5.2 细胞的能量“货币”ATP--人教版2019高中生物学必修1教学课件(共36张PPT)

(共36张PPT)
第2节　细胞的能量“货币” ATP
第5章 细胞的能量供应和利用
生物
学习目标
①通过分析萤火虫发光实验中ATP、葡萄糖和脂肪的供能差异，阐明ATP作为直接能源物质的特性，掌握其在细胞能量代谢中的核心作用。（生命观念、科学思维）
② 通过比较与分类，说明动植物合成ATP所需能量的来源。（科学思维）
③通过构建ATP分子模型和模拟ATP-ADP循环过程，解释特殊化学键断裂与形成的能量转换机制，理解ATP作为细胞的能量"货币"的工作原理。（科学思维、科学探究）
学习重难点
重点：
1.ATP的结构特点及其在细胞能量代谢中的作用。
2.ATP与ADP的相互转化。
难点：
ATP与ADP的相互转化及ATP作为能量“货币”的工作机制。
银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。
天阶夜色凉如水，卧看牵牛织女星。
------杜牧
萤火虫为什么会发光？
导入新课
问题思考
思考：
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.萤火虫发光的过程中有能量转换吗
萤火虫为什么会发光？
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
【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。
糖类
生物体主要的能源物质？
细胞内良好的储能物质？
前苏联生物学家发现ATP也能作为能源物质参与肌肉收缩。
脂肪
这些物质谁能为萤火虫发光直接供能呢
导入新课
问题思考
实验：探究萤火虫发光的直接供能物质
萤火虫发光器干燥后研成的粉末，蒸馏水，葡萄糖，脂肪，ATP制剂等
1.实验材料：
2.实验过程：
等量的萤火虫发光器粉末
3.实验结果：
ATP是萤火虫发光的直接能源物质。
4.实验结论：
导入新课
问题思考
1.ATP的中文名称:
结构简式:
C、H、O、N、P
腺苷(A)
特殊的化学键
普通化学键
新课讲授
[探究一] ATP是一种高能磷酸化合物
回答下列问题。
腺苷三磷酸
腺苷
磷酸基团
普通化学键
A—P～P～P
2.ATP的元素组成:
特殊化
学键
①:
②:
③:
①②:
腺嘌呤
核糖
磷酸基团
①＋②＋3个磷酸基团→ATP。
①＋②＋磷酸基团→AMP，即腺嘌呤核糖核苷酸；
①＋②＋2个磷酸基团→ADP；
新课讲授
[探究一] ATP是一种高能磷酸化合物
思考： ATP彻底水解的产物是什么？
从物质组成上分析，ATP和RNA有什么关系？
ATP水解除去两个磷酸基团后的物质是RNA的基本单位之一。
核糖、腺嘌呤、磷酸基团
ATP中有两个特殊的化学键，它们的稳定性一样吗？
新课讲授
[探究一] ATP是一种高能磷酸化合物
3. ATP中哪一个化学键更容易断裂？为什么？
ATP中远离腺苷的特殊化学键更容易断裂
由于两个相邻磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得特殊化学键不稳定，ATP中末端的磷酸基团具有较高的转移势能，因此远离腺苷的特殊化学键更容易断裂。
A—P～P～P
1molATP水解释放能量高达30.54KJ。
注意：ATP是一种物质，而不是能量。
ATP是一种高能磷酸化合物。
新课讲授
[探究一] ATP是一种高能磷酸化合物
【小组活动】请每个同学用提供的材料制作一个ATP模型，并说一说ATP的结构特点，并在小组内交流，展示。
【跟踪训练1】下图是ATP的结构示意图,下列相关说法正确的是(　　)
A.a是DNA的基本组成单位之一
B.c代表的化学键比b更容易断裂
C.磷酸基团都带正电荷,使得b和c不稳定
D.一分子ATP由1分子腺嘌呤和3分子磷酸基团组成
新课讲授
B
ATP消耗量大
ATP含量很少
矛盾
资料：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40kg；在剧烈运动的状态下，每分钟约有0.5kg的ATP转化成ADP。
2.成人体内ATP总量为2 ～ 10mg，人体安静状态下，肌肉内ATP含量只能供肌肉收缩1 ～ 2s。
ATP合成和水解都非常迅速
3.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。
②ATP与ADP相互转化的能量供应机制，在所有细胞内都是一样的。体现了生物
界的统一性。
①ATP、ADP在细胞内含量很少，但转化迅速，时刻不停地发生并处于动态平衡中。
ATP与ADP转化特点：
新课讲授
