第2節(jié) 細(xì)胞的能量“通貨”──ATP
一、目標(biāo)
1.簡述ATP的化學(xué)組成和特點(diǎn)。
2.寫出ATP的分子簡式。
3.解釋ATP在能量代謝中的作用。
二、重點(diǎn)和難點(diǎn)
1.ATP化學(xué)組成的特點(diǎn)及其在能量代謝中的作用。
2.ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化。
三、教學(xué)方法
探究法、講述法
四、課時(shí)安排
1
五、教學(xué)過程
〖引入〗生命活動(dòng)需要能量，這些能量來自哪里呢？學(xué)生在前面的學(xué)習(xí)中了解到生命活動(dòng)需要的能量來自細(xì)胞中的有機(jī)物�？梢宰寣W(xué)生想一想，燃燒一匙葡萄糖，能觀察到什么現(xiàn)象？燃燒葡萄糖可以觀察到放出的熱和光，說明葡萄糖中蘊(yùn)含著能量。但是細(xì)胞內(nèi)的各種化學(xué)反應(yīng)均需要溫和的條件，那么細(xì)胞中的能量以什么形式釋放出來？又是如何被利用的呢？
〖問題探討〗學(xué)生思考討論回答，教師提示。
〖提示〗見P89。
1.螢火蟲發(fā)光的生物學(xué)意義主要是相互傳遞求偶信號(hào)，以便交尾、繁衍后代。
2.螢火蟲腹部后端細(xì)胞內(nèi)的熒光素，是其特有的發(fā)光物質(zhì)。
3.有。螢火蟲腹部細(xì)胞內(nèi)一些有機(jī)物中儲(chǔ)存的化學(xué)能，只有在轉(zhuǎn)變成光能時(shí)，螢火蟲才能發(fā)光。
〖問題〗以“本節(jié)聚焦”再次引起學(xué)生的思考，注意。
〖板書〗一、ATP分子中具有高能磷酸鍵
〖講述〗ATP的結(jié)構(gòu)特性
ATP也叫做腺苷三磷酸、三磷酸腺苷、腺三磷，是高能磷酸化合物的典型代表。高能磷酸化合物的特點(diǎn)是：它的高能磷酸鍵（也即酸酐鍵，用“～”表示），水解時(shí)釋放出的化學(xué)能是正�；瘜W(xué)鍵釋放化學(xué)能的2倍以上（一般＞20.92 kJ/mol）。這里需要說明的是，化學(xué)中使用的“鍵能”和生物化學(xué)中使用的“高能鍵”，含義是完全不同的�；瘜W(xué)中“鍵能”的含義是指斷裂一個(gè)化學(xué)鍵所需要提供的能量；生物化學(xué)中所說的“高能鍵”是指該鍵水解時(shí)能釋放出大量能量。
ATP是由一分子腺嘌呤、一分子核糖和三個(gè)相連的磷酸基團(tuán)構(gòu)成的。這三個(gè)磷酸基團(tuán)從與分子中腺苷基團(tuán)連接處算起，依次分別稱為 α、β、γ磷酸基團(tuán)。ATP的結(jié)構(gòu)式是：

分析ATP的結(jié)構(gòu)式可以看出，腺嘌呤與核糖結(jié)合形成腺苷，腺苷通過核糖中的第5位羥基，與3個(gè)相連的磷酸基團(tuán)結(jié)合，形成ATP。ATP分子中的γ磷酸基團(tuán)水解時(shí)，能釋放30.5 kJ/mol的能量，而6-磷酸葡萄糖水解時(shí)釋放的能量只有13.8 kJ/mol。需要指出的是，ATP分子既可以水解一個(gè)磷酸基團(tuán)（γ磷酸基團(tuán)），而形成二磷酸腺苷（ADP）和磷酸（Pi）；又可以同時(shí)水解兩個(gè)磷酸基團(tuán)（β磷酸基團(tuán)和γ磷酸基團(tuán)），而形成一磷酸腺苷（AMP）（腺嘌呤核糖核苷酸）和焦磷酸（PPi）。后一種水解方式在某些生物合成中具有特殊意義。AMP可以在腺苷酸激酶的作用下，由ATP提供一個(gè)磷酸基團(tuán)而形成ADP，ADP又可以迅速地接受另外的磷酸基團(tuán)而形成ATP。

〖板書〗ATP：A?P～P～P A?P～P＋30.5 kJ/mol

ATP也叫做腺苷三磷酸、三磷酸腺苷、腺三磷，是高能磷酸化合物的典型代表。ATP分子既可以水解一個(gè)磷酸基團(tuán)，而形成二磷酸腺苷（ADP）和磷酸（Pi），30.5 kJ/mol。
〖板書〗二、ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化

