5.2細(xì)胞的能量“通貨”──ATP課件高一上學(xué)期生物人教版必修1

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問題探討“銀燭秋光冷畫屏，輕羅小扇撲流螢。天階夜色涼如水，臥看牽?？椗?。”讓我們重溫唐代詩人杜牧這情景交融的詩句，想象夜空中與星光媲美的點(diǎn)點(diǎn)流螢，思考有關(guān)的生物學(xué)問題。討論1.螢火蟲發(fā)光的生物學(xué)意義是什么2.螢火蟲體內(nèi)有特殊的發(fā)光物質(zhì)嗎螢火蟲尾部的發(fā)光細(xì)胞中含有熒光素和熒光素酶3.在螢火蟲發(fā)光的過程中有能量轉(zhuǎn)化嗎熒光素接受ATP提供的能量后就被激活。在熒光素酶的催化作用下,熒光素與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成氧化熒光素并且發(fā)出熒光。本節(jié)聚焦為什么說ATP是細(xì)胞的能量“貨幣”ATP的合成與水解和細(xì)胞內(nèi)放能反應(yīng)與吸能反應(yīng)相聯(lián)系，即能量通過ATP分子在放能反應(yīng)和吸能反應(yīng)之間流通。ATP與ADP是怎樣相互轉(zhuǎn)化的這有什么意義細(xì)胞中的哪些生命活動(dòng)需要ATP提供能量物質(zhì)合成、肌肉收縮、物質(zhì)的主動(dòng)運(yùn)輸、大腦思考、生物發(fā)光放電等。螢火蟲發(fā)光需要細(xì)胞提供能量。同樣，在細(xì)胞內(nèi)，物質(zhì)的主動(dòng)運(yùn)輸需要能量，物質(zhì)的合成需要能量，肌纖維的收縮也需要能量。這些能量從哪里來呢我們知道，細(xì)胞中的糖類、脂肪等有機(jī)物都儲(chǔ)存著化學(xué)能，但是直接給細(xì)胞生命活動(dòng)提供能量的卻是另一種有機(jī)物：ATP。ATP是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)。ATP是一種高能磷酸化合物ATP是腺昔三磷酸的英文名稱縮寫。ATP分子的結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)寫成A一P~P~P，其中A代表腺昔，P代表磷酸基團(tuán)，~代表一種特殊的化學(xué)鍵。由于兩個(gè)相鄰的磷酸基團(tuán)都帶負(fù)電荷而相互排斥等原因，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)生變化?？梢夾TP水解的過程就是釋放能量的過程，1molATP水解釋放的能量高達(dá)30.54kJ，所以說ATP是一種高能磷酸化合物。ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化ATP水解后轉(zhuǎn)化為比ATP穩(wěn)定的化合物-ADP(腺首二磷酸的英文名稱縮寫),脫離下來的磷酸基團(tuán)如果未轉(zhuǎn)移給其他分子，就成為游離的磷酸(以P表示)。在有關(guān)酶的作用下，ADP可以接受能量，同時(shí)與Pi結(jié)合，重新形成ATP(圖5-4)。對(duì)細(xì)胞的正常生活來說，ATP與ADP的這種相互轉(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。據(jù)測(cè)算，一個(gè)人在劇烈運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下，每分鐘約有0.5kg的ATP轉(zhuǎn)化成ADP，釋放能量，供運(yùn)動(dòng)之需。生成的ADP又可在一定條件下轉(zhuǎn)化成ATP。ATP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。那么，在ADP轉(zhuǎn)化成ATP的過程中，所需要的能量從哪里來呢對(duì)于綠色植物來說，既可以來自光能，也可以來自呼吸作用所釋放的能量;對(duì)于動(dòng)物、人、真菌和大多數(shù)細(xì)菌來說，均來自細(xì)胞進(jìn)行呼吸作用時(shí)有機(jī)物分解所釋放的能量(圖5-5)。知識(shí)鏈接有關(guān)光合作用吸收光能用于ADP轉(zhuǎn)化為ATP的內(nèi)容，請(qǐng)參見本章第4節(jié)。相關(guān)信息電露一次放電電壓可達(dá)300~500V，足以把附近的魚電死。據(jù)計(jì)算，1萬條電謠的電能聚集在一起，足夠使1列電力機(jī)車運(yùn)行幾分鐘。ATP的利用ATP的利用細(xì)胞中絕大多數(shù)需要能量的生命活動(dòng)都是由ATP直接提供能量的，如大腦思考、電露發(fā)電和物質(zhì)的主動(dòng)運(yùn)輸都需要消耗ATP。