课件39张PPT。第2节
细胞的能量“货币”ATP一、ATP是一种高能磷酸化合物
1.名称:___________。
2.结构简式:A-P～P～P。含义分别是:核糖磷酸基团一种特殊的化学键腺苷三磷酸3.ATP的结构特点:
(1)细胞内的一种高能磷酸化合物:1 molATP水解时释
放的能量高达______ kJ,属于高能磷酸化合物。
(2)化学性质不稳定: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_________。
4.功能:驱动细胞生命活动的直接能源物质。30.54转移势能二、ATP与ADP可以相互转化
1.相互转化的反应式:______________________
2.相互转化的特点:
(1)ATP和ADP的相互转化_________地发生,且处于_____
_____之中。
(2)ATP和ADP相互转化的能量供应机制,体现了生物界
的_______。ATP ADP+Pi+能量。时刻不停动态平衡统一性3.ATP合成的能量来源:
(1)动物、人、真菌和大多数细菌:呼吸作用中_______
_____释放的能量。
(2)绿色植物:呼吸作用释放的能量和_____。分解有机物光能三、ATP的利用
1.ATP是细胞内流通的能量“货币”:
(1)吸能反应一般与ATP_____的反应相联系。
(2)放能反应一般与ATP的_____相联系。
(3)能量通过____在吸能反应和放能反应之间流通。水解合成ATP2.ATP的利用:
判断下列说法的正误:
(1)ATP水解释放的能量可用于细胞吸收某些物质。( )
(2)糖类和ATP均可以为生命活动直接提供能量。( )
提示:糖类是主要的能源物质,但不能直接为生命活动
提供能量。√×(3)在某些生物体内,ATP中活跃的化学能可以转变为
光能或电能。 ( )
(4)消化道内淀粉的水解需要消耗ATP。 ( )
提示:细胞内的生化反应需要ATP参与,消化道内食物的
消化不需要ATP参与。√×【激疑】
萤火虫发光过程中能量的形式是如何变化的?
提示:ATP中活跃的化学能转变成光能。 知识点一 ATP的结构和功能
1.ATP的结构:2.ATP的利用:3.生物体内的能源物质:
(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。【思考·讨论】
细胞中的各种有机物都是由各种元素组成的。(生命观念)
(1)根据ATP的结构,可推断ATP的组成元素有哪些?
提示:C、H、O、N、P。 (2)和ATP的组成元素相同的物质有哪些?(试举2例)
提示:磷脂、核酸。【素养案例】
如图为ATP分子的结构式,ATP分子的结构简式可以表示为A—P～P～P。下列说法不正确的是 ( )
A.生命活动所需的能量通常来自化学键④
B.在结构简式中的A对应结构式中的①和②,表示腺苷
C.断裂化学键③形成的化合物之一是组成DNA的单体
D.ATP分子中含有的元素有C、H、O、N、P【解题导引】(1)明确特殊化学键及其特点:末端的特殊化学键容易断裂与形成。
(2)区分两种核酸和五碳糖的差别:核糖核苷酸含有核糖,脱氧核苷酸含有脱氧核糖。 【解析】选C。图中③④都是一种特殊的化学键,但通常是末端的化学键断裂释放能量供生命活动所需,A正确;A由腺嘌呤和核糖组成,表示腺苷,B正确;断裂化学键③形成的化合物之一是组成RNA的单体,C错误;ATP分子中含有C、H、O、N、P,D正确。【素养·探究】——母题追问
(1)生命观念——结构与功能观
根据ATP的结构分析,为什么末端的磷酸基团容易脱离ATP?
提示:两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥。 (2)科学思维——分析与比较
根据ATP的结构简式与腺嘌呤核糖核苷酸比较,有哪些不同?