A?P～P～P A?P～P＋30.5 kJ/mol


（物質(zhì)可逆，能量和酶不可逆）

補(bǔ)充：

〖講述〗ATP是活細(xì)胞內(nèi)一種特殊的能量載體，在細(xì)胞核、線粒體、葉綠體以及細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中廣泛存在著，并不斷與ADP相互轉(zhuǎn)化而形成ATP系統(tǒng)。ATP在細(xì)胞內(nèi)的含量是很少的。但是，ATP與ADP在細(xì)胞內(nèi)的相互轉(zhuǎn)化卻是十分迅速的。一般地說，ATP在細(xì)胞內(nèi)形成后不到1 min的時(shí)間就要發(fā)生轉(zhuǎn)化。這樣累計(jì)下來，生物體內(nèi)ATP轉(zhuǎn)化的總量是很大的。例如，一個(gè)成年人在靜止的狀態(tài)下，24 h內(nèi)竟有40 kg的ATP發(fā)生轉(zhuǎn)化；在緊張活動(dòng)的情況下，ATP的消耗可達(dá)0.5 kg/min�？傊�，在活細(xì)胞中，ATP末端磷酸基團(tuán)的周轉(zhuǎn)是極其迅速的，其消耗與再生的速度是相對(duì)平衡的，ATP的含量因而維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的、動(dòng)態(tài)平衡的水平�？梢�，細(xì)胞內(nèi)ATP系統(tǒng)處在動(dòng)態(tài)平衡之中，這對(duì)于構(gòu)成細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定的供能環(huán)境具有十分重要的意義。
〖板書〗三、ATP的利用
吸能反應(yīng)：需要消耗能量，是吸能反應(yīng)。（如葡萄糖和果糖合成蔗糖的反應(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)：能夠釋放能量，是放能反應(yīng)。（如丙酮酸的氧化分解，）這一反應(yīng)所釋放的能量除以熱能形式散失外，用于ADP轉(zhuǎn)化為ATP的反應(yīng)，儲(chǔ)存在ATP中。
〖講述（黑體字是板書）〗ATP中的能量可以直接轉(zhuǎn)化成其他各種形式的能量，用于各項(xiàng)生命活動(dòng)。這些能量的形式主要有以下6種。
①滲透能細(xì)胞的主動(dòng)運(yùn)輸是逆濃度梯度進(jìn)行的，物質(zhì)跨膜移動(dòng)所做的功消耗了能量，這些能量叫做滲透能。
②機(jī)械能細(xì)胞內(nèi)各種結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)都是在做機(jī)械功，所消耗的就是機(jī)械能。例如，肌細(xì)胞的收縮，草履蟲纖毛的擺動(dòng)，精子鞭毛的擺動(dòng)，有絲分裂期間染色體的運(yùn)動(dòng)，腺細(xì)胞對(duì)分泌物的分泌等。
③電能大腦的思考──神經(jīng)沖動(dòng)在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)，以及電鰩、電鰻等動(dòng)物體內(nèi)產(chǎn)生的生物電等，它們所做的電功消耗的就是電能。
④化學(xué)能細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的合成需要化學(xué)能，如小分子物質(zhì)合成為大分子物質(zhì)時(shí)，必須有直接或間接的能量供應(yīng)。另外，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)在分解的開始階段，也需要化學(xué)能來活化，成為能量較高的物質(zhì)（如葡萄糖活化成磷酸葡萄糖）�？梢哉f在細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)代謝中，到處都需要由ATP轉(zhuǎn)化而來的化學(xué)能做功。
⑤光能目前關(guān)于生物發(fā)光的生理機(jī)制還沒有完全弄清楚，但是已經(jīng)知道，生物體用于發(fā)光的能量直接來自ATP，如螢火蟲的發(fā)光。
⑥熱能有機(jī)物的氧化分解釋放的能量，一部分用于生成ATP，大部分轉(zhuǎn)化為熱能通過各種途徑向外界環(huán)境散發(fā)，其中一小部分熱能作用于體溫。通常情況下，熱能的形成往往是細(xì)胞能量轉(zhuǎn)化和傳遞過程中的副產(chǎn)品。此外，ATP釋放的能量中，一部分能量也能用于動(dòng)物的體溫的提升和維持。
〖思考與討論〗學(xué)生思考討論回答，教師提示。
〖提示〗1.1分子葡萄糖所含的能量，約是1分子ATP所含能量的94倍（指ATP轉(zhuǎn)化為ADP時(shí)釋放的能量）。
2.有道理。糖類和脂肪分子中的能量很多而且很穩(wěn)定，不能被細(xì)胞直接利用。這些穩(wěn)定的化學(xué)能只有轉(zhuǎn)化成ATP分子中活躍的化學(xué)能，才能被細(xì)胞直接利用。
〖作業(yè)〗練習(xí)
〖提示〗基礎(chǔ)題
1.B。
2.提示：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，用于ADP轉(zhuǎn)化為ATP的反應(yīng)，儲(chǔ)存在ATP中。
3.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分子中活躍的化學(xué)能，才能被細(xì)胞利用。
拓展題
植物、動(dòng)物、細(xì)菌和真菌等生物的細(xì)胞內(nèi)都具有能量“通貨”──ATP，這可以從一個(gè)側(cè)面說明生物界具有統(tǒng)一性，也反映種類繁多的生物有著共同的起源。

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