新教材適用2024-2025學(xué)年高中生物第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學(xué)案新人教版必修1

第2節(jié)細(xì)胞的能量“貨幣”ATP課標(biāo)要求1．簡(jiǎn)述ATP的化學(xué)組成和特點(diǎn)。2．簡(jiǎn)述ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化。3．說明ATP在能量代謝中的作用。核心素養(yǎng)1．生命觀念——結(jié)構(gòu)與功能觀：認(rèn)同ATP的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)。2．科學(xué)思維——分析與綜合：ATP與ADP之間的相互轉(zhuǎn)化；理解ATP是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的干脆能源物質(zhì)。學(xué)問點(diǎn)一ATP是一種高能磷酸化合物必備學(xué)問·夯實(shí)雙基1．中文名稱：_腺苷三磷酸__。2．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：A—P～P～P，其中A代表_腺苷__，P代表_磷酸基團(tuán)__，～代表_特別的化學(xué)鍵__。3．特點(diǎn)(1)ATP不穩(wěn)定的緣由：由于ATP中兩個(gè)相鄰的磷酸基團(tuán)都_帶負(fù)電荷而相互排斥__等緣由，使得特別的化學(xué)鍵不穩(wěn)定，末端磷酸基團(tuán)有較高的_轉(zhuǎn)移勢(shì)能__。(2)ATP的水解過程就是_釋放能量__的過程，1molATP水說明放的能量高達(dá)30.54kJ，所以說ATP是一種_高能磷酸化合物__。4．功能：ATP是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的_干脆能源__物質(zhì)。5．ATP的供能機(jī)理：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)生變更?；顚W(xué)巧練1.ATP是細(xì)胞內(nèi)主要的能源物質(zhì)。(×)2．ATP由1個(gè)腺嘌呤和3個(gè)磷酸基團(tuán)構(gòu)成。(×)3．ATP是高能磷酸化合物，含3個(gè)特別化學(xué)鍵，其中末端的磷酸基團(tuán)具有較高的轉(zhuǎn)移勢(shì)能。(×)深化探討ATP的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)1．依據(jù)ATP結(jié)構(gòu)式思索下列問題：(1)圖中①②③的結(jié)構(gòu)分別是什么？提示：腺嘌呤、核糖、磷酸基團(tuán)。(2)腺苷是由圖中哪些結(jié)構(gòu)組成的？提示：①②。(3)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)？提示：腺嘌呤核糖核苷酸。(4)若ATP完全水解，會(huì)得到哪些成分？提示：腺嘌呤、核糖、磷酸。2．為什么ATP中遠(yuǎn)離A端的特別化學(xué)鍵不穩(wěn)定？ATP怎樣實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移？提示：由于兩個(gè)相鄰的磷酸基團(tuán)都帶負(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(shì)，也就是具有較高的轉(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)生變更。課內(nèi)探究·名師點(diǎn)睛1.ATP的分子組成(如圖)(1)元素組成：ATP是由C、H、O、N、P五種元素組成的，這與核酸的元素組成是相同的。(2)AMP是RNA的基本組成單位之一。(3)ATP的結(jié)構(gòu)組成可以用“1、2、3”來總結(jié)，“1”表示1個(gè)腺苷，“2”表示兩個(gè)特別的化學(xué)鍵，“3”表示3個(gè)磷酸基團(tuán)。(4)拓展：ATP是生命活動(dòng)最主要的干脆能源物質(zhì)，但不是唯一的干脆能源物質(zhì)，除ATP外，還有UTP、GTP和CTP。UTP是由一個(gè)尿嘧啶、一個(gè)核糖、三個(gè)磷酸連接而成的；GTP是由一個(gè)鳥嘌呤、一個(gè)核糖、三個(gè)磷酸連接而成的；CTP是由一個(gè)胞嘧啶、一個(gè)核糖、三個(gè)磷酸連接而成的。每個(gè)分子去掉兩個(gè)磷酸基團(tuán)后都是構(gòu)成RNA的基本單位，它們的關(guān)系如下圖所示：這四種物質(zhì)中，ATP是生物體的干脆能源物質(zhì)，當(dāng)人體在運(yùn)動(dòng)、汲取氨基酸、葡萄糖等養(yǎng)分物質(zhì)時(shí)都會(huì)消耗ATP，ATP是能量“貨幣”。