2024年新教材高中生物第五章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第2節(jié)細(xì)胞的能量“貨幣”ATP學(xué)案新人教版必修1

PAGE1-第2節(jié)細(xì)胞的能量“貨幣”ATP學(xué)習(xí)目標(biāo)核心素養(yǎng)1.簡述ATP的化學(xué)組成和特點(diǎn)，寫出ATP的結(jié)構(gòu)簡式。2．簡述ATP與ADP之間的相互轉(zhuǎn)化機(jī)制。3．舉例說明ATP在細(xì)胞代謝中的作用。1.生命觀念：ATP含有一種特別化學(xué)鍵，與供應(yīng)能量的功能相適應(yīng)。2．科學(xué)思維：從原料、條件等方面駕馭ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化。學(xué)問點(diǎn)一ATP是一種高能磷酸化合物1．結(jié)構(gòu)簡式：ATP是eq\o(□,\s\up4(1))腺苷三磷酸的英文名稱縮寫，其中A代表eq\o(□,\s\up4(2))腺苷(由eq\o(□,\s\up4(3))腺嘌呤和eq\o(□,\s\up4(4))核糖組成)，T代表“eq\o(□,\s\up4(5))三”，P代表eq\o(□,\s\up4(6))磷酸基團(tuán)，其結(jié)構(gòu)簡式是eq\o(□,\s\up4(7))A—P～P～P，其中“—”代表一般化學(xué)鍵，“～”代表eq\o(□,\s\up4(8))一種特別的化學(xué)鍵。2．結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)不穩(wěn)定：由于兩個相鄰的eq\o(□,\s\up4(9))磷酸基團(tuán)都帶eq\o(□,\s\up4(10))負(fù)電荷而相互排斥等緣由，使得“～”這種化學(xué)鍵不穩(wěn)定，末端磷酸基團(tuán)有一種離開ATP而與其他分子結(jié)合的趨勢，也就是具有較高的eq\o(□,\s\up4(11))轉(zhuǎn)移勢能。(2)高能量：1molATP水說明放的能量高達(dá)eq\o(□,\s\up4(12))30.54kJ，所以說ATP是細(xì)胞內(nèi)的一種eq\o(□,\s\up4(13))高能磷酸化合物。3．功能：ATP是驅(qū)動細(xì)胞生命活動的干脆能源物質(zhì)。eq\a\vs4\al(問題思索)ATP和RNA在組成成分上有怎樣的聯(lián)系？提示：ATP去掉兩個磷酸基團(tuán)后形成的結(jié)構(gòu)就是腺嘌呤核糖核苷酸，是構(gòu)成RNA的基本單位之一。題型一ATP結(jié)構(gòu)分析[例1]關(guān)于ATP的化學(xué)組成的說法中，正確的是()A．ATP結(jié)構(gòu)簡式為A—P～P～PB．ATP中的A表示腺嘌呤C．ATP去掉兩個磷酸基團(tuán)后為DNA基本單位之一D．含有腺嘌呤和脫氧核糖解題分析1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸基團(tuán)組成ATP，A代表腺苷，由腺嘌呤和核糖組成，B、D錯誤；ATP去掉兩個磷酸基團(tuán)后為腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本單位之一，C錯誤。答案A[例2]ATP在細(xì)胞中能夠釋放能量，下列關(guān)于ATP的說法錯誤的是()A．ATP能釋放能量的緣由是其特別化學(xué)鍵簡單斷裂B．由于兩個相鄰的磷酸基團(tuán)都帶有正電荷而相互排斥等緣由，使得該特別化學(xué)鍵不穩(wěn)定C．ATP末端磷酸基團(tuán)有一種離開ATP而與其他分子結(jié)合的趨勢，具有較高的轉(zhuǎn)移勢能D．1molATP水說明放的能量高達(dá)30.54kJ解題分析兩個相鄰的磷酸基團(tuán)都帶有負(fù)電荷而相互排斥。答案B學(xué)問點(diǎn)二ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化及ATP的利用1．轉(zhuǎn)化過程(1)ATP轉(zhuǎn)化為ADP①ATP在酶的作用下水解時(shí)，脫離下來的eq\o(□,\s\up4(1))末端磷酸基團(tuán)eq\o(□,\s\up4(2))挾能量與其他分子結(jié)合，從而使后者發(fā)生變更，ATP水解后轉(zhuǎn)化為比ATP穩(wěn)定的化合物eq\o(□,\s\up4(3))ADP(腺苷二磷酸)，脫離下來的磷酸基團(tuán)假如未移給其他分子，就可以成為游離的eq\o(□,\s\up4(4))磷酸(以Pi表示)。②反應(yīng)式：ATPeq\o(→,\s\up7(酶Ⅰ))ADP＋eq\o(□,\s\up4(5))Pi＋能量。(2)ADP轉(zhuǎn)化為ATP過程①在有關(guān)酶的催化作用下，ADP可以接受eq\o(□,\s\up4(6))能量，同時(shí)與eq\o(□,\s\up4(7))Pi結(jié)合，重新形成ATP。