遼寧省沈陽(yáng)市第二十一中學(xué)高中生物 第五章第二節(jié)《細(xì)胞的能量通貨》新人教版必修1

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1、 第2節(jié)細(xì)胞的能量“通貨”ATP 1知識(shí)：(1)簡(jiǎn)述ATP的化學(xué)組成和特點(diǎn)；(2)寫出ATP的分子簡(jiǎn)式；(3)解釋ATP在能量代謝中的作用。 2情感態(tài)度與價(jià)值觀：通過ATP在細(xì)胞代謝中的作用，認(rèn)識(shí)生命現(xiàn)象的本質(zhì)，進(jìn)一步樹立唯物主義觀點(diǎn)。 3能力：(1)通過ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化關(guān)系的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)辯證思維能力；(2)學(xué)會(huì)分析比較在生物體生命活動(dòng)中，ATP如何生成、消耗，找出能量代謝的規(guī)律。 4重點(diǎn)與難點(diǎn)：(1)ATP化學(xué)組成的特點(diǎn)及其在能量代謝中的作用；(2)ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化。 (一)問題探討 1熒火蟲發(fā)光的生物學(xué)意義主要是相互傳遞求偶信號(hào)，以便交尾、繁衍后代。 2熒火蟲腹部后端細(xì)胞內(nèi)的熒

2、光素，是其特有的發(fā)光物質(zhì)。 3有。螢光蟲腹部細(xì)胞內(nèi)一些有機(jī)物中儲(chǔ)存的化學(xué)能，只有在轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽軙r(shí)，螢光蟲才能發(fā)光。 (二)思考與討論 11分子葡萄糖所含的能量，約是1分子ATP所含能量的94倍(指ATP轉(zhuǎn)化為ADP時(shí)釋放的能量)。 2有道理。糖類和脂肪分子中的能量很多而且很穩(wěn)定，不能被細(xì)胞直接利用。這些穩(wěn)定的化學(xué)能只有轉(zhuǎn)化成ATP分子中活躍的化學(xué)能，才能被細(xì)胞直接利用。 1生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)是_，它的中文名稱叫做_。 2ATP的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是_，其中A代表_；代表_；P代表_。 3ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化：ATP的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定。在有關(guān)酶的作用下，ATP分子中_高能磷酸鍵很容易水解，儲(chǔ)存在這個(gè)_

3、中的能量釋放出來，ATP就轉(zhuǎn)化成_。在有關(guān)酶的作用下，ADP可以接受能量，同時(shí)與一個(gè)游離的Pi結(jié)合，重新形成_ _ _ _ _ _ _ _ 。 AT P 和 A D P 相 互 轉(zhuǎn) 化 關(guān) 系 式 可 以 表 示 為_。 4ATP的合成：ATP的合成所需的能量來源對(duì)于動(dòng)物來說來自_；對(duì)于植物來說來自_。 5ATP的利用：ATP水解釋放的能量用于_，因此，可以形象地把ATP比喻成細(xì)胞內(nèi)的能量_。 答案：1.ATP三磷酸腺苷 2APPP腺嘌呤核苷高能磷酸鍵磷酸 3遠(yuǎn)離腺苷的高能磷酸鍵ADPATPADPPi ATP 4呼吸作用呼吸作用和光合作用 5循環(huán)流通通貨 ATP是細(xì)胞中普遍存在的一種高能磷酸化

4、合物。ATP是三磷酸腺苷的英文名稱縮寫。ATP分子的結(jié)構(gòu)式可以簡(jiǎn)寫成APPP，其中A代表腺苷，P代表磷酸基團(tuán)，代表一種特殊的化學(xué)鍵，當(dāng)這種化學(xué)鍵水解時(shí)，放出的能量是一般化學(xué)鍵放出能量的2倍以上。例如，每摩爾的高能磷酸鍵放出的能量約是30.54kJ，而一般的PO鍵只放出能量8.3720.92kJ。因此，這樣的化學(xué)鍵叫做高能磷酸鍵，ATP分子中大量的能量就儲(chǔ)存在高能磷酸鍵中。ATP可以水解，這實(shí)際上是指ATP分子中高能磷酸鍵的水解。高能磷酸鍵水解時(shí)釋放的能量多達(dá)30.54kJ/mol，所以說ATP是細(xì)胞內(nèi)的一種高能磷酸化合物。 1下列關(guān)于ATP的敘述中，正確的是() AATP分子中所有化學(xué)鍵都儲(chǔ)存

