辽宁省沈阳市第二十一中学高中生物 第五章第二节《细胞的能量通货》新人教版必修1

第2节细胞的能量“通货”ATP 1知识：(1)简述ATP的化学组成和特点；(2)写出ATP的分子简式；(3)解释ATP在能量代谢中的作用。 2情感态度与价值观：通过ATP在细胞代谢中的作用，认识生命现象的本质，进一步树立唯物主义观点。 3能力：(1)通过ATP与ADP相互转化关系的学习，培养辩证思维能力；(2)学会分析比较在生物体生命活动中，ATP如何生成、消耗，找出能量代谢的规律。 4重点与难点：(1)ATP化学组成的特点及其在能量代谢中的作用；(2)ATP和ADP的相互转化。 (一)问题探讨 1荧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荧火虫腹部后端细胞内的荧光素，是其特有的发光物质。 3有。萤光虫腹部细胞内一些有机物中储存的化学能，只有在转变为光能时，萤光虫才能发光。 (二)思考与讨论 11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。 1生命活动的直接能源物质是_，它的中文名称叫做_。 2ATP的结构简式是_，其中A代表_；代表_；P代表_。 3ATP与ADP的相互转化：ATP的化学性质不稳定。在有关酶的作用下，ATP分子中_高能磷酸键很容易水解，储存在这个_中的能量释放出来，ATP就转化成_。在有关酶的作用下，ADP可以接受能量，同时与一个游离的Pi结合，重新形成_ _ _ _ _ _ _ _ 。 AT P 和 A D P 相 互 转 化 关 系 式 可 以 表 示 为_。 4ATP的合成：ATP的合成所需的能量来源对于动物来说来自_；对于植物来说来自_。 5ATP的利用：ATP水解释放的能量用于_，因此，可以形象地把ATP比喻成细胞内的能量_。 答案：1.ATP三磷酸腺苷 2APPP腺嘌呤核苷高能磷酸键磷酸 3远离腺苷的高能磷酸键ADPATPADPPi ATP 4呼吸作用呼吸作用和光合作用 5循环流通通货 ATP是细胞中普遍存在的一种高能磷酸化合物。ATP是三磷酸腺苷的英文名称缩写。ATP分子的结构式可以简写成APPP，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，代表一种特殊的化学键，当这种化学键水解时，放出的能量是一般化学键放出能量的2倍以上。例如，每摩尔的高能磷酸键放出的能量约是30.54kJ，而一般的PO键只放出能量8.3720.92kJ。因此，这样的化学键叫做高能磷酸键，ATP分子中大量的能量就储存在高能磷酸键中。ATP可以水解，这实际上是指ATP分子中高能磷酸键的水解。高能磷酸键水解时释放的能量多达30.54kJ/mol，所以说ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物。 1下列关于ATP的叙述中，正确的是() AATP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 B三磷酸腺苷可简写为APPP CATP中大量的能量都储存在腺苷和磷酸基团中 DATP中大量的能量储存在高能磷酸键中 解析：三磷酸腺苷的分子式可简写为APPP，其中，P与P之间的高能磷酸键储存着大量的能量，所以称为高能磷酸化合物。 答案：D 30个腺苷和60个磷酸基最多能组成多少个ATP() A10B20 C30 D60 答案：B 解析：每个ATP有3个磷酸基，所以60个磷酸基最多组成20个ATP。 ADP是二磷酸腺苷的英文名称缩写，分子式可简写成APP。从分子简式中可以看出，ADP比ATP少了一个磷酸基团和一个高能磷酸键。ATP的化学性质不稳定，在有关酶的催化作用下，ATP分子中远离A的那个高能磷酸键很容易水解，于是，远离A的那个P就脱离开来，形成游离的Pi(磷酸)，同时，储存在这个高能磷酸键中的能量释放出来，ATP就转化成ADP，这个过程通常称为ATP的水解。