酸再与NH3反应生成谷氨酰胺
四、ATP的利用
谷氨酸
谷氨酰胺
葡萄糖+果糖 蔗糖
酶
（ATP）
1.用于物质的合成
四、ATP的利用
2.用于细胞内的物质运输
马达蛋白利用ATP沿细胞骨架运输囊泡内的物质
P
Ca2+
ATP脱下的磷酸基团使膜转运蛋白磷酸化，导致膜转运蛋白的空间结构发生改变
ATP
Ca2+载体蛋白
Pi与载体结合
载体蛋白磷酸化
ATP水解
Ca2+释放到膜外
四、ATP的利用
3.用于物质跨膜主动运输
胞外
胞内
胞外
胞内
胞外
胞内
ATP
ADP
P
P
Pi
H2O
1.参与Ca2+主动运输的载体蛋白是一种 ，当Ca2+与其相应位点结合时， 。
能催化ATP水解的酶
其酶活性就被激活了
2.在载体蛋白这种酶的作用下，ATP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 ，这就是 。
能量的转移
载体蛋白的磷酸化
3. 载体蛋白磷酸化导致
其 ，
使 Ca2+ 的结合位点转向膜
外侧，将Ca2+释放到膜外。
其空间结构发生变化
四、ATP的利用
葡萄糖+果糖 蔗糖
酶
（化学能）
用于主动运输（渗透能）
用于生物放电（电能）
用于生物发光（电能）
用于肌细胞收缩（机械能）
大脑思考（电能）
细胞的各项生命活动
ATP ATP水解 Ca2＋释放到膜外
Ca2＋主动运输载体
Pi与载体结合
载体空间结构改变
ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，空间结构发生变化，活性也被改变。因而可以参与各种化学反应。
二、ATP的利用
ATP的供能机制
请完成下列模型？
能量来源:
作用和
作用
酶
酶
+Pi
能量来源：高能磷酸键的 。
能量去向： 高能磷酸键的 。
-Pi
能量去向：
。
反应
反应
合成
水解
光合
呼吸
形成
断裂
用于各项生命活动
ADP
ATP
吸能
放能
资料3：1mol的葡萄糖彻底氧化分解可以释放2870 KJ的能量，1mol的ATP水解可以释放30.54 KJ的能量。主动运输2个钙离子需要消耗1个ATP，细胞膜上的离子泵运输3个钠离子和2个钾离子也需要消耗1个ATP。
问题：细胞为什么不直接利用葡萄糖、脂肪等有机物的能量，而是要将能量转化到ATP 中再利用呢？
糖类、脂肪等有机物
储存有大量的能量，相当于存折和支票中大额度的钱，但不方便直接利用。
ATP
储存的能量相对来说少，且容易合成和水解，因此方便直接利用。
≈
≈
方便流通
ATP是细胞的能量“货币”（直接能源物质）
问题：细胞为什么不直接利用葡萄糖等有机物中的能量， 而是要将能量转移至ATP中再利用？
1 mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放能量2870kJ，
1 mol ATP水解可以释放能量30.54kJ。
四、ATP的合成
任务四：理解ATP的合成
原理：
应用：科学家运用这一原理，将荧光素酶基因导入植物后，再用荧光素溶液浇灌植物，使转基因植物在黑暗中发光，从而培育出一种能发光的“荧光树”。白天，阳光照射，公园与普通公园一模一样。晚上，这些树就自动发光。公园里不需要路灯，一片通明。而且，光照非常柔和。未来，夜间发光的树可能会成为街灯的天然替代品。
三磷酸腺苷二钠（片剂）
三磷酸腺苷二钠（注射液）
【适应症】
用于进行性肌萎缩、脑出血后遗症、心功能不全等的辅助治疗。
【药物原理】
当体内吸收、分泌、肌肉收缩及进行生化合成反应等需要能量时，三磷酸腺苷（ATP）即分解成二磷酸腺苷及磷酸基，同时释放出能量。
与生活的联系
能源来源 能量直接来源
主要能源物质
生物体内重要储能物质
动物细胞内的储能物质
植物细胞内的储能物质
最终能源来源
ATP
糖类
脂肪
糖原
淀粉
太阳能
有关能源物质的回顾与小结：
课堂小结
反 应 ATP→ADP+Pi+能量 ADP+Pi+能量→ATP
反应类型
酶的类型
场　　所
能量来源
能量去向
酶
酶
水解反应
合成反应
水解酶
合成酶
活细胞所有部位
线粒体、叶绿体、细胞质基质等
特殊的化学键
有机物中的化学能、光能
用于各项生命活动
储存于特殊的化学键键中
结论 ：物质是可逆的，反应、能量是不可逆的
一、ATP 的结构：结构简式为A–P～P～P， 组成元素为C、H、O、N、P。
二、ATP 的合成和水解：
三、ATP 的利用：作为直接的能源物质用于各项需要能量的生命活动。
有关能源物质的总结回顾
生命活动直接能量来源
主要能源物质
生物体内良好的储能物质
动物细胞内良好的储能物质
植物细胞内良好的储能物质
最终能量来源
ATP
糖类
脂肪
糖原
淀粉
太阳能
注意：ATP并非细胞生命活动唯一的直接供能物质，只是绝大多数生命活动的直接供能物质。
（还有GTP、UTP、CTP和dATP、dGTP、dTTP、dCTP、NADH、NADPH等）。
小结
课堂总结
ATP、DNA、RNA、核苷酸 结构中“A”的含义相同吗？
“A”的比较(说出圆圈里所表示的含义）
腺嘌呤核糖
核苷酸
（一磷酸腺苷）
腺嘌呤
腺嘌呤脱氧核糖核苷酸
腺嘌呤核糖
核苷酸
（一磷酸腺苷）
1、如图表示的是ATP和ADP之间的转化图，可以确定(　　 )
A．A为ADP，B为ATP
B．能量1和能量2来源相同
C．酶1和酶2是同一种酶
D．X1和X2是同一种物质
D
2．下列有关ATP的说法正确的是( )
A．人体细胞内储存有大量的ATP
B．光合作用和细胞呼吸都能产生ATP
C．线粒体是蓝细菌细胞产生ATP的主要场所
D．ADP转化为ATP需要Pi、酶、腺苷、能量
B
3．如右图为ATP分子结构式。下列相关叙述错误的是（ ）
A、图中五碳糖为核糖
B、图中虚线框中的基团是腺苷
C、该分子中有3个磷酸基团
D、该分子水解掉两个磷酸基团后为核糖核苷酸
B
谢谢观看!