5、著大量的能量，所以被稱為高能磷酸化合物 B三磷酸腺苷可簡(jiǎn)寫為APPP CATP中大量的能量都儲(chǔ)存在腺苷和磷酸基團(tuán)中 DATP中大量的能量?jī)?chǔ)存在高能磷酸鍵中 解析：三磷酸腺苷的分子式可簡(jiǎn)寫為APPP，其中，P與P之間的高能磷酸鍵儲(chǔ)存著大量的能量，所以稱為高能磷酸化合物。 答案：D 30個(gè)腺苷和60個(gè)磷酸基最多能組成多少個(gè)ATP() A10B20 C30 D60 答案：B 解析：每個(gè)ATP有3個(gè)磷酸基，所以60個(gè)磷酸基最多組成20個(gè)ATP。 ADP是二磷酸腺苷的英文名稱縮寫，分子式可簡(jiǎn)寫成APP。從分子簡(jiǎn)式中可以看出，ADP比ATP少了一個(gè)磷酸基團(tuán)和一個(gè)高能磷酸鍵。ATP的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，在有關(guān)酶

6、的催化作用下，ATP分子中遠(yuǎn)離A的那個(gè)高能磷酸鍵很容易水解，于是，遠(yuǎn)離A的那個(gè)P就脫離開來，形成游離的Pi(磷酸)，同時(shí)，儲(chǔ)存在這個(gè)高能磷酸鍵中的能量釋放出來，ATP就轉(zhuǎn)化成ADP，這個(gè)過程通常稱為ATP的水解。ATP水解時(shí)釋放出的能量，可直接用于各項(xiàng)生命活動(dòng)，如細(xì)胞分裂、根細(xì)胞通過主動(dòng)運(yùn)輸從土壤中吸收礦質(zhì)元素和肌肉收縮等。 對(duì)于所有的活細(xì)胞來說，幾乎都是用ATP作為直接能源物質(zhì)，推動(dòng)著新陳代謝中的化學(xué)反應(yīng)順利地進(jìn)行。ATP在新陳代謝中的作用如此重要，那么細(xì)胞中ATP的含量是不是很高呢？其實(shí)，ATP在細(xì)胞中的含量是很少的。當(dāng)細(xì)胞中ATP的含量過分減少時(shí)，在一種酶的催化作用下，ADP可以接受能量

7、，同時(shí)與一個(gè)磷酸結(jié)合，形成一個(gè)高能磷酸鍵，從而轉(zhuǎn)化成ATP。 綜上所述，細(xì)胞內(nèi)的ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化使細(xì)胞內(nèi)的ATP含量總是處在一種動(dòng)態(tài)平衡之中，這對(duì)于穩(wěn)定生物體內(nèi)的供能環(huán)境，保證生物體新陳代謝的順利進(jìn)行具有重要的意義。ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化，實(shí)際上就是ATP中最末端的高能磷酸鍵的形成與斷開。當(dāng)形成這個(gè)高能磷酸鍵時(shí)，必然從環(huán)境中吸收能量，這些能量主要來自細(xì)胞呼吸和綠色植物的光合作用。當(dāng)ATP中最末端的高能磷酸鍵斷開時(shí)，必然釋放能量，這些能量被細(xì)胞的各項(xiàng)生命活動(dòng)所利用。 小結(jié)：ATP的形成途徑 對(duì)于動(dòng)物、人、真菌和大多數(shù)細(xì)菌來說，均來自細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞呼吸時(shí)有機(jī)物分解所釋放的能量；

