1、2014-2015学年生物（新人教版）必修一同步导学案5.2 细胞的能量“通货”ATP一、学习目标ATP的化学组成和特点 ATP的分子简式ATP在能量代谢中的作用二、学习重、难点1.重点ATP化学组成的特点及其在能量中的作用ATP与ADP相互转化2.难点：ATP与ADP相互转化三、知识网络四、导学过程 “导”自主预习1、写出ATP（三磷酸腺苷）的分子结构，并标出所有符号代表的意义。 2、ATP中的两个磷酸基团之间（P和P之间）用“”表示的化学键是_。其水解过程中，释放的能量是一般共价键的_倍以上（如ATP水解生成ADP和磷酸时，释放的能量多大30.54KJ/mol，而6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖
2、和磷酸时，释放的能量只有13.8kJ/mol）。含有高能磷酸键的化合物统称为_。3、ATP中_（哪个）高能磷酸键，在一定条件下容易水解生成_和_放出能量，生成的两者_（容易/难以）再捕获能量重新生成ATP。ATP在细胞内形成后不到1分钟的时间就要发生转化，一个成年人在静止状态下，24小时内竟有40kg的ATP发生转化。4、ATP与ADP的相互转化：ATP _（注意条件）5、ATP水解时放出的能量可用于_、_和_。6、ATP在细胞内的含量是_的，但ATP在细胞内的转化是_的。7、对人和动物来说，ADP转化成ATP所需能量，来自_作用，对绿色植物来说，ADP转化成ATP所需能量，来自_和_。8、A
3、TP作为直接能源物质，水解后可用于各种生命活动，如转变为：_（用于合成代谢）、_（用于肌肉收缩）、_（用于物质的主动运输）、_（生物电、生物发光）、_（用于维持体温）等。“学”互动探究探究一 ATP的结构小组讨论回答下列问题：概述ATP的分子组成，结构简式及特点提示：ATP是三磷酸腺苷的英文缩写，结构简式为APPP，其中A表示腺苷，P表示磷酸基团, 表示高能磷酸键。一分子ATP中含有3个磷酸基团，2个高能磷酸键，其中远离腺苷的那个高能磷酸键极容易水解和形成，以保证能量及时持续供应；ATP若去掉两个磷酸基团之后是构成RNA的基本单位之一腺嘌呤核糖核苷酸。ATP、ADP、AMP等的结构简式如图：
4、【经典回眸】在下列四种化合物的化学组成中，“”中所对应的含义最接近的是()A和 B和 C和 D和【解析】ATP中“AP”代表一磷酸腺苷，也叫做腺嘌呤核糖核苷酸；核苷酸中“A”是腺嘌呤；DNA片段中“A”代表腺嘌呤脱氧核苷酸；RNA片段中“A”代表腺嘌呤核糖核苷酸。所以只有D项含义最接近。答案：D【变式训练】1.ATP在细胞中能够释放能量和储存能量，从其化学结构看，原因是（ ）腺苷很容易吸收能量和释放能量 第三个高能磷酸键很容易断裂和再结合 第三个磷酸基团很容易从ATP上脱离（即第二个高能磷酸键断裂），使ATP转变成ADP，同时释放能量 ADP可以在酶的作用下迅速与一分子磷酸结合，吸收能量形成第
5、二个高能磷酸键，使ADP转变成ATPA.B. C. D.探究二 ATP与ADP的相互转化小组讨论回答下列问题：ATP和ADP的相互转化过程是不是可逆反应，为什么？提示：ATP与ADP的相互转变可能下列反应式表示ADPPi能量 ATP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，可知上述反应不是可逆反应，原因是：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相同的。从ATP合成与分解的场
6、所上看：ATP合成的场所所有细胞质基质、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。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利用不能再由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，反应的能量来源是不同的；反应中的能量流向是不可逆的。综上所述，ATP和ADP的相互转化是不可逆的。体内的过程应判断为“物质是可逆的能量是不
