5.2　细胞的能量“货币”ATP课件(共38张PPT) 2023-2024学年高一生物人教版（2019）必修第一册

(共38张PPT)
第5章　细胞的能量供应和利用
第2节　细胞的能量“货币”ATP
课 程 标 准
1.通过构建ATP结构的物理模型,理解ATP的结构与其功能相适应的特点。
2.认同ATP是直接能源物质,体验科学探究的基本思路和方法。
3.通过学习ATP和ADP的迅速转化,形成稳态与平衡观,尝试用物质和能量观解释ATP的合成与分解总是伴随着能量的吸收或释放而进行。
基础落实 必备知识全过关
重难探究 能力素养全提升
目录索引
素养升级 情境命题强突破
基础落实 必备知识全过关
知识点一 ATP的结构与功能
腺苷
磷酸基团
负
排斥
转移势能
直接能源物质
知识点二 ATP与ADP的相互转化及ATP的利用
1.ATP的水解与合成
反应式 ATP ADP+Pi+能量 ADP+Pi+能量 ATP
场所 生物体的需能部位 细胞质基质、线粒体、叶绿体
反应类型 __________反应 __________反应
能量变化 __________能量 __________能量
能量来源 分子末端的磷酸基团脱离时释放的能量 呼吸作用所释放的能量、________
水解
合成
释放
吸收
光能
2.特点
(1)时刻不停地发生并且处于__________之中。
(2)ATP与ADP相互转化的__________机制,在所有生物的细胞内都是一样的,这体现了生物界的__________。
动态平衡
能量供应
统一性
3.ATP的利用
【名师提醒】 细胞中绝大多数需要能量的生命活动都由ATP直接提供,但ATP并非唯一的直接能源物质。
放能
吸能
主动运输
磷酸化
空间结构
活性
旁栏边角 想一想
(1)[教材P86问题探讨]萤火虫发光的生物学意义是什么
(2)[教材P86相关信息]ATP中的A代表腺苷,腺苷是由腺嘌呤和核糖结合而成的。ATP的组成元素有哪些
提示 相互传递信号,以便繁衍后代。
提示 C、H、O、N、P。
(4)[教材P89拓展应用]植物、动物、细菌和真菌等生物的细胞内都具有能量“货币”——ATP,能否说明生物界的统一性 对你理解生物进化有什么启示
(3)[教材P89拓展应用]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。
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。
提示 能说明生物界具有统一性,也反映了种类繁多的生物有着共同的起源。
结论语句辨一辨
(1)ATP含有3个磷酸基团、一个脱氧核糖、一个腺嘌呤。(　　)
(2)ATP是一种物质,不是能量,能量储存在ATP中。(　　)
(3)ATP能够及时转化成ADP,这有效地保证了细胞内能量的供应。(　　)
(4)人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的相互转化难以达到动态平衡。(　　)
(5)酶的催化反应都需要消耗ATP。(　　)
(6)ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。(　　)
×
√
√
×
×
√
重难探究 能力素养全提升
主题一　ATP是一种高能磷酸化合物
情境探究
ATP是一种高能磷酸化合物,下图是ATP的结构式。图中α、β、γ分别表示ATP中的三个磷酸基团。
(1)ATP中的“A”与碱基中的“A”是同一种物质吗
(2)如果β和γ位的磷酸基团都从ATP脱离,形成的物质名称是什么 它与核酸有何关系
(3)写出图中标出的“A”的含义。
①____________________;
②____________________;
③____________________;
④____________________。
提示 不是。在ATP中,“A”代表腺苷(腺嘌呤+核糖);在碱基中,“A”代表腺嘌呤。
提示 如果β和γ位的磷酸基团都从ATP脱离,形成腺嘌呤核糖核苷酸,是RNA的基本单位之一。
腺苷　
腺嘌呤　
腺嘌呤脱氧核苷酸　
腺嘌呤核糖核苷酸
方法突破
ATP的结构模型
视角应用
1.ATP是一种高能磷酸化合物。下列关于ATP的叙述,正确的是(　　)
A.ATP中的“A”表示腺嘌呤,“T”表示3,“P”表示磷酸基团
B.腺苷三磷酸的结构可简写为A~P—P
C.ATP是细胞内的直接能源物质
D.ATP和酶一样具有催化作用
C
