第2節(jié) 細胞的能量“通貨”──ATP
一、目標
1.簡述ATP的化學組成和特點。
2.寫出ATP的分子簡式。
3.解釋ATP在能量代謝中的作用。
二、重點和難點
1.ATP化學組成的特點及其在能量代謝中的作用。
2.ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化。
三、教學方法
探究法、講述法
四、課時安排
1
五、教學過程
〖引入〗生命活動需要能量，這些能量來自哪里呢？學生在前面的學習中了解到生命活動需要的能量來自細胞中的有機物。可以讓學生想一想，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，說明葡萄糖中蘊含著能量。但是細胞內(nèi)的各種化學反應均需要溫和的條件，那么細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)光的生物學意義主要是相互傳遞求偶信號，以便交尾、繁衍后代。
2.螢火蟲腹部后端細胞內(nèi)的熒光素，是其特有的發(fā)光物質(zhì)。
3.有。螢火蟲腹部細胞內(nèi)一些有機物中儲存的化學能，只有在轉(zhuǎn)變成光能時，螢火蟲才能發(fā)光。
〖問題〗以“本節(jié)聚焦”再次引起學生的思考，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是：它的高能磷酸鍵（也即酸酐鍵，用“～”表示），水解時釋放出的化學能是正常化學鍵釋放化學能的2倍以上（一般＞20.92 kJ/mol）。這里需要說明的是，化學中使用的“鍵能”和生物化學中使用的“高能鍵”，含義是完全不同的。化學中“鍵能”的含義是指斷裂一個化學鍵所需要提供的能量；生物化學中所說的“高能鍵”是指該鍵水解時能釋放出大量能量。
ATP是由一分子腺嘌呤、一分子核糖和三個相連的磷酸基團構(gòu)成的。這三個磷酸基團從與分子中腺苷基團連接處算起，依次分別稱為 α、β、γ磷酸基團。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個相連的磷酸基團結(jié)合，形成ATP。ATP分子中的γ磷酸基團水解時，能釋放30.5 kJ/mol的能量，而6-磷酸葡萄糖水解時釋放的能量只有13.8 kJ/mol。需要指出的是，ATP分子既可以水解一個磷酸基團（γ磷酸基團），而形成二磷酸腺苷（ADP）和磷酸（Pi）；又可以同時水解兩個磷酸基團（β磷酸基團和γ磷酸基團），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提供一個磷酸基團而形成ADP，ADP又可以迅速地接受另外的磷酸基團而形成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磷酸基團，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）

補充：

〖講述〗ATP是活細胞內(nèi)一種特殊的能量載體，在細胞核、線粒體、葉綠體以及細胞質(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在細胞內(nèi)的含量是很少的。但是，ATP與ADP在細胞內(nèi)的相互轉(zhuǎn)化卻是十分迅速的。一般地說，ATP在細胞內(nèi)形成后不到1 min的時間就要發(fā)生轉(zhuǎn)化。這樣累計下來，生物體內(nèi)ATP轉(zhuǎn)化的總量是很大的。例如，一個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；在緊張活動的情況下，ATP的消耗可達0.5 kg/min。總之，在活細胞中，ATP末端磷酸基團的周轉(zhuǎn)是極其迅速的，其消耗與再生的速度是相對平衡的，ATP的含量因而維持在一個相對穩(wěn)定的、動態(tài)平衡的水平。可見，細胞內(nèi)ATP系統(tǒng)處在動態(tài)平衡之中，這對于構(gòu)成細胞內(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：需要消耗能量，是吸能反應。（如葡萄糖和果糖合成蔗糖的反應，）這一反應所需要的能量是由ATP水解為ADP時釋放能量來提供的。
放能反應：能夠釋放能量，是放能反應。（如丙酮酸的氧化分解，）這一反應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，儲存在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，用于各項生命活動。這些能量的形式主要有以下6種。
①滲透能細胞的主動運輸是逆濃度梯度進行的，物質(zhì)跨膜移動所做的功消耗了能量，這些能量叫做滲透能。
②機械能細胞內(nèi)各種結(jié)構(gòu)的運動都是在做機械功，所消耗的就是機械能。例如，肌細胞的收縮，草履蟲纖毛的擺動，精子鞭毛的擺動，有絲分裂期間染色體的運動，腺細胞對分泌物的分泌等。
③電能大腦的思考──神經(jīng)沖動在神經(jīng)纖維上的傳導，以及電鰩、電鰻等動物體內(nèi)產(chǎn)生的生物電等，它們所做的電功消耗的就是電能。
④化學能細胞內(nèi)物質(zhì)的合成需要化學能，如小分子物質(zhì)合成為大分子物質(zhì)時，必須有直接或間接的能量供應。另外，細胞內(nèi)物質(zhì)在分解的開始階段，也需要化學能來活化，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)化而來的化學能做功。
⑤光能目前關(guān)于生物發(fā)光的生理機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物的體溫的提升和維持。
〖思考與討論〗學生思考討論回答，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，不能被細胞直接利用。這些穩(wěn)定的化學能只有轉(zhuǎn)化成ATP分子中活躍的化學能，才能被細胞直接利用。
〖作業(yè)〗練習
〖提示〗基礎(chǔ)題
1.B。
2.提示：吸能反應：如葡萄糖和果糖合成蔗糖的反應，需要消耗能量，是吸能反應。這一反應所需要的能量是由ATP水解為ADP時釋放能量來提供的。放能反應：如丙酮酸的氧化分解，能夠釋放能量，是放能反應。這一反應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，儲存在ATP中。
3.在儲存能量方面，ATP同葡萄糖相比具有以下兩個特點：一是ATP分子中含有的化學能比較少，一分子ATP轉(zhuǎn)化為ADP時釋放的化學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能，而葡萄糖分子中所含的是穩(wěn)定的化學能。葡萄糖分子中穩(wěn)定的化學能只有轉(zhuǎn)化為ATP分子中活躍的化學能，才能被細胞利用。
拓展題
植物、動物、細菌和真菌等生物的細胞內(nèi)都具有能量“通貨”──ATP，這可以從一個側(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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