人教版必修1第5章第2節(jié)細(xì)胞的能量貨幣ATP學(xué)案

第2節(jié)細(xì)胞的能量“貨幣”ATP一、ATP是一種高能磷酸化合物學(xué)習(xí)目標(biāo)素養(yǎng)定位.依據(jù)ATP的分子簡(jiǎn)式，說出ATP的化學(xué)組成和特點(diǎn)。.依據(jù)ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化,解釋ATP在細(xì)胞生命活動(dòng)中的作用.運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀,理解ATP作為直接能源物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)。（科學(xué)思維）.通過構(gòu)建ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化模型，歸納、概述ATP形成所需能量的主要來源及意義。（科學(xué)思維）.中文名稱:腺昔三磷酸。.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式:A—P?P?P。&J核糖A:腺昔——川口人、（腺喋吟符一寧白乂《P:磷酸基團(tuán)、?:特殊的化學(xué)鍵.特點(diǎn)（DATP是細(xì)胞內(nèi)的一種高能磷酸化合物,含有2個(gè)特殊的化學(xué)鍵,儲(chǔ)存大量能量。（2）ATP的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定,這是由于兩個(gè)相鄰的磷酸基團(tuán)都帶負(fù)電荷而相互排斥，即末端磷酸基團(tuán)具有較高的轉(zhuǎn)移勢(shì)能。當(dāng)ATP在酶的作用下水解時(shí)，脫離下來的末端磷酸基團(tuán)挾能量與其他分子結(jié)合,從而使后者發(fā)生變化。.功能6.細(xì)胞內(nèi)有些化學(xué)反應(yīng)是需要吸收能量的,有些是釋放能量的,這些過程一般與ATP的分解和合成相聯(lián)系,請(qǐng)判斷下列說法正確的是(D)A.植物體內(nèi)的細(xì)胞呼吸伴隨著ATP的合成,是吸能反應(yīng)B.由氨基酸脫水縮合形成蛋白質(zhì)的過程需要消耗ATP,是放能反應(yīng)C.ATP的能量都儲(chǔ)存在特殊的化學(xué)鍵中D.能量通過ATP分子在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間流通解析:植物體內(nèi)的細(xì)胞呼吸伴隨著ATP的合成,是放能反應(yīng)；由氨基酸脫水縮合形成蛋白質(zhì)的過程需要消耗ATP,是吸能反應(yīng);ATP的普通化學(xué)鍵和特殊化學(xué)鍵中都儲(chǔ)存著能量，只不過大量的能量都儲(chǔ)存于特殊化學(xué)鍵中;ATP是能量“貨幣”，能量通過ATP分子在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間流通。［情境］智能生物藥物成為治療癌癥等難以攻克疾病的首選,其中ATP控制的藥物遞送系統(tǒng)通常用靶向ATP的適體作為“生物閘門”來實(shí)現(xiàn)藥物的按需快速釋放。近些年,一系列的材料已經(jīng)證明在細(xì)胞內(nèi)高含量ATP條件下可以釋放治療藥物,從而極大地提高了藥物療效。探究：(DATP的什么結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它可以實(shí)現(xiàn)藥物的按需快速釋放？提示:ATP中含有兩個(gè)特殊化學(xué)鍵,遠(yuǎn)離腺背的那個(gè)特殊化學(xué)鍵容易斷裂,釋放能量,為智能藥物的運(yùn)輸供能。⑵藥物輸送需要靶向定位到病變部位,能不能說明ATP具有特異性？提示:雖然藥物需要靶向運(yùn)輸,但是自然界的ATP分子結(jié)構(gòu)相同，并不具有特異性。課堂小結(jié)隨堂檢測(cè).用Q、B、Y表示ATP中的三個(gè)磷酸基團(tuán)所處的位置（A—P。?Pb?Py）,下列敘述正確的是（C）ATP徹底水解能得到5種不同的化合物ATP在生命活動(dòng)旺盛的細(xì)胞中含量多ATP含有2個(gè)特殊化學(xué)鍵,3個(gè)磷酸基團(tuán)ATP的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定,釋放的能量可用于各項(xiàng)生命活動(dòng)解析:ATP徹底水解能得到腺喋吟、核糖、磷酸3種不同的化合物;ATP在細(xì)胞中的含量很少，但與ADP的轉(zhuǎn)化速度很快;ATP含有2個(gè)特殊化學(xué)鍵,3個(gè)磷酸基團(tuán);ATP的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定,很容易水解,釋放的能量可用于各項(xiàng)生命活動(dòng)。.