提示:ATP比腺嘌呤核糖核苷酸多出2个特殊化学键和磷酸基团。【素养·迁移】
如图是生命活动中最常用的直接能源物质的结构式,下列相关描述正确的是 ( ) A.①是腺嘌呤
B.②是腺嘌呤脱氧核苷酸
C.③是ADP,其末端的磷酸基团具有较高的转移势能
D.④是ATP【解析】选D。题图中①包括腺嘌呤和核糖,代表腺苷,A错误;②包括腺嘌呤、核糖和磷酸基团,代表腺嘌呤核糖核苷酸,属于RNA的基本单位,B错误;③的结构简式是A—P～P,代表ADP,ATP中末端的磷酸基团具有较高的转移势能,C错误;④的结构简式是A—P～P～P,代表ATP,D正确。知识点二 ATP与ADP的相互转化
1.ATP与ADP的相互转化——图解:2.ATP与ADP的相互转化——表解:【思考·讨论】
经测定,ATP在人体内的含量极少,但一个成年人在静止的状态下,24 h内约需要40 kg的ATP提供能量,细胞是如何保持ATP含量相对稳定的?(科学思维)
提示:依赖ATP与ADP之间的快速转化,保持细胞内ATP含量相对稳定。 【素养案例】
细胞内的能量供应机制如图所示,下列说法中错误的是
( )A.图中X代表的是ATP
B.ATP与ADP之间可以相互转化
C.酶Ⅰ和酶Ⅱ是同一种酶
D.ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的统一性【解题导引】
(1)图示中物质及酶的名称:X表示ATP,酶Ⅰ表示ATP合成酶,酶Ⅱ表示ATP水解酶。
(2)能量的来源与去路:ATP合成时,能量可来自光合作用吸收的光能、呼吸作用释放的化学能;ATP分解时,释放的能量可转化为光能、化学能。 【解析】选C。由图示箭头方向可知,物质X应表示ATP,A正确;图中体现了ATP与ADP之间的相互转化,B正确;酶具有专一性,酶Ⅰ催化ATP的合成,酶Ⅱ催化ATP的分解,故二者为不同的酶,C错误;ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的统一性,D正确。【误区警示】 ATP的合成与分解不是可逆反应
(1)ATP的合成与分解所需要的酶不同,反应场所不同。
(2)ATP水解释放的能量和合成ATP的能量不同。
所以ATP的合成与分解在物质上是可逆的,能量上是不可逆的。【素养·探究】——情境迁移
智能生物药物成为治疗癌症等难以攻克疾病的首选,其中ATP控制的药物递送系统通常用靶向ATP的适体作为‘生物闸门’来实现药物的按需快速释放,近些年,一系列的材料已经证明在细胞内高含量ATP条件下可以释放治疗药物。 (1)文中“一系列的材料”可以是蛋白质纳米管,可用来包裹、保护药物,根据ATP、蛋白质的结构和功能推测ATP在药物释放中所起的作用。(生命观念)
提示:ATP水解释放的能量可使蛋白质纳米管结构发生改变,从而释放药物。(2)ATP控制的药物递送系统是否实现了药物的定向运输?(科学思维)
提示:没有,只是实现了药物的按需释放。【补偿训练】
细胞所处的能量状态用ATP、ADP和AMP之间的关系式来表示,称为能荷,公式如下:能荷=(ATP+1/2ADP)/
(ATP+ADP+AMP),其中AMP为腺苷一磷酸。能荷对代谢起着重要的调节作用,高能荷时,ATP生成过程被抑制,而ATP的利用过程被激发;低能荷时,其效应相反。下列说法不正确的是 ( ) A.一般情况下细胞能荷数值小于1
B.细胞中ATP、ADP和AMP之间可以相互转化
C.细胞在吸收Mg2+时,能荷较低
D.能荷及其调节是生物界的共性【解析】选C。根据能荷的公式可知,一般情况下细胞能荷数值小于1,A正确;ATP水解后转化为ADP,ADP可以接受能量,结合Pi形成ATP,即ATP与ADP可以相互转化,同理ADP与AMP也可以相互转化;细胞在吸收Mg2+时会消耗ATP,故能荷较高,C错误;ATP作为直接能源物质是生物界的统一性,故能荷及其调节是生物界的共性,D正确。【课堂回眸】课堂检测·素养达标
【概念·诊断】
1.从结构决定功能的观点出发,分析下列有关ATP的叙述,正确的有________。?