ATP水解时释放出的能量，可直接用于各项生命活动，如细胞分裂、根细胞通过主动运输从土壤中吸收矿质元素和肌肉收缩等。 对于所有的活细胞来说，几乎都是用ATP作为直接能源物质，推动着新陈代谢中的化学反应顺利地进行。ATP在新陈代谢中的作用如此重要，那么细胞中ATP的含量是不是很高呢？其实，ATP在细胞中的含量是很少的。当细胞中ATP的含量过分减少时，在一种酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同时与一个磷酸结合，形成一个高能磷酸键，从而转化成ATP。 综上所述，细胞内的ATP与ADP可以相互转化，这种转化使细胞内的ATP含量总是处在一种动态平衡之中，这对于稳定生物体内的供能环境，保证生物体新陈代谢的顺利进行具有重要的意义。ATP与ADP的相互转化，实际上就是ATP中最末端的高能磷酸键的形成与断开。当形成这个高能磷酸键时，必然从环境中吸收能量，这些能量主要来自细胞呼吸和绿色植物的光合作用。当ATP中最末端的高能磷酸键断开时，必然释放能量，这些能量被细胞的各项生命活动所利用。 小结：ATP的形成途径 对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，均来自细胞进行细胞呼吸时有机物分解所释放的能量；对于绿色植物来说，除了依赖细胞呼吸所释放的能量外，在叶绿体内进行光合作用时，ADP转化为ATP还利用了光能。 2关于叶肉细胞在光照条件下产生ATP的描述，正确的是 () A无氧条件下，光合作用是细胞ATP的唯一来源 B有氧条件下，线粒体、叶绿体和细胞质基质都能产生ATP C线粒体和叶绿体合成ATP都依赖氧 D细胞质中消耗的ATP均来源于线粒体和叶绿体 解析：植物叶肉细胞的ATP来源有两个：光合作用和呼吸作用，叶绿体合成ATP并不依赖氧；细胞质中代谢所需的ATP主要来源于线粒体。 答案：B 高等植物体内产生ATP的生理过程有() A细胞呼吸、渗透作用 B细胞呼吸、蒸腾作用 C光合作用、主动运输 D光合作用、细胞呼吸 答案：D 解析：生物体内产生ATP，是由ADP接受能量，结合上一分子磷酸形成的。对于绿色植物来说，ADP转化成ATP所需要的能量，除了来自细胞呼吸(主要是有氧呼吸)分解有机物释放出的能量外，还可以来自光合作用。 细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的，ATP是生物体内直接供给可利用能量的物质，是细胞内能量转换的“中转站”。各种形式的能量转换都是以ATP为中心环节的。生物体内由于有各种酶作为生物催化剂，同时又有细胞中生物膜系统的存在，因此，ATP中的能量可以直接转换成其他各种形式的能量，用于各项生命活动。这些能量形式主要有以下几种： 1机械能生物体内的细胞以及细胞内各种结构的运动都在做机械功，所消耗的就是机械能。例如，纤毛和鞭毛的摆动、肌细胞的收缩、细胞分裂期间染色体的运动等，都是由ATP提供能量来完成的。 2电能生物体内神经系统传导冲动和某些生物能够产生电流，所做的电功消耗的就是电能。电能也是由ATP所提供的能量转换而成的。 3渗透能细胞的主动运输是逆浓度梯度进行的，物质过膜移动所做的功消耗了能量，这些能量叫做渗透能，渗透能也来自ATP。 4化学能生物体内物质的合成需要化学能，小分子物质合成大分子物质时，必须有直接或间接的能量供应。另外，物质在分解的开始阶段，也需要化学能来活化成能量较高的物质(如葡萄糖活化成磷酸葡萄糖)。在生物体的物质代谢中，可以说到处都需要由ATP转换的化学能来做化学功。 5光能例如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，在荧光素酶的催化作用下，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热能生物体内的热能，来源于有机物的氧化分解。