2023-2024学年高一生物人教版必修第一册课件 5.2 细胞的能量“货币”ATP(共32张PPT)（内嵌2份视频）

(共32张PPT)
5.2 细胞的能量“货币”ATP
第5章　细胞的能量供应和利用
1
ATP的结构
(1)中文名称：
(2)结构简式：
腺苷三磷酸
C H O N P
A—P～P～P
A :
P :
～:
—:
腺苷
磷酸基团
普通的化学键
特殊的化学键
(3)元素组成：
模型图
资料1　如图为ATP结构式：
(1)图中①②③的结构分别代表什么？
　
(2)腺苷是由图中哪些结构组成的？
①-腺嘌呤；②-核糖；③-磷酸基团
①②
①腺嘌呤
②核糖
腺苷
三个磷酸基团
③
思考以下问题：
任务一
分析ATP的结构及特点
萤火虫发光需要
能量！
主要能源物质？
主要储能物质？
糖类
脂肪
糖类、脂肪这些物质能为萤火虫发光直接供能吗
实验材料：将离体荧光虫发光器研磨成粉末，然后制成荧光素试剂
实验试剂：蒸馏水、脂肪溶液、葡萄糖溶液、ATP注射液等
实验工具：烧杯、量筒、试管、玻璃棒等
请同学们分组讨论完成实验？
(用简笔画图示并配文字说明)
实验探究
实验原理：
A
B
蒸馏水2ml
ATP注射液2ml
从A、B、C、D试管的实验现象中你得出的结论是
D
葡萄糖溶液2ml
A
C
D
B
实 验 结 果
加入等量的荧光素试剂
脂肪溶液2ml
C
实验步骤：
驱动细胞生命活动的直接能源物质。
2
ATP的功能：
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。
3
ATP的供能机理：
资料2 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ATP的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。
α 位 β位 γ位
任务一
分析ATP的结构及特点
2.辨析ATP中的两个特殊化学键都断裂吗？
第一问
从实验结果可知ATP中哪一个化学键更容易断裂？为什么？
ATP中两个相邻的磷酸基团带有负电荷而相互排斥，使得这种化学键不稳定，末端的磷酸基团具有较高的转移势能。
ADP相互排斥的磷酸基团减少，势能降低
磷酸基团携带转移的“势能”与其他分子结合
β位与γ位磷酸基团之间的化学键更容易断裂。
第二问
写出ATP水解的反应式
第三问
为什么说ATP是一种高能磷酸化合物？（一般将水解时释放20.92kJ/mol及以上能量的化合物叫做高能化合物）。
因为1molATP水解释放的能量高达30.54kJ。
第四问
ATP分子去掉2个磷酸基团后的剩余部分是什么物质？
腺嘌呤核糖核苷酸
腺苷一磷酸 AMP
核心归纳
1．ATP的分子组成(如图)
(1)元素组成：ATP是由C、H、O、N、P五种元素组成的，这与核酸的元素组成是相同的。
(2)AMP是RNA的基本组成单位之一。
(3)ATP的结构组成可以用“1、2、3”来总结，“1”表示1个腺苷，“2”表示两个特殊的化学键，“3”表示3个磷酸基团。
核心归纳
2．生物体内的能源物质总结
(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。
1.如图是ATP结构示意图，其中①②③表示化学键。下列有关ATP的叙述，正确的是
A.①断裂后形成的是ADP
B.①最容易断裂和重新形成
C.②断裂后可作为合成RNA的原料
D.ATP中的T表示胸腺嘧啶，因而ATP的结构与核苷酸很相似
√
①断裂后形成的是腺苷，③断裂后形成的是ADP，A错误；③最容易断裂和重新形成，B错误；②断裂后为腺嘌呤核糖核苷酸，可作为合成RNA的原料，C正确；ATP中的T代表3个，不表示胸腺嘧啶，D错误。
2.ATP是腺嘌呤核苷的衍生物，下列有关叙述错误的是
A.一分子的ATP中含有的腺苷、磷酸基团和特殊化学键数目依次是1、3、2
B.ATP中的两个特殊化学键储存的能量基本相同，稳定性基本相同
C.ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素
D.ATP末端磷酸基团具有较高的转移势能
√
ATP中的两个特殊化学键储存的能量基本相同，但稳定性不同，远离A的特殊化学键不稳定，B错误。
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40 kg；在剧烈运动的状态下，每分钟约有0.5 kg的ATP转化为ADP。成人体内ATP总量约2～10 mg，在安静状态下，肌肉内ATP含量只能供肌肉收缩1～2 s。ATP含量很少，但需求量很大，ATP如何持续供能？请根据资料回答下列问题
任务二
ATP与ADP之间的相互转化
资料3　磷酸肌酸是一种高能磷酸化合物，它能在肌酸激酶的催化下将自身的磷酸基团转移到ADP分子中来合成ATP。研究者对蛙的肌肉组织进行短暂电刺激，检测对照组和实验组(肌肉组织用肌酸激酶阻断剂处理)肌肉收缩前后ATP和ADP的含量，结果如表所示。
腺苷磷酸 对照组/(10－6 mol·g－1) 实验组/(10－5 mol·g－1)
收缩前 收缩后 收缩前 收缩后
ATP 1.30 1.30 1.30 0.75
ADP 0.60 0.60 0.60 0.95
第一问
