苏教版必修一 生命活动的能量通货ATP 学案.docx
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苏教版必修一生命活动的能量通货ATP学案
第13课时 生命活动的能量“通货”——ATP
[目标导读] 1.结合教材P63,简述ATP的结构特点。
2.结合图4-1ATP和ADP的相互转化示意图,阐明二者之间的关系。
3.结合教材图4-2,举例说明ATP的利用,理解ATP是能量“通货”的含义。
[重难点击] ATP和ADP的相互转化及其意义。
一 ATP的分子结构
阅读教材P63,结合下图思考回答下列问题:
1.结构
(1)ATP的中文名称是什么?
答案 腺嘌呤核苷三磷酸。
(2)ATP是由哪些部分构成?
ATP中的A、T、P分别代表何种含义?
答案 ATP由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸组成,其中A代表腺嘌呤核苷,T代表3,P代表磷酸基团。
(3)ATP的结构简式可以表示为:
A-P~P~P。
其中“-”代表普通化学键,“~”代表高能磷酸键。
(4)组成ATP的化学元素有C、H、O、N、P。
2.结构特点
(1)高能量:
ATP是一种高能磷酸化合物。
(2)不稳定:
在有关酶的催化作用下,ATP末端的高能磷酸键很容易水解,释放能量。
小贴士 水解自由能在20.92kJ/mol以上的磷酸化合物称为高能磷酸化合物,ATP中的高能磷酸键水解时释放的能量高达30.54kJ/mol,是一种高能磷酸化合物。
3.ATP去掉两个磷酸基团后形成的结构就是腺嘌呤核糖核苷酸,是构成RNA的基本单位之一。
4.ATP中的“A”、“T”和组成DNA中的“A”、“T”含义相同吗?
答案 不同。
ATP中的“A”是腺嘌呤核苷,包括腺嘌呤和核糖;“T”的含义是“3”。
DNA中的“A”只是指腺嘌呤,“T”是指胸腺嘧啶。
归纳提炼
活学活用
1.下图ATP分子中,水解时释放能量最多的键是( )
A.aB.bC.cD.d
答案 A
解析 1分子ATP由1个腺嘌呤核苷和3个磷酸基团构成,其内含有两个高能磷酸键,且a处的磷酸键最活泼,既容易断裂而释放出大量能量,也容易形成而储存大量的能量。
二 ATP和ADP的相互转化
ATP为生命活动提供能量离不开与ADP的相互转化。
下图表示ATP和ADP的相互转化过程,请结合教材图4-1分析思考以下问题:
1.转化过程
(1)在有关酶的催化作用下,ATP分子中末端的高能磷酸键容易水解断裂,于是脱下一个磷酸基团形成游离的Pi(无机磷酸),同时,储存在这个高能磷酸键中的能量释放出来,ATP就转化成ADP。
反应式:
ATPADP+Pi+能量。
(2)在有关酶的催化作用下,ADP可以接受能量,同时与一个游离的Pi结合,重新形成ATP。
反应式:
ADP+Pi+能量ATP。
2.有人说ATP和ADP相互转化的过程是个可逆反应,这种说法合适吗?
通过下面的分析来解答:
(1)从反应条件上看:
ATP的分解是一种水解反应,催化该反应的酶Ⅰ属于水解酶;而生成ATP是一种合成反应,催化该反应的酶Ⅱ属于合成酶。
上述反应的酶是不相同(相同、不相同)的。
(2)从反应场所上看:
ATP合成的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体;而ATP分解的场所比较广泛,消耗能量的部位一般都有ATP的分解。
因此,其合成与分解的场所不完全相同。
(3)从能量上看:
ATP水解的能量是储存在高能磷酸键内的化学能,释放出来后供各项生命活动利用,不能再由Pi和ADP形成ATP而储存;而合成ATP的能量主要是有机物中的化学能和太阳能,因此,反应中的能量流向是不可逆(可逆、不可逆)的。
综上所述,ATP和ADP相互转化的过程不是(是、不是)可逆反应。
3.ADP合成ATP时所需要的能量来源
(1)动物、人和大多数微生物:
来自细胞呼吸作用时有机物分解释放的能量。
(2)绿色植物:
来自呼吸作用和光合作用。
小贴士 ATP和ADP的相互转化过程应可以概括为“物质是可逆的,能量是不可逆的,酶是不相同的,场所是不完全相同的”。
归纳总结
ATP和ADP的相互转化归纳
比较项目
ATP的合成
ATP的水解
类型
合成反应
水解反应
条件
由ATP合成酶催化
由ATP水解酶催化
能量
来源
光合作用和细胞呼吸
高能磷酸键
能量
去路
储存在ATP中
用于各项生命活动
活学活用
2.关于“ATPADP+Pi+能量”的叙述中,正确的是( )
A.物质和能量都是可逆的
B.物质和能量都是不可逆的
C.物质可逆,能量不可逆
D.物质不可逆,能量可逆
问题导析
(1)式中的物质主要指ATP与ADP和Pi,它们之间是可逆的,即ATP水解释放能量,同时形成ADP+Pi,而ADP+Pi接受能量后形成ATP。
(2)能量是不可逆的。
即ATP水解释放的能量用于生命活动,但不能再用于ADP+Pi来合成ATP。
答案 C
解析 ATP与ADP相互转化的反应并不是可逆反应。
但是我们不能单纯地利用化学上的观点来判断该反应是否可逆,因为ATP与ADP在活细胞中永无休止地循环进行,该反应能够明确地表示二者在一定条件下的循环过程,所以该循环使ATP不会因能量的不断消耗而用尽,从而保证了生命活动的顺利进行。
三 ATP的能量利用
在生物体内的能量转换和利用中,ATP起着关键作用,阅读教材P64图4-2,思考下面的问题:
1.请举例说明ATP的利用
生物体的各种生命活动都需要消耗能量。
(1)在生物体内ATP直接为生物体的各种需能反应提供能量。
(2)在能量转换中,它也起着关键作用。
如生物发电、肌细胞收缩、生物发光、细胞的分裂和生长、细胞的主动运输、恒温动物维持体温等。
2.ATP在细胞中的含量并不多,为什么能为生命活动提供大量的能量?