大部分的热能通过各种途径向外界环境散发，只有一小部分热能用于维持细胞或恒温动物的体温。通常情况下，热能的形成往往是细胞能量转换和传递过程中的副产品。 细胞内的化学反应有些是需要吸收能量的，有些是释放能量的。吸能反应总是与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量；放能反应总是与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中。也就是说，能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通。因此，可以形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“通货”。正是由于细胞内具有ATP这种能量“通货”，细胞才能及时而持续地满足各项生命活动对能量的需求。 3在剧烈运动中，人体骨骼肌所需要的能量，直接来源于() A肌糖原B磷酸肌酸 C葡萄糖 DATP 解析：生物体进行生命活动所需要的能量都直接来源于ATP(三磷酸腺苷)，除此之外，不可能从其他途径获得能量。题中的“直接”二字是关键。肌肉收缩所需要的能量是直接由ATP水解成ADP时释放出来的，肌肉细胞无论是进行有氧呼吸，还是进行无氧呼吸，它们释放的能量都必须转移给ATP，然后才能被肌细胞利用。假如要问肌肉细胞活动所需要的主要能源物质，则应是糖类。 答案：D 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 答案：C 解析：生物体内能够储存能量的物质很多，如糖类、脂肪等，但它们储存的能量不能直接用于生命活动。三磷酸腺苷的高能磷酸键中储存着能量，只有这些能量才能直接用于各项生命活动。 ATP与ADP的相互转变伴随着能量的释放和储存，因此与生物体的新陈代谢密切相关，可用下式表示二者的转变过程： 有人认为，ATP与ADP的相互转变关系是一种可逆反应，理由是存在可逆符号“”。根据化学中讲到的可逆反应特点：无论正逆反应都能在同一条件下同时进行，可知上述反应不是可逆反应，原因是： (1)从反应条件上看：ATP的分解是一种水解反应，催化该反应的酶属于水解酶，而ATP的合成是一种合成反应，催化该反应的酶属于合成酶。由酶的专一性可知，上述反应的条件是不同的。 (2)从ATP合成与分解的场所上看：ATP合成的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体；而ATP分解的场所有细胞膜(供主动运输消耗的能量)、叶绿体基质(将ATP中的能量释放出来，储存在合成的有机物中)、细胞核(DNA复制和RNA合成所消耗的能量)等。因此，其合成与分解的场所不尽相同。显然上述反应并不是同时进行的。 (3)从能量上看：ATP水解的能量是储存在高能磷酸键内的化学能，释放出来后供各种生命活动之用，不能再由Pi和ADP形成ATP而储存；而合成ATP的能量主要是有机物中的化学能和太阳能。因此，反应物和反应产物中的能量来源是不同的；正反应中释放出的能量的流向也是不可逆的。 综上所述，对反应式“ATP ADPPi能量”在生物体内的过程应判断为“物质是可逆的，能量是不可逆的，且酶也是不相同的”，或者把反应式表示为： ATP ADPPi能量 细胞代谢不仅需要酶，而且需要能量。我们知道，糖类是细胞的主要能源物质之一，脂肪是生物体内储存能量的主要物质，但是这些有机物中的能量都不能直接被生物利用，它们只有在细胞中随着这些有机物逐步氧化分解而释放出来，并且储存在ATP中，才能被生物利用，所以说细胞代谢所需要的能量是由细胞内的ATP直接提供的，ATP是细胞代谢所需能量的直接来源。 特别提醒： (1)糖类、脂肪、蛋白质生物体内的能源物质。 (2)淀粉植物细胞中储能的物质。 (3)糖原动物细胞中储能的物质。 (4)糖类生物体进行生命活动的主要能源物质。 (5)ATP生物体内的直接能源物质。 