②反應(yīng)式：ADP＋eq\o(□,\s\up4(8))Pi＋eq\o(□,\s\up4(9))能量eq\o(→,\s\up7(酶Ⅱ))ATP。2．轉(zhuǎn)化過程中能量來源和去向(1)ADP合成ATP的能量來源①綠色植物，既可來自eq\o(□,\s\up4(10))光能，也可以來自eq\o(□,\s\up4(11))呼吸作用所釋放的能量。②動物、人、真菌和大多數(shù)細(xì)菌，均來自細(xì)胞進(jìn)行呼吸作用時(shí)eq\o(□,\s\up4(12))有機(jī)物分解所釋放的能量。(2)ATP水解成ADP釋放的能量去向：eq\o(□,\s\up4(13))各項(xiàng)生命活動。3．相互轉(zhuǎn)化特點(diǎn)(1)ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化是時(shí)刻不停地發(fā)生且處于eq\o(□,\s\up4(14))動態(tài)平衡之中的。(2)ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化的能量供應(yīng)機(jī)制體現(xiàn)了eq\o(□,\s\up4(15))生物界的共性。4．ATP的利用(1)利用ATP的實(shí)例(2)ATP為主動運(yùn)輸供應(yīng)能量的過程①參加Ca2＋主動運(yùn)輸?shù)膃q\o(□,\s\up4(17))載體蛋白是一種能催化ATP水解的酶。當(dāng)膜內(nèi)側(cè)的Ca2＋與其相應(yīng)位點(diǎn)結(jié)合時(shí)，其eq\o(□,\s\up4(18))酶活性就被激活了。②在eq\o(□,\s\up4(19))載體蛋白這種酶的作用下，ATP分子的eq\o(□,\s\up4(20))末端磷酸基團(tuán)脫離下來與載體蛋白結(jié)合，這一過程伴隨著eq\o(□,\s\up4(21))能量的轉(zhuǎn)移，這就是載體蛋白的eq\o(□,\s\up4(22))磷酸化。③載體蛋白磷酸化導(dǎo)致其eq\o(□,\s\up4(23))空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變更，使Ca2＋的結(jié)合位點(diǎn)轉(zhuǎn)向eq\o(□,\s\up4(24))膜外側(cè)，將Ca2＋釋放到膜外。(3)總結(jié)：ATP供能機(jī)制(課本P88正文最終一段)ATP水說明放的eq\o(□,\s\up4(25))磷酸基團(tuán)使蛋白質(zhì)等分子eq\o(□,\s\up4(26))磷酸化，這些分子被磷酸化后，空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變更，活性也被變更，因而可以參加各種化學(xué)反應(yīng)。(4)ATP是細(xì)胞內(nèi)流通的能量“貨幣”①細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)分為eq\o(□,\s\up4(27))吸能反應(yīng)和eq\o(□,\s\up4(28))放能反應(yīng)。②吸能反應(yīng)是須要eq\o(□,\s\up4(29))汲取能量的，如蛋白質(zhì)合成等。很多吸能反應(yīng)與eq\o(□,\s\up4(30))ATP水解的反應(yīng)相聯(lián)系，由ATP水解供應(yīng)能量。③放能反應(yīng)是eq\o(□,\s\up4(31))釋放能量的，如葡萄糖的氧化分解等。很多放能反應(yīng)與eq\o(□,\s\up4(32))ATP的合成相聯(lián)系，釋放的能量儲存在eq\o(□,\s\up4(33))ATP中，用來為吸能反應(yīng)eq\o(□,\s\up4(34))干脆供能。④能量通過ATP分子在eq\o(□,\s\up4(35))吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間流通。eq\a\vs4\al(問題思索)ATP、ADP之間的相互轉(zhuǎn)化過程是可逆的嗎？提示：不是可逆的。ATP轉(zhuǎn)化成ADP和ADP轉(zhuǎn)化為ATP時(shí)所須要的酶是不同的，所需能量也不同，所以不行逆。eq\a\vs4\al(問題思索)ATP在細(xì)胞內(nèi)的含量是很少的，每一時(shí)刻儲存在人體內(nèi)的ATP、ADP的總含量不到1g，而一個正常成年人在靜止?fàn)顟B(tài)下24h，將有40kg的ATP發(fā)生轉(zhuǎn)化。為滿意能量須要，分析生物體是如何解決這一沖突的？提示：ATP與ADP在細(xì)胞內(nèi)的相互轉(zhuǎn)化是非?？焖俚?，且物質(zhì)可以重復(fù)利用，因此，能滿意生命活動對能量的須要。eq\a\vs4\al(延長拓展)能源物質(zhì)的種類及關(guān)系(1)生物體主要能源物質(zhì)——糖類。