人教版必修1第5章第2节细胞的能量货币ATP学案

第2节细胞的能量“货币”ATP一、ATP是一种高能磷酸化合物学习目标素养定位.依据ATP的分子简式，说出ATP的化学组成和特点。.依据ATP与ADP的相互转化,解释ATP在细胞生命活动中的作用.运用结构与功能观,理解ATP作为直接能源物质，其结构与功能相适应。（科学思维）.通过构建ATP和ADP相互转化模型，归纳、概述ATP形成所需能量的主要来源及意义。（科学思维）.中文名称:腺昔三磷酸。.结构简式:A—P〜P〜P。&J核糖A:腺昔——川口人、（腺喋吟符一宁白乂《P:磷酸基团、〜:特殊的化学键.特点（DATP是细胞内的一种高能磷酸化合物,含有2个特殊的化学键,储存大量能量。（2）ATP的化学性质不稳定,这是由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥，即末端磷酸基团具有较高的转移势能。当ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合,从而使后者发生变化。.功能6.细胞内有些化学反应是需要吸收能量的,有些是释放能量的,这些过程一般与ATP的分解和合成相联系,请判断下列说法正确的是(D)A.植物体内的细胞呼吸伴随着ATP的合成,是吸能反应B.由氨基酸脱水缩合形成蛋白质的过程需要消耗ATP,是放能反应C.ATP的能量都储存在特殊的化学键中D.能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通解析:植物体内的细胞呼吸伴随着ATP的合成,是放能反应；由氨基酸脱水缩合形成蛋白质的过程需要消耗ATP,是吸能反应;ATP的普通化学键和特殊化学键中都储存着能量，只不过大量的能量都储存于特殊化学键中;ATP是能量“货币”，能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。［情境］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,从而极大地提高了药物疗效。探究：(DATP的什么结构特点决定了它可以实现药物的按需快速释放？提示:ATP中含有两个特殊化学键,远离腺背的那个特殊化学键容易断裂,释放能量,为智能药物的运输供能。⑵药物输送需要靶向定位到病变部位,能不能说明ATP具有特异性？提示:虽然药物需要靶向运输,但是自然界的ATP分子结构相同，并不具有特异性。课堂小结随堂检测.用Q、B、Y表示ATP中的三个磷酸基团所处的位置（A—P。〜Pb〜Py）,下列叙述正确的是（C）ATP彻底水解能得到5种不同的化合物ATP在生命活动旺盛的细胞中含量多ATP含有2个特殊化学键,3个磷酸基团ATP的化学性质非常稳定,释放的能量可用于各项生命活动解析:ATP彻底水解能得到腺喋吟、核糖、磷酸3种不同的化合物;ATP在细胞中的含量很少，但与ADP的转化速度很快;ATP含有2个特殊化学键,3个磷酸基团;ATP的化学性质不稳定,很容易水解,释放的能量可用于各项生命活动。.下列关于ATP的叙述，不正确的是（B）A.组成ATP的元素有C、H、0、N、PB.ATP水解供能时生成一个腺苜和三个磷酸C.形成ATP时能量可来自光能和化学能D.分解ATP时产生的能量可转化为光能和化学能解析:ATP的结构简式是A—P〜P〜P,组成ATP的化学元素包括C、H、0、N、P;ATP水解供能时生成一个ADP和一个磷酸;形成ATP口寸能量可来自呼吸作用和光合作用，即可来自光能和化学能;分解ATP时产生的能量可用于各项生命活动,可转化为光能和化学能。.ATP和ADP可以相互转化，下面有关的描述中，正确的是（C）ATP在酶的作用下,可以连续脱下3个Pi,释放大量能量ATP在酶的作用下,可以加上一个Pi,储存能量ATP和ADP的相互转化都需要酶参与D.在ATP与ADP的相互转化反应中，物质和能量都是可逆的解析:ATP在ATP水解酶的作用下只能脱去一个磷酸基团;ATP不能再加上磷酸;ATP水解需要ATP水解酶的催化,ATP合成需要ATP合成酶的催化;在ATP与ADP相互转化过程中能量是不可逆的。.在植物、动物、细菌和真菌的细胞内,都是以ATP作为能量“货币”的，请回答下列问题。（DATP的中文名称是,其中A代表,A中含有的单糖是,P代表。（2）ATP的元素组成是,若用15N标记ATP,将会在（填化学结构）中出现15N标记。⑶在生物体内，ATP水解成ADP时,释放的能量直接用于各种反应;ADP合成为ATP所需的能量来自各种反应。