2018年秋高中生物 第五章 細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用 第2節(jié) 細(xì)胞的能量“通貨”——ATP學(xué)案 新人教版必修1.doc

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第2節(jié)　細(xì)胞的能量“通貨”——ATP 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1．說(shuō)出ATP的化學(xué)組成和特點(diǎn)。(重點(diǎn)) 2．掌握ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化，理解轉(zhuǎn)化過(guò)程中物質(zhì)及能量的變化。(難點(diǎn)) 3．闡明ATP在能量代謝中的作用。 核心概念 ATP　高能磷酸鍵　吸能反應(yīng)　放能反應(yīng) 一、ATP的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 二、ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化 1．反應(yīng)式：_______________________ATPADP＋Pi＋能量。 2．能量來(lái)源與去路： 3．特點(diǎn)： (1)ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化時(shí)刻不停地發(fā)生并且處于 動(dòng)態(tài)平衡 中。 (2)細(xì)胞內(nèi)ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的能量供應(yīng)機(jī)制，是生物界的 共性 。 三、ATP的利用 1．實(shí)例： 2．ATP是細(xì)胞內(nèi)流通的能量“通貨”： ？思考 1．ATP中去除兩個(gè)磷酸基團(tuán)后是構(gòu)建哪種物質(zhì)的基本單位？ 提示：RNA。 2．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)所等不同。 3．細(xì)胞內(nèi)的所有生命活動(dòng)都需要ATP直接提供能量嗎？舉例說(shuō)明。 提示：不是，如自由擴(kuò)散等。 H　　判斷題 1．ATP可以水解為一個(gè)核苷酸和兩個(gè)磷酸。(　√　) 2．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。(　　) 3．ATP能夠及時(shí)轉(zhuǎn)化成ADP，這有效地保證了細(xì)胞內(nèi)能量的供應(yīng)。(　√　) 4．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。(　√　) 5．ATP含有3個(gè)高能磷酸鍵，但是只有一個(gè)高能磷酸鍵會(huì)發(fā)生斷裂。(　　) 6．ATP中的A不代表腺嘌呤，當(dāng)再脫去兩個(gè)磷酸后，形成的物質(zhì)為RNA的基本單位之一。(　√　) 7．酶的合成需要ATP供能，此ATP來(lái)自于光合作用和呼吸作用。 (　　) 8．酶的催化反應(yīng)都需要消耗ATP。(　　) 9．ATP水解釋放的能量可用于細(xì)胞內(nèi)的吸能反應(yīng)。(　√　) 10．活細(xì)胞內(nèi)ATP與ADP的轉(zhuǎn)化只能單向進(jìn)行。(　　) 知識(shí)點(diǎn)1　ATP的結(jié)構(gòu)和生理功能 Z　 1．ATP的組成 2．ATP的結(jié)構(gòu) 3．ATP的生理功能 細(xì)胞代謝所需的能量絕大多數(shù)是由細(xì)胞內(nèi)的ATP直接提供的。ATP是細(xì)胞代謝所需能量的直接來(lái)源。 4．ATP的結(jié)構(gòu)與功能的相互關(guān)系 (1)ATP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)保證了細(xì)胞內(nèi)有一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的能量供應(yīng)庫(kù)。ATP中遠(yuǎn)離腺苷的高能磷酸鍵容易水解和形成，可保證ATP數(shù)量的相對(duì)穩(wěn)定和能量的持續(xù)供應(yīng)。 (2)ATP在供能中處于核心地位，許多能源物質(zhì)需轉(zhuǎn)化為ATP才能為生命活動(dòng)供能。在生命活動(dòng)中，ATP中的能量可轉(zhuǎn)化為不同形式的能量。 知識(shí)貼士 ①DNA和RNA的組成中的A表示腺嘌呤這種堿基，而在ATP中A代表的是腺苷，即核糖與腺嘌呤的組合體。 ②每個(gè)ATP分子中只含有2個(gè)高能磷酸鍵(～)，其中只有遠(yuǎn)離腺苷的高能磷酸鍵易斷裂或合成。 D　 典例1　(2018合肥高一檢測(cè))下列關(guān)于ATP的敘述，正確的是(　D　) A．三磷酸腺苷可簡(jiǎn)寫(xiě)為A～P～P－P B．ATP被稱(chēng)為高能磷酸化合物的原因是所有化學(xué)鍵都儲(chǔ)存大量能量 C．