7、可逆的，且酶也是不相同的”。 【经典回眸】对于反应式式ATP ADP+Pi+能量的说法正确的是（ ）A 能量是可逆的 B物质和能量都是可逆的C物质是可逆的，能量不可逆 D两者均是不可逆的【解析】ADP和Pi是合成ATP的原料，也是ATP分解的产物，故从转换式中的物质来看是可逆的。而从能量方面来分析，ATP合成所需要的能量主要来自生物体呼吸作用所释放出来的一部分能量，绿色植物还可来自叶绿体色素吸收的太阳能；而ATP分解，由高能磷酸键断裂释放出的能量用于各项生命活动，如物质吸收和合成、细胞分裂、动物肌肉收缩、转化为生物电能等，这些能量最终以热能的形式耗散，生物体无法再加以利用。答案：C【变式训练】
8、2.关于新陈代谢与酶、ATP的关系，描述错误的是()A酶的种类具有物种差异性，而ATP却无物种差异性B酶、ATP都与新陈代谢密切相关，但两者的合成毫无关系CATP是保证新陈代谢正常进行的能源物质D酶能促使新陈代谢正常进行探究三 ATP中能量的利用小组讨论回答下列问题：为什么ATP被称为细胞内能量转换的“中转站”？提示：生物体内能量的转化和传递过程，ATP是一种关键的物质。ATP是生物体内直接提供可利用能量的物质，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
9、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功所消耗的就是ATP水解释放出的能。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。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消耗的就是电能。电能也是由ATP所提供的能量转换而来的。3、渗透能。如细胞的主动运输逆浓度梯度做功消耗的能量叫做渗透能渗透能也是来自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能量较高的物质。在生物体的物质代谢中可以说到处都需要由
10、ATP转换的化学能来做功。5、光能。如萤火虫用于发光的能量仍然直接来源于ATP6、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式往往是细胞能量转换和传递过程中的副产品。【经典回眸】瑞典生物化学家泰奥雷尔通过对酶的研究，发现有机体在有氧条件下利用营养物质以产生有机体可利用能量的方式，并因此获得1955年诺贝尔生理学或医学奖。下列有关叙述中，不正确的是（ ）A生物体中能供给能量的营养物质主要包括糖类、脂肪和蛋白质B直接供给生物体生命活动的能源物质是ATPCATP与ADP的相互转化，使生物体内的各项
11、化学反应能在常温常压下快速而又顺利地进行D生物体内的ATP含量很多，从而保证了生命活动所需能量的持续供应【解析】生物体内的ATP含量不高。答案：D【变式训练】3.一般情况下，生物体的主要能源物质、直接能源物质、储备能源物质、根本能量来源依次是 A糖类、太阳能、蛋白质、脂肪 BATP、太阳能、糖类、脂肪C糖类、ATP、脂肪、太阳能 D太阳能、糖类、ATP、蛋白质变式训练参考答案：1C 2B 3C五、达标检测1荧火虫尾巴会发光，这是因为其尾部细胞里含有荧光素等物质，这些物质能利用下列哪项而发光 A光能 B热能 C有机物质 DATP2ATP分子中具有高能磷酸键，“高能磷酸键”中高能指的是A键能高 B
12、活化能高 C水解时释放的自由能高 DABC全是3高等植物体内产生ATP分子的生理过程有A呼吸作用、渗透作用 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4活细胞内进行生命活动所需要的能量直接来自AATP的水解B葡萄糖的水解 C淀粉的水解D脂肪的水解5关于ATP ADP+Pi+能量的反应式叙述中，不正确的是A上述过程存在能量的释放和贮存B生物体内ADP转变成ATP所需的能量均来自呼吸作用C这一反应无休止地在活细胞中进行D这一过程保证了生命活动的顺利进行参考答案：1.D 2C 3D 4A 5 B六、依据考点，归纳总结【例1】图中四种化合物的化学组成中，“”中所对应的含义最接近的是
13、 ()A.和B.和C.和D.和解析：ATP中“AP”代表一磷酸腺苷，也叫做腺嘌呤核糖核苷酸；核苷酸中“A”是腺嘌呤；DNA片段中“A”代表腺嘌呤脱氧核苷酸；RNA片段中“A”代表腺嘌呤核糖核苷酸。所以只有和含义最接近。答案：D【温馨提示】(1)ATP的结构简式：APPP，其中“”表示高能磷酸键。(2)ATP的结构式(3)小结：ATP分子的结构特点组成特点：一个ATP分子含有1个腺苷和3个磷酸基团。高能磷酸键：一个ATP分子含有2个高能磷酸键，其中远离腺苷的高能磷酸键易水解和形成。AMP即腺嘌呤核糖核苷酸，是构成RNA的单体之一。【例2】在某细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子，短时间内分离出细
