生物人教版（2019）必修1 5.2细胞的能量“货币”ATP 课件 （共36张ppt）

(共36张PPT)
第5章 细胞的能量供应和利用
5.2 细胞的能量“货币”ATP
问题探讨
相互传递求偶信号，以便交尾繁衍后代。
2.萤火虫体内有特殊的发光物质吗？
腹部后端细胞内有荧光素。
3.萤火虫发光的过程有能量的转换吗？
有，腹部细胞内一些有机物中储存的化学能转变为光能使其发光。
银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤.
天街夜色凉如水，卧看牛郎织女星。
——杜牧《秋夕》
1.萤火虫发光的生物学意义是什么？
讨论
囊萤夜读
资料：
萤火虫的尾部发光器中有荧光素和
荧光素酶。荧光素接受能量后就被
激活，在荧光素酶的催化作用下，
激活的荧光素与氧发生化学反应，
形成氧化荧光素并且发出荧光。
荧光素 + 能量 + O2 氧化荧光素 + H2O
荧光素酶
发出荧光
从哪里来？
生物体进行生命活动的主要能源物质:
生物体内储存能量的物质:
脂肪
糖类(葡萄糖)
思考：是哪类物质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？
问题探讨
1
2
3
4
2mL
蒸馏水
2mL
脂肪
2mL
葡萄糖
2mL
ATP
黑暗环境
萤火虫发光器实验
思考
实验结果说明什么？
ATP为萤火虫发光直接提供能量
用小刀将数十只萤火虫的发光器割下,干燥后研磨成粉末,均分入四支试管,各加入少量水混匀,置于暗处,直至荧光消失
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”
1.功能：ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
有机物中的化学能
ATP中的化学能
耗能的生命过程
细胞中流通的能量“货币”
一、ATP的结构和功能
腺苷三磷酸
3.结构简式：
1.中文名称：
2.化学元素：
C、H、O、N、P
一、ATP的结构
腺苷
特殊化学键
（2个）
普通化学键
（1个）
（3个）
=腺嘌呤+核糖
A：
P：
～：
—：
磷酸基团
腺苷
磷酸基团
特殊的化学键
A—P～P～P
腺苷（A）
T：三
ATP的结构式
一、ATP的结构
注：AMP也叫腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本单位之一。
AMP（腺苷一磷酸）
腺苷（A）
ADP（腺苷二磷酸）
ATP（腺苷三磷酸）
尝试构建ATP的结构模型
假如用 代表腺嘌呤、 代表核糖、 代表磷酸基团，
代表普通化学键、 代表特殊化学键，尝试构建ATP的模型。
~
~
~
腺嘌呤
核糖
磷酸基团（P）
P
P
P
腺苷(A)
注意：磷酸基团之间用特殊化学键连接
AMP
腺苷一磷酸
（腺嘌呤核糖核苷酸）
ATP
腺苷三磷酸
~
~
腺嘌呤
核糖
P
P
P
~
腺嘌呤
核糖
P
P
腺嘌呤
核糖
P
核糖
腺嘌呤
腺苷
ADP
腺苷二磷酸
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20.92kJ/mol以上的化合物叫作高能化合物
二、ATP是一种高能磷酸化合物
ATP在酶的作用下水解时，脱离下的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者结构发生变化。
ATP的结构特点：
相邻的磷酸基团都带负电荷互相排斥
特殊的化学键不稳定
末端磷酸基团有离开ATP
而与其他分子结合的趋势，具有较高的转移势能
三、ATP的水解
酶
ATP作为高能磷酸化合物，在供能时，如何释放能量？
正因为ATP中的特殊的化学键不稳定，容易断裂，也容易形成，
在它水解时，脱离下的末端磷酸基团挟能量释放出来。
ATP
消耗量大
ATP
含量很少
矛盾
每个细胞每秒钟可合成约1000 万个ATP 且同时有等量 ATP 被水解
1
研究显示，一个成年人一天在静止状态下所消耗的ATP约有40kg；在剧烈运动的状态下，每分钟约有0.5kg的ATP转化成ADP。
成人体内ATP总量约2~10mg，人体安静状态下，肌肉内ATP含量只能供肌肉收缩1~2s。
2
3
资料分析
ATP合成 和水解都非常 迅速
四、ATP与ADP可以相互转化
p
p
p
p
p
能量
Pi
能量
Pi
合成
水解
ATP与ADP相互转化示意图
1.转化过程：
(ATP)
(ADP)
ATP
合成酶
水解酶
ADP+Pi
+能量
2. 转化特点
（1）ATP与ADP相互转化是时刻不停地发生且处于动态平衡之中的。
（2）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。
p
p
p
p
p
能量
Pi
能量
Pi
合成
水解
ATP与ADP相互转化示意图
这里的能量从哪里来？
(ATP)
(ADP)
这里的能量用于哪里？
光
合
作
用
呼
吸
作
用
呼
吸
作
用
人、动物、真菌、
多数细菌等
绿 色 植 物
能量
ADP + Pi +
ATP
酶
有机物
氧化分解
人和动物等
绿色植物
3.转化过程中能量来源和去向
（1）ADP合成ATP的能量来源
（2）ATP水解成ADP释放的能量去向：用于各项生命活动。
p
p
p
p
p
能量
Pi
能量
Pi
合成
水解
ATP与ADP相互转化示意图
五、ATP的利用
用于生物放电（电能）
用于生物发光（光能）
用于主动运输（渗透能）
电鳐
用于大脑思考（电能）
用于肌细胞收缩（机械能）
用于合成代谢、
胞吞和胞吐、
吸收和分泌
ATP
1.细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的。
思考：ATP水解释放的能量是如何用于上述各种生命活动的呢？
注意：ATP是直接能源物质，但不是唯一的直接能源物质，如存在于各种生物体细胞内的UTP、GTP、CTP等。