ATP中的大量能量都儲(chǔ)存在腺苷和磷酸基團(tuán)中 D．ATP中的大量能量?jī)?chǔ)存在高能磷酸鍵中 [解析]　三磷酸腺苷的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為A－P～P～P：ATP分子中的高能磷酸鍵儲(chǔ)存著大量的能量。 〔變式訓(xùn)練1〕　下列關(guān)于ATP結(jié)構(gòu)的敘述正確的是(　B　) A．ATP中含有三個(gè)高能磷酸鍵 B．ATP分子中含有C、H、O、N、P五種元素 C．ATP、DNA、RNA中的“A”相同 D．ATP徹底水解后會(huì)得到兩種小分子物質(zhì) [解析]　ATP含有兩個(gè)高能磷酸鍵，A錯(cuò)誤；ATP、DNA、RNA中的“A”分別表示腺苷、腺嘌呤、腺嘌呤，C錯(cuò)誤；ATP徹底水解后會(huì)得到磷酸、核糖和腺嘌呤三種小分子物質(zhì)，D錯(cuò)誤。 知識(shí)點(diǎn)2　ATP與ADP間的相互轉(zhuǎn)化 Z　 1．ATP轉(zhuǎn)化及利用圖示 圖示1： 圖示2： 2．解讀 (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，呼吸作用中釋放的能量一部分儲(chǔ)存在ATP中，另一部分以熱能的形式散失。 (2)主動(dòng)運(yùn)輸?shù)任芊磻?yīng)與ATP的分解相聯(lián)系，所以ATP是直接供能物質(zhì)。 (3)ATP在生物體內(nèi)含量很少，又不斷通過(guò)各種生命活動(dòng)大量消耗，但ATP在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)化十分迅速，從而使細(xì)胞中的ATP總是處于一種動(dòng)態(tài)平衡之中。 知識(shí)貼士 不要因?yàn)锳TP是細(xì)胞中的直接能源物質(zhì)就誤認(rèn)為細(xì)胞中的ATP含量很高，細(xì)胞內(nèi)ATP的含量并不高，ATP可以與ADP迅速地相互轉(zhuǎn)化，滿足機(jī)體的能量需要。 D　 典例2　(2018合肥高一檢測(cè)) 如圖為細(xì)胞中ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化示意圖，有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(　D　) A．在一個(gè)活細(xì)胞中，時(shí)刻進(jìn)行著過(guò)程①和② B．過(guò)程①和②也可以發(fā)生在同一個(gè)細(xì)胞器內(nèi) C．過(guò)程①中需要的能量不是過(guò)程②釋放的 D．維持人體體溫的熱能主要來(lái)自過(guò)程②中的能量 [解析]　ATP為直接能源物質(zhì)，在一個(gè)活細(xì)胞中，時(shí)刻進(jìn)行著ATP與ADP的轉(zhuǎn)化過(guò)程；ATP的合成與水解也可以發(fā)生在同一個(gè)細(xì)胞器內(nèi)，如葉綠體；過(guò)程①為ATP的合成過(guò)程，需要的能量來(lái)自呼吸作用或光合作用；維持人體體溫的熱能主要來(lái)自呼吸作用釋放的能量。 方法點(diǎn)撥：1.ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化不是可逆反應(yīng)，因?yàn)槟芰坎煌?，酶不同? 2．ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化是十分迅速的，保證了能量的持續(xù)供應(yīng)。 〔變式訓(xùn)練2〕　下列有關(guān)“ATPADP＋Pi＋能量”的敘述，正確的是(　B　) A．反應(yīng)向左進(jìn)行和向右進(jìn)行時(shí)所需的酶是一樣的 B．反應(yīng)向右進(jìn)行時(shí)釋放能量，向左進(jìn)行時(shí)儲(chǔ)存能量 C．整個(gè)反應(yīng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程 D．植物細(xì)胞和動(dòng)物細(xì)胞中發(fā)生這種反應(yīng)的生理過(guò)程都一樣 [解析]　生物體進(jìn)行的“ATPADP＋Pi＋能量”和“ADP＋Pi＋能量ATP”是兩個(gè)截然不同的生理過(guò)程，它們發(fā)生的場(chǎng)所、所需的酶是不同的，也正是因?yàn)閮蓚€(gè)過(guò)程是在不同的場(chǎng)所、不同酶的作用下完成的，所以就不存在動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題，故A、C兩項(xiàng)錯(cuò)誤。植物細(xì)胞可以通過(guò)光合作用產(chǎn)生ATP和消耗ATP，也可以通過(guò)細(xì)胞呼吸產(chǎn)生ATP，而動(dòng)物細(xì)胞不能進(jìn)行光合作用，所以D項(xiàng)錯(cuò)誤。 一、ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化是不可逆的 1．ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化 反應(yīng)式 ATP→ADP＋Pi＋能量 能量＋Pi＋ADP→ATP 類(lèi)型 水解反應(yīng) 合成反應(yīng) 條件 水解酶 合成酶 場(chǎng)所 活細(xì)胞內(nèi)多種場(chǎng)所 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體 能量轉(zhuǎn)化 放能 儲(chǔ)能 能量來(lái)源 高能磷酸鍵 呼吸作用、光合作用 能量去向 用于各項(xiàng)生命活動(dòng) 儲(chǔ)存于ATP中 綜上所述，ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程應(yīng)判斷為“物質(zhì)是可逆的，能量是不可逆的”或解釋為“物質(zhì)是可以循環(huán)利用的，能量是不能循環(huán)的”。 2．ATP與ADP的轉(zhuǎn)化式的含義 細(xì)胞內(nèi)ATP與ADP的循環(huán)過(guò)程，并不表示化學(xué)上的可逆反應(yīng)。 (1)從反應(yīng)條件上看：ATP的水解屬于水解反應(yīng)，催化該反應(yīng)的酶屬于水解酶；而ATP的合成是一種合成反應(yīng)，催化該反應(yīng)的酶屬于合成酶。由于酶具有專(zhuān)一性，因此，二者反應(yīng)條件不同。 (2)從反應(yīng)場(chǎng)所上看：ATP合成的場(chǎng)所為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體和葉綠體；而ATP分解的場(chǎng)所較多。因此，ATP的合成場(chǎng)所與分解場(chǎng)所不完全相同。 (3)從能量來(lái)源上看：ATP水解釋放的能量是儲(chǔ)存在高能磷酸鍵中的化學(xué)能；而合成ATP的能量主要來(lái)源于化學(xué)能和光能，即二者的能量來(lái)源不同。 提示：判斷一個(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。 　　典例3　下列有關(guān)“a.ATP→ADP＋Pi＋能量”和“b.ADP＋Pi＋能量→ATP”的反應(yīng)的敘述中，正確的是(　C　) ①a、b反應(yīng)過(guò)程分別表示能量的釋放和儲(chǔ)存?、谏锛?xì)胞內(nèi)的b過(guò)程所需要的能量來(lái)自細(xì)胞呼吸?、踑和b在活細(xì)胞中永無(wú)休止地循環(huán)進(jìn)行，保證了生命活動(dòng)的順利進(jìn)行?、躠反應(yīng)中的“能量”一般不能用于推動(dòng)b反應(yīng)的進(jìn)行?、輆、b反應(yīng)過(guò)程從物質(zhì)角度看是可逆的，但從能量角度看是不可逆的 A．①②③④　 B．②③④⑤ C．①③④⑤　 D．①②④⑤ [解析]　ATP的形成一般與放能反應(yīng)聯(lián)系在一起，ATP的分解一般與吸能反應(yīng)聯(lián)系在一起；生物細(xì)胞中b過(guò)程的能量來(lái)自細(xì)胞呼吸或光合作用；ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化是循環(huán)進(jìn)行的；a反應(yīng)中的能量和b反應(yīng)中的能量一般不同，所以a反應(yīng)中的“能量”一般不能用于推動(dòng)b反應(yīng)的進(jìn)行；a、b反應(yīng)過(guò)程從物質(zhì)的角度來(lái)看是可逆的，ATP和ADP以及Pi是可以反復(fù)利用的，但能量是不可以反復(fù)利用的，因?yàn)閮蓚€(gè)過(guò)程進(jìn)行的場(chǎng)所、所需的酶等并不相同。 二、ATP與DNA、RNA、核苷酸的聯(lián)系 ATP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(jiàn)，它們的共同點(diǎn)是都含有腺嘌呤。 典例4　(2018天津高三模擬)如圖所示四種化合物的化學(xué)組成中，“○”中所對(duì)應(yīng)的含義最接近的是(　D　) A．①和②　 B．①和③ C．③和④　 D．⑤和⑥ [解析]　根據(jù)圖分析可知“○”中所對(duì)應(yīng)的含義分別為：①一磷酸腺苷AMP(腺嘌呤核糖核苷酸)，②腺嘌呤，③DNA分子上的腺嘌呤脫氧核苷酸，④RNA分子上的腺嘌呤核糖核苷酸，⑤腺苷，⑥腺苷。 1．ATP是細(xì)胞內(nèi)的一種高能磷酸化合物，叫作三磷酸腺苷。 2．ATP分子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：A－P～P～P，A代表腺苷，P代表磷酸基團(tuán)，～代表高能磷酸鍵。 3．ATP和ADP之間的相互轉(zhuǎn)化：ATPADP＋Pi＋能量。 上述反應(yīng)中，物質(zhì)可逆，能量不可逆，合成ATP和利用ATP往往不是在同一時(shí)間、同一場(chǎng)所進(jìn)行的，且是在不同酶的催化下完成的，故上述反應(yīng)不是可逆反應(yīng)。 4．吸能反應(yīng)伴隨ATP的水解，放能反應(yīng)伴隨著ATP的合成。 ATP