GTP可用于合成蛋白質(zhì)，CTP可用于合成脂質(zhì)，UTP可用于合成多糖。另外，ATP中的核糖若變更為脫氧核糖，就轉(zhuǎn)變?yōu)閐ATP(脫氧腺苷三磷酸)。2．生物體內(nèi)的能源物質(zhì)總結(jié)(1)能源物質(zhì)：糖類、脂肪、蛋白質(zhì)、ATP。(2)主要能源物質(zhì)：糖類。(3)儲(chǔ)能物質(zhì)：脂肪、淀粉(植物細(xì)胞)、糖原(動(dòng)物細(xì)胞)。(4)主要儲(chǔ)能物質(zhì)：脂肪。(5)干脆能源物質(zhì)：ATP(6)最終能量來源：太陽(yáng)能。典例剖析典例1下列關(guān)于ATP的敘述中正確的是(C)A．ATP中存在3個(gè)特別的化學(xué)鍵B．腺苷三磷酸可簡(jiǎn)寫為A—P—P～PC．ATP是生物體內(nèi)的干脆能源物質(zhì)D．靠近A的特別化學(xué)鍵簡(jiǎn)單斷裂解析：ATP中存在2個(gè)特別的化學(xué)鍵，A項(xiàng)錯(cuò)誤；腺苷三磷酸可簡(jiǎn)寫為A—P～P～P，B項(xiàng)錯(cuò)誤；ATP是干脆能源物質(zhì)，C項(xiàng)正確；遠(yuǎn)離A的特別化學(xué)鍵簡(jiǎn)單斷裂，D項(xiàng)錯(cuò)誤。變式訓(xùn)練?下列有關(guān)ATP結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖的敘述，正確的是(D)A．圖中的A代表腺苷，b、c為特別化學(xué)鍵B．a(chǎn)是組成DNA的基本單位之一C．ATP是生物體內(nèi)良好的儲(chǔ)能物質(zhì)D．ATP中的“A”與RNA中的堿基“A”表示的不是同一種物質(zhì)解析：圖中A代表的是腺嘌呤，A項(xiàng)錯(cuò)誤；a是組成RNA的基本單位之一，B項(xiàng)錯(cuò)誤；ATP是生命活動(dòng)的干脆能源物質(zhì)，不是良好的儲(chǔ)能物質(zhì)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；ATP中的“A”代表腺苷，RNA中的堿基“A”代表腺嘌呤，D項(xiàng)正確。學(xué)問點(diǎn)二ATP和ADP可以相互轉(zhuǎn)化及ATP的利用必備學(xué)問·夯實(shí)雙基1．過程(1)釋放能量：ATP_ADP__＋Pi＋能量。(2)儲(chǔ)存能量：ADP＋Pi＋能量_ATP__。2．能量的來源及去路3．緣由及特點(diǎn)(1)緣由：ATP分子中_末端磷酸基團(tuán)具有較高的轉(zhuǎn)移勢(shì)能__很簡(jiǎn)單水解。(2)特點(diǎn)：時(shí)刻不停地發(fā)生并且處于_動(dòng)態(tài)平衡__之中。4．ATP的利用(1)細(xì)胞內(nèi)吸能反應(yīng)一般與_ATP水解__的反應(yīng)相聯(lián)系，由_ATP水解__供應(yīng)能量；放能反應(yīng)一般與_ATP合成__的反應(yīng)相聯(lián)系，釋放的能量?jī)?chǔ)存在_ATP__中。(2)舉例說明有哪些生命活動(dòng)須要利用ATP：_細(xì)胞的主動(dòng)運(yùn)輸、胞吞胞吐、各種吸能反應(yīng)，還可用于生物發(fā)光發(fā)電、肌肉收縮、大腦思索等生命活動(dòng)__。(3)ATP水說明放的_磷酸基團(tuán)__使_蛋白質(zhì)__等分子磷酸化，這在細(xì)胞中是常見的。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)__?；顚W(xué)巧練1.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。(×)2．ATP能夠剛好轉(zhuǎn)化成ADP，這有效地保證了細(xì)胞內(nèi)能量的供應(yīng)。(√)3．ATP在細(xì)胞內(nèi)含量并不高，活細(xì)胞都能產(chǎn)生ATP，也都會(huì)消耗ATP。(√)4．ATP中的A不代表腺嘌呤，當(dāng)脫去兩個(gè)磷酸后，形成的物質(zhì)為RNA的基本單位之一。(√)5．ATP水說明放的能量可用于細(xì)胞內(nèi)的吸能反應(yīng)。(√)深化探討1.人們不論在運(yùn)動(dòng)時(shí)還是休息時(shí)，細(xì)胞內(nèi)時(shí)刻進(jìn)行著ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化屬于可逆反應(yīng)嗎？提示：不屬于，所需酶及場(chǎng)所和能量來源等不同。2．ATP在細(xì)胞內(nèi)的含量是很少的，如成年人細(xì)胞內(nèi)ADP和ATP的總量?jī)H為2～10mg，而一個(gè)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(dòng)對(duì)能量的須要。