新教材适用2024-2025学年高中生物第5章细胞的能量供应和利用第2节细胞的能量“货币”ATP学案新人教版必修1

第2节细胞的能量“货币”ATP课标要求1．简述ATP的化学组成和特点。2．简述ATP和ADP的相互转化。3．说明ATP在能量代谢中的作用。核心素养1．生命观念——结构与功能观：认同ATP的结构与功能相适应。2．科学思维——分析与综合：ATP与ADP之间的相互转化；理解ATP是驱动细胞生命活动的干脆能源物质。学问点一ATP是一种高能磷酸化合物必备学问·夯实双基1．中文名称：_腺苷三磷酸__。2．结构简式：A—P～P～P，其中A代表_腺苷__，P代表_磷酸基团__，～代表_特别的化学键__。3．特点(1)ATP不稳定的缘由：由于ATP中两个相邻的磷酸基团都_带负电荷而相互排斥__等缘由，使得特别的化学键不稳定，末端磷酸基团有较高的_转移势能__。(2)ATP的水解过程就是_释放能量__的过程，1molATP水说明放的能量高达30.54kJ，所以说ATP是一种_高能磷酸化合物__。4．功能：ATP是驱动细胞生命活动的_干脆能源__物质。5．ATP的供能机理：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，从而使后者发生变更。活学巧练1.ATP是细胞内主要的能源物质。(×)2．ATP由1个腺嘌呤和3个磷酸基团构成。(×)3．ATP是高能磷酸化合物，含3个特别化学键，其中末端的磷酸基团具有较高的转移势能。(×)深化探讨ATP的结构及特点1．依据ATP结构式思索下列问题：(1)图中①②③的结构分别是什么？提示：腺嘌呤、核糖、磷酸基团。(2)腺苷是由图中哪些结构组成的？提示：①②。(3)ATP分子去掉2个磷酸基团后的剩余部分是什么物质？提示：腺嘌呤核糖核苷酸。(4)若ATP完全水解，会得到哪些成分？提示：腺嘌呤、核糖、磷酸。2．为什么ATP中远离A端的特别化学键不稳定？ATP怎样实现能量的转移？提示：由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等缘由，使得这种化学键不稳定，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，从而使后者发生变更。课内探究·名师点睛1.ATP的分子组成(如图)(1)元素组成：ATP是由C、H、O、N、P五种元素组成的，这与核酸的元素组成是相同的。(2)AMP是RNA的基本组成单位之一。(3)ATP的结构组成可以用“1、2、3”来总结，“1”表示1个腺苷，“2”表示两个特别的化学键，“3”表示3个磷酸基团。(4)拓展：ATP是生命活动最主要的干脆能源物质，但不是唯一的干脆能源物质，除ATP外，还有UTP、GTP和CTP。UTP是由一个尿嘧啶、一个核糖、三个磷酸连接而成的；GTP是由一个鸟嘌呤、一个核糖、三个磷酸连接而成的；CTP是由一个胞嘧啶、一个核糖、三个磷酸连接而成的。每个分子去掉两个磷酸基团后都是构成RNA的基本单位，它们的关系如下图所示：这四种物质中，ATP是生物体的干脆能源物质，当人体在运动、汲取氨基酸、葡萄糖等养分物质时都会消耗ATP，ATP是能量“货币”。GTP可用于合成蛋白质，CTP可用于合成脂质，UTP可用于合成多糖。另外，ATP中的核糖若变更为脱氧核糖，就转变为dATP(脱氧腺苷三磷酸)。2．生物体内的能源物质总结(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)干脆能源物质：ATP(6)最终能量来源：太阳能。典例剖析典例1下列关于ATP的叙述中正确的是(C)A．ATP中存在3个特别的化学键B．腺苷三磷酸可简写为A—P—P～PC．ATP是生物体内的干脆能源物质D．靠近A的特别化学键简单断裂解析：ATP中存在2个特别的化学键，A项错误；腺苷三磷酸可简写为A—P～P～P，B项错误；ATP是干脆能源物质，C项正确；远离A的特别化学键简单断裂，D项错误。变式训练❶下列有关ATP结构简图的叙述，正确的是(D)A．图中的A代表腺苷，b、c为特别化学键B．a是组成DNA的基本单位之一C．ATP是生物体内良好的储能物质D．ATP中的“A”与RNA中的碱基“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是生命活动的干脆能源物质，不是良好的储能物质，C项错误；ATP中的“A”代表腺苷，RNA中的碱基“A”代表腺嘌呤，D项正确。