下列關(guān)于ATP的敘述，不正確的是（B）A.組成ATP的元素有C、H、0、N、PB.ATP水解供能時(shí)生成一個(gè)腺苜和三個(gè)磷酸C.形成ATP時(shí)能量可來自光能和化學(xué)能D.分解ATP時(shí)產(chǎn)生的能量可轉(zhuǎn)化為光能和化學(xué)能解析:ATP的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是A—P?P?P,組成ATP的化學(xué)元素包括C、H、0、N、P;ATP水解供能時(shí)生成一個(gè)ADP和一個(gè)磷酸;形成ATP口寸能量可來自呼吸作用和光合作用，即可來自光能和化學(xué)能;分解ATP時(shí)產(chǎn)生的能量可用于各項(xiàng)生命活動(dòng),可轉(zhuǎn)化為光能和化學(xué)能。.ATP和ADP可以相互轉(zhuǎn)化，下面有關(guān)的描述中，正確的是（C）ATP在酶的作用下,可以連續(xù)脫下3個(gè)Pi,釋放大量能量ATP在酶的作用下,可以加上一個(gè)Pi,儲(chǔ)存能量ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化都需要酶參與D.在ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化反應(yīng)中，物質(zhì)和能量都是可逆的解析:ATP在ATP水解酶的作用下只能脫去一個(gè)磷酸基團(tuán);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與ADP相互轉(zhuǎn)化過程中能量是不可逆的。.在植物、動(dòng)物、細(xì)菌和真菌的細(xì)胞內(nèi),都是以ATP作為能量“貨幣”的，請(qǐng)回答下列問題。（DATP的中文名稱是,其中A代表,A中含有的單糖是,P代表。（2）ATP的元素組成是,若用15N標(biāo)記ATP,將會(huì)在（填化學(xué)結(jié)構(gòu)）中出現(xiàn)15N標(biāo)記。⑶在生物體內(nèi)，ATP水解成ADP時(shí),釋放的能量直接用于各種反應(yīng);ADP合成為ATP所需的能量來自各種反應(yīng)。解析：（1）ATP的名稱是腺甘三磷酸,其中A表示腺甘，由腺喋吟和核糖組成,P表示磷酸基團(tuán)。（2）ATP的組成元素是C、H、0、N、P,ATP中的N存在于腺昔的腺喋吟中，所以若用l5N標(biāo)記ATP,將會(huì)在腺喋吟中出現(xiàn)15N標(biāo)記。（3）ATP水解釋放大量能量，釋放的能量直接用于各種吸能反應(yīng);ATP合成時(shí)需要吸收能量，由各種放能反應(yīng)提供。答案：（1）腺昔三磷酸腺甘核糖磷酸基團(tuán)（2）C、H、0、N、P腺喋吟（3）吸能放能ATP是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)。二、ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化.過程⑴釋放能量(ATP水解)：ATP上迎E+Pi+能量。⑵儲(chǔ)存能量(合成ATP):ADP+Pi+能量旦.能量的來源及去路.轉(zhuǎn)化的原因及特點(diǎn)(1)原因:ATP中遠(yuǎn)離腺背的那個(gè)特殊的化學(xué)鍵既容易水解,又容易形成。⑵特點(diǎn):①ATP與ADP的轉(zhuǎn)化是時(shí)刻不停地發(fā)生并且處于動(dòng)態(tài)平衡之中的。②ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的能量供應(yīng)機(jī)制,在所有生物的細(xì)胞內(nèi)都是一樣的,這體現(xiàn)了生物界的統(tǒng)一性。三、三P的利用.列舉利用ATP的實(shí)例⑴用于物質(zhì)的合成。(2)用于肌肉收縮。⑶大腦思考。(4)電蛭發(fā)電。⑸用于物質(zhì)的主動(dòng)運(yùn)輸。.ATP供能的過程ATP水解釋放的磷酸基團(tuán)使蛋白質(zhì)等分子磷酸化,使其空間結(jié)構(gòu)改變,活性也被改變,因而參與各種化學(xué)反應(yīng)。.ATP是細(xì)胞內(nèi)流通的能量“貨幣”⑴化學(xué)反應(yīng)中的能量變化與ATP的關(guān)系：放能反應(yīng):一般與ATP的合成相聯(lián)系。吸能反應(yīng):一般與ATP的水解相聯(lián)系。⑵能量通過ATP分子在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間流通。判斷正誤(1)活細(xì)胞內(nèi)ATP與ADP的轉(zhuǎn)化只能單向進(jìn)行。(X)提示:細(xì)胞內(nèi)ATP與ADP是可以相互轉(zhuǎn)化的。