課內(nèi)探究·名師點(diǎn)睛ATP轉(zhuǎn)化及利用圖示圖示1：圖示2：例：ATP如何為主動(dòng)運(yùn)輸供能ATPATP水解eq\o(→,\s\up7(Pi與載體結(jié)合),\s\do5(載體蛋白空間結(jié)構(gòu)變更))Ca2＋釋放到膜外學(xué)問貼士(1)光合作用和呼吸作用等放能反應(yīng)與ATP的合成相聯(lián)系。(2)主動(dòng)運(yùn)輸?shù)任芊磻?yīng)與ATP的分解相聯(lián)系，所以ATP是干脆供能物質(zhì)。(3)ATP在生物體內(nèi)含量很少，又不斷通過各種生命活動(dòng)大量消耗，但ATP在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)化非?？焖?，從而使細(xì)胞中的ATP總是處于一種動(dòng)態(tài)平衡之中。(4)ATP為生命活動(dòng)供應(yīng)的是化學(xué)能。(5)ATP是細(xì)胞內(nèi)的干脆供能物質(zhì)，但并非全部的生命活動(dòng)所需的能量都是由ATP供應(yīng)的，如葡萄糖的主動(dòng)運(yùn)輸所需能量可以來自Na＋的電勢(shì)差能。典例剖析典例2生物體內(nèi)能量代謝中ATP的合成和利用過程如圖所示。以下說法錯(cuò)誤的是(C)A．動(dòng)植物體內(nèi)都有呼吸作用為ATP的合成供應(yīng)能量B．①過程和②過程利用的酶和進(jìn)行場(chǎng)所不相同C．c表示汲取的能量，d表示釋放的能量，兩者形式相同D．ATP在活細(xì)胞中含量很少，但轉(zhuǎn)化速度很快解析：圖示中的a可表示呼吸作用，b可表示光合作用，動(dòng)植物體內(nèi)都有呼吸作用為ATP的合成供應(yīng)能量，A項(xiàng)正確；①過程為ATP的合成，②過程為ATP的水解，二者利用的酶和進(jìn)行場(chǎng)所不相同，B項(xiàng)正確；c表示ATP合成過程中汲取的能量，主要是光能、化學(xué)能，而d表示ATP水說明放的能量，可以有多種形式，C項(xiàng)錯(cuò)誤；ATP在活細(xì)胞中的含量很少，但轉(zhuǎn)換速度很快，D項(xiàng)正確。變式訓(xùn)練?在某細(xì)胞培育液中加入32P標(biāo)記的磷酸分子，短時(shí)間內(nèi)分別出細(xì)胞的ATP，發(fā)覺其含量變更不大，但部分ATP的末端磷酸基團(tuán)已帶上放射性標(biāo)記，該現(xiàn)象能夠說明(B)①ATP中遠(yuǎn)離腺苷的磷酸基團(tuán)簡(jiǎn)單脫離32P②32P標(biāo)記的ATP是新合成的③ATP是細(xì)胞內(nèi)的干脆能源物質(zhì)④該過程中ATP既有合成又有分解A．①②③④ B．①②④C．①②③ D．②③④解析：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)簡(jiǎn)單脫離，形成ADP，①正確；部分ATP的末端磷酸基團(tuán)已帶上放射性標(biāo)記，說明部分32P標(biāo)記的ATP是重新合成的，②正確；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)的干脆能源物質(zhì)，③錯(cuò)誤；ATP含量變更不大和部分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，④正確。所以該現(xiàn)象能夠說明的是①②④。1．ATP與ADP的轉(zhuǎn)化式的含義細(xì)胞內(nèi)ATP與ADP的循環(huán)過程，并不表示化學(xué)上的可逆反應(yīng)。(1)從反應(yīng)條件上看：由于酶具有專一性，因此，二者反應(yīng)條件不同。(2)從反應(yīng)場(chǎng)所上看：ATP的合成場(chǎng)所與分解場(chǎng)所不完全相同。(3)從能量來源上看：二者的能量來源不同。綜上所述，ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化的過程應(yīng)推斷為“物質(zhì)是可逆的，能量是不行逆的”或說明為“物質(zhì)是可以循環(huán)利用的，能量是不能循環(huán)的”。提示：推斷一個(gè)化學(xué)反應(yīng)是不是可逆反應(yīng)，不僅要看反應(yīng)物和生成物是否相同，還要看反應(yīng)的條件、場(chǎng)所是否相同。2．ATP與DNA、RNA、核苷酸的聯(lián)系A(chǔ)TP與DNA、RNA、核苷酸的結(jié)構(gòu)中都含有“A”，但在不同物質(zhì)中“A”表示的含義不同，如圖所示。(1)ATP中的A為腺苷，由腺嘌呤和核糖組成。(2)DNA分子中的A為腺嘌呤脫氧核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子脫氧核糖和一分子磷酸組成。