閱讀圖5-6，你能拓展資料其他ATP利用的實(shí)例嗎ATP水解釋放的能量是如何用于上述各種生命活動(dòng)的呢下圖向你展示了ATP是如何為主動(dòng)運(yùn)輸供能的(圖5-7)。ATP水解釋放的磷酸基團(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)生變化，活性也被改變，因而可以參與各種化學(xué)反應(yīng)。細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)可以分成吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)兩大類。前者是需要吸收能量的，如蛋白質(zhì)的合成等后者是釋放能量的，如葡萄糖的氧化分解等許多吸能反應(yīng)與ATP水解的反應(yīng)相聯(lián)系，由ATP水解提供能量。許多放能反應(yīng)與ATP的合成相聯(lián)系，釋放的能量?jī)?chǔ)存在ATP中，用來為吸能反應(yīng)直接供能。也就是說，能量通過ATP分子在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間流通?？梢孕蜗蟮匕袮TP比喻成細(xì)胞內(nèi)流通的能量“貨幣”。正是由于細(xì)胞內(nèi)具有ATP這種能量“貨幣”，才能及時(shí)而持續(xù)地滿足細(xì)胞各項(xiàng)生命活動(dòng)對(duì)能量的需求。螢火蟲尾部的發(fā)光細(xì)胞中含有熒光素和熒光素酶。熒光素接受ATP提供的能量后就被激活。在熒光素酶的催化作用下，熒光素與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成氧化熒光素并且發(fā)出熒光?？茖W(xué)家運(yùn)用這一原理，將熒光素酶基因?qū)胫参锖?，再用熒光素溶液澆灌植物，使轉(zhuǎn)基因植物在黑暗中發(fā)光，從而培育出一種能發(fā)光的“熒光樹”練習(xí)與應(yīng)用一、概念檢測(cè)1.能準(zhǔn)確表示ATP中三個(gè)磷酸基團(tuán)之間以及磷酸基團(tuán)和腺昔之間關(guān)系的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是()A.A-PP~PB.A-P~P~PC.A~P~P-PD.A~P~P~P2.下列物質(zhì)中，能夠直接給細(xì)胞生命活動(dòng)提供能量的是A.脂肪酸B.氨基酸C.腺昔二磷酸D.腺三磷酸3.ATP是細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)，下面關(guān)于ATP的敘述，錯(cuò)誤的是（）A.細(xì)胞質(zhì)和細(xì)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可以水解為ADP和磷酸D正常細(xì)胞中ATP與ADP的比值相對(duì)穩(wěn)定4.離子泵是一種具有ATP水解酶活性的載體蛋白，它在跨膜運(yùn)輸物質(zhì)時(shí)離不開ATP的水解下列敘述正確的是A.離子通過離子泵的跨膜運(yùn)輸屬于協(xié)助擴(kuò)散B.離子通過離子泵的跨膜運(yùn)輸是順濃度梯度進(jìn)行的C.動(dòng)物一氧化碳中毒會(huì)降低離子泵跨膜運(yùn)輸離子的速率D.加人蛋白質(zhì)變性劑會(huì)提高離子泵跨膜運(yùn)輸離子的速率二、拓展應(yīng)用1，就細(xì)胞中的吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)各舉出一個(gè)實(shí)例，并說明這些實(shí)例分別與ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化有什么關(guān)系。吸能反應(yīng)，如葡萄糖和果糖合成蔗糖的反應(yīng)需要消耗能量，是吸能反應(yīng)，這一反應(yīng)所需要的能量是由ATP水解為ADP時(shí)釋放能量來提供的。放能反應(yīng)，如丙酮酸的氧化分解能夠釋放能量，是放能反應(yīng)。這一反應(yīng)所釋放的能量除以熱能形式散失外，還用于ADP轉(zhuǎn)化為ATP的反應(yīng)，儲(chǔ)存在ATP中。2.同樣是能源物質(zhì)，ATP與葡萄糖具有不同的特點(diǎn)。請(qǐng)你概括出ATP具有哪些特點(diǎn)。在儲(chǔ)存能量方面，ATP同葡萄糖相比具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：一是ATP分子中含有的化學(xué)能比較少，一分子ATP轉(zhuǎn)化為ADP時(shí)釋放的化學(xué)能大約只是一分子葡萄糖的1/94;二是ATP分子中所含的是活躍的化學(xué)能，而葡萄糖分子中所含的是穩(wěn)定的化學(xué)能。葡萄糖分子中穩(wěn)定的化學(xué)能只有轉(zhuǎn)化為ATP