在自然界中生物的发光现象普遍存在，生物通过细胞的生化反应而发光。请设计实验探究萤火虫的发光强度与ATP浓度的关系。 (1)实验材料：萤火虫的荧光器晒干后研磨成的粉末、ATP粉末、蒸馏水、大小相同的小烧杯若干、大小相同的试管若干、标签纸若干等其他实验所需材料。 (2)实验原理：萤火虫的荧光器中相关酶利用ATP而发光。 (3)实验步骤： 配置6种不同浓度的等浓度梯度的ATP溶液置于6只大小相同的小烧杯中，分别贴上标签。 将_分成若干等份分别放于6支试管中，贴上标签。 在6支试管中加入_。 观察6支试管的发光现象并记录。 (4)实验现象预测及结论：现象预测结论发光现象随ATP溶液浓度的升高而逐渐增强荧光强度与ATP浓度_发光现象随ATP溶液浓度的升高而_荧光强度与ATP浓度_荧光强度与ATP浓度无关 (5)最可能的结果是：_ _。 解析：本题属于实验探究题，同学们要知道，探究性实验中的结论是不确定的，会有多种可能。本实验的目的是探究萤火虫的发光强度与ATP浓度的关系，因此我们需要配制一系列不同浓度的ATP溶液，然后将等量的萤火虫荧光器粉末放入上述溶液中，观察不同浓度的ATP溶液中粉末的发光情况。本实验的现象可能有三种：(1)发光现象随ATP溶液浓度的升高而逐渐增强；(2)发光现象随ATP溶液浓度的升高而逐渐减弱；(3)在ATP溶液不同浓度的条件下，发光现象没有变化。根据所学知识可以得出各现象说明的结论。 答案：(3)荧光器粉末等量的不同浓度的ATP溶液 (4)成正相关逐渐减弱成负相关在ATP溶液浓度不同的条件下，发光现象没有变化 (5)在ATP浓度的一定范围内，荧光强度与ATP浓度成正相关 1下列关于ATPADP相互转变的叙述中，正确的是 () AATP、ADP在细胞内的储存量很大 BATPADP相互转变时的物质和能量转变都是可逆的 CATPADP相互转变时都涉及两个磷酸基团的去留 DATP中的能量既可供合成代谢需要也可供某些分解代谢需要 答案：D 解析：本题可用排除法求解。 2在ATP分子中很容易断裂和重新形成的化学键是 () A靠近腺苷的高能磷酸键 B腺苷与相邻磷酸基之间的键 C远离腺苷的高能磷酸键 D以上三键 答案：C 解析：远离腺苷的高能磷酸键易于断裂和重新形成。 3一分子ATP中含有的高能磷酸键和磷酸基数分别为 () A3和3B3和2 C2和3 D2和2 答案：C 解析：一分子ATP中含有3个磷酸基，2个高能磷酸键。 420个腺苷和46个磷酸，在一定条件下最多可能合成多少个ATP分子 () A60 B30 C20 D15 答案：D 解析：20个腺苷需要60个磷酸基，而题中只提供了46个。因此应以46个磷酸基为标准进行计算。 5根据反应式ATP ADPPi能量，回答下列问题： (1)在光合作用的光反应中，反应方向向_，能量来自_。在 光 合 作 用 暗 反 应 中 ， 反 应 方 向 向 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ， 能 量 用 于_。 ( 2 ) 细 胞 呼 吸 时 反 应 方 向 向 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ， 能 量 来 自_。 (3)根吸收矿质元素离子的过程，反应方向向_，能量用于_。 答案：(1)左阳光右还原CO2 (2)左葡萄糖的氧化分解 (3)右主动运输 解析：光合作用光反应中可以形成ATP，暗反应中ATP释放能量还原CO2；细胞呼吸中葡萄糖释放能量，可以形成ATP；根主动吸收矿质元素离子需ATP供能。对这些知识认识不全面会导致答错。光合作用光反应中，光能转变成化学能贮存到ATP中，反应向左进行，能量来自光能；暗反应中，ATP水解，反应向右进行，ATP水解释放的能量用来还原CO2，最终贮藏在葡萄糖中。而细胞呼吸分解的主要是葡萄糖，将葡萄糖中的能量转移到ATP中，反应向左进行。根吸收矿质元素离子的过程是主动运输过程，需要消耗能量，反应向右进行。