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第5章
细胞的能量供应与利用
高中生物人教版
必修一
第2节
细胞的能量“通货”—ATP
秋夕
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
1.萤火虫发光的生物学意义是什么？
【讨论】
求偶信号
荧光素在酶的催化下发生反应而发光
第2节
细胞的能量“通货”—ATP
问题探讨
2.萤火虫体内含有什么发光物质？
3.哪种物质为萤火虫发光直接提供能量呢？
生命活动的直接能源物质
A
B
C
D
15min
暗处
荧光消失
２ｍｌ葡萄糖溶液
２ｍｌATP溶液
２ｍｌ脂肪溶液
２ｍｌ蒸馏水
观察
预期结果如何？
有荧光出现
无荧光出现
无荧光出现
无荧光出现
ATP是
第2节
细胞的能量“通货”—ATP
问题探讨
请阅读课文第88页第二段及旁栏中的相关信息，思考下列问题：
ATP的中文名称、组成元素是什么？
组成ATP的物质分子有哪几种？
ATP的结构简式如何书写？
ATP简式中A、P、—、～分别代表什么？
为什么说ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物？
新知讲解
第2节
细胞的能量“通货”—ATP
一、ATP的结构
1.中文名称:
三磷酸腺苷
2.结构简式:
A-P~P~P
A：腺苷(腺嘌呤+核糖)
P：磷酸基团
~：高能磷酸键
T：三
—：普通磷酸键
腺嘌呤
核糖
磷酸基团
新知讲解
第2节
细胞的能量“通货”—ATP
4.结构特点:
高能磷酸化合物
远离A的高能键既易水解释能又易重新形成储能
通常我们把水解时放出的能量在20.92千焦每摩尔以上的磷酸化合物叫做高能磷酸化合物。
一、ATP的结构
3.组成元素：
新知讲解
C、H、O、N、P
1molATP水解时释放的能量高达30.54千焦
高能磷酸化合物：除了ATP，还有ADP；磷酸肌酸；3—磷酸甘油酸等
第2节
细胞的能量“通货”—ATP
腺嘌呤
核糖
P
~
P
~
P
腺苷（A）
AMP（一磷酸腺苷）
ADP
（二磷酸腺苷）
ATP
（三磷酸腺苷）
腺嘌呤核糖核苷酸
如果ATP去掉两个磷酸基团，应该是哪种生物大分子的单位之一？
一、ATP的结构
新知讲解
是RNA的基本组成单位之一
第2节
细胞的能量“通货”—ATP
1.一个成年人在平静状态下，24小时将有40kg的ATP
发生转化，而细胞内ATP、ADP的总量仅有2mg～10mg。
2.用32P标记磷酸加入细胞培养液中，短时间内快速分离出ATP，ATP的总量变化不大，但是大部分ATP末端磷酸基团却已经带有放射性标记。
含量低，转化快，不能长时间储存
思考讨论
第2节
细胞的能量“通货”—ATP
1.一分子ATP中含有的腺苷、磷酸基团和高能磷酸键数目依次是。（
）
A.1，2，2
B.1，2，1
C.1，3，2
D.2，3，1
C
随堂练习
2.如果一个ATP脱去两个磷酸，该物质就是构成核酸的基本单位之一，称为（
）
A.腺嘌呤核糖核苷酸
B.腺嘌呤脱氧核苷酸
C.腺嘌呤核苷
D.腺苷酸
A
第2节
细胞的能量“通货”—ATP
①②③④中的A依次代表的物质是
(2)ATP脱掉两个磷酸基团后就是
中的A。
3．区分不同物质中“A”
①腺苷、②腺嘌呤
③腺嘌呤脱氧核糖核苷酸、④腺嘌呤核糖核苷酸
④
随堂练习
第2节
细胞的能量“通货”—ATP
二、ATP与ADP可以相互转化
ATP
ADP
+
Pi
+
能量
酶
是否为可逆反应?