(2)生物體主要儲能物質(zhì)——脂肪。(3)生物體生命活動的干脆能源物質(zhì)——ATP。(4)生物體生命活動的最終能量來源——太陽能。(5)各種能源物質(zhì)的關(guān)系：太陽能→糖類等能源物質(zhì)→ATP中化學(xué)能→生命活動。題型二ATP、ADP之間的轉(zhuǎn)化[例3]如圖為植物細(xì)胞中ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化示意圖，下列相關(guān)敘述錯誤的是()A．ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的能量供應(yīng)機(jī)制在全部細(xì)胞內(nèi)都是一樣的，體現(xiàn)生物界統(tǒng)一性B．過程②是在酶的催化下，由于相鄰磷酸帶負(fù)電荷而相互排斥等緣由，使末端磷酸基團(tuán)脫離C．過程①所需能量可以來自化學(xué)能D．生物體內(nèi)的ATP含量很多，從而保證了生命活動所需能量的持續(xù)供應(yīng)解題分析細(xì)胞內(nèi)ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化的能量供應(yīng)機(jī)制體現(xiàn)了生物界的統(tǒng)一性，A正確；過程②是ATP的水解，由于兩個相鄰的磷酸基因帶負(fù)電荷而相互排斥等緣由，使遠(yuǎn)離腺苷的特別化學(xué)鍵簡單斷裂，B正確；過程①所需能量可以來自光合作用和呼吸作用，即可來自光能和化學(xué)能，C正確；生物體內(nèi)的ATP含量很少，但其合成的速度快，從而保證了生命活動所需能量的持續(xù)供應(yīng)，D錯誤。答案D學(xué)問拓展1ATP是一種高能磷酸化合物，是與能量有關(guān)的一種物質(zhì)，不行等同于能量。2ATP轉(zhuǎn)化為ADP又稱“ATP的水解反應(yīng)”，這一過程需ATP水解酶的催化，同時(shí)也須要消耗水。蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉等的水解也都須要消耗水。3ATP并不是細(xì)胞內(nèi)唯一的高能磷酸化合物，高能磷酸化合物在生物體內(nèi)有很多種，如存在于各種生物體細(xì)胞內(nèi)的UTP、GTP、CTP及動物體內(nèi)的磷酸肌酸。4ATP與ADP轉(zhuǎn)化總處于“動態(tài)平衡”中，如猛烈運(yùn)動時(shí)ATP分解量增加，此時(shí)其合成量也增加。題型三ATP的利用[例4]下列過程中，須要消耗ATP的是()A．水分子進(jìn)入根毛細(xì)胞B．肺泡內(nèi)氧氣進(jìn)入血液C．腸道內(nèi)的甘油進(jìn)入小腸絨毛上皮細(xì)胞D．胰腺細(xì)胞分泌胰蛋白酶解題分析水分子、氧氣、甘油進(jìn)出細(xì)胞的方式都是被動，不須要消耗能量，胰腺細(xì)胞分泌胰蛋白酶屬于細(xì)胞合成并分泌蛋白質(zhì)的過程，該過程須要消耗能量。答案D1．有人把ATP比作細(xì)胞的能量“貨幣”，說明ATP是細(xì)胞生命活動的()A．干脆能源 B．儲備能源C．間接能源 D．主要能源答案A解析ATP是細(xì)胞生命活動的干脆能源。2．ATP的結(jié)構(gòu)簡式可表示為A—P～P～P，下列圖示能正確表示ATP的是()答案A解析A—P～P～P中A是腺嘌呤與核糖。3．關(guān)于ATP分子的敘述正確的是()A．ATP分子中含有C、H、O、N、P五種元素B．A中含有1個脫氧核糖和1個腺嘌呤C．T表示三，因而ATP中含有三個特別化學(xué)鍵D．由1個腺苷和2個磷酸基團(tuán)組成答案A解析A由1分子核糖和1分子腺嘌呤結(jié)合而成，B錯誤；T表示三，指的是三個磷酸基團(tuán)，ATP中含有兩個特別化學(xué)鍵，C錯誤；ATP分子由1個腺苷和3個磷酸基團(tuán)組成，D錯誤。4．如圖為植物細(xì)胞中ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化示意圖，下列相關(guān)敘述正確的是()A．過程①不須要酶的催化B．過程②發(fā)生末端磷酸基團(tuán)離開ATP的反應(yīng)C．過程①所需能量只能來自化學(xué)能D．過程②放出的能量可以用于過程①答案B解析過程①②均需酶的催化，A錯誤；②是ATP水解，即末端磷酸基團(tuán)離開ATP，B正確；過程①所需能量來源可以是光能或有機(jī)物中化學(xué)能，C錯誤；②過程釋放的能量可用于各項(xiàng)生命活動，但不能用于合成ATP，D錯誤。5．下圖是ATP的分子結(jié)構(gòu)，請據(jù)圖回答：(1)ATP的分子簡式為________________，組成ATP的化學(xué)元素為________________。(2)圖中虛線框內(nèi)的名稱是________________。(3)寫出ATP與ADP相互轉(zhuǎn)變的反應(yīng)式：_____________