解析：（1）ATP的名称是腺甘三磷酸,其中A表示腺甘，由腺喋吟和核糖组成,P表示磷酸基团。（2）ATP的组成元素是C、H、0、N、P,ATP中的N存在于腺昔的腺喋吟中，所以若用l5N标记ATP,将会在腺喋吟中出现15N标记。（3）ATP水解释放大量能量，释放的能量直接用于各种吸能反应;ATP合成时需要吸收能量，由各种放能反应提供。答案：（1）腺昔三磷酸腺甘核糖磷酸基团（2）C、H、0、N、P腺喋吟（3）吸能放能ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。二、ATP与ADP可以相互转化.过程⑴释放能量(ATP水解)：ATP上迎E+Pi+能量。⑵储存能量(合成ATP):ADP+Pi+能量旦.能量的来源及去路.转化的原因及特点(1)原因:ATP中远离腺背的那个特殊的化学键既容易水解,又容易形成。⑵特点:①ATP与ADP的转化是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中的。②ATP与ADP相互转化的能量供应机制,在所有生物的细胞内都是一样的,这体现了生物界的统一性。三、三P的利用.列举利用ATP的实例⑴用于物质的合成。(2)用于肌肉收缩。⑶大脑思考。(4)电蛭发电。⑸用于物质的主动运输。.ATP供能的过程ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化,使其空间结构改变,活性也被改变,因而参与各种化学反应。.ATP是细胞内流通的能量“货币”⑴化学反应中的能量变化与ATP的关系：放能反应:一般与ATP的合成相联系。吸能反应:一般与ATP的水解相联系。⑵能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。判断正误(1)活细胞内ATP与ADP的转化只能单向进行。(X)提示:细胞内ATP与ADP是可以相互转化的。(2)ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。(V)(3)ATP是生物体唯一的能源物质。(X)提示:生物体中还存在其他直接能源物质如GTP,ATP只是绝大多数生命活动的直接能源物质。(4)人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。(X)提示:人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量处于动态平衡。(5)“能量”就是指ATP,ATP就是“能量"o(X)提示:ATP是一种高能磷酸化合物,其特殊的化学键水解时能够释放能量，所以ATP是与能量有关的物质。(6)机体在运动时消耗ATP,睡眠时则不消耗ATP。(X)提示:机体无论是运动还是睡眠状态，都要消耗ATPo探究一ATP是一种高能磷酸化合物如图是ATP的组成,据图分析,讨论，回答下列问题。(DATP的组成元素有哪些?含有几个磷酸基团？提示:C、H、()、N、Po3个。(2)ATP中的“A”和DNA中的碱基“A”含义相同吗?请说明。提示:不同。ATP中的指的是腺昔,包括腺明令和核糖，的含义是3;DNA中的碱基“A”指腺喋吟，“广指胸腺口密咤。(3)ATP彻底水解会得到哪些成分？提示:ATP彻底水解会得到腺喋吟、核糖和磷酸。(4)ATP分子去掉2个磷酸基团后的剩余部分是什么物质?ATP和RNA在组成成分上有怎样的联系？提示:ATP去掉两个磷酸基团后形成的结构是腺噂吟核糖核甘酸,是构成RNA的基本单位之一。(5)ATP中的特殊化学键有几个?为什么不稳定？提示:2个。不稳定是因为两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥。不同化合物中“A”的辨析1.在下列几种化合物的化学组成中，中所对应的含义最接近的化合物简写“A”含义共同点ATP0-P〜p~p腺甘(由腺喋吟和核糖组成)所有“A”都含有腺喋吟DNAT9•CG-.AT腺喋吟脱氧核甘酸RNA腺喋吟核糖核甘酸核昔酸腺噂吟是（B）A.①和②B.⑤和⑥C.③和④D.①和③解析:①是ATP结构简式，其中部分表示腺噂吟核糖核甘酸;②是腺喋吟脱氧核甘酸，其中部分表示腺喋吟;③是DNA片段，其中部分表示腺喋吟脱氧核苜酸;④是RNA片段，其中部分表示腺喋吟核糖核甘酸;⑤是ATP结构简式,其中部分表示腺昔,是腺喋吟和核糖组合在一起;⑥是腺喋吟核糖核昔酸,其中部分表示腺昔，是腺喋吟和核糖组合在一起。所以中所对应的含义最接近的是①和④,⑤和⑥。