14、胞中的ATP，发现其含量变化不大，但部分ATP的末端磷酸基团已带上放射性标记，该现象能够说明的是()ATP中远离腺苷的磷酸基团容易水解32P标记的ATP是新合成的ATP是细胞内的直接能源物质 该过程中ATP既有合成又有分解A.B.C.D.解析：本题主要考查了ATP的结构及特性，分析如下：题干中没有信息支持“ATP是细胞内的直接能源物质”的观点。答案：B【教您一招】同位素标记法的实验应用(1)概述：用同位素标记化合物，让它们一起运动、迁移，再用探测仪器进行追踪，可以明白化学反应的详细过程的方法。(2)方法应用：用来研究细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学
15、物质的变化、反应机理等。实例如下：标记特征元素，研究物质的结构，如例题中，用32P标记磷酸分子，证明ATP中远离腺苷的高能磷酸键易分解又易合成，进而证明ATP既有合成又有分解。标记特征化合物，探究详细生理过程，研究生物学原理。如用3H标记亮氨酸，探究分泌蛋白的分泌过程。【例3】以下是有关生物体内ATP的叙述，其中正确的一项是 A.ATP与ADP相互转化，在活细胞中其循环是永无休止的B.ATP与ADP是同一种物质的两种形态C.生物体内的ATP含量很多，从而保证了生命活动所需能量的持续供应D.ATP与ADP的相互转化，使生物体内各项化学反应能在常温常压下快速顺利地进行解析：活细胞中不停地进行代谢，
16、所以ATP和ADP的相互转化就会不断地进行，ATP与ADP是两种不同的物质，并且ATP在生物体内含量较低，之所以能满足生命活动的需要就是因为ATP和ADP不断的相互转化，酶是能够保障生物体各项生命活动在常温常压下快速顺利地进行的必要条件。答案：A【教您一招】(1)ATP和ADP相互转化的意义ATP在细胞内含量很少，ATP和ADP之间在细胞内相互转化十分迅速，使细胞内ATP含量总是处于动态平衡之中。(2)磷酸肌酸与ATP的关系磷酸肌酸也是高等动物细胞内的高能化合物，在动物和人体的肌细胞内存在且贮存量比ATP多，但不能作为生命活动的直接能源，只是能量的一种储存形式。当细胞内的有机物被氧化分解释放出
17、能量、合成ATP数量过多时，部分ATP把能量转移到磷酸肌酸中，转化反应如下：ATP肌酸ADP磷酸肌酸细胞中的ATP大量减少时，磷酸肌酸与ADP反应生成ATP，维持细胞中的ATP数量的相对稳定。转化反应如下：ADP磷酸肌酸ATP肌酸【例4】用小刀将数十只萤火虫的发光器割下，干燥后研成粉末状，取两等份分别装入两个小玻璃瓶中，各加入少量的水，使之混合，可见到玻璃瓶中发出淡黄色荧光，约过15 min荧光消失。这时，再将ATP溶液加入其中一个玻璃瓶中，将葡萄糖溶液加入另一个玻璃瓶中，可观察到加ATP溶液的玻璃瓶中有荧光出现，而加葡萄糖溶液的玻璃瓶中没有荧光出现(如下图)。(1)干燥后研成粉末状的物质含有
18、_。(2)两个玻璃瓶最后的实验现象说明_。(3)写出萤火虫发光过程中能量的转化形式_。解析ATP是生物体内的直接能源物质，它释放的能量可以直接转化成光能、电能、机械能等。答案：(1)ATP(2)萤火虫的荧光是由ATP释放的能量转化而成的(3)ATP中的化学能转化成光能【温馨提示】ATP中能量的转化ATP中的能量可以直接转化成其他各种形式的能量，用于生物体的各项生命活动。这些形式主要有：(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能量就是机械能。例如，肌细胞的收缩、细胞分裂期间染色体的运动等。(2)电能。生物体内神经冲动的传导和某些生物产生生物电，形成的就是电能。(3)渗透能。细
19、胞的主动运输是逆浓度梯度进行的，消耗的能量也是来自ATP。(4)化学能。在生物体的物质代谢中，到处都需要ATP转化的化学能。(5)光能。目前关于生物发光的生理机制还没有完全弄清楚，但是已知道，用于发光的能量仍然直接来源于ATP。七、布置作业一、选择题1.下列关于ATP的叙述中，正确的是 ()A.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B.三磷酸腺苷可简写为APPPC.ATP中大量的能量都储存在腺苷和磷酸基团中D.ATP中大量的能量储存在高能磷酸键中2.关于ATP的化学组成的说法中，正确的是 ()A.ATP和核酸共有的元素是C、H、O、N、PB.ATP中的A表示腺嘌呤C