为什么对照组ATP和ADP含量没有变化，实验组ATP含量减少，ADP含量上升？
肌肉收缩会消耗ATP生成ADP，对照组中由于存在肌酸激酶，所以ADP在酶的作用下可以重新生成ATP，而实验组由于缺乏肌酸激酶，ADP不能生成ATP，所以对照组ATP和ADP含量没有变化，实验组ATP含量减少，ADP含量上升。
腺苷磷酸 对照组/(10－6 mol·g－1) 实验组/(10－5 mol·g－1)
收缩前 收缩后 收缩前 收缩后
ATP 1.30 1.30 1.30 0.75
ADP 0.60 0.60 0.60 0.95
第二问
请写出ATP合成的反应式。
ADP + Pi + 能量 ATP
合成酶
资料4 催化ATP合成的酶主要分布在线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上。ADP接受细胞呼吸中有机物氧化分解释放的能量或光合作用中捕获的光能，与游离的Pi结合，重新合成ATP。
能量
ATP
ADP
Pi
光合作用
呼吸作用
肌肉收缩
根据上述材料，请完善ATP与ADP相互转化的模型图。
请完善下表并得出结论。
反应
反应类型 水解反应 合成反应
酶的类型
场所 活细胞所有部位 线粒体、叶绿体、细胞质基质等
能量来源
能量去向
水解酶
合成酶
特殊化学键中的化学能
有机物中的化学能、光能
用于各项生命活动
储存于特殊化学键中
物质是可逆的，能量是不可逆的，酶也不相同，因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应。
结论：
问：你能补充其他ATP利用的实例吗？
萤火虫发光
电鳐放电
运动
大脑思考
★ATP水解释放的能量 用于各项生命活动
两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等
ATP中特殊化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，即具有较高的转移势能。
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
请完善能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通的模型图。
商品生产
商品消费
货 币
吸能
水解
糖类、脂肪等有机物储存有大量的能量，但不能被直接利用。
ＡＴＰ
储存的能量相对来说少，但能被直接利用。
能量
≈
≈
流 通
理解：ATP是细胞的能量“货币”（直接能源）
资料6 如果将ATP中的碱基A替换为G、U、C，分别为鸟苷三磷酸、尿苷三磷酸和胞苷三磷酸，一起组成NTP家族，其脱去核糖第二位C上的O原子组成dNTP家族，均为高能化合物。
资料5 20世纪50年代，研究者发现ATP在神经系统的信息传递中可以作为一种兴奋性的神经递质发挥作用，并且在内脏、中枢及外周神经系统等多个部位的细胞质膜上发现了ATP受体，可见ATP还是一种能在细胞间传递信息的信号分子。
ATP是一种能源物质，也是能在细胞间传递信息的信号分子。
结论：
结论：
除了ATP外，鸟苷三磷酸GTP、尿苷三磷酸UTP和胞苷三磷酸CTP，也可以直接供能。
勇于质疑
（1）ATP只能作为能源物质吗？
（2）有其他的直接能源物质吗？
3.ATP是细胞内流通的能量“货币”，如图表示ATP与ADP相互转化的示意图。下列有关叙述正确的是
A.人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到
动态平衡
B.不同生物体中ATP与ADP相互转化的供能机制不同，体现了生物的多样性
C.植物根尖细胞中ATP合成所需的能量可来自线粒体、叶绿体和细胞质基质
D.ATP水解释放的磷酸基团可使蛋白质分子磷酸化，蛋白质活性发生改变
√
人在饥饿时，细胞中ATP与ADP快速转化而达到动态平衡，A错误；
不同生物体中ATP与ADP相互转化的供能机制，
在所有生物的细胞内都是一样的，体现了生物界的统一性，B错误；
根尖分生区无叶绿体，ATP合成所需的能量可来自线粒体和细胞质基质，C错误；
ATP水解释放的磷酸基团可以使蛋白质分子磷酸化，通过蛋白质分子的磷酸化和去磷酸化，使蛋白质的空间结构发生变化，活性也随之发生改变，D正确。
4.(2023·江西上饶一中高一质检)如图为ATP与ADP相互转化的关系式，下列说法正确的是
ATP ADP＋Pi＋能量
A.在此转化过程中物质和能量均不可重复利用
B.叶肉细胞在白天能产生ATP，在晚上不能产生ATP
C.图中所示的过程在心肌细胞中比在口腔上皮细胞中进行得更快
D.图中的反应向右进行时，常伴随着放能反应的进行
√
ADP和Pi是合成ATP的原料，也是ATP水解的产物，因此物质可以重复利用；ATP水解释放的能量用于绝大多数的生命活动，不能再重新用于合成ATP，因此能量不能重复利用，A错误；
叶肉细胞在晚上可以通过细胞呼吸产生ATP，B错误；
心肌细胞代谢比口腔上皮细胞快，图示过程在心肌细胞中比在口腔上皮细胞中进行得更快，C正确；
图中的反应向右进行时表示ATP的水解，常与吸能反应相联系，D错误。
ATP ADP＋Pi＋能量
组成元素：
结构简式：
ATP的水解：
ATP的功能：
细胞生命活动的直接供能物质
ATP
C、H、O、N、P
ATP的合成：
A–P～P～P