上（左）
下（右）
需ATP水解酶
释放能量：来自远离A的高能磷酸键，用于各项生命活动所需。
下（右）
上（左）
需ATP合成酶
储存能量：来自光能或化学能，并储存在远离A的高能磷酸键中。
结论：物质是可逆的，能量是不可逆的。
新知讲解
第2节
细胞的能量“通货”—ATP
ATP
ADP
+
Pi
+
能量
酶
ATP在细胞内的含量是很少的。但是，ATP在细胞内的转化是十分迅速的。它在细胞内的含量总是处在动态平衡之中，这对于构成生物体内部稳定的供能环境，具有重要的意义。
细胞内的这种转化有何重要意义？
二、ATP与ADP可以相互转化
新知讲解
第2节
细胞的能量“通货”—ATP
光能
糖类、脂肪等有机物氧化分解释放的化学能
绿色植物
动物、人、真菌和大多数细菌等
酶
ADP+Pi+
能量
ATP
光
合
作
用
呼
吸
作
用
呼
吸
作
用
三、ATP的生成途径和能量来源
新知讲解
第2节
细胞的能量“通货”—ATP
主动运输
肌细胞收缩
生物发电
大脑思考
ATP是生命活动的直接能量来源
ATP是细胞内
“能量通货”
四、ATP的利用
新知讲解
第2节
细胞的能量“通货”—ATP
ATP
ADP
水解
合成
吸能反应等
放能反应等
能量
能量
ATP是细胞内流通的能量“通货”
为什么称ATP为“通货”
四、ATP的利用
新知讲解
第2节
细胞的能量“通货”—ATP
1.ATP的结构简式：
A—P~P~P
2.ATP和ADP相互转换：
ATP
ADP
+Pi
+
能量
ATP合成酶
ATP水解酶
3.ATP的利用：
细胞的能量“通货”
细胞的主要能源物质______;
主要的贮能物质______，
糖类
脂肪
直接能源物质_____;
最终能源物质________。
ATP
太阳能
课堂小结
第2节
细胞的能量“通货”—ATP
1.生物体内进行生命活动的直接能源物质、主要能源物质和最终能源依次是
（
）
A.
太阳能
糖类
ATP
B.
ATP
糖类
脂肪
C.
ATP
脂肪
太阳能
D.
ATP
葡萄糖
太阳能
D
2.对“ATP
ADP
+
Pi
+
能量
”的叙述中，正确的是（
）
A.反应向左或向右进行所需的酶都是一样的
B.反应向右进行时释放能量,向左进行时储存能量
C.该反应是一种可逆反应,因而存在一种动态平衡
D.动植物细胞发生这个反应的生理过程都一样
酶
B
课堂练习
第2节
细胞的能量“通货”—ATP
3.关于细胞中ATP的正确叙述是
(
)
A.
ATP在细胞中减少时,可由ADP在不依赖其它条件下直接形成
B.ATP和ADP之间的反应在生物体内是完全可逆的
C.ATP结构中有三个高能磷酸键,因此称高能化合物
D.ATP在动物细胞中普遍存在,但含量不多
D
课堂练习
第2节
细胞的能量“通货”—ATP
4．在下列四种化合物的化学组成中，“○”中所对应的含义最接近的是(
)
A.
①和②
B.
①和③
C.
③和④
D.
⑤和⑥
D
课堂练习
第2节
细胞的能量“通货”—ATP
5.下图表示的是ATP与ADP之间的转化图，可以确定(
)
A.
A为ATP，B为ADP
B.
酶1和酶2是同一种酶
C.
X1和X2是同一种物质
D.
