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第2节 细胞的能量“通货”ATP,一、ATP的化学组成和结构特点 1.ATP的组成与结构:,三磷酸腺苷,C、H、O、N、P,磷酸基团,A-PPP,腺苷,磷酸基团,高能磷酸键,2.ATP的结构特点: (1)一个ATP中含有两个_。 (2)化学性质不稳定,_的高能磷酸键容易水解, 释放出大量能量,也容易重新形成,储存能量。 (3)高能磷酸键中含有大量能量,水解时可以释放 30.54kJ/mol的能量。,高能磷酸键,远离腺苷,二、ATP与ADP的相互转化及ATP的利用 1.ATP与ADP的相互转化: (1)反应式。 ATP _+能量 (2)转化特点。 在细胞中时刻不停地转化并且处于_之中。 ATP与ADP_的能量供应机制,是生物界的共性。,ADP+Pi,动态平衡,相互转化,(3)合成ATP的能量来源。,呼吸作用和光合作用,呼吸作用,2.ATP的利用实例: ATP可以直接为细胞的生命活动提供能量,请完成下图。,主动运输,收缩,思考,发光,【预习自测】 1.生物体内生命活动所需直接能源物质是 ( ) A.葡萄糖 B.糖原 C.ATP D.脂肪 【解析】选C。生物体内进行生命活动的直接能源物质是ATP。,2.ATP的结构式可以简写成 ( ) A.APPP B.APPP C.APPP D.APPP 【解析】选A。A代表腺苷,P代表磷酸基团,代表普通磷酸键,代表高能磷酸键,ATP中有3个磷酸基团,2个高能磷酸键。,3.高等植物体内产生ATP的生理过程有 ( ) A.呼吸作用、自由扩散 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 【解析】选D。高等植物能进行呼吸作用和光合作用,这两个过程都会产生ATP。,4.在ATP中,大量的化学能储存在 ( ) A.腺苷内部 B.腺苷与磷酸基之间 C.磷酸基之间 D.磷酸基内部 【解析】选C。在ATP中,大量的化学能储存在磷酸基之间的高能磷酸键中。,5.细胞内ATP与ADP相互转化的过程中 ( ) A.速率是稳定不变的 B.都有水产生 C.催化反应的酶不同 D.能量可循环利用 【解析】选C。细胞中ATP与ADP的相互转化在不同细胞中速率不同,A错误;转化过程中没有水的生成,B错误;催化二者转化反应的酶不同,C正确;ATP与ADP相互转化过程中能量的来源和去向是不同的,D错误。,主题1 ATP的化学组成和结构特点 【问题探究】 1.ATP的结构及特点:,(1)图中代表的物质: _;_;_;_。 (2)据图分析,若1分子ATP完全水解,可得到的物质是: _。,腺嘌呤核糖核苷酸,腺苷(A),ADP,ATP,1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸,(3)探讨ATP中的“A”“T”与组成DNA分子的“A”“T”的含义。,腺苷,3个,腺嘌呤,胸腺嘧啶,2.ATP结构中的数量关系: (1)每个ATP分子含有的磷酸键个数和种类分别是: _。 (2)从数量上看,ATP分子中腺苷、磷酸基团的比例关系 是_。 (3)30个腺苷和60个磷酸基团最多能组成ATP的个数是 _个。,3个;2个高能磷酸键和1个普通磷酸键,13,20,【探究总结】 ATP的结构和数量关系 (1)ATP结构。 1分子ATP由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸基团构成。 ATP=腺苷+磷酸;腺苷=腺嘌呤+核糖。 (2)ATP结构中的数量关系。 1个ATP分子中含1个腺苷,2个高能磷酸键,3个磷酸基团。,【探究训练】 1.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。ATP分子末端的磷酸基团转移至腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)上,即ATP分子(含3个磷酸基团)转化为ADP(含2个磷酸基团),AMP(含1个磷酸基团)结合磷酸转化为ADP(含2个磷酸基团)。,2.下图表示与ATP相关的部分结构示意图,下列分析中正确的是 ( ),A.a表示ADP,与ATP相比少了一个磷酸 B.b表示腺嘌呤核苷,是ATP中“A”代表的含义 C.c表示腺嘌呤核糖核苷酸,它是构成RNA的基本单位 D.d表示ATP,是生物体的直接供能物质,【解题指南】(1)图示信息:腺嘌呤(A)和磷酸基团都连 在核糖上。 (2)解题关键:区别ATP与ADP,明确ATP各字母表示的含义。 【解析】选D。图中a、b、c、d依次表示的结构越来越 复杂,其中a为腺嘌呤核苷,是ATP中“A”的含义;b为腺 嘌呤核糖核苷酸,它是构成RNA的基本单位;c表示ADP, 可与ATP相互转化;d为ATP,是生物体的直接供能物质。,【补偿训练】 下列有关ATP结构与功能的叙述中,正确的是 ( ) A.ATP中含有C、H、O、N、P元素 B.ATP分子脱去两个磷酸基团以后的剩余部分就成为DNA的基本组成单位中的一种,C.ATP中的第三个磷酸基团和第二个磷酸基团很容易从ATP脱离释放能量 D.ATP分子中所有化学键都储存着大量的能量,所以被称为高能磷酸化合物,【解题指南】解答本题需注意两个问题: (1)ATP中含有两个高能磷酸键,其中远离A的那个高能磷酸键容易水解释放能量。 (2)将ATP去掉两个磷酸基团后,剩余部分是腺嘌呤核糖核苷酸。,【解析】选A。ATP中含有C、H、O、N、P元素,故A正确。ATP分子脱去两个磷酸基团后,剩余部分是腺嘌呤核糖核苷酸,是RNA的基本组成单位之一,故B错误。ATP中的第三个磷酸基团容易从ATP脱离,释放能量,第二个磷酸基团不容易脱离,故C错误。ATP中含有两个高能磷酸键和一个普通化学键,故D错误。,主题2 ATP与ADP的相互转化及ATP的利用 【问题探究】 1.ATP与ADP的相互转化: (1)分析教材ATP与ADP相互转化示意图及ADP转化成ATP时所需能量的主要来源示意图,填写下表:,水解酶,合成酶,远离腺苷(A)的高能,磷酸键,呼吸作用、光合作用,用于各项生命活动,储存于ATP中,(2)ATP与ADP的相互转化过程中物质和能量是否可以循 环利用? 物质:_。 能量:_ _。,可以。ADP和Pi是可以循环利用的,不可以。ATP水解转化成ADP时释放的能量供各,种生命活动利用,不能再重复利用,2.ATP的利用: (1)探讨细胞中的吸能反应、放能反应与ATP的关系: 细胞中的吸能反应:与_相联系。 细胞中的放能反应:与_相联系。,ATP的水解,ATP的合成,(2)ATP在生物体内含量非常少,比如成年人体内的ADP和ATP总量仅为210mg,而一个正常成年人在静止状态下24小时将有40kg的ATP发生转化。为满足能量需要,分析生物体是如何解决这一矛盾的。 提示:虽然ATP在生物体内含量非常少,但是生物体内ATP与ADP的相互转化是十分迅速的,且物质可以循环利用,因此可以满足生物体生命活动对能量的需求。,【拓展延伸】ATP转化成的其他形式的能量 1.机械能:生物体内的细胞以及细胞内各种结构的运动所消耗的就是机械能。例如,纤毛和鞭毛的摆动、肌肉收缩等。 2.电能:生物体内神经冲动的传导和某些生物能够产生生物电,消耗的就是电能。,3.渗透能:细胞的主动运输是逆浓度梯度进行的,消耗能量,而这些能量也来自ATP。 4.化学能:生物体内物质的合成,小分子物质合成大分子物质,必须有直接或间接的能量供应。,5.光能:萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶,荧光素接受ATP提供的能量后就被激活,在荧光素酶的作用下,激活的荧光素与氧发生化学反应,形成氧化荧光素并且发出荧光。 6.热能:生物体内热能的形成来源于有机物的氧化分解。大部分的热能通过各种途径散失到外界环境中,只有一小部分用于维持体温。,【探究总结】 ATP与ADP的相互转化及利用 (1)ATP与ADP的相互转化。 ATP合成:需要酶的催化,由动物的呼吸作用和植物的光合作用与呼吸作用提供能量。 ATP水解:需要酶的催化,由ATP中远离A的那个高能磷酸键水解释放能量,释放的能量用于各项生命活动。 两者转化时,物质可逆,能量不可逆。,(2)ATP的利用特点。 ATP是生物体内的直接能源物质。 虽然在生物体内含量少,但是ATP与ADP的相互转化十分迅速。,【规律方法】生物体中与能量有关的物质 (1)直接能源物质ATP。 (2)主要的能源物质糖类。 (3)主要的储能物质脂肪。 (4)植物特有的储能物质淀粉。 (5)动物特有的储能物质糖原。,【探究训练】 1.下图为细胞中ATP与ADP相互转化示意图,下列有关叙述错误的是 ( ),A.在一个活细胞中,时刻进行着过程和 B.过程和也可以发生在同一个细胞器内 C.过程中需要的能量不是过程释放的 D.维持人体体温的热能主要来自过程中的能量,【解题指南】(1)图像信息:图中过程为ATP的合成,过程为ATP的水解。 (2)关键信息:过程中的能量来自光合作用或细胞呼吸,过程中的能量来自ATP中的高能磷酸键。,【解析】选D。ATP为直接能源物质,在一个活细胞中,时刻进行着ATP的转化过程;ATP的合成与水解也可以发生在同一个细胞器内,如叶绿体;过程为ATP的合成过程,需要的能量来自呼吸作用或光合作用;维持人体体温的热能主要来自呼吸作用释放的能量。,2.如图是生物体内ATP合成与分解示意图,下列叙述正确的是 ( ),A.能量1可以来自蔗糖的合成 B.能量1可以来自蛋白质水解为氨基酸的过程 C.能量2可以用于叶绿体中H2O的光解 D.能量2可以用于吸能反应,【解题指南】解答本题关键是注意两点: (1)能量1是合成ATP时消耗的能量,能量2是水解ATP时释放的能量。 (2)蔗糖的水解是吸能反应。,【解析】选D。能量1是合成ATP的能量,可以是光能,也可以是有机物中的化学能,蔗糖的合成是需要消耗能量的,故A错误。蛋白质水解为氨基酸也需要能量,故B错误。能量2是ATP水解释放出的能量,叶绿体中水的光解是产生ATP的,故C错误。ATP释放出的能量用于细胞的吸能反应,故D正确。,【课堂小结】,
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