8、對(duì)于綠色植物來說，除了依賴細(xì)胞呼吸所釋放的能量外，在葉綠體內(nèi)進(jìn)行光合作用時(shí)，ADP轉(zhuǎn)化為ATP還利用了光能。 2關(guān)于葉肉細(xì)胞在光照條件下產(chǎn)生ATP的描述，正確的是 () A無(wú)氧條件下，光合作用是細(xì)胞ATP的唯一來源 B有氧條件下，線粒體、葉綠體和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)都能產(chǎn)生ATP C線粒體和葉綠體合成ATP都依賴氧 D細(xì)胞質(zhì)中消耗的ATP均來源于線粒體和葉綠體 解析：植物葉肉細(xì)胞的ATP來源有兩個(gè)：光合作用和呼吸作用，葉綠體合成ATP并不依賴氧；細(xì)胞質(zhì)中代謝所需的ATP主要來源于線粒體。 答案：B 高等植物體內(nèi)產(chǎn)生ATP的生理過程有() A細(xì)胞呼吸、滲透作用 B細(xì)胞呼吸、蒸騰作用 C光合作用、主動(dòng)運(yùn)輸

9、D光合作用、細(xì)胞呼吸 答案：D 解析：生物體內(nèi)產(chǎn)生ATP，是由ADP接受能量，結(jié)合上一分子磷酸形成的。對(duì)于綠色植物來說，ADP轉(zhuǎn)化成ATP所需要的能量，除了來自細(xì)胞呼吸(主要是有氧呼吸)分解有機(jī)物釋放出的能量外，還可以來自光合作用。 細(xì)胞中絕大多數(shù)需要能量的生命活動(dòng)都是由ATP直接提供能量的，ATP是生物體內(nèi)直接供給可利用能量的物質(zhì)，是細(xì)胞內(nèi)能量轉(zhuǎn)換的“中轉(zhuǎn)站”。各種形式的能量轉(zhuǎn)換都是以ATP為中心環(huán)節(jié)的。生物體內(nèi)由于有各種酶作為生物催化劑，同時(shí)又有細(xì)胞中生物膜系統(tǒng)的存在，因此，ATP中的能量可以直接轉(zhuǎn)換成其他各種形式的能量，用于各項(xiàng)生命活動(dòng)。這些能量形式主要有以下幾種： 1機(jī)械能生物體內(nèi)的細(xì)

10、胞以及細(xì)胞內(nèi)各種結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)都在做機(jī)械功，所消耗的就是機(jī)械能。例如，纖毛和鞭毛的擺動(dòng)、肌細(xì)胞的收縮、細(xì)胞分裂期間染色體的運(yùn)動(dòng)等，都是由ATP提供能量來完成的。 2電能生物體內(nèi)神經(jīng)系統(tǒng)傳導(dǎo)沖動(dòng)和某些生物能夠產(chǎn)生電流，所做的電功消耗的就是電能。電能也是由ATP所提供的能量轉(zhuǎn)換而成的。 3滲透能細(xì)胞的主動(dòng)運(yùn)輸是逆濃度梯度進(jìn)行的，物質(zhì)過膜移動(dòng)所做的功消耗了能量，這些能量叫做滲透能，滲透能也來自ATP。 4化學(xué)能生物體內(nèi)物質(zhì)的合成需要化學(xué)能，小分子物質(zhì)合成大分子物質(zhì)時(shí)，必須有直接或間接的能量供應(yīng)。另外，物質(zhì)在分解的開始階段，也需要化學(xué)能來活化成能量較高的物質(zhì)(如葡萄糖活化成磷酸葡萄糖)。在生物體的物質(zhì)代謝