能量1和能量2的来源相同
C
课堂练习
第2节
细胞的能量“通货”—ATP
1.课本P90第一、二题
作业：
2.本节配套练习题
作业布置
第2节
细胞的能量“通货”—ATP
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人教版高中生物必修一
第5章
第2节
细胞的能量“通货”—ATP
教学设计
内容及解析
《细胞的能量“通货”—ATP》这一节包括了ATP分子的结构特点，ATP与ADP的相互转化，ATP的利用三部分内容，ATP在细胞代谢的过程中具有非常重要的作用。在能量的流动过程中ATP像“货币”一样，是一种随时可以利用的化学能，ATP在细胞内含量少，ATP与ADP相互转化迅速，保证了细胞的代谢与生存。
对于ATP分子结构特点这一部分，不必让学生记忆ATP分子的结构式，但是要了解ATP分子的结构特点，利用多媒体和形象的图片让学生理解高能磷酸键，理解ATP是高能磷酸化合物。ATP与ADP的相互转化是本节课的重点也是难点，这部分知识的理解过程，利用各种想象的比喻讲清楚能量的来源与去路。ATP的利用这一部分要充分利用教材上的图解，让学生在看懂图解的基础上讨论ATP还有哪些用途，加强生物学知识的学习与生活实际的联系，提到学生的学习兴趣。
教学目标
1．简述ATP的化学组成和特点。写出ATP的分子简式。
2．解释ATP在能量代谢中的作用。
3．理解ATP与ADP的相互转化
教学重、难点
1．教学重点
（1）ATP化学组成的特点及其在能量代谢中的作用；
（2）
ATP与ADP的相互转化。
2．教学难点
(1)ATP是细胞内的能量“通货”；
(2)
ATP与ADP的相互转化。
教学流程
创设情景、导入新课→ATP分子结构的特点→ATP与ADP的相互转化→ATP的利用→总结扩展
课时安排
1课时
教学过程
【情景创设】
教材的引入采用一副萤火虫的图画和唐代诗人杜牧一首情景交融的诗歌“银烛秋光冷画屏,轻罗小扇扑流萤,天阶夜色凉如水,坐看牵牛织女星”创设情景。然后讨论三个问题：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，萤火虫发光的过程有能量的转换吗？引导学生提出问题：萤火虫发光的能量从何而来？
师生在这个问题的驱动下，开始的探究之旅，用表格介绍实验过程。
步骤一
取3个试管各加入2ml生理盐水，各加入等量的放置15min的萤火虫发光部位提取液
步骤二
2ml蒸馏水
2ml葡萄糖（10%）
2ml
脂肪（10%）
2mlATP（10%）
实验现象
不再发光
不再发光
重新发光
实验结论
ATP可以为萤火虫直接提供能量，而葡萄糖中的能量并不能直接使用。
请学生思考课本P88问题探讨：学生思考讨论后回答，教师进行相关提示。
1.萤火虫发光的生物学意义主要是相互传递求偶信号，以便交尾、繁衍后代。
2.萤火虫腹部后端细胞内的荧光素，是其特有的发光物质。
3.有。萤火虫腹部细胞内一些有机物中储存的化学能，只有在转变成光能时，萤火虫才能发光。
问题：以“本节聚焦”再次引起学生的思考，注意。
【新课学习】
一、ATP分子中具有高能磷酸键
请同学阅读课文第88页第二段及旁栏中的相关信息，思考下列问题：
1.ATP的中文名称、组成元素是什么？
2．组成ATP的物质分子有哪几种？
3．ATP的结构简式如何书写？
4．ATP简式中A、P、—、～分别代表什么？
5．为什么说ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物？
ATP也叫做腺苷三磷酸、三磷酸腺苷、腺三磷，是高能磷酸化合物的典型代表。高能磷酸化合物的特点是：它的高能磷酸键（也即酸酐键，用“～”表示），水解时释放出的能量多达30.54
kJ/mol）。所以说ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物。
ATP是由一分子腺嘌呤、一分子核糖和三个相连的磷酸基团构成的。这三个磷酸基团从与分子中腺苷基团连接处算起，依次分别称为
α、β、γ磷酸基团。ATP的结构式是：
分析ATP的结构式可以看出，腺嘌呤与核糖结合形成腺苷，腺苷通过核糖中的第5位羟基，与3个相连的磷酸基团结合，形成ATP。ATP分子中的γ磷酸基团水解时，能释放30.54kJ/mol的能量，而6-磷酸葡萄糖水解时释放的能量只有13.8
kJ/mol。需要指出的是，ATP分子既可以水解一个磷酸基团（γ磷酸基团），而形成二磷酸腺苷（ADP）和磷酸（Pi）；又可以同时水解两个磷酸基团（β磷酸基团和γ磷酸基团），而形成一磷酸腺苷（AMP）（腺嘌呤核糖核苷酸）和焦磷酸（PPi）。后一种水解方式在某些生物合成中具有特殊意义。AMP可以在腺苷酸激酶的作用下，由ATP提供一个磷酸基团而形成ADP，ADP又可以迅速地接受另外的磷酸基团而形成ATP。
