2022-2023學(xué)年 人教版 必修一 細(xì)胞的能量“貨幣”ATP 教案

1、PAGE 11 -第5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素養(yǎng)導(dǎo)引1.生命觀念:運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀,說出ATP的結(jié)構(gòu)和功能。2.科學(xué)思維:采用比較與分類,說明動(dòng)植物合成ATP的來源不同。3.社會(huì)責(zé)任:通過螢火蟲發(fā)光現(xiàn)象的研究,了解熒光素對(duì)人類生活的影響。一、ATP及其結(jié)構(gòu)1.中文名稱 :腺苷三磷酸。2.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式:A-PPP。3.各字母、符號(hào)的含義:A:腺苷P:磷酸基團(tuán):一種特殊的化學(xué)鍵 4.結(jié)構(gòu)特點(diǎn):末端磷酸基團(tuán)具有較高的轉(zhuǎn)移勢(shì)能。5.作用:是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)。思考一個(gè)ATP分子中有幾個(gè)磷酸基團(tuán),幾個(gè)特殊化學(xué)鍵?提示:3個(gè)磷酸基團(tuán),2個(gè)特殊化學(xué)鍵。二、ATP和A

2、DP可以相互轉(zhuǎn)化1.轉(zhuǎn)化過程:(1)圖中字母A、B代表的物質(zhì)分別是磷酸、ADP。(2)能量1的來源:綠色植物:光合作用和呼吸作用。動(dòng)物、人、真菌和大多數(shù)細(xì)菌:呼吸作用。(3)寫出ATP合成的反應(yīng)式:ADP+Pi+能量ATP。2.轉(zhuǎn)化特點(diǎn):(1)ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化時(shí)刻不停地發(fā)生,且處于動(dòng)態(tài)平衡之中。(2)ATP和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,體現(xiàn)了生物界的統(tǒng)一性。三、ATP的利用1.ATP的利用:細(xì)胞中絕大多數(shù)的生命活動(dòng)都是由ATP直接提供能量的,如大腦思考、主動(dòng)運(yùn)輸?shù)取?.ATP是細(xì)胞內(nèi)流通的能量“貨幣”:(1)化學(xué)反應(yīng)中的能量變化與ATP的關(guān)系。放能反應(yīng):

3、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。(2)能量通過ATP分子在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間流通。成人體內(nèi)ATP的總量210 mg,在安靜的狀態(tài)下一天需要消耗的ATP為40 kg,在活動(dòng)的狀態(tài)下ATP的消耗可達(dá)0.5 kg/min;在安靜狀態(tài)時(shí),肌肉內(nèi)ATP所放能量只能維持肌肉收縮12 s。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)判斷:1.ATP消耗量高但含量很少,是因?yàn)槠咸烟堑纫部梢灾苯訛樯顒?dòng)提供能量。()分析:葡萄糖不能直接提供能量。2.體內(nèi)ATP總量少,但消耗的卻很多,是因?yàn)锳TP和ADP可以快速轉(zhuǎn)化。()學(xué)習(xí)任務(wù)一:ATP的結(jié)構(gòu)與功能1.ATP的結(jié)構(gòu):(1)結(jié)構(gòu)組成:表示腺苷(A),為特殊

4、的化學(xué)鍵,P表示磷酸基團(tuán)。(2)元素組成:C、H、O、N、P。思考探究仔細(xì)觀察上圖,ATP徹底水解后會(huì)產(chǎn)生哪些物質(zhì)?提示:磷酸、腺嘌呤、核糖。2.ATP為主動(dòng)運(yùn)輸供能的機(jī)理:(1)Ca2+載體蛋白是一種能催化ATP水解的酶。(2)載體蛋白磷酸化:末端磷酸基團(tuán)脫離下來與載體蛋白結(jié)合。(3)磷酸化使載體蛋白空間結(jié)構(gòu)改變。【拓展歸納】消耗能量與不消耗能量的生理過程(1)常見的消耗能量的生理過程:主動(dòng)運(yùn)輸、蛋白質(zhì)合成、胞吞、胞吐、細(xì)胞分裂等。(2)常見的不需要消耗能量的生理過程:自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散、氣體交換等。【學(xué)習(xí)加點(diǎn)料】1.思維易錯(cuò):蛋白質(zhì)的合成為吸能反應(yīng)還是放能反應(yīng)?提示:吸能反應(yīng)。需要的能量由

5、ATP水解提供。2.教材開發(fā):教材P86相關(guān)信息拓展ATP中的A是腺苷,由腺嘌呤和核糖結(jié)合而成。觀察ATP的結(jié)構(gòu)式,試想一下,ATP水解去掉兩個(gè)磷酸基團(tuán)后,剩余部分的組成是什么?是組成哪種物質(zhì)的基本單位?提示:由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸基團(tuán)構(gòu)成。剩余部分為腺嘌呤核糖核苷酸,是RNA的基本單位之一。下圖為ATP分子結(jié)構(gòu)式。下列相關(guān)敘述正確的是()A.圖中五碳糖為脫氧核糖B.ATP的組成元素有C、H、O、N、PC.1個(gè)ATP分子由1個(gè)腺嘌呤和3個(gè)磷酸基團(tuán)組成D.靠近腺苷的磷酸基團(tuán)有較高的轉(zhuǎn)移勢(shì)能 解題思維提取關(guān)鍵點(diǎn)ATP的分子結(jié)構(gòu)式轉(zhuǎn)化知識(shí)點(diǎn)ATP中的A由腺嘌呤和核糖組成;ATP的組成