(2)ATP水解釋放的能量可用于細(xì)胞內(nèi)的吸能反應(yīng)。(V)(3)ATP是生物體唯一的能源物質(zhì)。(X)提示:生物體中還存在其他直接能源物質(zhì)如GTP,ATP只是絕大多數(shù)生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)。(4)人在饑餓時(shí),細(xì)胞中ATP與ADP的含量難以達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。(X)提示:人在饑餓時(shí),細(xì)胞中ATP與ADP的含量處于動(dòng)態(tài)平衡。(5)“能量”就是指ATP,ATP就是“能量"o(X)提示:ATP是一種高能磷酸化合物,其特殊的化學(xué)鍵水解時(shí)能夠釋放能量，所以ATP是與能量有關(guān)的物質(zhì)。(6)機(jī)體在運(yùn)動(dòng)時(shí)消耗ATP,睡眠時(shí)則不消耗ATP。(X)提示:機(jī)體無論是運(yùn)動(dòng)還是睡眠狀態(tài)，都要消耗ATPo探究一ATP是一種高能磷酸化合物如圖是ATP的組成,據(jù)圖分析,討論，回答下列問題。(DATP的組成元素有哪些?含有幾個(gè)磷酸基團(tuán)？提示:C、H、()、N、Po3個(gè)。(2)ATP中的“A”和DNA中的堿基“A”含義相同嗎?請(qǐng)說明。提示:不同。ATP中的指的是腺昔,包括腺明令和核糖，的含義是3;DNA中的堿基“A”指腺喋吟，“廣指胸腺口密咤。(3)ATP徹底水解會(huì)得到哪些成分？提示:ATP徹底水解會(huì)得到腺喋吟、核糖和磷酸。(4)ATP分子去掉2個(gè)磷酸基團(tuán)后的剩余部分是什么物質(zhì)?ATP和RNA在組成成分上有怎樣的聯(lián)系？提示:ATP去掉兩個(gè)磷酸基團(tuán)后形成的結(jié)構(gòu)是腺噂吟核糖核甘酸,是構(gòu)成RNA的基本單位之一。(5)ATP中的特殊化學(xué)鍵有幾個(gè)?為什么不穩(wěn)定？提示:2個(gè)。不穩(wěn)定是因?yàn)閮蓚€(gè)相鄰的磷酸基團(tuán)都帶負(fù)電荷而相互排斥。不同化合物中“A”的辨析1.在下列幾種化合物的化學(xué)組成中，中所對(duì)應(yīng)的含義最接近的化合物簡(jiǎn)寫“A”含義共同點(diǎn)ATP0-P?p~p腺甘(由腺喋吟和核糖組成)所有“A”都含有腺喋吟DNAT9?CG-.AT腺喋吟脫氧核甘酸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結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式，其中部分表示腺噂吟核糖核甘酸;②是腺喋吟脫氧核甘酸，其中部分表示腺喋吟;③是DNA片段，其中部分表示腺喋吟脫氧核苜酸;④是RNA片段，其中部分表示腺喋吟核糖核甘酸;⑤是ATP結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式,其中部分表示腺昔,是腺喋吟和核糖組合在一起;⑥是腺喋吟核糖核昔酸,其中部分表示腺昔，是腺喋吟和核糖組合在一起。所以中所對(duì)應(yīng)的含義最接近的是①和④,⑤和⑥。2.用32P標(biāo)記磷酸加入細(xì)胞培養(yǎng)液,短時(shí)間內(nèi)快速分離ATP,ATP的總含量變化不大，但大部分ATP末端磷酸基團(tuán)已帶有放射性標(biāo)記。該現(xiàn)象說明（C）ATP是細(xì)胞內(nèi)的直接能源物質(zhì)ATP中的三個(gè)磷酸基團(tuán)均容易脫落C.該過程ATP既有合成又有分解D.重新合成的ATP中磷均為32P解析：由于題干中沒有說明ATP供能的過程,所以不能說明ATP是細(xì)胞內(nèi)的直接能源物質(zhì)；由于是部分ATP的末端磷酸基團(tuán)已帶上放射性標(biāo)記,說明ATP中遠(yuǎn)離A的磷酸基團(tuán)容易脫離，形成ADP;ATP含量變化不大和部分ATP的末端磷酸基團(tuán)已帶上放射性標(biāo)記,說明該過程中ATP既有合成又有分解;大部分ATP末端磷酸基團(tuán)已帶有放射性標(biāo)記,說明新合成的ATP中只有末端的磷是32Po探究二ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化.肌肉收縮的直接能源物質(zhì)是ATPo人體在安靜狀態(tài)時(shí)，肌肉內(nèi)儲(chǔ)存的ATP含量只能供肌肉收縮1?3s所需。一個(gè)人在劇烈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下,每分鐘約有0.5kg的ATP分解釋放能量，供運(yùn)動(dòng)所需。一個(gè)成年人在安靜的狀態(tài)下,24h內(nèi)竟有40kg的ATP被水解。(1)人體中ATP的含量有什么特點(diǎn)？提示:含量少。