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A(yù)TP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:_ATPADPPi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:2ATP是細(xì)胞內(nèi)流通的能量“通貨”:?思考1ATP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1ATP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。()3ATP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)。()4ATP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。()5ATP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。()6ATP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。()9ATP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)1ATP的結(jié)構(gòu)和生理功能Z1ATP的組成2ATP的結(jié)構(gòu)3ATP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。4ATP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DNA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。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APPPBATP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CATP中的大量能量都儲(chǔ)存在腺苷和磷酸基團(tuán)中DATP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APPP: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)AATP中含有三個(gè)高能磷酸鍵BATP分子中含有C、H、O、N、P五種元素CATP、DNA、RNA中的“A”相同DATP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)2ATP與ADP間的相互轉(zhuǎn)化Z1ATP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(mǎn)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)程和B過(guò)程和也可以發(fā)生在同一個(gè)細(xì)胞器內(nèi)C過(guò)程中需要的能量不是過(guò)程釋放的D維持人體體溫的熱能主要來(lái)自過(guò)程中的能量解析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?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)“ATPADPPi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“ATPADPPi能量”和“ADPPi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1ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化反應(yīng)式ATPADPPi能量能量PiADPATP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(xiàn)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”。2ATP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(xiàn)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.ATPADPPi能量”和“b.ADPPi能量ATP”的反應(yīng)的敘述中,正確的是(C)a、b反應(yīng)過(guò)程分別表示能量的釋放和儲(chǔ)存生物細(xì)胞內(nèi)的b過(guò)程所需要的能量來(lái)自細(xì)胞呼吸a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)角度看是可逆的,但從能量角度看是不可逆的ABCD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(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和B和C和D和解析根據(jù)圖分析可知“”中所對(duì)應(yīng)的含義分別為:一磷酸腺苷AMP(腺嘌呤核糖核苷酸),腺嘌呤,DNA分子上的腺嘌呤脫氧核苷酸,RNA分子上的腺嘌呤核糖核苷酸,腺苷,腺苷。1ATP是細(xì)胞內(nèi)的一種高能磷酸化合物,叫作三磷酸腺苷。2ATP分子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式:APPP,A代表腺苷,P代表磷酸基團(tuán),代表高能磷酸鍵。3ATP和ADP之間的相互轉(zhuǎn)化:ATPADPPi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- 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