11、中，可以說到處都需要由ATP轉(zhuǎn)換的化學(xué)能來做化學(xué)功。 5光能例如螢火蟲尾部的發(fā)光細(xì)胞中含有熒光素和熒光素酶。熒光素接受ATP提供的能量后就被激活，在熒光素酶的催化作用下，激活的熒光素與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成氧化熒光素并且發(fā)出熒光。 6熱能生物體內(nèi)的熱能，來源于有機(jī)物的氧化分解。大部分的熱能通過各種途徑向外界環(huán)境散發(fā)，只有一小部分熱能用于維持細(xì)胞或恒溫動(dòng)物的體溫。通常情況下，熱能的形成往往是細(xì)胞能量轉(zhuǎn)換和傳遞過程中的副產(chǎn)品。 細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)有些是需要吸收能量的，有些是釋放能量的。吸能反應(yīng)總是與ATP水解的反應(yīng)相聯(lián)系，由ATP水解提供能量；放能反應(yīng)總是與ATP的合成相聯(lián)系，釋放的能量?jī)?chǔ)存在ATP中

12、。也就是說，能量通過ATP分子在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間循環(huán)流通。因此，可以形象地把ATP比喻成細(xì)胞內(nèi)流通的能量“通貨”。正是由于細(xì)胞內(nèi)具有ATP這種能量“通貨”，細(xì)胞才能及時(shí)而持續(xù)地滿足各項(xiàng)生命活動(dòng)對(duì)能量的需求。 3在劇烈運(yùn)動(dòng)中，人體骨骼肌所需要的能量，直接來源于() A肌糖原B磷酸肌酸 C葡萄糖 DATP 解析：生物體進(jìn)行生命活動(dòng)所需要的能量都直接來源于ATP(三磷酸腺苷)，除此之外，不可能從其他途徑獲得能量。題中的“直接”二字是關(guān)鍵。肌肉收縮所需要的能量是直接由ATP水解成ADP時(shí)釋放出來的，肌肉細(xì)胞無(wú)論是進(jìn)行有氧呼吸，還是進(jìn)行無(wú)氧呼吸，它們釋放的能量都必須轉(zhuǎn)移給ATP，然后才能被肌細(xì)胞利

13、用。假如要問肌肉細(xì)胞活動(dòng)所需要的主要能源物質(zhì)，則應(yīng)是糖類。 答案：D 生物體內(nèi)既能儲(chǔ)存能量，又能為生命活動(dòng)直接提供能量的物質(zhì)是 () A葡萄糖 B糖原 C三磷酸腺苷 D脂肪 答案：C 解析：生物體內(nèi)能夠儲(chǔ)存能量的物質(zhì)很多，如糖類、脂肪等，但它們儲(chǔ)存的能量不能直接用于生命活動(dòng)。三磷酸腺苷的高能磷酸鍵中儲(chǔ)存著能量，只有這些能量才能直接用于各項(xiàng)生命活動(dòng)。 ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)變伴隨著能量的釋放和儲(chǔ)存，因此與生物體的新陳代謝密切相關(guān)，可用下式表示二者的轉(zhuǎn)變過程： 有人認(rèn)為，ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)變關(guān)系是一種可逆反應(yīng)，理由是存在可逆符號(hào)“”。根據(jù)化學(xué)中講到的可逆反應(yīng)特點(diǎn)：無(wú)論正逆反應(yīng)都能在同一條件下同

14、時(shí)進(jìn)行，可知上述反應(yīng)不是可逆反應(yīng)，原因是： (1)從反應(yīng)條件上看：ATP的分解是一種水解反應(yīng)，催化該反應(yīng)的酶屬于水解酶，而ATP的合成是一種合成反應(yīng)，催化該反應(yīng)的酶屬于合成酶。由酶的專一性可知，上述反應(yīng)的條件是不同的。 (2)從ATP合成與分解的場(chǎng)所上看：ATP合成的場(chǎng)所有細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體和葉綠體；而ATP分解的場(chǎng)所有細(xì)胞膜(供主動(dòng)運(yùn)輸消耗的能量)、葉綠體基質(zhì)(將ATP中的能量釋放出來，儲(chǔ)存在合成的有機(jī)物中)、細(xì)胞核(DNA復(fù)制和RNA合成所消耗的能量)等。因此，其合成與分解的場(chǎng)所不盡相同。顯然上述反應(yīng)并不是同時(shí)進(jìn)行的。 (3)從能量上看：ATP水解的能量是儲(chǔ)存在高能磷酸鍵內(nèi)的化學(xué)能，釋放出