学问点二ATP和ADP可以相互转化及ATP的利用必备学问·夯实双基1．过程(1)释放能量：ATP_ADP__＋Pi＋能量。(2)储存能量：ADP＋Pi＋能量_ATP__。2．能量的来源及去路3．缘由及特点(1)缘由：ATP分子中_末端磷酸基团具有较高的转移势能__很简单水解。(2)特点：时刻不停地发生并且处于_动态平衡__之中。4．ATP的利用(1)细胞内吸能反应一般与_ATP水解__的反应相联系，由_ATP水解__供应能量；放能反应一般与_ATP合成__的反应相联系，释放的能量储存在_ATP__中。(2)举例说明有哪些生命活动须要利用ATP：_细胞的主动运输、胞吞胞吐、各种吸能反应，还可用于生物发光发电、肌肉收缩、大脑思索等生命活动__。(3)ATP水说明放的_磷酸基团__使_蛋白质__等分子磷酸化，这在细胞中是常见的。这些分子被磷酸化后，_空间结构发生__变更，_活性__也被变更，因而可以参加_各种化学反应__。活学巧练1.人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。(×)2．ATP能够刚好转化成ADP，这有效地保证了细胞内能量的供应。(√)3．ATP在细胞内含量并不高，活细胞都能产生ATP，也都会消耗ATP。(√)4．ATP中的A不代表腺嘌呤，当脱去两个磷酸后，形成的物质为RNA的基本单位之一。(√)5．ATP水说明放的能量可用于细胞内的吸能反应。(√)深化探讨1.人们不论在运动时还是休息时，细胞内时刻进行着ATP与ADP的相互转化，这种转化属于可逆反应吗？提示：不属于，所需酶及场所和能量来源等不同。2．ATP在细胞内的含量是很少的，如成年人细胞内ADP和ATP的总量仅为2～10mg，而一个正常成年人在静止状态下24h将有40kg的ATP发生转化。为满意能量须要，分析生物体是如何解决这一冲突的？提示：ATP与ADP在细胞内的相互转化是非常快速的，且物质可以重复利用，因此，能满意生命活动对能量的须要。课内探究·名师点睛ATP转化及利用图示图示1：图示2：例：ATP如何为主动运输供能ATPATP水解eq\o(→,\s\up7(Pi与载体结合),\s\do5(载体蛋白空间结构变更))Ca2＋释放到膜外学问贴士(1)光合作用和呼吸作用等放能反应与ATP的合成相联系。(2)主动运输等吸能反应与ATP的分解相联系，所以ATP是干脆供能物质。(3)ATP在生物体内含量很少，又不断通过各种生命活动大量消耗，但ATP在细胞内的转化非常快速，从而使细胞中的ATP总是处于一种动态平衡之中。(4)ATP为生命活动供应的是化学能。(5)ATP是细胞内的干脆供能物质，但并非全部的生命活动所需的能量都是由ATP供应的，如葡萄糖的主动运输所需能量可以来自Na＋的电势差能。典例剖析典例2生物体内能量代谢中ATP的合成和利用过程如图所示。以下说法错误的是(C)A．动植物体内都有呼吸作用为ATP的合成供应能量B．①过程和②过程利用的酶和进行场所不相同C．c表示汲取的能量，d表示释放的能量，两者形式相同D．ATP在活细胞中含量很少，但转化速度很快解析：图示中的a可表示呼吸作用，b可表示光合作用，动植物体内都有呼吸作用为ATP的合成供应能量，A项正确；①过程为ATP的合成，②过程为ATP的水解，二者利用的酶和进行场所不相同，B项正确；c表示ATP合成过程中汲取的能量，主要是光能、化学能，而d表示ATP水说明放的能量，可以有多种形式，C项错误；ATP在活细胞中的含量很少，但转换速度很快，D项正确。变式训练❷在某细胞培育液中加入32P标记的磷酸分子，短时间内分别出细胞的ATP，发觉其含量变更不大，但部分ATP的末端磷酸基团已带上放射性标记，该现象能够说明(B)①ATP中远离腺苷的磷酸基团简单脱离32P②32P标记的ATP是新合成的③ATP是细胞内的干脆能源物质④该过程中ATP既有合成又有分解A．①②③④ B．①②④C．①②③ D．②③④解析：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的磷酸基团简单脱离，形成ADP，①正确；部分ATP的末端磷酸基团已带上放射性标记，说明部分32P标记的ATP是重新合成的，②正确；由于题干中没有说明ATP供能的过程，所以不能说明ATP是细胞内的干脆能源物质，③错误；ATP含量变更不大和部分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，④正确。