3.1 ATP是细胞内的”能量通货“课件（44张ppt，含1个视频）-高一生物学（浙科版2019必修1）

(共44张PPT)
第1节 ATP是细胞内的“能量通货”
第三章 细胞的代谢
课程导入
生物体的生命活动需要能量
小资料
萤火虫的荧光是怎样形成的？
萤火虫以荧光作为求偶的信号，吸引异性个体前来交尾。不同种类的萤火虫所发出的荧光有不同的特点。
萤火虫的荧光是怎样形成的？萤火虫的腹部后端具有发光细胞，细胞内含有一种称为荧光素的发光物质。研究萤火虫发光原理时发现，荧光素在接受ATP中的能量时可以被激活，与氧发生化学反应形成氧化荧光素，而荧光则是这些化学反应的副产物。
1. 萤火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。
一、ATP是细胞生命活动的直接能源
研究发现，能使荧光素激活的物质称为腺苷三磷酸(adenosine triphosphate,ATP）。从能量的形式分析，荧光是光能的形式，ATP这种化学物质中的能量是化学能，萤火虫发光是一个由化学能转化为光能的过程。
糖类是生命活动的主要能源物质，油脂也可以为生命活动提供能量。那么，ATP在细胞中的作用是否与糖类、油脂相同呢？
C
D
B
A
A
B
油脂
C
D
ATP溶液
蒸馏水
葡萄糖
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中，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分钟后荧光消失。
1. 萤火虫发光实验
B
A
葡萄糖溶液
ATP溶液
结果：A组肌肉没有收缩，B组肌肉收缩
上述实验结果能说明了什么？
2. 肌肉收缩实验
作为能源物质的葡萄糖不能直接被肌肉利用
作为能源物质的葡萄糖不能直接被萤火虫和肌肉利用，而ATP可以
实验结论：
ATP是生命活动的直接能源。
能源来源 直接能源物质
主要能源物质
生物体内良好的储能物质
动物细胞内的储能物质
植物细胞内的储能物质
ATP
糖类（葡萄糖）
油脂
糖原
淀粉
3. 有关能源物质的小结：
纯净的ATP是白色粉末状，能够溶于水，可作为一种药品，ATP片剂可以口服，而ATP注射液可以肌肉注射或静脉滴注。
适用症：
用于进行性肌肉萎缩、脑出血后遗症、心肌疾患及肝炎等的辅助治疗
小资料
4. ATP的结构
（1）组成元素：C、H、O、N、P
（2）名称：腺苷三磷酸
（3）结构组成
核糖
P
P
P
~
~
腺嘌呤
A—腺苷（核糖+腺嘌呤）
T—三个
P—磷酸基团
～ —高能磷酸键
腺苷
A — P ~ P ~ P
腺苷
磷酸基团
高能
磷酸键
末端的高能磷酸键相当脆弱，水解时容易断裂，释放出大量的能量。
（4）ATP与RNA的联系：
A
核糖
P
C
核糖
P
U
核糖
P
P
G
核糖
ATP结构
RNA链片段
核糖
P
P
P
~
~
腺嘌呤
一般将水解时，能够释放20.92kJ／mol能量的化合物都叫做高能化合物。
1molATP水解时释放的能量高达30.54kJ，所以ATP是高能磷酸化合物。
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人体在剧烈运动状态下，每分钟约有0.5kg的ATP分解释放能量，供运动所需。在安静的状态下，24h内竟有40kg的ATP被水解。
经测定，人体细胞中ATP和ADP的总量极少。仅能满足在他安静状态时，供肌肉收缩1~2s所需的能量。
ATP在细胞内快速转化
思考：人体内通过何种途径解决如下矛盾？
二、细胞内ATP与ADP保持动态平衡
ATP在细胞中易于水解。1个ATP分子含有2个高能磷酸键，在酶的作用下，远离腺苷的那个高能磷酸键水解，形成腺苷二磷酸（ADP），释放出1个磷酸，同时释放能量。ATP水解时释放出的能量可以被细胞利用，如肌肉收缩、神经细胞活动以及细胞中许多其他消耗能量的活动。
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，结果发现只有乙组溶液中游离的磷酸基团带有放射性。
ATP中哪一个化学键更容易断裂？写出ATP水解反应式。
资料1
P
P
核糖
磷酸基团
腺嘌呤
腺苷三磷酸
（ATP）
腺苷二磷酸
(ADP)
+
P
P
P
+
能量
1. ATP的水解反应
P
2. ATP的合成
能量
ADP + Pi +
ATP
ATP合成酶
ATP在细胞中易于再生。在另一种酶的作用下，ADP和1个磷酸结合重新形成ATP，在这个过程中吸收的能量以高能磷酸键的形式储存起来。
这些能量来源于哪里？
1. 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。
4. 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。
2. 人们吃的米饭、面条主要成分是淀粉。
3. 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。
ATP主要在哪里合成？其合成需要的能量来源于哪里？
资料2
（1）绿色植物
呼吸
作用
光合
作用
二氧化碳
叶绿素
水
氧气
（2）动物和人
呼吸作用
ADP转化成ATP时所需能量的主要来源
动物和人等
绿色植物
呼
吸
作
用
呼
吸
作
用
光
合
作
用
能量
ADP + Pi +
ATP
ATP合成酶
通过ATP的合成和水解，使放能反应所释放的能量用于吸能反应，此过程被称为 ATP- ADP 循 环 。 细胞中ATP-ADP循环速度很快，细胞内ATP的含量能够维持在相对稳定的水平。