①ATP是生物体内主要的储能物质
②ATP的能量主要储存在腺苷和磷酸基团之间的化学键中
③ATP的水解实际上是ATP分子中特殊的化学键的断裂
④ATP在细胞内含量很少,但转化速度很快
⑤ATP只能在线粒体中生成
⑥ATP是可流通的能量“货币”
【解析】选③④⑥。ATP是生物体内的直接能源物质,脂肪是生物体内主要的储能物质,①错误;ATP的能量主要储存在磷酸基团之间的特殊的化学键中,②错误;ATP水解的实质是ATP分子中特殊的化学键的断裂,③正确;ATP在细胞内的含量很少,但转化速度很快,以满足生命活动的需要,④正确;合成ATP的场所有叶绿体、线粒体和细胞质基质,⑤错误;ATP作为直接能源物质,是可流通的能量“货币”,⑥正确。
2.下面是ATP在酶的作用下水解后的产物及释放能量,表述正确的是 ( )
A.A-P～P+Pi+能量
B.A-P-P+Pi+能量
C.A～P-P+Pi+能量
D.A～P～P+Pi+能量
【解析】选A。ATP在酶的作用下水解生成ADP和磷酸,同时释放出能量。
3.下列关于ATP分子的叙述正确的是 ( )
A.A表示的是腺嘌呤
B.ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素
C.T表示胸腺嘧啶,因而ATP的结构与核苷酸很相似
D.1 mol ATP水解,能释放出30.54 kJ的能量,这些能量储存在两个磷酸基团中
【解析】选B。ATP分子的结构式中,A表示的是腺苷,由腺嘌呤和核糖组成,A错误;ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素,B正确;T表示的不是胸腺嘧啶,而是三个,C错误;30.54 kJ的能量储存在一个特殊化学键中。
【思维·跃迁】
4.酶是细胞代谢不可缺少的催化剂,ATP是生命活动的直接能源物质。下图是ATP逐级水解的过程图,其中③是腺苷,⑤是能量。下列有关叙述错误的是 ( )
A.图中①含有一个特殊化学键
B.图中②是组成RNA的基本单位之一
C.酶催化反应的实质是降低化学反应的活化能
D.酶a～c催化的反应中(底物的量相同),Ⅲ过程释放⑤最多
【解析】选D。分析图示可知:①为ATP水解得到的ADP,只含有一个特殊化学键,A正确;②为ATP水解两次得到的腺嘌呤核糖核苷酸(AMP),是RNA的基本组成单位之一,B正确;酶和其他催化剂的作用一样,都是降低化学反应的活化能,酶降低活化能的作用更显著,C正确;Ⅰ和Ⅱ过程断裂的都是特殊化学键,释放能量多,Ⅲ过程断裂的是一般化学键,故释放能量最少的过程是Ⅲ,D错误。
【拓展·探究】
5.蛙类的某种肌肉在收缩时以ATP为直接能源物质,ATP中的能量来自磷酸肌酸(磷酸肌酸+ADP肌酸+ATP)。该反应由肌酸激酶催化,肌肉中发生的另一个反应(2ADPATP+AMP)可使AMP增多。研究者对肌肉进行电刺激,检测对照组和实验组(肌肉用肌酸激酶阻断剂处理)肌肉收缩前后ATP、ADP和AMP的量,结果如表所示。
对照组/(10-6mol·g-1)
实验组/(10-6mol·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
AMP
0.10
0.10
0.10
0.30
请回答下列问题:
(1)请写出ATP为肌肉收缩直接供能的反应式:____________________________
____________________________。?
(2)请解释对照组肌肉收缩前后ATP的量没有发生变化的原因是什么?