[探究二] ATP与ADP可以相互转化
能量
ATP
ADP
Pi
2. 请将下列ATP与ADP相互转化示意图补充完整。
新课讲授
[探究二] ATP与ADP可以相互转化
ATP
合成酶
水解酶
ADP +Pi
+能量
ATP水解和ATP合成的反应式:
光合作用
呼吸作用
放能
吸能
物质合成
主动运输
电鳐发电
大脑思考
肌肉收缩
能量
动物、人、真菌和大多数的细菌等
绿色植物
能 量
呼
吸
作
用
呼
吸
作
用
光
合
作
用
ADP +Pi+
ATP
ATP合成酶
糖类、脂肪等有机物氧化分解
ADP转化成ATP的过程，所需要的能量从哪里来呢？
产生ATP的场所：细胞质基质、线粒体、叶绿体
ATP水解释放的能量去哪里了呢？
新课讲授
[探究二] ATP与ADP可以相互转化
与ATP合成相联系，释放的能量储存在ATP中
用于大脑思考（电能）
用于主动运输（渗透能）
用于生物发光(光能)
用于生物发电（电能）
用于物质合成（化学能）
用于肌肉收缩（机械能）
新课讲授
[探究二] ATP利用
需要吸收能量，与ATP的水解相联系，由ATP水解提供能量
ATP
ADP
水解
合成
细胞的吸能反应（各项生命活动）
细胞的放能反应
能量
能量
能量通过ATP分子在吸能反应与放能反应之间流通，ATP是细胞内流通的能量“货币”，满足细胞各项生命活动对能量的需求。
含有能量相对少能被直接利用
新课讲授
[探究二] ATP与ADP可以相互转化及利用
项目 ATP的水解 ATP的合成
反应式
所需酶
能量来源
能量去向
反应场所
不是。因为物质可逆，能量不可逆，场所、酶均不同。
ATP水解酶
ATP合成酶
储存于ATP中的化学能
光能（光合作用光反应）
化学能（细胞呼吸）
用于各项生命活动
储存于ATP中
生物体的需能部位
细胞质基质、线粒体、叶绿体
ADP＋Pi＋能量
ATP
水解酶
ADP＋Pi＋能量
ATP
合成酶
【知识小结】
ATP与ADP相互转化
是可逆反应吗？
新课讲授
[探究二] ATP与ADP可以相互转化
【小组活动】利用前面制作的ATP模型，演示ATP和ADP是如何转化的。
说一说你对“ATP是细胞的能量‘货币’”这句话的理解。
ATP水解释放的能量是如何用于各项生命活动的呢？
ATP的利用——以主动运输为例
1.参与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。
2.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。
3.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。
1
2
3
ATP的利用——以主动运输为例
新课讲授
新课讲授
思考：
（1）说一说ATP是如何为主动运输供能的？
①参与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。②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。③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，将Ca2+释放到膜外。
（2）通过该示意图，归纳ATP的供能机理。
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，因而可以参与特定的化学反应。
（3）从Ca2+的转运过程分析，Ca2+的载体蛋白有什么作用？
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水解为主动运输Ca2+供能。
1.ATP只能作为能源物质吗？
2.有其他的直接能源物质吗？
资料2：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1：20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。
知识拓展
勇于质疑
【跟踪训练2】ATP(甲)是生命活动的直接能源物质,据图判断下列叙述正确的是(　)
A.在主动运输过程中,细胞内乙的含量会明显增加
B.丙中不含磷酸,是DNA基本组成单位之一
C.丁由腺嘌呤和核糖组成,而戊可用于甲的合成
D.甲→乙和乙→丙的过程中,起催化作用的酶的空间结构相同
新课讲授
C
科学家发现，小鼠的抑郁行为与星形胶质细胞释放的ATP的多少有关。下列有关ATP的叙述，正确的是(　　)
【练习1】
当堂训练
D
A．图中的A表示腺苷，b、c表示特殊的化学键
B．a是构成DNA的基本单位之一
C．ATP是生物体内的储能物质
D．ATP中的“A”与构成RNA中的“A”表示的不是同一种物质