解析　ATP中的“A”表示腺苷,“T”表示3,“P”表示磷酸基团,A项错误;腺苷三磷酸的结构可简写为A—P~P~P,B项错误;ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质,C项正确;ATP不具有催化作用,D项错误。
【题后归纳】 有关能源物质
①直接能源物质——ATP;②主要能源物质——糖类;③主要储能物质——脂肪;④植物特有储能物质——淀粉;⑤动物特有储能物质——糖原。
2.[2023河南开封高一月考]如图为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1个核糖
D.该分子水解掉2个磷酸基团后为核糖核苷酸
B
解析　ATP中的“A”代表腺苷,由核糖和腺嘌呤组成,因此图中五碳糖为核糖,A项正确;图中虚线框中的基团是腺嘌呤,B项错误;ATP分子中有1个核糖,C项正确;ATP分子水解掉2个磷酸基团后,剩余的部分是腺嘌呤核糖核苷酸,D项正确。
主题二　ATP与ADP的相互转化
情境探究
1.ATP与ADP间的相互转化是细胞内的供能机制,其过程如下图所示。
(1)A1和A2分别起什么作用
(2)ATP、ADP之间的相互转化过程是可逆的吗
提示 A1催化ATP的合成,是ATP合成酶;A2催化ATP的水解,是ATP水解酶。
提示 不可逆。ATP转化成ADP和ADP转化为ATP时所需要的酶是不同的,反应场所也不完全相同,在该转化过程中物质是重复利用的,能量不可逆。
2.下图是ATP为主动运输供能示意图,请讨论分析相关问题。
(1)从Ca2+的转运过程看,Ca2+的载体蛋白有什么作用
(2)通过该示意图,归纳ATP的供能机理。
提示 参与主动运输转运Ca2+的载体蛋白有两种作用,一是运输作用,结合Ca2+进行跨膜运输;二是催化作用,能催化ATP水解。
提示 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。
方法突破
ATP与ADP相互转化过程的比较
视角应用
视角1 ATP与ADP的相互转化
1.[2023山东泰安高一期末]ATP是一种高能磷酸化合物,如图是生物界中能量货币——ATP的循环示意图。相关叙述正确的是(　　)
A.组成图中M和N的元素与动植物体内脂肪的组成元素相同
B.真菌细胞中①过程发生的场所和催化的酶与②过程完全不相同
C.ATP中全部特殊化学键断裂后,形成的产物有核苷酸和磷酸
D.代谢旺盛的细胞内ATP含量较多,代谢缓慢的细胞内ATP含量较少
C
解析　脂肪的组成元素只有C、H、O,腺嘌呤中含有氮元素,二者的元素组成不同,A项错误;①ATP合成过程发生的场所与②ATP水解过程发生的场所可能相同,真菌细胞细胞呼吸第一阶段发生在细胞质基质,合成少量的ATP,真菌细胞质基质中还要进行其他需能的化学反应,伴随着ATP的水解,①②过程均发生在细胞质基质,B项错误;一个ATP分子中全部特殊化学键断裂后,形成一个腺嘌呤核糖核苷酸和两个游离的磷酸,C项正确;ATP是大多数生命活动的直接能源物质,在细胞内的含量不多,代谢旺盛的细胞内通过ADP与ATP的快速转化为生命活动提供能量,D项错误。
2.下图是生物体内ATP和ADP相互转化表达式,下列相关叙述正确的是
(　　)
A.反应需要的酶1和酶2是同一种酶
B.ATP与ADP相互转化处于动态平衡
C.该反应物质与能量变化都是可逆的
D.ATP释放的能量主要用于再合成ATP
B
解析　酶1是ATP水解酶,酶2是ATP合成酶,A项错误;此过程物质变化是可逆的,而能量变化是不可逆的,C项错误;ATP释放的能量直接用于其他生命活动,而ATP合成的能量来自光能和有机物中的化学能,D项错误。
视角2 ATP的利用
3.[2023福建三明一中期中]ATP是细胞内的能量“货币”。下列有关ATP的说法,正确的是(　　)
A.加入呼吸抑制剂可使细胞中ADP生成减少,ATP生成增加
B.氨基酸发生脱水缩合形成多肽的过程,伴随有ATP的水解
C.参与Ca2+主动运输的载体蛋白能催化ADP转化成ATP
D.人长时间剧烈运动时,骨骼肌细胞中储存了大量的ATP
B
解析　呼吸抑制剂能抑制细胞呼吸,细胞呼吸可以使ADP合成ATP,故加入呼吸抑制剂可使细胞中ATP生成减少,A项错误;小分子合成大分子是一个耗能的过程,需要ATP水解释放能量,故氨基酸发生脱水缩合形成多肽的过程,伴随有ATP的水解,B项正确;参与Ca2+主动运输的载体蛋白具有运输作用,同时可催化ATP的水解,C项错误;ATP在人体内含量很少,依靠ATP与ADP的快速转化,人长时间剧烈运动时,骨骼肌细胞中ATP的量几乎不变,D项错误。