?_________________________________________。?
(3)根据表中数据,蛙类的1 g这种肌肉收缩所消耗的ATP的量是 ( )
A.0.55×10-6 mol
B.0.20×10-6 mol
C.0.75×10-6 mol
D.0.35×10-6 mol
【解析】(1)ATP为肌肉收缩直接供能的反应式中,应注意不要忘了酶和能量。
(2)对照组中没有添加肌酸激酶阻断剂,当肌肉收缩消耗ATP时,肌酸激酶可催化磷酸肌酸水解,释放的能量用于合成ATP。实验组中添加了肌酸激酶阻断剂,当肌肉收缩消耗ATP时,肌酸激酶不能催化磷酸肌酸水解,不能合成ATP。
(3)根据表中数据可知,实验组1 g肌肉收缩前后ATP含量减少了(1.30-0.75)×10-6mol=0.55×10-6 mol;AMP含量增加了(0.30-0.10)×10-6 mol=0.20×10-6 mol;根据2ADPATP+AMP,反应产生的ATP与AMP的量相同,则该反应产生的ATP的量为0.20×10-6 mol,则蛙类的1 g这种肌肉收缩所消耗的ATP的量为(0.55+0.20)×10-6 mol=0.75×10-6 mol。
答案:(1)ATPADP+Pi+能量
(2)对照组中没有添加肌酸激酶阻断剂,当肌肉收缩消耗ATP时,肌酸激酶可催化磷酸肌酸水解,释放的能量用于合成ATP (3)C
课时素养评价 十六
细胞的能量“货币”ATP
(20分钟 50分)
一、选择题(共8小题,每小题4分,共32分)
1.当条件满足时,20个腺苷和80个磷酸基团最多可以组成的ATP中的特殊化学键的个数是 ( )
A.30个 B.40个 C.60个 D.80个
【解析】选B。每个ATP分子是由1个腺苷和3个磷酸基团组成的,含有2个特殊化学键,所以20个腺苷和80个磷酸基团最多可以组成20个ATP分子,其含有的特殊化学键的个数是40个。
2.下列关于ATP的叙述不正确的是 ( )
A.动物细胞中合成ATP所需的能量来自糖类等能源物质中的化学能
B.植物细胞中合成ATP所需的能量全部来自太阳能
C.温度的突然变化会影响ATP与ADP相互转化的速率
D.细胞呼吸过程中产生的ATP是供应细胞生命活动的直接能源
【解析】选B。动物细胞中合成ATP所需的能量来自呼吸作用过程中糖类等物质的氧化分解,A项正确;植物细胞中合成ATP所需的能量来自光合作用和呼吸作用,B项错误;温度的突然变化会影响酶活性,进而影响ATP与ADP相互转化的速率,C项正确;ATP是细胞内生命活动的直接能源物质,D项正确。
3.在线粒体的内外膜间隙中存在着一类标志酶——腺苷酸激酶,它能将ATP分子末端的磷酸基团转移至腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)上,结果产生 ( )
A.一分子AMP和一分子ADP
B.两分子ADP
C.一分子ATP和一分子ADP
D.一分子ADP
【解析】选B。一分子ATP脱去一个磷酸基团,形成一个ADP分子,一个AMP分子结合一个磷酸基团,也形成一个ADP分子,结果产生两分子ADP。
4.下列生命活动中不需要ATP提供能量的是 ( )
A.叶肉细胞合成的糖运输到果实
B.吞噬细胞吞噬病原体的过程
C.淀粉酶催化淀粉水解为葡萄糖
D.细胞中由氨基酸合成新的肽链
【解析】选C。叶肉细胞合成的糖(如葡萄糖)通过主动运输进入果实细胞需要消耗ATP;吞噬细胞吞噬病原体依赖膜的流动性,属于胞吞,需要消耗ATP提供的能量;在适宜的温度、pH条件下,淀粉酶催化淀粉水解,此过程不需要消耗ATP提供的能量;氨基酸在核糖体上脱水缩合形成肽链需要消耗ATP提供的能量。