20、.含有三个高能磷酸键D.含有腺嘌呤和脱氧核糖3.高等植物体内产生ATP的生理过程有 ()A.光合作用，主动运输B.细胞呼吸，蒸腾作用C.细胞呼吸，渗透作用D.光合作用，细胞呼吸4.下列能使ADP含量增加的是()A.萎蔫的菜叶放在清水中B.葡萄糖果糖蔗糖C.水分从叶片气孔中散发 D.甘油被吸收进入小肠绒毛内毛细淋巴管中5.下面关于ATP的叙述错误的是 ()A.细胞质和细胞核中都有ATP的分布B.ATP合成所需的能量由磷酸提供C.ATP可以水解为一个核苷酸和两个磷酸D.正常细胞中ATP与ADP的比值在一定范围内变化6.如图表示的是ATP和ADP之间的转化，可以确定 ()A.A为ADP，B为ATPB
21、.能量1和能量2来源相同C.酶1和酶2是同一种酶D.X1和X2是同一种物质7.下列结构中能够产生ATP的部位是 ()酵母菌细胞的细胞质基质叶肉细胞的叶绿体人体唾液腺细胞的线粒体洋葱根尖细胞的叶绿体蛔虫细胞内的线粒体A.B.C.D.8.ATP荧光仪是专门设计用于快速检测微生物数量的测试仪器。其工作原理是ATP的含量与活细胞的活性、种类和数量呈一定的比例关系。ATP可以和虫荧光素相互作用而发出生物光，光的强度和微生物的数量呈一定的比例关系。其反应式如下：虫荧光素ATPO2虫荧光素(被氧化的)AMPCO2Pi光下列有关ATP及ATP荧光仪工作原理的叙述，错误的是 ()A.检测过程中ATP中的化学能转
22、变成光能B.荧光的强度反映出微生物的数量C.ATP释放能量需要酶的参与D.微生物体内ATP的产生都需要O2的参与9.如图是有关ADP转化成ATP时所需能量的主要来源示意图，据图完成下列问题：(1)1分子ATP中含有_个高能磷酸键。 (2)图中的a、b分别代表_、_。(3)c指_。(4)在动物肌细胞中，进行反应时，能量来自_。(5)反应进行时所需要的酶一样吗？为什么？_。(6)进行反应时能量用于_，进行反应时能量用于_，由此可见能量是_，物质是_。参考答案：1.D解析：三磷酸腺苷的分子结构式可简写为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。2.A解析：组成A
23、TP的化学元素有C、H、O、N、P。1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子的磷酸组成ATP，其中含有两个高能磷酸键，A代表腺苷，由腺嘌呤和核糖组成。3.D解析：高等动物体内产生ATP的过程仅有细胞呼吸，而高等植物产生ATP的过程有光合作用和细胞呼吸。4.B解析：ADP含量增加，是生命活动消耗ATP所导致的。水、甘油进出细胞属自由扩散，不消耗能量，而物质的合成过程需要消耗ATP。5.B解析：ATP是生物体生命活动的直接能源物质，合成ATP时所需的能量可以来自细胞呼吸分解有机物所释放的能量，还可来自光合作用。6.D解析：由图中能量的方向可以看出，A为ATP，B为ADP；能量1来自ATP中高能磷酸键的水解
24、所释放的化学能，能量2在动物体内来自有机物氧化分解释放的化学能，在植物体内除来自有机物氧化分解所释放的化学能外，还可来自光能；酶1和酶2分别是水解酶和合成酶；X1和X2是同一种物质Pi。7.A解析：真核细胞内产生ATP的部位有：细胞质基质、线粒体、叶绿体。洋葱根尖细胞内无叶绿体；蛔虫的体细胞内没有线粒体。8.D解析：考查从题干中提取信息的能力。ATPAMP，释放的化学能转化为光能，而光的强度反映微生物的数量。ATP的产生并不均需O2参与，无氧呼吸过程也可产生ATP。9.(1)2(2)呼吸作用光合作用(3)生命活动(4)储存在ATP中的高能磷酸键中的化学能(5)不一样，因为和是两个不同的反应，而酶具有专一性(6)合成ATP各项生命活动不可逆的可逆的解析：本题主要考查ATP与ADP之间的相互转化及ATP的利用。注意从条件、场所、能量来源和去路分析，ADP与ATP的相互转化是不可逆反应。八、课后反思同学们，通过这节课学习，你有哪些收获和体会，存在哪些疑问，请把它填在下面的表格中，以便及时总结、弥补知识缺漏。收获内容疑点内容