所以该现象能够说明的是①②④。1．ATP与ADP的转化式的含义细胞内ATP与ADP的循环过程，并不表示化学上的可逆反应。(1)从反应条件上看：由于酶具有专一性，因此，二者反应条件不同。(2)从反应场所上看：ATP的合成场所与分解场所不完全相同。(3)从能量来源上看：二者的能量来源不同。综上所述，ATP和ADP相互转化的过程应推断为“物质是可逆的，能量是不行逆的”或说明为“物质是可以循环利用的，能量是不能循环的”。提示：推断一个化学反应是不是可逆反应，不仅要看反应物和生成物是否相同，还要看反应的条件、场所是否相同。2．ATP与DNA、RNA、核苷酸的联系ATP与DNA、RNA、核苷酸的结构中都含有“A”，但在不同物质中“A”表示的含义不同，如图所示。(1)ATP中的A为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成。(2)DNA分子中的A为腺嘌呤脱氧核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成。(3)RNA分子中的A为腺嘌呤核糖核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸组成。(4)核苷酸中的A为腺嘌呤。由此可见，它们的共同点是都含有腺嘌呤。典例3ATP是细胞的能量“货币”，是生命活动的干脆能源物质，如图为ATP的结构和ATP与ADP相互转化的关系式。下列说法不正确的是(C)ATPeq\o(,\s\up8(酶1),\s\do8(酶2))ADP＋Pi＋能量图2A．ATP和ADP快速转化依靠于酶催化作用具有的高效性B．图2中反应向右进行时，释放能量，图1中的c键断裂C．图1中的“A”代表腺苷，假如b、c特别的化学键都断裂则是构成RNA的基本单位之一D．图2的两个反应总是处于“动态平衡”中，如猛烈运动时ATP分解量增加，此时其合成量也增加解析：ATP和ADP快速转化依靠于酶催化作用具有的高效性，A正确；ATP水解时远离腺苷的特别化学键断裂，释放大量能量，供细胞的生命活动利用，B正确；图1中的“A”代表腺嘌呤，假如b、c特别的化学键都断裂则是构成RNA的基本单位之一，C错误；图2的两个反应总是处于“动态平衡”中，如猛烈运动时ATP分解量增加，此时其合成量也增加，D正确。故选C。学霸记忆1.ATP的结构简式是A—P～P～P，其中“A”表示腺苷，“P”代表磷酸基团，“～”代表特别化学键。2．一个ATP分子中有1个腺苷，3个磷酸基团，其中含有2个特别化学键。3．ATP与ADP相互转化的反应式：ATPeq\o(,\s\up7(酶1),\s\do5(酶2))ADP＋Pi＋能量。4．细胞内ATP与ADP的相互转化的能量供应机制是生物界的共性。5．动物、人、真菌等合成ATP的途径是呼吸作用。6．绿色植物合成ATP的途径是光合作用和呼吸作用。7．ATP是生命活动的干脆能源物质。1．一分子ATP具有的腺苷、特别的化学键、磷酸基团的数量依次为(A)A．1、2、3 B．1、1、2C．1、2、2 D．2、2、3解析：ATP的结构简式为A—P～P～P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，“～”代表特别的化学键，可见，一分子ATP含有1个腺苷、2个特别的化学键、3个磷酸基团。2．(2024·江苏连云港高一期末)下图是生物体内ATP和ADP相互转化表达式，下列相关叙述正确的是(B)ATPeq\o(,\s\up7(酶1),\s\do5(酶2))ADP＋Pi＋能量A．反应须要的酶1和酶2是同一种酶B．ATP与ADP相互转化处于动态平衡C．该反应物质与能量变更都是可逆的D．ATP释放的能量主要用于再合成ATP解析：此反应不是可逆反应，故酶1和酶2不是同一种酶，A错误；此过程物质变更是可逆的，而能量变更是不行逆的，C错误；ATP释放的能量干脆用于其他生命活动，而ATP合成的能量来自光能和有机物中的化学能，D错误。3．结合ATP为主动运输供能示意图，说明ATP为生命活动供能的机理。(1)参加Ca2＋主动运输的载体蛋白是一种_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