能量
A-P~P~P
(ATP)
A-P~P
(ADP)
能量
Pi
水解酶
Pi
合成酶
动态平衡
3. ATP与ADP的相互转化（ATP-ADP循环）
A-P~P~P
水解酶
合成酶
A-P~P
+
Pi
+
能量
ATP与ADP的相互转化是否为可逆反应？
【思考】
ATP的合成 ATP的水解
反应式
所需酶
能量 来源
反应 场所
ADP+Pi+能量 ATP
酶
ATP ADP+Pi+能量
酶
ATP合成酶
ATP水解酶
呼吸作用分解有机物释放的化学能和光合作用中吸收的光能
储存在ATP高能磷酸键中的化学能
线粒体、叶绿体、细胞质基质等
细胞内所有需要能量来进行生命活动的部位
物质是可逆的，能量是不可逆的！
葡萄糖+果糖→蔗糖
酶
用于生物放电（电能）
用于生物发光（光能）
用于各种运动，如肌细胞收缩（机械能）
用于细胞内各种吸能反应（化学能）
用于大脑思考（电能）
思考：ATP水解释放的能量用于哪些生命活动？
有人说，如果把糖类和脂肪比作存折，ATP则相当于现金。你认为这种比喻有道理吗？
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释放能量2870kJ
1 mol ATP水解可以释放能量30.54kJ
糖类等有机物中的化学能
呼吸作用
ATP中的化学能
ATP水解
直接用于各种生命活动
糖类、油脂等有机物
ATP
储存的能量很多且稳定，但不能直接被利用（稳定的化学能）
能直接被利用
（活跃的化学能）
据计算，1mol葡萄糖所含的能量是1mol ATP所含的能量的（ ）倍。
94
ATP是细胞中的能量“通货”
拓展延伸
ATP的发现和认识过程
1929年，德国化学家洛曼（Karl Lohmann， 1898—1978)首先发现ATP。
1935年，苏联生物学家恩格尔哈特（Vladimir Egnelhart， 1894—1984)发现肌肉收缩需要ATP。
1941年，美国生物化学家李普曼（Fritz Lipmann，1899—1986)等证明了ATP是细胞内化学能的主要载体。
1948年，英国化学家托德（Alexander Robertus Todd， 1907—1997)用化学方法合成了ATP，标志着科学界已经完全了解了ATP的结构。
1937年，丹麦的卡尔卡 (Herman Kalckar,1908—1991）发现ATP合成酶和细胞呼吸有关，说明细胞呼吸、糖的氧化等与产生ATP有关。
1961年，美国的拉克尔(Efraim Racker,1913—1991）成功提纯了ATP合成酶的F1部分。ATP合成酶F1部分是ATP合成酶催化功能区域。
20世纪70年代，博耶（Paul Delos Boyer,1918-2018）通过对F1的研究，提出了ATP合成的假设。
F1的结构像圆轮，其外层由3个α和3个β亚基间隔而成。在ATP合成的过程中，β亚基以三种不同的构象状态使ADP与磷酸结合形成ATP并释放出来。对每个β亚基而言，处于第一种构象时，ADP和磷酸结合；在第二种构象时，生成的ATP与亚基松散结合；当β亚基呈第三种构象时，ATP被释放，并回复到第一种构象。这样，3个β亚基的构象不断轮流变化，每一循环放出一个ATP分子。
1994年，沃克尔（John Ernest Walker,1941-）测定了线粒体膜上ATP合成酶F1部分的空间构象，证实了博耶关于F1像生命之轮一样不断驱动着ATP合成的机理基本上是正确的。其他科学家甚至用荧光标记观察到了亚基的顺时针转动。
由于博耶和沃克尔阐明了ATP合成酶在合成ATP过程中的作用机理，他们于1997年获得了诺贝尔化学奖。
巩固练习
1．如图表示ATP的结构，下列相关说法正确的是(　　)
A．b键断裂后形成ADP和磷酸
B．图中的3表示ATP中的字母A
C．由1、2、3各一分子形成的物质是组成DNA的基本单位之一
D．a键断裂释放的能量可以直接用于生命活动
D
2．下列关于ATP的叙述，正确的是(　　)
A．ATP中的“A”由腺嘌呤、核糖和磷酸组成
B．ATP的化学性质不稳定，水解一般与细胞内的吸能反应有关
C．和运动状态相比，安静状态下肌细胞内ATP含量明显减少
D．人体细胞中ATP水解释放的能量也可用于ATP合成
B
3．ADP转变为ATP需要(　　)
A．磷酸、酶和腺苷　 B．磷酸、能量
C．能量、酶 D．磷酸、能量和酶
D
4．如图是ATP中特殊的化学键逐级水解的过程图。据图判断，有关叙述正确的是(　　)
A．甲为ADP，大肠杆菌体内“ATP→甲”过程发生在线粒体中
B．胰岛素的分泌过程会使细胞中ADP的含量增加
C．由于两个相邻的磷酸基团都带有正电荷而相互排斥等原因，使得该特殊的化学键不稳定
D．催化“甲→ATP”过程的酶与酶1相同
D
酶1
酶2
甲
乙
丁
丁
5. 在某细胞培养液中加入32P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的末端磷酸基团已带上放射性标记。该现象不能说明（ ）
A. ATP中远离A的磷酸基团容易脱离
B. ATP是细胞内的直接能源物质
C. 该过程中ATP既有合成又有分解
D. 部分带有P的ATP是重新合成的
B
B
C
A1
A2
Pi
Pi
E2
E1
6. 分析ATP与ADP的相互转化示意图，回答问题
（1）图中Pi代表磷酸，B代表 ，C代表 。
（2）E不是物质，在人和动物体内，E1来 ，绿色植物体内则来自 ；
（3） A1和A2相同吗？
根据你的分析，它们的作用是 。
ATP
ADP
呼吸作用
光合作用或呼吸作用
不相同
A1催化ATP的合成、A2催化ATP水解
THANKS