(3)RNA分子中的A為腺嘌呤核糖核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸組成。(4)核苷酸中的A為腺嘌呤。由此可見，它們的共同點(diǎn)是都含有腺嘌呤。典例3ATP是細(xì)胞的能量“貨幣”，是生命活動(dòng)的干脆能源物質(zhì)，如圖為ATP的結(jié)構(gòu)和ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系式。下列說法不正確的是(C)ATPeq\o(,\s\up8(酶1),\s\do8(酶2))ADP＋Pi＋能量圖2A．ATP和ADP快速轉(zhuǎn)化依靠于酶催化作用具有的高效性B．圖2中反應(yīng)向右進(jìn)行時(shí)，釋放能量，圖1中的c鍵斷裂C．圖1中的“A”代表腺苷，假如b、c特別的化學(xué)鍵都斷裂則是構(gòu)成RNA的基本單位之一D．圖2的兩個(gè)反應(yīng)總是處于“動(dòng)態(tài)平衡”中，如猛烈運(yùn)動(dòng)時(shí)ATP分解量增加，此時(shí)其合成量也增加解析：ATP和ADP快速轉(zhuǎn)化依靠于酶催化作用具有的高效性，A正確；ATP水解時(shí)遠(yuǎn)離腺苷的特別化學(xué)鍵斷裂，釋放大量能量，供細(xì)胞的生命活動(dòng)利用，B正確；圖1中的“A”代表腺嘌呤，假如b、c特別的化學(xué)鍵都斷裂則是構(gòu)成RNA的基本單位之一，C錯(cuò)誤；圖2的兩個(gè)反應(yīng)總是處于“動(dòng)態(tài)平衡”中，如猛烈運(yùn)動(dòng)時(shí)ATP分解量增加，此時(shí)其合成量也增加，D正確。故選C。學(xué)霸記憶1.ATP的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是A—P～P～P，其中“A”表示腺苷，“P”代表磷酸基團(tuán)，“～”代表特別化學(xué)鍵。2．一個(gè)ATP分子中有1個(gè)腺苷，3個(gè)磷酸基團(tuán)，其中含有2個(gè)特別化學(xué)鍵。3．ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)式：ATPeq\o(,\s\up7(酶1),\s\do5(酶2))ADP＋Pi＋能量。4．細(xì)胞內(nèi)ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化的能量供應(yīng)機(jī)制是生物界的共性。5．動(dòng)物、人、真菌等合成ATP的途徑是呼吸作用。6．綠色植物合成ATP的途徑是光合作用和呼吸作用。7．ATP是生命活動(dòng)的干脆能源物質(zhì)。1．一分子ATP具有的腺苷、特別的化學(xué)鍵、磷酸基團(tuán)的數(shù)量依次為(A)A．1、2、3 B．1、1、2C．1、2、2 D．2、2、3解析：ATP的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為A—P～P～P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基團(tuán)，“～”代表特別的化學(xué)鍵，可見，一分子ATP含有1個(gè)腺苷、2個(gè)特別的化學(xué)鍵、3個(gè)磷酸基團(tuán)。2．(2024·江蘇連云港高一期末)下圖是生物體內(nèi)ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化表達(dá)式，下列相關(guān)敘述正確的是(B)ATPeq\o(,\s\up7(酶1),\s\do5(酶2))ADP＋Pi＋能量A．反應(yīng)須要的酶1和酶2是同一種酶B．ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化處于動(dòng)態(tài)平衡C．該反應(yīng)物質(zhì)與能量變更都是可逆的D．ATP釋放的能量主要用于再合成ATP解析：此反應(yīng)不是可逆反應(yīng)，故酶1和酶2不是同一種酶，A錯(cuò)誤；此過程物質(zhì)變更是可逆的，而能量變更是不行逆的，C錯(cuò)誤；ATP釋放的能量干脆用于其他生命活動(dòng)，而ATP合成的能量來自光能和有機(jī)物中的化學(xué)能，D錯(cuò)誤。3．結(jié)合ATP為主動(dòng)運(yùn)輸供能示意圖，說明ATP為生命活動(dòng)供能的機(jī)理。(1)參加Ca2＋主動(dòng)運(yùn)輸?shù)妮d體蛋白是一種_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)，其酶活性就被激活了。(2)在載體蛋白這種酶的作用下，ATP分子的_末端磷酸基團(tuán)__脫離下來與載體蛋白結(jié)合，這一過