5.ATP是直接能源物质,可以为许多化学反应提供能量,下列能使ADP含量增加的是 ( )
A.萎蔫的菜叶放在清水中
B.葡萄糖+果糖→蔗糖
C.水分从叶片气孔中散发
D.甘油被吸收进入小肠绒毛内毛细淋巴管中
【解析】选B。ADP含量增加,是生命活动消耗ATP所导致的。甘油进出细胞属于自由扩散,不消耗能量,而物质的合成过程属于吸能反应需要消耗ATP水解释放的能量,所以合成蔗糖需要消耗能量,使ADP含量增加。
6.在绿色植物进行“ADP+Pi+能量ATP”的反应中,参与反应的能量不可能来源于 ( )
A.淀粉 B.葡萄糖 C.光 D.糖原
【解析】选D。植物中的能量来自呼吸作用和光合作用。植物呼吸作用所分解的有机物不可能是糖原,因为它是动物所特有的。
7.下列关于ATP的叙述,正确的是 ( )
A.ATP是细胞中的一种生物大分子物质
B.为满足对能量的需求,肌细胞中储存着大量ATP
C.ATP中末端磷酸基团较稳定
D.活细胞内ATP与ADP的相互转化是永无休止的
【解析】选D。大分子物质包括多糖、蛋白质和核酸等,ATP并非大分子物质,A错误;ATP与ADP处于迅速的动态转化之中,在细胞内不会大量储存,B错误;ATP中末端特殊的化学键容易脱离ATP,C错误。
8.如图①②代表物质M、N间的相互转化过程,则下列正确的说法是 ( )
A.萤火虫体内的能量c可来源于光能
B.吸能反应一般和M的合成相联系
C.能量d用于过程①时大部分以热能的形式散失
D.M、N间的相互转化是生物界共有的能量供应机制
【解析】选D。据图示可知,M、N分别为ATP和ADP,①为ATP的合成过程,②为ATP的水解过程。能量c为合成ATP的能量,萤火虫体内的能量c只能来源于呼吸作用释放的化学能,A错误;吸能反应一般和M的水解相联系,B错误;能量d用于各种生命活动,不用于过程①,C错误;ATP和ADP间的相互转化是生物界共有的能量供应机制,D正确。
二、非选择题(共18分)
9.在活细胞中,下列循环过程永不停止地进行着,请运用所学的知识,分析完成M和N循环中的有关问题:
(1)作为生物体生命活动的直接能源物质是________(填图中字母),其分子结构简式为__________。?
(2)在绿色植物体内与①相应的生理活动是在细胞内的细胞质基质、__________和__________中进行的。?
(3)A1和A2具有__________作用,在图中它们的作用分别是________________________。?
(4)在呼吸作用中,应该进行________过程,能量来自____________________。?
(5)根吸收无机盐离子的过程中,应该进行________过程,能量用于____________________。?
【解析】(1)由图中物质转化关系可知,M是ATP,N是ADP。(2)反应①过程是细胞合成ATP的过程,在绿色植物细胞内合成ATP的主要部位是细胞质基质、线粒体和叶绿体。(3)反应①和②过程中的酶不同,①为合成酶,②为水解酶,在ATP与ADP的相互转化过程中起催化作用。(4)呼吸作用过程中应该进行的是①过程(即ATP的合成),所需能量来自糖类等有机物分解释放的能量。(5)根细胞吸收无机盐离子的方式是主动运输。主动运输需消耗细胞代谢所产生的能量,故应进行②过程。
答案:(1)M A-P～P～P
(2)线粒体 叶绿体 (3)催化 催化ATP的合成和水解 (4)① 糖类等有机物分解释放的能量 (5)② 主动运输