6、排除障礙點(diǎn)ATP中有3個(gè)磷酸基團(tuán),遠(yuǎn)離A的磷酸基團(tuán)有較高的轉(zhuǎn)移勢(shì)能【解析】選B。圖中五碳糖為核糖,A錯(cuò)誤;ATP的組成元素有C、H、O、N、P,B正確;1個(gè)ATP分子由1個(gè)腺嘌呤、3個(gè)磷酸基團(tuán)和一個(gè)核糖組成,C錯(cuò)誤;ATP中遠(yuǎn)離腺苷的磷酸基團(tuán)有較高的轉(zhuǎn)移勢(shì)能,D錯(cuò)誤。借題發(fā)揮根據(jù)ATP的命名規(guī)律來猜想一下,若把圖中的核糖換成脫氧核糖后形成的物質(zhì)名稱是什么?提示:脫氧腺苷三磷酸。1.當(dāng)其他條件均可滿足時(shí),20個(gè)腺苷和90個(gè)磷酸分子最多可以組成的ATP個(gè)數(shù)和ATP分子中所含的特殊的化學(xué)鍵個(gè)數(shù)分別是()A.20和30B.20和40C.40和40D.30和60【解析】選B。1個(gè)ATP分子中含有1個(gè)腺苷

7、、3個(gè)磷酸基團(tuán)、2個(gè)特殊的化學(xué)鍵,所以20個(gè)腺苷和90個(gè)磷酸分子最多能組成20個(gè)ATP,共含有202=40(個(gè))特殊的化學(xué)鍵。2.某同學(xué)將螢火蟲的尾部組織取下 ,曬干并磨碎,分別將等量的粉末放入四支試管中,然后加入水,開始出現(xiàn)熒光,過一段時(shí)間后熒光就消失了,然后在四支試管中分別加入等量的ATP、葡萄糖、蛋白質(zhì)和脂肪,則試管中重新發(fā)亮的是()【解析】選A。ATP是細(xì)胞驅(qū)動(dòng)生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì),可以為螢火蟲的發(fā)光器提供能量使其發(fā)光,而葡萄糖、蛋白質(zhì)、脂肪等有機(jī)物不能為生命活動(dòng)直接提供能量,需要先經(jīng)過氧化釋放能量合成ATP再為各種生命活動(dòng)提供能量,故試管中重新發(fā)亮的是加入ATP的試管,A正確,B、

8、C、D錯(cuò)誤。學(xué)習(xí)任務(wù)二:ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化項(xiàng)目ATP的合成ATP的水解反應(yīng)式能量+Pi+ADPATPATPADP+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)鍵中的化學(xué)能能量去路儲(chǔ)存于特殊化學(xué)鍵中用于各項(xiàng)生命活動(dòng)(1)ATP合成所需能量的來源:動(dòng)物和人:細(xì)胞呼吸。綠色植物:光合作用和細(xì)胞呼吸。(2)由于反應(yīng)條件、能量等均不相同,因此ATP和ADP的轉(zhuǎn)化不是可逆反應(yīng)。思考探究ATP合成過程中存在能量的轉(zhuǎn)化,請(qǐng)用文字和箭頭寫出能量轉(zhuǎn)化的過程。提示:光能ATP中的化學(xué)能;有機(jī)物中的化學(xué)能ATP中的化學(xué)能?！就卣箽w納】ATP的特點(diǎn)(1)高能量

9、:ATP水解釋放的能量高達(dá)30.54 kJ/mol,是細(xì)胞中的一種高能磷酸化合物。(2)不穩(wěn)定:末端磷酸基團(tuán)有較高的轉(zhuǎn)移勢(shì)能。(3)含量少:ATP在細(xì)胞內(nèi)含量很少,但轉(zhuǎn)化是時(shí)刻不停地發(fā)生?！緦W(xué)習(xí)加點(diǎn)料】思維易錯(cuò):同樣是能源物質(zhì),ATP與葡萄糖具有不同的特點(diǎn),請(qǐng)從能量的角度概括出ATP有哪些特點(diǎn)。提示:(1)ATP分子中含有的化學(xué)能較少;(2)ATP結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,能量容易釋放。如圖代表物質(zhì)M、N間的相互轉(zhuǎn)化過程,則()A.螢火蟲體內(nèi)的能量c可來源于光能B.吸能反應(yīng)一般和M的合成相聯(lián)系C.物質(zhì)M的元素組成是C、H、O、ND.M、N間的相互轉(zhuǎn)化過程是不可逆反應(yīng)解題思維提取關(guān)鍵點(diǎn)圖中為代表物質(zhì)M、N間的