15、來后供各種生命活動(dòng)之用，不能再由Pi和ADP形成ATP而儲(chǔ)存；而合成ATP的能量主要是有機(jī)物中的化學(xué)能和太陽(yáng)能。因此，反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物中的能量來源是不同的；正反應(yīng)中釋放出的能量的流向也是不可逆的。 綜上所述，對(duì)反應(yīng)式“ATP ADPPi能量”在生物體內(nèi)的過程應(yīng)判斷為“物質(zhì)是可逆的，能量是不可逆的，且酶也是不相同的”，或者把反應(yīng)式表示為： ATP ADPPi能量 細(xì)胞代謝不僅需要酶，而且需要能量。我們知道，糖類是細(xì)胞的主要能源物質(zhì)之一，脂肪是生物體內(nèi)儲(chǔ)存能量的主要物質(zhì)，但是這些有機(jī)物中的能量都不能直接被生物利用，它們只有在細(xì)胞中隨著這些有機(jī)物逐步氧化分解而釋放出來，并且儲(chǔ)存在ATP中，才能被生物

16、利用，所以說細(xì)胞代謝所需要的能量是由細(xì)胞內(nèi)的ATP直接提供的，ATP是細(xì)胞代謝所需能量的直接來源。 特別提醒： (1)糖類、脂肪、蛋白質(zhì)生物體內(nèi)的能源物質(zhì)。 (2)淀粉植物細(xì)胞中儲(chǔ)能的物質(zhì)。 (3)糖原動(dòng)物細(xì)胞中儲(chǔ)能的物質(zhì)。 (4)糖類生物體進(jìn)行生命活動(dòng)的主要能源物質(zhì)。 (5)ATP生物體內(nèi)的直接能源物質(zhì)。 在自然界中生物的發(fā)光現(xiàn)象普遍存在，生物通過細(xì)胞的生化反應(yīng)而發(fā)光。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究螢火蟲的發(fā)光強(qiáng)度與ATP濃度的關(guān)系。 (1)實(shí)驗(yàn)材料：螢火蟲的熒光器曬干后研磨成的粉末、ATP粉末、蒸餾水、大小相同的小燒杯若干、大小相同的試管若干、標(biāo)簽紙若干等其他實(shí)驗(yàn)所需材料。 (2)實(shí)驗(yàn)原理：螢火蟲的熒光器

17、中相關(guān)酶利用ATP而發(fā)光。 (3)實(shí)驗(yàn)步驟： 配置6種不同濃度的等濃度梯度的ATP溶液置于6只大小相同的小燒杯中，分別貼上標(biāo)簽。 將_分成若干等份分別放于6支試管中，貼上標(biāo)簽。 在6支試管中加入_。 觀察6支試管的發(fā)光現(xiàn)象并記錄。 (4)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象預(yù)測(cè)及結(jié)論：現(xiàn)象預(yù)測(cè)結(jié)論發(fā)光現(xiàn)象隨ATP溶液濃度的升高而逐漸增強(qiáng)熒光強(qiáng)度與ATP濃度_發(fā)光現(xiàn)象隨ATP溶液濃度的升高而_熒光強(qiáng)度與ATP濃度_熒光強(qiáng)度與ATP濃度無(wú)關(guān) (5)最可能的結(jié)果是：_ _。 解析：本題屬于實(shí)驗(yàn)探究題，同學(xué)們要知道，探究性實(shí)驗(yàn)中的結(jié)論是不確定的，會(huì)有多種可能。本實(shí)驗(yàn)的目的是探究螢火蟲的發(fā)光強(qiáng)度與ATP濃度的關(guān)系，因此我們需要配制

