生物人教版（2019）必修1 5.2细胞的能量“货币”ATP课件（共28张ppt）

(共28张PPT)
第五章 细胞的能量供应和利用
5.2细胞的能量“货币”ATP
学习目标：
1.掌握ATP的结构和功能，理解ATP是一种高能磷酸化合
2.ATP与ADP的转化
3.ATP的利用
【问题探讨】
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.在萤火虫发光的过程中能量转化吗？
答：主要是相互传递信号，以便繁衍后代。
答：萤火虫腹部后端细胞内的荧光素，是其特有的发光物质。
答：有，萤火虫腹部细胞内有一些有机物中储存的化学能，只有在转变为光能时才能发光。
荧光素
能量
激活的荧光素
荧光素酶
+氧气
氧化
荧光素
发出
荧光
萤火虫的发光原理
思考：1.细胞内哪些物质有可能为萤火虫发光提供能量呢？
细胞生命活动所需要的主要能源物质——
细胞良好的储能物质——
葡萄糖
脂肪
为主动运输提供能量——
ATP
2.这些物质能否直接为萤火虫发光提供能量？
1
2
3
4
加入等量发光器粉末，
放置一段时间直至荧光消失
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
1.本实验的自变量是什么？如何确定实验组与对照组？
2.为什么要等到荧光消失后再加入待测的能源物质？
3.实验结果说明什么？
添加的物质
（葡萄糖/脂肪/物质A）
消耗自身原本存在的能提供能量的物质，防止自身的能源物质对结果造成干扰
ATP为发荧光的过程直接提供能量
阅读P86-89，思考:
ATP中文名？结构式 结构简式？元素组成？其中A、T、P、~分别代表什么？
ATP为什么叫做高能磷酸化合物？
ATP的功能是什么？
ATP与ADP怎样相互转化 有何特点和意义？
细胞中的哪些生命活动需要ATP提供能量？
为什么把ATP比喻为细胞内流通的能量“通货”？
ATP的中文名称：
ATP 的结构式
一、ATP的结构与功能
腺苷三磷酸
思考：
ATP的结构与前面所学的哪种物质类似？
腺苷(A)
腺苷一磷酸(AMP)
腺苷二磷酸(ADP)
腺苷三磷酸(ATP)
A：
T：
P：
—：
~:
腺嘌呤核糖核苷酸
腺苷=腺嘌呤+核糖
三
磷酸基团
特殊的化学键
普通磷酸键
2.ATP的结构
RNA的基本组成单位之一
ATP 的结构式
结构简式：A-P~P~P
α β γ
一、ATP的结构与功能
1.元素组成：
2.分子组成：
3.中文名称:
4.结构简式：
5.字母、符号含义：
A→腺苷，T→三，P→磷酸基团
“—”代表普通磷酸键 “~”代表特殊化学键
C H O N P
一分子腺嘌呤+一分子核糖+三分子磷酸基团
腺苷三磷酸
A– P ~ P ~ P
A—P~P~P
30.54kJ/mol
6.ATP是一种高能磷酸化合物
酶
A—P~P+ Pi + 能量
ATP
ADP 磷酸
机理：
由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得这种化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是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（其他分子）发生变化。
直接提供能量的物质：ATP
7.功能
萤火虫发光
主动运输
胞吞胞吐
物质合成
肌纤维收缩
细胞中一些需要能量的过程
ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
分析：
为了高效的利用ATP，细胞中的ATP形成后很快就会被分解利用，所以细胞中ATP的含量并不多。ATP与ADP的相互转化十分迅速，处于动态平衡之中。
一般地说，ATP在细胞内形成后不到1 min的时间就要发生转化。这样累计下来，生物体内ATP转化的总量是很大的。
例：一个成年人在静止的状态下，24h内竟有40kg的ATP发生转化；在紧张活动的情况下，ATP的消耗可达0.5kg/min。
汉水丑生侯伟作品
思考：代谢旺盛的细胞，ATP含量会明显增加吗？
不会，ATP在细胞内的含量很少。不过ATP与ADP的之间转化速度会明显加快，以满足细胞对能量的需求。
合成酶
水解酶
光合作用
呼吸作用
ATP
ADP
主动运输
物质合成
肌肉收缩
……
Pi
Pi
能量
能量
生物发光、发电
三、ATP与ADP的相互转化
（1）ATP的水解(ATP→ADP)
ATP
ADP +Pi+能量 30.54KJ/mol
反应式：
ATP水解酶
能量来源：末端磷酸基团有较高的转移势能
能量去路：用于各种需能生命活动
1.反应式：
（2）ATP合成(ADP→ATP)
ATP
ADP +Pi+能量
反应式：
ATP合成酶
能量来源：
能量去路：
动物、人、真菌、大多数细菌等：呼吸作用
绿色植物：呼吸作用和光合作用
用于ATP形成
三、ATP与ADP可以相互转化
有机物分解释放的能量
光能
2.特点：
3.意义：
对细胞的正常生活来说，ATP与ADP的这种相互转化，是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中的。
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，这体现了生物界的统一性。
