5.2细胞的能量“货币”ATP课件-2023-2024学年高一上学期生物人教版（2019）必修1（共25张PPT）

(共25张PPT)
细胞的能量供应和利用
第5章
第2节 细胞的能量“货币”ATP
本节聚焦
为什么说ATP是细胞的能量“货币”？
ATP与ADP是怎样相互转化的？这有什么意义？
细胞中的哪些生命活动需要ATP提供能量？
问题探讨
银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。
天街夜色凉如水，卧看牵牛织女星。
让我们重温唐代诗人杜牧这情景交融的诗句，想象夜空中与星光媲美的点点流萤，思考有关的生物学问题。
⒈萤火虫发光的生物学意义是什么？
⒉萤火虫体内有特殊的发光物质吗？
⒊萤火虫发光的过程有能量的转换吗？
主要是相互传递求偶信号，吸引异性
腹部后端细胞内的荧光素是其特有的发光物质。
有机物中储存的化学能转变成光能。
萤火虫的发光原理
相关资料：
萤火虫的尾部发光细胞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。
能量
荧光素酶
＋ 氧气
荧光素
激活的荧光素
荧光
氧化
荧光素
发出
细胞中的糖类、脂肪、ATP等物质都储存着化学能，哪些物质能为萤火虫发光直接提供能量呢？
荧光消失
A
B
C
D
暗处
15min
有荧光
无荧光
无荧光
无荧光
2ml 蒸馏水
2ml 葡萄糖溶液
2ml 脂肪溶液
2ml ATP溶液
暗处
观察
ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
【实验探究】取数十只萤火虫的发光器，干燥后研磨成粉末，等量分成4份，分别装入四支试管，加入少量蒸馏水使之混合，置于暗处，可见试管内有淡黄色荧光出现，约过15min后荧光消失。继续分四组实验，步骤和结果如下：
ATP是一种高能磷酸化合物
1.ATP的中文名称？
2.ATP的组成元素？
3.ATP的结构简式为？
4.A、T、P、—、～分别代表什么？
5.ATP为什么不稳定？
6.为什么说ATP是高能磷酸化合物？
合作探究：自主学习课本P86相关内容，完成以下问题。
ATP的结构
~
~
组成元素
C、H、O、N、P
化学组成
1分子核糖+1分子腺嘌呤+3分子磷酸基团
结构简式
A－P~P~P
腺苷(A)
腺苷一磷酸（AMP）
腺苷二磷酸（ADP）
腺苷三磷酸（ATP）
只有两个特殊的化学键
RNA基本单位之一
(腺嘌呤核糖核苷酸)
中文名称
腺苷三磷酸
ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
ATP的功能
：是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
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)良好的储能物质：脂肪。
(5)直接能源物质：ATP。
(6)最终能量来源：太阳能。
ATP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)。
ATP拓展：
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：
①甲组用32P标记ATP的β位的磷酸基团，
②乙组用32P标记ATP的γ位的磷酸基团，
③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
ATP的供能机理
ATP结构式：
核糖
P
P
P
腺嘌呤
~
~
由于两个相邻磷酸都带负电相互排斥等原因，使得这种化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP与其他分子结合的趋势，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集团携能量与其他分子结合，使该分子结构改变。
所以ATP水解的过程就是释放能量的过程，1mol ATP水解能量高达30.54KJ，所以说ATP是一种高能磷酸化合物。
ATP的水解与利用
ATP水解酶
+
Pi
+ 能量
ATP
ADP
★ATP水解释放的能量 用于各项生命活动
用于大脑思考（电能）
用于生物发电（电能）
ATP的水解与利用
ATP的合成
ATP
消耗量大
ATP
含量很少
矛盾
资料3：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。
资料4：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。
资料5：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。
ATP合成和水解都非常迅速
ATP的合成
绿色植物
呼
吸
作
用
呼
吸
作
用
光
合
作
用
ADP +Pi
+ 能量
ATP
ATP合成酶
动物和人、真菌和大多数细菌
ATP与ADP的相互转化
P
P
P
~
~
能量
能量
合成
水解
P
P
~
Pi
Pi
ATP
ATP合成酶
ATP水解酶
ADP + Pi +
能量
物质可逆，能量不可逆
光合作用
呼吸作用
放能反应
生物发光
肌肉收缩
主动运输等
吸能反应
时刻不停，动态平衡
体现了生物界的统一性
1．生物生命活动的能量最终来源是太阳能，主要能源物质是糖类，ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。2．ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写。ATP分子的结构可以简写成A—P～P～P，其中A代表腺苷，由一分子的腺嘌呤和一分子核糖组成，P代表磷酸基团，～代表一种特殊的化学键，A—P可代表腺嘌呤核糖核苷酸。(注：ATP初步水解得ADP(A－P～P)和磷酸；继续水解得AMP(A－P)和磷酸；彻底水解得核糖、腺嘌呤和磷酸。水解的程度与酶的种类相关)3．对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，产生ATP的生理过程是呼吸作用，场所是细胞质基质和线粒体；对于绿色植物来说，产生ATP的生理作用是呼吸作用和光合作用，场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体。4．ATP在细胞中含量少，转化迅速，含量处于动态平衡。5．吸能反应一般与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量；放能反应一般与ATP合成相联系，释放的能量储存在ATP中。
6.ATP为主动运输功能的机理描述（详细）
①酶活性被激活
②载体蛋白的磷酸化
③钙离子被释放
7.ATP中特殊的化学键“~”不稳定的原因是什么？
ATP是细胞的能量“货币”（直接能源）
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
不同化合物中“A”的辨析
化合物 结构简式 “A”含义 共同点
ATP
DNA
RNA
核苷酸
腺苷
(由腺嘌呤和核糖组成)
腺嘌呤脱氧核苷酸
腺嘌呤核糖核苷酸
腺嘌呤
所有“A”的共同点是都含有腺嘌呤
注意：ATP≠能量，ATP是一种物质，不是能量，能量储存在ATP中
小结
反应
反应类型
酶的类型
能量来源
能量去向
场所
物质是可逆的，能量是不可逆的，所需酶、场所也不相同
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
ATP中活跃的化学能
有机物中的化学能以及光能
用于各项生命活动
储存ATP中
活细胞所有部位
细胞质基质、线粒体、叶绿体等
课堂小结
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苷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
D
B
练习与应用
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
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
C
练习与应用
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。
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,如丙酮酸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。
练习与应用
二、拓展应用
2.同样是能源物质，ATP与葡萄糖具有不同的特点。请你概括出ATP具有哪些特点。
在储存能量方面,ATP 同葡萄糖相比具有以下两个特点，一是 ATP 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 约只是一分子葡萄糖的1/94;二是 ATP 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。
练习与应用
二、拓展应用
3.在植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都是以AP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
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。