10、相互轉(zhuǎn)化過程轉(zhuǎn)化知識(shí)點(diǎn)N轉(zhuǎn)變?yōu)镸時(shí)需要能量和Pi,所以N為ADP,M為ATP;能量c可以來源于光能和化學(xué)能,能量d用于各項(xiàng)生命活動(dòng)排除障礙點(diǎn)ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化不是可逆反應(yīng)【解析】選D。螢火蟲體內(nèi)ATP的合成過程所需的能量c可來源于細(xì)胞呼吸氧化分解有機(jī)物釋放出來的化學(xué)能,A錯(cuò)誤;吸能反應(yīng)一般和ATP 的水解相聯(lián)系,放能反應(yīng)一般與ATP的合成相關(guān)聯(lián),B錯(cuò)誤;物質(zhì)M即ATP,中文名稱為腺苷三磷酸,其元素組成是C、H、O、N、P,C錯(cuò)誤;M、N間的相互轉(zhuǎn)化過程是不可逆反應(yīng),因?yàn)锳TP 合成所需能量與ATP 釋放出來的能量不是同一部分能量,D正確。 借題發(fā)揮試舉例說出能使過程加快的生理過程。提示:

11、主動(dòng)運(yùn)輸、肌肉收縮。1.(2020山東合格考)如圖為ATP的結(jié)構(gòu)示意圖,其中甲、乙和丙表示構(gòu)成ATP的小分子物質(zhì),a、b表示某種化學(xué)鍵。下列敘述錯(cuò)誤的是()A.甲表示磷酸基團(tuán)B.乙表示脫氧核糖C.丙表示腺嘌呤D.a、b表示特殊的化學(xué)鍵【解析】選B。圖示為ATP的結(jié)構(gòu),甲為磷酸基團(tuán),乙為核糖,丙為腺嘌呤,a、b為特殊的化學(xué)鍵。2.下圖是ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化的示意圖,表示相關(guān)反應(yīng)。有關(guān)敘述正確的是()ATPADP+Pi+能量A.ATP分子中的五碳糖是脫氧核糖B.和需要的酶是同一種酶C.過程在活細(xì)胞內(nèi)時(shí)刻不停地發(fā)生D.人體肌細(xì)胞中儲(chǔ)存著大量的ATP【解析】選C。ATP分子中的五碳糖是核糖,A錯(cuò)誤;

12、需要的酶是ATP的水解酶,需要的酶是ATP的合成酶,B錯(cuò)誤;ATP和ADP時(shí)刻不停發(fā)生相互轉(zhuǎn)化,從而保證細(xì)胞對(duì)ATP的大量需求,C正確;人體肌細(xì)胞中儲(chǔ)存著少量的ATP,D錯(cuò)誤。分子馬達(dá)ATP合酶ATP合酶,又稱F0F1-ATP酶,在細(xì)胞內(nèi)可催化能源物質(zhì)ATP的合成。在呼吸或光合作用過程中通過電子傳遞鏈釋放的能量先轉(zhuǎn)換為跨膜質(zhì)子(H+(1)ATP合酶應(yīng)廣泛分布于_等細(xì)胞器膜結(jié)構(gòu)上。(2)推測(cè)好氧型細(xì)菌細(xì)胞的_上存在該酶,據(jù)圖分析。理由是_。(3)科學(xué)家發(fā)現(xiàn),一種化學(xué)結(jié)構(gòu)與ATP相似的物質(zhì)GTP(鳥苷三磷酸)也能為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供能量,請(qǐng)從化學(xué)結(jié)構(gòu)的角度解釋GTP也可以供能的原因:_?！窘馕觥?1)據(jù)題干信息“在呼吸或光合作用過程中通過電子傳遞鏈釋放的能量先轉(zhuǎn)換為跨膜質(zhì)子(H+)梯度差,之后質(zhì)子流順梯度差通過ATP合酶使ADP+Pi合成ATP”可知,ATP合酶應(yīng)廣泛分布于線粒體、葉綠體等細(xì)胞器膜結(jié)構(gòu)上。(2)據(jù)圖分析可知,由于該酶與生物膜結(jié)合后能催化ATP的合成,好氧型細(xì)菌能進(jìn)行有氧呼吸產(chǎn)生ATP,而好氧型細(xì)菌的膜結(jié)構(gòu)只有細(xì)胞膜,故推測(cè)好氧型細(xì)菌細(xì)胞膜上存在該酶。(3)由于GTP(鳥苷三磷酸)含有兩個(gè)特殊的化學(xué)鍵,遠(yuǎn)離鳥苷的特殊的化學(xué)鍵容易水解斷裂,其化學(xué)結(jié)構(gòu)是與ATP相似,故GTP也能為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供能量。答案:(1)線粒體、葉綠體(2)細(xì)胞膜該酶與生物膜結(jié)合后能催