18、一系列不同濃度的ATP溶液，然后將等量的螢火蟲熒光器粉末放入上述溶液中，觀察不同濃度的ATP溶液中粉末的發(fā)光情況。本實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象可能有三種：(1)發(fā)光現(xiàn)象隨ATP溶液濃度的升高而逐漸增強(qiáng)；(2)發(fā)光現(xiàn)象隨ATP溶液濃度的升高而逐漸減弱；(3)在ATP溶液不同濃度的條件下，發(fā)光現(xiàn)象沒有變化。根據(jù)所學(xué)知識(shí)可以得出各現(xiàn)象說明的結(jié)論。 答案：(3)熒光器粉末等量的不同濃度的ATP溶液 (4)成正相關(guān)逐漸減弱成負(fù)相關(guān)在ATP溶液濃度不同的條件下，發(fā)光現(xiàn)象沒有變化 (5)在ATP濃度的一定范圍內(nèi)，熒光強(qiáng)度與ATP濃度成正相關(guān) 1下列關(guān)于ATPADP相互轉(zhuǎn)變的敘述中，正確的是 () AATP、ADP在細(xì)胞內(nèi)的

19、儲(chǔ)存量很大 BATPADP相互轉(zhuǎn)變時(shí)的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)變都是可逆的 CATPADP相互轉(zhuǎn)變時(shí)都涉及兩個(gè)磷酸基團(tuán)的去留 DATP中的能量既可供合成代謝需要也可供某些分解代謝需要 答案：D 解析：本題可用排除法求解。 2在ATP分子中很容易斷裂和重新形成的化學(xué)鍵是 () A靠近腺苷的高能磷酸鍵 B腺苷與相鄰磷酸基之間的鍵 C遠(yuǎn)離腺苷的高能磷酸鍵 D以上三鍵 答案：C 解析：遠(yuǎn)離腺苷的高能磷酸鍵易于斷裂和重新形成。 3一分子ATP中含有的高能磷酸鍵和磷酸基數(shù)分別為 () A3和3B3和2 C2和3 D2和2 答案：C 解析：一分子ATP中含有3個(gè)磷酸基，2個(gè)高能磷酸鍵。 420個(gè)腺苷和46個(gè)磷酸，在一定

20、條件下最多可能合成多少個(gè)ATP分子 () A60 B30 C20 D15 答案：D 解析：20個(gè)腺苷需要60個(gè)磷酸基，而題中只提供了46個(gè)。因此應(yīng)以46個(gè)磷酸基為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。 5根據(jù)反應(yīng)式ATP ADPPi能量，回答下列問題： (1)在光合作用的光反應(yīng)中，反應(yīng)方向向_，能量來自_。在 光 合 作 用 暗 反 應(yīng) 中 ， 反 應(yīng) 方 向 向 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ， 能 量 用 于_。 ( 2 ) 細(xì) 胞 呼 吸 時(shí) 反 應(yīng) 方 向 向 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ， 能 量 來 自_。 (3)根吸收礦質(zhì)元素離子的過程，反應(yīng)方向向_，能量用于_。 答案：(1)左陽(yáng)光右還原CO2 (2)左葡萄糖的氧化分解 (3)右主動(dòng)運(yùn)輸 解析：光合作用光反應(yīng)中可以形成ATP，暗反應(yīng)中ATP釋放能量還原CO2；細(xì)胞呼吸中葡萄糖釋放能量，可以形成ATP；根主動(dòng)吸收礦質(zhì)元素離子需ATP供能。對(duì)這些知識(shí)認(rèn)識(shí)不全面會(huì)導(dǎo)致答錯(cuò)。光合作用光反應(yīng)中，光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能貯存到ATP中，反應(yīng)向左進(jìn)行，能量來自光能；暗反應(yīng)中，ATP水解，反應(yīng)向右進(jìn)行，ATP水解釋放的能量用來還原CO2，最終貯藏在葡萄糖中。而細(xì)胞呼吸分解的主要是葡萄糖，將葡萄糖中的能量轉(zhuǎn)移到ATP中，反應(yīng)向左進(jìn)行。根吸收礦質(zhì)元素離子的過程是主動(dòng)運(yùn)輸過程，需要消耗能量，反應(yīng)向右進(jìn)行。