2019-2020年高中生物 第1课时 生命活动的能量“货币”——ATP 备课资料 苏教版.doc

2019-2020年高中生物 第1课时 生命活动的能量“货币”ATP 备课资料 苏教版1.ATP系统的动态平衡ATP是活细胞内一种特殊的能量载体，在细胞核、线粒体、叶绿体以及细胞质基质中广泛存在着，并不断与ADP相互转化而形成ATP系统。ATP在细胞内的含量是很少的。但是，ATP与ADP在细胞内的相互转化却是十分迅速的。一般地说，ATP在细胞内形成后不到1 min的时间就要发生转化。这样累计下来，生物体内ATP转化的总量是很大的。例如，一个成年人在静止的状态下，24 h内竟有40 kg的ATP发生转化；在紧张活动的情况下，ATP的消耗可达0.5 kg/min。总之，在活细胞中，ATP末端磷酸基团的周转是极其迅速的，其消耗与再生的速度是相对平衡的，ATP的含量因而维持在一个相对稳定的、动态平衡的水平。可见，细胞内ATP系统处在动态平衡之中，这对于构成细胞内稳定的供能环境具有十分重要的意义。2.萤火虫发光的原理和意义萤火虫不论雄性的还是雌性的，夏秋的夜晚都会一闪一闪地发光。雄虫比雌虫的个体小一些，但发出的闪光却亮一些。萤火虫发出的闪光，主要是求偶的信号，用来吸引异性前来交尾。萤火虫有许多种，如平家萤火虫、姬萤火虫等。不同种类的萤火虫会发出各自特定的闪光信号。雌虫看到飞舞着的同种雄虫发出的闪光信号后，就会以特定的闪光信号响应。雄虫的每一组闪光信号是由几个节奏组成的，每个节奏都包括闪光的次数、闪光的频率和每次闪光的时间，这些都是雌虫能够识别的。如果雌虫顺利地响应了闪光信号，则雄虫就会前来交尾，以繁衍后代。有的科学家准确分析出某种雄性萤火虫的闪光规律后，用手电筒模拟这种闪光信号，竟然发现同种的雌虫会迎光而来。有趣的是，雌虫看到其他种类雄虫的闪光信号后，有时竟能发出该种雌虫的闪光信号，这种闪光信号具有欺骗性，能使该种雄虫误以为可以前去交尾而被雌虫吃掉。雌虫的这一特性，可以使自己获得丰富的营养。这种现象被科学家戏称为“死亡拥抱”。此外，萤火虫发出的荧光还具有一定的警戒作用和照明作用。萤火虫的发光器官位于腹部后端的下方，该处具有发光细胞。发光细胞的周围有许多微细的气管，发光细胞内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。顺便说到，荧光是一种冷光，其发光效率可高达98%左右，而热光发光效率则低得多，如太阳的发光效率只有35%左右。3.ATP的利用ATP中的能量可以直接转化成其他各种形式的能量，用于各项生命活动。这些能量的形式主要有以下6种：渗透能：细胞的主动运输是逆浓度梯度进行的，物质跨膜移动所做的功消耗了能量，这些能量叫做渗透能，渗透能来自ATP。机械能：细胞内各种结构的运动都是在做机械功，所消耗的就是机械能。例如，肌细胞的收缩、草履虫纤毛的摆动、精子鞭毛的摆动、有丝分裂期间染色体的运动、腺细胞对分泌物的分泌等，都是由ATP提供能量来完成的。电能：大脑的思考神经冲动在神经纤维上的传导，以及电鳐、电鳗等动物体内产生的生物电等，它们所做的电功消耗的就是电能。电能是由ATP提供的能量转化而成的。化学能：细胞内物质的合成需要化学能，如小分子物质合成为大分子物质时，必须有直接或间接的能量供应。另外，细胞内物质在分解的开始阶段，也需要化学能来活化，成为能量较高的物质（如葡萄糖活化成磷酸葡萄糖）。可以说在细胞内的物质代谢中，到处都需要由ATP转化而来的化学能做功。光能：目前关于生物发光的生理机制还没有完全弄清楚，但是已经知道，生物体用于发光的能量直接来自ATP，如萤火虫的发光。热能：有机物的氧化分解释放的能量，一部分用于生成ATP，大部分转化为热能通过各种途径向外界环境散发，其中一小部分热能作用于体温。通常情况下，热能的形成往往是细胞能量转化和传递过程中的副产品。此外，ATP释放的能量中，一部分能量也能用于动物体温的提升和维持。4.ATP与化学奖1997 年诺贝尔化学奖颁给三位生化学家，奖金的一半给丹麦科学家斯寇(Jens C. Skon)教授，另外一半给英国科学家瓦克(John E. Walker)教授及美国科学家波亦尔(Paul D. Boyer) 教授，这三位生化学家的贡献是首先研究并阐明参与生物高能分子ATP合成转换的酵素。在1929 年，德国化学家罗曼(K. Lohmann) 首先发现ATP化学分子。几年之后，ATP 的化学结构被决定。1948 年，英国科学家托德(Alexander Todd) 化学合成ATP（托德是1957 年诺贝尔奖化学奖得主）。在1939 至1941 年期间，利普曼(Fritz Lipmann) 证实ATP 是细胞内所有生物化学能量的运储者（利普曼是1953 年诺贝尔奖得主），并且证实其能量是储藏于高能磷酸化学键(energyrich phosphate bonds)。在所有的生物中，从细菌、霉菌一直到高等动、植物，包括人类在内，ATP 都是扮演能量的运储者，ATP 的形成是借着生物细胞内养分的燃烧所形成，而后ATP 被生物体用于合成细胞物质、肌肉收缩、神经信息传递及其他多种生理反应，所以ATP 被称为细胞的能量货币(energy currency) ，也就是说凡是需要能量，就必须使用ATP。ATP 是由一个核酸连接三个磷酸根而成，当ATP 的最外一个磷酸根(phosphate) 被水解形成ADP 及一个磷酸根时，能量就会释放出来，而用于生物体内的各种化学反应；反之，能量也可以用于将ADP 及磷酸根结合形成ATP，至于ATP 如何形成及ATP 如何被消耗，正是三位得奖者及其他科学家共同努力而得到的答案。