ATP
Ca2+
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，其酶的活性就被激活了。
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+ 的结合位点转移膜外侧，将Ca2+ 释放到膜外。
Ca2+
ADP
Pi
ATP为主动运输供能分步示意图
ADP
Ca2+
Pi
ATP为主动运输供能的动态演示：
细胞内的化学反应分为两大类：
吸能反应：
总是与ATP的水解相联系，由ATP水解提供能量。
放能反应：
总是与ATP的合成相联系，释放的能量贮存在ATP中。
能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流动。因此，
可以形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“货币”
3.ATP是细胞内流通的能量“货币”
2. ATP供能机制
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。
ATP是细胞的 能量“货币”
呼吸作用（葡萄糖等氧化分解）
释放能量(放能反应)
合成
水解
生命活动(吸能反应)
ATP
反应
反应类型
酶的类型
能量来源
能量去向
能量转化
场所
特点
ATP ADP+Pi+能量
酶
ADP+Pi+ 能量 ATP
酶
水解反应
合成反应
ATP水解酶
ATP合成酶
特殊化学键
有机物中的化学能以及光能
用于各项生命活动
储存在ATP中
生物体内的需能部位（多种场所）
细胞质基质、线粒体、叶绿体等
4.ATP合成与ATP水解的比较
放能：与吸能反应相联系
吸能：与放能反应相联系
时刻不停地发生，并且处于动态平衡之中
注: ATP和ADP相互转化的过程应判断为不是可逆的，从两者相互转化的反应式来看“物质是可逆的，能量是不可逆的”因为(1)所需的酶种类不同；(2)能量的来源和去向不同。(3)反应发生的场所不同；
萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶。荧光素接受ATP提供的能量后就被激活，在荧光素酶的催化作用下，荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素，并且发出荧光。
荧光素
ATP
激活的
荧光素
荧光素酶
氧化
荧光素
荧光
发出
+氧气
萤火虫发光的原理（P89）
化学能
光能
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”。
能源来源 直接能源物质
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
最根本的能源
ATP
糖类
脂肪
糖原
淀粉
太阳能
能源物质归纳：
ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
ATP≠能量；ATP是直接能源物质！
各种A的辨一辨：
A—P~P~P
①
① 。
② 。
③ 。
④ 。
⑤ 。
腺苷
腺嘌呤
腺嘌呤
腺嘌呤脱氧核苷酸
腺嘌呤核糖核苷酸
T
A
C
G
A
T
G
C
②
A
H
④
A
OH
⑤
A
U
G
C
③
下面各个圆圈中代表的含义相同的有哪些？
A—P~P~P
①
A
OH
②
A
U
G
C
③
A—P~P~P
④
A
OH
⑤
A
H
⑥
①=③=⑤，代表腺嘌呤核糖核苷酸
④=②，代表腺苷
判断正误
(1)ATP是细胞内主要的能源物质(　　)
(2)ATP由1个腺嘌呤和3个磷酸基团构成(　　)
(3)ATP是高能磷酸化合物，含3个特殊化学键，其中末端的磷酸基团具有较高的转移势能(　　)
×
×
×
(4)吸能反应伴随着ATP的合成，放能反应伴随着ATP的水解(　　)
(5)人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡(　　)
(6)载体蛋白磷酸化不会使其空间结构发生变化(　　)
×
×
×
1、在ATP ADP＋Pi＋能量 的反应式中，下列说法正确的是（　 ）
A．物质和能量都是可逆地，酶相同
B．物质和能量都是不可逆的，酶不相同
C．物质是可逆的，能量是不可逆的，酶不相同
D．能量不可逆，物质是不可逆的，酶相同

C
课堂检测
2.ATP是细胞生命活动的直接能源物质，下列关于ATP的叙述，错误的是（　 ）
Ａ. ATP的元素组成与磷脂、核苷酸一样
Ｂ. ATP可以水解为ADP和磷酸，这个过程消耗水
Ｃ. 正常细胞中ATP和ADP的比值相对稳定
Ｄ. ATP合成是放能反应
D
C
3.一分ATP中含有的腺苷、磷酸基团和特殊化学键数目依次是（ ）
A. 1，2，2 B. 1，2，3 C. 1，3，2 D. 2，3，1
4. 下列过程中ADP含量增加的是（　　）
Ａ. Ｋ＋进入小肠上皮细胞　 Ｂ. 苯进入生物细胞
Ｃ. 氧气进入组织细胞　　　 Ｄ. 甘油进入小肠上皮细胞
A
5.下图是ATP与ADP之间的转化图，可以确定(　)
A. A为ATP，B为ADP
B. 酶1和酶2是同一种酶
C. X1和X2是同一种物质
D. 能量1和2的来源相同
C
6.有关DNA分子的研究常用32P标记DNA分子。用α、β和γ表示ATP 或dATP（d 表示脱氧）上三个磷酸基团所处的位置（A—Pα～ Pβ～ Pγ或dA—Pα ～ Pβ ～ Pγ）。回答下列问题：
（1）某种酶可以催化ATP 的一个磷酸基团转移到DNA 末端上，同时产生ADP。如果要用该酶把32P 标记到DNA 末端上，那么带有32P 的磷酸基团应在ATP的　　　　（填“α”“β”或“γ”）位上。
（2）若用带有32P 的dATP 作为DNA 生物合成的原料，将32P 标记到新合成的DNA 分子上，则带有32P 的磷酸基团应在dATP 的　　 　（填“α”“β”或“γ”）位上。
γ
α