2.用32P标记磷酸加入细胞培养液,短时间内快速分离ATP,ATP的总含量变化不大，但大部分ATP末端磷酸基团已带有放射性标记。该现象说明（C）ATP是细胞内的直接能源物质ATP中的三个磷酸基团均容易脱落C.该过程ATP既有合成又有分解D.重新合成的ATP中磷均为32P解析：由于题干中没有说明ATP供能的过程,所以不能说明ATP是细胞内的直接能源物质；由于是部分ATP的末端磷酸基团已带上放射性标记,说明ATP中远离A的磷酸基团容易脱离，形成ADP;ATP含量变化不大和部分ATP的末端磷酸基团已带上放射性标记,说明该过程中ATP既有合成又有分解;大部分ATP末端磷酸基团已带有放射性标记,说明新合成的ATP中只有末端的磷是32Po探究二ATP与ADP的相互转化.肌肉收缩的直接能源物质是ATPo人体在安静状态时，肌肉内储存的ATP含量只能供肌肉收缩1〜3s所需。一个人在剧烈运动状态下,每分钟约有0.5kg的ATP分解释放能量，供运动所需。一个成年人在安静的状态下,24h内竟有40kg的ATP被水解。(1)人体中ATP的含量有什么特点？提示:含量少。⑵在剧烈运动时需要的大量能量,是依赖ATP含量升高还是ATP和ADP的快速转化？提示:依赖于ATP和ADP之间的快速转化。.在活细胞中，如图中的循环过程永不停止地进行着。请运用所学知识,分析回答ATP和ADP循环中的有关问题。⑶在人体细胞和绿色植物的叶肉细胞内，与①相应的生理活动有哪些?场所有哪些？提示:人体细胞的呼吸作用，场所有细胞质基质和线粒体。叶肉细胞的光合作用和细胞呼吸，场所有叶绿体、细胞质基质、线粒体。(4)4和A?分别起什么作用？二者相同吗？提示:催化;二者不相同。Ai催化ATP的合成,是合成酶;A?催化ATP的水解,是水解酶。(5)动物细胞中，能量日的来源是什么？②中能量Ez的去向有哪些？提示:主要来自呼吸作用有机物分解所释放的化学能。用于生物的各项生命活动。(6)ATP与ADP之间的相互转化的过程是否为可逆反应?为什么？提示:不可逆，反应类型、条件、酶等不同，物质可逆,能量不可逆。ATP与ADP的相互转化比较3.ATP合成酶是合成ATP所需要的酶,分子结构由凸出于膜外的亲水性头部和嵌入膜内的疏水性尾部组成。当H'顺浓度梯度穿过ATP合成酶时;该酶能催化ADP与Pi形成ATPo下列关于ATP合成酶的分析，错误的是（C）项目ATP的合成ATP的水解反应式ADP+Pi+能量MatpATP与ADP+Pi+能量所需酶ATP合成酶ATP水解酶能量来源光能(光合作用)、化学能(细胞呼吸)储存在特殊化学键中的能量能量去路储存于形成的特殊化学键中用于各项生命活动反应场所细胞质基质、线粒体、叶绿体生物体的需能部位A.ATP合成酶在线粒体、叶绿体内都有分布ATP合成酶既具有催化作用，同时也具有运输作用ATP和ADP的相互转化过程都需要ATP合成酶的催化ATP合成酶催化ADP和Pi形成ATP时，伴随着能量的储存解析:线粒体、叶绿体中都有ATP的合成，含有ATP合成酶;从“ATP合成酶是合成ATP所需要的酶”可知,ATP合成酶具有催化作用，从“当H.顺浓度梯度穿过ATP合成酶”可推测,ATP合成酶具有运输作用；酶具有专一性,ATP水解为ADP需要ATP水解酶的催化,ADP合成ATP需要ATP合成酶的催化;ATP中特殊的化学键中储存着能量,因此形成ATP时伴随着能量的储存。4.如图表示的是ATP与ADP之间的转化，据图可以确定（D）A.M代表ADP,N代表ATPB.能量1和能量2来源相同C.酶1和酶2代表同一种酶D.Xi和X2代表同一种物质解析:由题图分析可知,M为ATP,N为ADP;能量1来自ATP中特殊化学键的断裂,能量2是来自光能或化学能,来源不同；酶1是ATP水解酶,B2是ATP合成酶;Xi和X2都是磷酸，代表同一种物质。探究三ATP的利用阅读教材P88〜89,思考,讨论，回答下列问题。（DATP如何为主动运输提供能量？提示:①参与Ca?+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CG与其相应位点结合时就激活该酶,将ATP水解。②ATP水解释放的磷酸基团与载体蛋白结合即载体蛋白的磷酸化。③载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化,使Ga?.的结合位点转向膜外侧,将Ca"释放到膜外。⑵吸能反应、放能反应与ATP有怎样的关系？提示: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