ATP也叫做腺苷三磷酸、三磷酸腺苷、腺三磷，是高能磷酸化合物的典型代表。ATP分子既可以水解一个磷酸基团，而形成二磷酸腺苷（ADP）和磷酸（Pi），30.5
kJ/mol。
二、ATP与ADP可以相互转化
A—P～P～P
A—P～P＋30.5
kJ/mol
问：ATP与ADP的相互转化属于可逆反应么？
（物质可逆，能量和酶不可逆）
ATP是活细胞内一种特殊的能量载体，在细胞核、线粒体、叶绿体以及细胞质基质中广泛存在着，并不断与ADP相互转化而形成ATP系统。ATP在细胞内的含量是很少的。但是，ATP与ADP在细胞内的相互转化却是十分迅速的。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。例如，一个成年人在静止的状态下，24
h内竟有40
kg的ATP发生转化；在紧张活动的情况下，ATP的消耗可达0.5
kg/min。总之，在活细胞中，ATP末端磷酸基团的周转是极其迅速的，其消耗与再生的速度是相对平衡的，ATP的含量因而维持在一个相对稳定的、动态平衡的水平。可见，细胞内ATP系统处在动态平衡之中，这对于构成细胞内稳定的供能环境具有十分重要的意义。
三、ATP的利用
吸能反应：需要消耗能量，是吸能反应。（如葡萄糖和果糖合成蔗糖的反应，）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：能够释放能量，是放能反应。（如丙酮酸的氧化分解，）这一反应所释放的能量除以热能形式散失外，用于ADP转化为ATP的反应，储存在ATP中。
ATP中的能量可以直接转化成其他各种形式的能量，用于各项生命活动。这些能量的形式主要有以下6种。
①渗透能细胞的主动运输是逆浓度梯度进行的，物质跨膜移动所做的功消耗了能量，这些能量叫做渗透能。
②机械能细胞内各种结构的运动都是在做机械功，所消耗的就是机械能。例如，肌细胞的收缩，草履虫纤毛的摆动，精子鞭毛的摆动，有丝分裂期间染色体的运动，腺细胞对分泌物的分泌等。
③电能大脑的思考──神经冲动在神经纤维上的传导，以及电鳐、电鳗等动物体内产生的生物电等，它们所做的电功消耗的就是电能。
④化学能细胞内物质的合成需要化学能，如小分子物质合成为大分子物质时，必须有直接或间接的能量供应。另外，细胞内物质在分解的开始阶段，也需要化学能来活化，成为能量较高的物质（如葡萄糖活化成磷酸葡萄糖）。可以说在细胞内的物质代谢中，到处都需要由ATP转化而来的化学能做功。
⑤光能目前关于生物发光的生理机制还没有完全弄清楚，但是已经知道，生物体用于发光的能量直接来自ATP，如萤火虫的发光。
⑥热能有机物的氧化分解释放的能量，一部分用于生成ATP，大部分转化为热能通过各种途径向外界环境散发，其中一小部分热能作用于体温。通常情况下，热能的形成往往是细胞能量转化和传递过程中的副产品。此外，ATP释放的能量中，一部分能量也能用于动物的体温的提升和维持。
学生思考回答，课本P90“思考与讨论”，教师给予相关提示。
1．1分子葡萄糖所含的能量，约是1分子ATP所含能量的94倍（指ATP转化为ADP时释放的能量）。
2.有道理。糖类和脂肪分子中的能量很多而且很稳定，不能被细胞直接利用。这些稳定的化学能只有转化成ATP分子中活跃的化学能，才能被细胞直接利用。
四、课堂总结
结构式：A—P~P~P
ATP与ADP的相互转化：ATPADP＋Pi＋能量
植物：光合作用、呼吸作用
再生途径
动物：呼吸作用，其他高能化合物的转移
ATP的生理功能：各种生命活动所需能量的直接来源
五、板书设计
5.2
细胞的能量“通货”—ATP
一、ATP分子中具有高能磷酸键
1、ATP的分子结构简式
2、A、T、P、—、～的含义
3、ATP的生理功能
二、ATP与ADP可以相互转化
1、转化式：ATPADP＋Pi＋能量
2、ATP与ADP相互转化的原因
3、ATP的再生途径
三、ATP的利用
1、主动运输
2、生物发电、发光
3、肌肉收缩
4、合成物质
5、神经活动
酶1
酶2
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精品试卷·第
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人教版高中生物必修一
第5章
第2节
细胞的能量“通货”—ATP
课时作业
一、选择题
1．ATP中大量的化学能储存在（
）
A．腺苷内
B．磷酸基内
C．腺苷和磷酸基连接键内
D．高能磷酸键内
2．ADP转变为ATP需要（
）
A．Pi、酶、腺苷和能量
B．Pi、能量
C．能量、腺苷和酶
D．Pi、能量和酶
3．下列各项中，能为生物的生命活动直接提供能量的是（
）
A.