【解析】图中A代表的是腺嘌呤,A项错误;a是组成RNA 的基本单位之一,B项错误;ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质,不是储能物质,C项错误;ATP中的“A”代表腺苷,RNA中的“A”代表腺嘌呤核糖核苷酸,D项正确。
【练习2】
C
当堂训练
ATP是一种高能磷酸化合物，下图是生物界中能量“货币”——ATP的循环示意图。下列相关叙述正确的是（ ）
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.真菌细胞中的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
【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分子中的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ATP与ADP的快速转化为生命活动提供能量，D项错误。
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的生成减少，ATP的生成增加
B.氨基酸脱水缩合形成多肽的过程，伴随着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
【练习3】
B
当堂训练
【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的生成减少，A项错误；小分子合成大分子是一个耗能的过程，需要ATP水解提供能量，故氨基酸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。
当堂训练
（不定项) 下列有关ATP的叙述，正确的是（ ）
A.ATP和ADP的相互转化保证了机体对能量的需求
B.两次ATP的水解，后者释放的能量可用于各项生命活动
C.两次合成ATP，前者能量来源于光能且在人体细胞中不会发生
D.肌肉收缩、主动运输等过程均为放能反应
【练习4】
ABC
【解析】细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，保证了机体对能量的需求，A项正确。图中存在两次ATP的水解，前者释放的能量储存在有机物中，后者释放的能量可用于各项生命活动，B项正确。图中存在两次ATP的合成，前者能量来源于光能，通过光合作用制造有机物，在人体细胞中不会发生，C项正确。图示中肌肉收缩、主动运输等过程与ATP的水解反应相联系，为吸能反应，D项错误。
当堂训练
【练习5】
ATP既是能量“货币”，也可作为神经细胞间信息传递中的一种信号分子，其作为信号分子的作用机理如下图所示。请分析回答下列问题。
(1)ATP的结构简式是______________，神经细胞中的ATP主要来自_______ (细胞结构)。研究发现，正常成年人安静状态下24 h有40 kg ATP发生转化，而细胞内ADP、ATP的浓度仅为2～10 mmol/L，为满足对能量的需要，人体解决这一矛盾的合理途径是__________________________。
ATP与ADP相互迅速转化
线粒体
A-P~P~P
当堂训练
(2)由图可知，ATP在传递信号过程中，在细胞间隙中的有关酶的作用下，磷酸基团逐个脱离下来，最后剩下的是_________。
(3)一些神经细胞不仅能释放典型神经递质，还能释放ATP，二者均能引起受体细胞的膜电位变化。据图分析，如果要研究ATP是否能在神经元之间起传递信号的作用，则图中的________________属于无关变量，应予以排除。
典型神经递质
腺苷
当堂训练
【解析】(1)ATP的结构简式是A-P~P~ P。动物细胞中，线粒体是有氧呼吸的主要场所，所以神经细胞中的ATP主要来自线粒体。ATP是直接能源物质，在体内含量很少，可通过ATP与 ADP迅速相互转化而形成。
(2) ATP脱去1个磷酸基团为ADP，脱去两个磷酸基团为AMP，AMP是组成RNA的基本单位之一，如果磷酸基团完全脱落，剩下的则是腺苷，由腺嘌呤和核糖组成。
(3)实验思路是设法把ATP与典型神经递质分开，单独去研究其作用，即用化学物质阻断典型神经递质的释放，所以典型神经递质是实验的无关量。
同样是能源物质，ATP和葡萄糖具有不同的特点。请你概括出ATP的特点。
当堂训练
【练习6】
一是ATP分子中含有的化学能比较少,一分子 ATP转化为ADP时释放的化学能大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。
课堂小结
谢谢大家