素养升级 情境命题强突破
与ATP类似的物质
命题情境
ATP是生命活动最主要的直接能源物质,但不是唯一的直接能源物质,除ATP外,还有UTP、GTP和CTP。UTP是由一个尿嘧啶、一个核糖、三个磷酸连接而成的;GTP是由一个鸟嘌呤、一个核糖、三个磷酸连接而成的;CTP是由一个胞嘧啶、一个核糖、三个磷酸连接而成的。每个分子去掉两个磷酸基团后都是构成RNA的基本单位,它们的关系如下图所示:
这四种物质中,ATP是生物体的直接能源物质,当人体在运动、吸收氨基酸、葡萄糖等营养物质时都会消耗ATP,ATP是能量“货币”。GTP可用于合成蛋白质,CTP可用于合成脂质,UTP可用于合成多糖。另外,ATP中的核糖若改变为脱氧核糖,就转变为dATP(脱氧腺苷三磷酸)。
高考例证
[2016全国新课标Ⅰ卷]在有关DNA分子的研究中,常用32P来标记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。若要用该酶把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标记的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
解析 (1)ATP水解时,远离腺苷的特殊化学键断裂,产生ADP和Pi,释放的能量用于生物体的生命活动,据题干信息“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”可知,若要用该酶把32P标记到DNA末端上,那么带有32P的磷酸基团应在ATP的γ位上。(2)dA—Pα~Pβ~Pγ(d表示脱氧)脱去Pβ和Pγ这两个磷酸基团后,余下的结构为腺嘌呤脱氧核苷酸,是DNA的基本组成单位之一。因此,若用带有32P标记的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α位上。
新题速递
1.[2023江西智学联盟体联考]细胞内有多种高能磷酸化合物,如NTP和dNTP,ATP是NTP家族中的一员,dATP是dNTP家族中的一员。每个NTP分子失去两个磷酸基团后的产物是核糖核苷酸,而每个dNTP分子失去两个磷酸基团后的产物是脱氧核苷酸。下图为NTP和dNTP的结构式,下列相关叙述错误的是(　　)
注:NTP包括ATP、CTP、GTP、UTP;dNTP包括 dATP、dCTP、dGTP、dTTP。
A.如果用带有32P标记的dNTP作为DNA合成的原料,并将32P标记到新合成的DNA分子上,那么带有32P的应当是α位的磷酸基团
B.dGTP彻底水解可得到3种小分子物质
C.NTP、dNTP以及磷脂分子的元素组成都有C、H、O、P
D.若图中X表示OH,则该结构代表物质dNTP,去掉β、γ位磷酸基团的dNTP可作为DNA分子合成的原料
答案 D
解析　α位的磷酸基团和脱氧核糖、含氮碱基可以构成合成DNA的原料脱氧核苷酸,A项正确;dGTP彻底水解可得到3种小分子物质——脱氧核糖、磷酸、鸟嘌呤,B项正确;NTP、dNTP以及磷脂分子的元素组成都有C、H、O、P,C项正确;若图中X表示OH,则该结构代表物质NTP,D项错误。
2.研究人员用32P标记dATP(脱氧腺苷三磷酸)进行相关研究,用α、β和γ表示dATP三个磷酸基团所处的位置,表示为dA—Pα~Pβ~Pγ,特殊的化学键可以水解。下列叙述错误的是(　　)
A.与ATP相比,dATP分子中特殊的化学物质是脱氧核糖
B.细胞中组成dATP、RNA和DNA三者的元素不完全相同
C.dATP具有特殊的化学键,可为细胞的某些反应提供能量
D.将dATP的α位磷酸基团标记为32P可用于标记DNA分子
B
解析　ATP中的五碳糖是核糖,dATP中的五碳糖是脱氧核糖,因此与ATP相比,dATP分子中特殊的化学物质是脱氧核糖,A项正确;细胞中组成dATP、RNA和DNA三者的元素都是C、H、O、N、P,元素完全相同,B项错误; dA—Pα~Pβ~Pγ中含有特殊的化学键,特殊的化学键可以水解,可为细胞的某些反应提供能量,C项正确;dA—Pα~Pβ~Pγ中去掉2个特殊的化学键后,即脱去Pβ、Pγ位的磷酸基团,剩余部分是构成DNA的基本单位之一,因此将dATP的α位磷酸基团标记为32P可用于标记DNA分子,D项正确。
【网络构建】
【经典图示】
ATP与ADP相互转化示意图
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