⑵在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)需要的大量能量,是依賴ATP含量升高還是ATP和ADP的快速轉(zhuǎn)化？提示:依賴于ATP和ADP之間的快速轉(zhuǎn)化。.在活細(xì)胞中，如圖中的循環(huán)過程永不停止地進(jìn)行著。請(qǐng)運(yùn)用所學(xué)知識(shí),分析回答ATP和ADP循環(huán)中的有關(guān)問題。⑶在人體細(xì)胞和綠色植物的葉肉細(xì)胞內(nèi)，與①相應(yīng)的生理活動(dòng)有哪些?場(chǎng)所有哪些？提示:人體細(xì)胞的呼吸作用，場(chǎng)所有細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體。葉肉細(xì)胞的光合作用和細(xì)胞呼吸，場(chǎng)所有葉綠體、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體。(4)4和A?分別起什么作用？二者相同嗎？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)動(dòng)物細(xì)胞中，能量日的來源是什么？②中能量Ez的去向有哪些？提示:主要來自呼吸作用有機(jī)物分解所釋放的化學(xué)能。用于生物的各項(xiàng)生命活動(dòng)。(6)ATP與ADP之間的相互轉(zhuǎn)化的過程是否為可逆反應(yīng)?為什么？提示:不可逆，反應(yīng)類型、條件、酶等不同，物質(zhì)可逆,能量不可逆。ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化比較3.ATP合成酶是合成ATP所需要的酶,分子結(jié)構(gòu)由凸出于膜外的親水性頭部和嵌入膜內(nèi)的疏水性尾部組成。當(dāng)H'順濃度梯度穿過ATP合成酶時(shí);該酶能催化ADP與Pi形成ATPo下列關(guān)于ATP合成酶的分析，錯(cuò)誤的是（C）項(xiàng)目ATP的合成ATP的水解反應(yīng)式ADP+Pi+能量MatpATP與ADP+Pi+能量所需酶ATP合成酶ATP水解酶能量來源光能(光合作用)、化學(xué)能(細(xì)胞呼吸)儲(chǔ)存在特殊化學(xué)鍵中的能量能量去路儲(chǔ)存于形成的特殊化學(xué)鍵中用于各項(xiàng)生命活動(dòng)反應(yīng)場(chǎng)所細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體生物體的需能部位A.ATP合成酶在線粒體、葉綠體內(nèi)都有分布ATP合成酶既具有催化作用，同時(shí)也具有運(yùn)輸作用ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化過程都需要ATP合成酶的催化ATP合成酶催化ADP和Pi形成ATP時(shí)，伴隨著能量的儲(chǔ)存解析:線粒體、葉綠體中都有ATP的合成，含有ATP合成酶;從“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，從“當(dāng)H.順濃度梯度穿過ATP合成酶”可推測(cè),ATP合成酶具有運(yùn)輸作用；酶具有專一性,ATP水解為ADP需要ATP水解酶的催化,ADP合成ATP需要ATP合成酶的催化;ATP中特殊的化學(xué)鍵中儲(chǔ)存著能量,因此形成ATP時(shí)伴隨著能量的儲(chǔ)存。4.如圖表示的是ATP與ADP之間的轉(zhuǎn)化，據(jù)圖可以確定（D）A.M代表ADP,N代表ATPB.能量1和能量2來源相同C.酶1和酶2代表同一種酶D.Xi和X2代表同一種物質(zhì)解析:由題圖分析可知,M為ATP,N為ADP;能量1來自ATP中特殊化學(xué)鍵的斷裂,能量2是來自光能或化學(xué)能,來源不同；酶1是ATP水解酶,B2是ATP合成酶;Xi和X2都是磷酸，代表同一種物質(zhì)。探究三ATP的利用閱讀教材P88?89,思考,討論，回答下列問題。（DATP如何為主動(dòng)運(yùn)輸提供能量？提示:①參與Ca?+主動(dòng)運(yùn)輸?shù)妮d體蛋白是一種能催化ATP水解的酶。當(dāng)膜內(nèi)側(cè)的CG與其相應(yīng)位點(diǎn)結(jié)合時(shí)就激活該酶,將ATP水解。②ATP水解釋放的磷酸基團(tuán)與載體蛋白結(jié)合即載體蛋白的磷酸化。③載體蛋白磷酸化導(dǎo)致其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,使Ga?.的結(jié)合位點(diǎn)轉(zhuǎn)向膜外側(cè),將Ca"釋放到膜外。⑵吸能反應(yīng)、放能反應(yīng)與ATP有怎樣的關(guān)系？提示:吸能反應(yīng)一般與ATP水解的反應(yīng)相聯(lián)系，由ATP水解提供能量。放能反應(yīng)一般與