葡萄糖的分解
B．ADP转变成ATP的过程
C.
ATP的水解
D.
生物的呼吸运动
4．海洋中的电鳗有放电的现象，其电能的直接来源是（
）
A．由有机物氧化分解释放的化学能转化成的
B．由热能转化来的
C．由ATP转变成ADP时释放的化学能转化成的
D．由光能转化成的
5．ATP在细胞内的含量及其生成速度分别为（
）
A．很多、很快
B．很少、很慢
C．很多、很慢
D．很少、很快
6．生物体内既能储存能量，又能为生命活动直接提供能量的物质是（
）
A．葡萄糖
B．糖原
C．三磷酸腺苷
D．脂肪
7．细胞分裂所需要的能量直接来源于（
）
A．葡萄糖的分解
B．糖原的分解
C．ATP的水解
D．脂肪的分解
8．高等植物体内产生ATP的生理过程有（
）
A．呼吸作用、渗透作用
B．呼吸作用、蒸腾作用
C．光合作用、主动运输
D．光合作用、呼吸作用
9．一个ATP分子中含有腺苷、磷酸基和高能磷酸键的数目依次是
（
）
A．1、2、3
B．2、2、2
C．1、2、2
D．1、3、2
10．两支试管中分装有等量的荧光素，开始都发光，过了一段时间都不再发光。有人在两支试管中分别加入甲、乙两种物质，结果加入乙物质的试管又发光了。则乙物质可能是（
）
A．淀粉
B．麦芽糖
C．葡萄糖
D．ATP
11．下列关于ATP的叙述中，错误的是（
）
A．是生物的直接能源物质
B．含有3个磷酸基
C．含有3个高能磷酸键
D．水解时释放能量，并生成ADP和磷酸
12．下列关于转换式“ATP
ADP+Pi+能量”的说法中，错误的是（
）
A．能量是可逆的，物质是不可逆的
B．合成ATP的能量主要来自呼吸作用
C．物质是可逆的，能量是不可逆的
D．释放的能量供生命活动所需
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
答案
二．填空题：
1．
右图为ATP与ADP相互转化的图解，请据图回答：
(1)
图中①应为
，②应为
。
(2)
ATP分子的结构简式是
。
ATP分子大量的化学能储存在
中。
(3)
写出ATP与ADP相互转化的反应式：
。
(4)
对于动物和人来说，ADP转变成ATP时，所需的能量主要来自
；对于绿色植物来说，ADP转变成ATP时，所需能量主要来自
和
。
2．用小刀将数十只萤火虫的发光器割下，干燥后研成粉末状。取两等份分别装入两支试中，各加入少量的水，使之混合，可见到试管中发出淡黄色荧光，约过15
min，荧光消失。这时，再将ATP溶液加入其中一支试管A中，将葡萄糖溶液加入另一支试管B中，发现加ATP溶液的试管中发出荧光，而加葡萄糖溶液的试管中不发荧光(见下图)。请据图回答：
(1)
向A、B两支试管中加水后，两试管均发荧光。这能说明水对生物正常的生命活动有何重要意义？
。
这也说明了发光器研磨成的粉末中含有哪种物质?
。
(2)
以上现象说明了：
①
萤火虫发光的过程是将
能转变成
能的过程。
②
这一过程所需的能量由
直接提供。
③
不是生命活动的直接能源。
第5章
第2节
细胞的能量“通货”—ATP
课时作业答案
一、选择题
1-5
D
D
C
C
D
6-10
C
C
D
D
D
11-12
C
A
二、填空题
1．（1）能量
能量
（2）A-P～P～P
（3）～
酶
（4）ATP
ADP+Pi+能量
酶
2、（1）生物体内许多重要的生物化学反应均要在水中才能进行
少量ATP
（2）①化学
光
②ATP
③葡萄糖
酶1
酶2
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精品试卷·第
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