ATP与ADP相互转化过程是可逆反应吗？
ATP水解 ATP合成
反应条件
反应场所
能量来源
能量去向
物质是可逆的，能量是不可逆的
水解酶
合成酶
细胞质基质、线粒体、叶绿体
末端磷酸基团有较高的转移势能
用于大多数需能的生命活动
储存在ATP中
活细胞的多种场所
细胞呼吸或光合作用
不是
肌肉收缩（机械能）
生物发光（光能）
物质合成（化学能）
主动运输（渗透能）
生物放电（电能）
三、ATP的利用
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
1.实例：
电鳗
细胞中需要能量的生命活动
绝大多数都是由ATP直接提供能量的
有一些由GTP、CTP、UTP等直接供能
例：蛋白质合成肽链的延伸过程：GTP
磷脂合成：CTP
糖原合成：UTP
细胞中直接能源物质：ATP、GTP、CTP、UTP等
2.ATP为主动运输供能原理
请描述Ca2＋主动运输载体是如何利用ATP的
ATP为主动运输供能示意图
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，其酶活性就被激活了。
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。
载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2+的结合位点转向膜外侧，将Ca2+释放到膜外。
三、ATP的利用
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 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 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。
三、ATP的利用
（1）细胞中的放能反应与 相联系，如 。
（2）细胞中的吸能反应与 相联系，如 。
能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。
因此，可以形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“货币”。
ATP合成
葡萄糖的氧化分解
ATP水解
蛋白质的合成
3.ATP是细胞内流通的能量“货币”
培育出转基因荧光树
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”。
萤火虫的发光原理
荧光素酶
＋氧气
荧光素
激活的荧光素
荧光
氧化荧光素
发出
能量
应用:
直接能源物质
主要能源物质
细胞内良好的储能物质
动物细胞内的储能物质
植物细胞内的储能物质
最终能量来源
ATP
糖类
脂肪
糖原 脂肪
淀粉 脂肪
太阳能
【归纳】
练习与应用
一、概念检测
1.能准确表示ATP中三个磷酸基团之间，以及磷酸基团和腺昔之间关系的结构简式是( )
A. A--P--P～P B. A--P～P～P C. A～P～P-P D. A～P～P～P
2.下列物质中，能够直接给细胞生命活动提供能量的是( )
A.脂肪酸 B.氨基酸 C.腺苷二磷酸 D.腺苷三磷酸
3.下面关于ATP的叙述，错误的是( )
A.细胞质和细胞核中都有ATP的分布 B.ATP合成所需的能量由磷酸提供
C. ATP可以水解为ADP和磷酸 D.正常细胞中ATP与ADP的比值相对稳定
B
D
B
4.离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白，它在跨膜运输物质时离不开ATP的水解。下列叙述正确的是( )
A.离子通过离子泵的跨膜运输属于协助扩散
B.离子通过离子泵的跨膜运输是顺浓度梯度进行的
C.动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输离子的速率
D.加入蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率
二、拓展应用
1.就细胞中的吸能反应和放能反应各举出-一个实例，并说明这些实例分别与ATP和ADP的相互转化有什么关系。
C
提示：吸能反应,如葡萄糖和果糖合成蔗糖的反应需要消耗能量,是吸能反应,这一反应所需要的能量是由ATP水解为ADP时释放能量来提供的。
放能反应,如葡萄糖的氧化分解能够释放能量,是放能反应。这一反应所释放的能量除以热能形式散失外,还用于ADP转化为ATP的反应,储存在ATP中。
2.同样是能源物质，AIP与葡萄糖具有不同的特点。请你概括出ATP具有哪些特点。
3.在植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都是以ATP作为能量“货币”的，这是否也说明生物界的统一性 这对你理解生物的进化有什么启示
①ATP分子中含有的化学能比较少,一分子ATP转化为ADP时释放的化学能大约只是一分子葡萄糖的1/94;
②ATP分子中所含的是活跃的化学能,而葡萄糖分子中所含的是稳定的化学能。葡萄糖分子中稳定的化学能只有转化为ATP分子中活跃的化学能,才能被细胞利用。
提示：植物、动物、细菌和真菌等生物的细胞内都具有能量“货币”ATP,这可以从一个侧面说明生物界具有统一性,也反映种类繁多的生物有着共同起源。