答案 ATP在细胞内的含量很少,但ATP与ADP在细胞内的相互转化十分迅速,所以可以为生命活动提供直接能源,使细胞内ATP的含量总处在动态平衡之中。
3.为什么说ATP是细胞内流通的能量“通货”?
答案 细胞中的ATP和ADP相互转化,既为生命活动及时提供了能量,又避免了一时用不尽的能量白白流失掉。
因此,可以形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“通货”。
归纳总结
细胞的能源物质归纳
项目
物质
原因
直接能
源物质
ATP
水解释放的能量直接用于各种生命活动
主要能
源物质
糖类
生命活动需要的能量大约70%由糖类提供
主要储
能物质
脂肪
1g脂肪储备的能量是同等质量糖类和蛋白质的两倍多
最终能
量来源
太阳能
地球上所有生物需要的能量都直接或者间接来自植物的光合作用固定的太阳能
活学活用
3.下列哪些生理活动会导致细胞内ADP的含量增加( )
①小肠绒毛上皮细胞吸收K+和Na+ ②肾小管对葡萄糖的重吸收 ③血液中的葡萄糖进入红细胞 ④甘油进入小肠绒毛上皮细胞
A.①②③④B.①②C.③④D.①②③
问题导析
(1)根据ATP和ADP相互转化的反应式,我们知道,当细胞内的ATP消耗时,会产生ADP增多的现象。
(2)上述四个过程中,属于主动运输的有①和②,需要消耗能量。
答案 B
解析 根据ATP和ADP相互转化的反应式我们知道,当细胞内的ATP消耗时,会产生ADP增多的现象,在上述4个反应中,①和②这两个过程都是消耗能量的,故可以导致细胞中的ADP含量增加。
当堂检测
1.正常精细胞形成精子的过程中,细胞的很多结构退化消失,但保留了大量线粒体,因为线粒体可以合成精子运动所需的( )
A.乙醇B.ATP
C.胰岛素D.淀粉
答案 B
解析 线粒体是产生ATP的主要场所。
2.高等绿色植物体内产生ATP的生理过程有( )
A.细胞呼吸、渗透作用
B.细胞呼吸、蒸腾作用
C.光合作用、主动运输
D.光合作用、细胞呼吸
答案 D
解析 生物体内产生的ATP是由ADP接受能量并结合一分子磷酸形成的。
对于高等绿色植物来说,ADP转化成ATP时所需要的能量除了来自细胞呼吸分解有机物释放出的能量外,还可以来自光合作用。
3.枪乌贼是一种生活在海洋中的软体动物,它有巨大的神经细胞,这种神经细胞能像红细胞一样,不断吸收K+。
科学家用一种有毒物质使神经细胞中毒,其吸收K+的功能就消失。
如果注入一种物质,神经细胞又能恢复吸收K+的功能,一直到这种物质消耗完,请分析这种物质是什么( )
A.淀粉B.ATP
C.葡萄糖D.麦芽糖
答案 B
解析 细胞吸收离子是主动运输,主动运输消耗能量,需要载体蛋白,浓度梯度一般由低到高,从题目中可知与K+浓度无关,载体蛋白存在于细胞膜上,所以与载体蛋白也无关,只能与能量有关,有毒物质抑制了细胞的呼吸作用,没有能量供应,而加入一种物质后,恢复了吸收K+的功能,可直接利用的能量是ATP,所以选B。
4.下列关于ATP的说法中,不正确的是( )
A.参与ATP组成的化学元素包括C、H、O、N、P
B.衣藻和黑藻细胞产生ATP的生理过程有光合作用和呼吸作用
C.ATP中的能量可以转化为光能和电能
D.ATP在植物、动物和微生物体内的来源相同
答案 D
解析 衣藻和黑藻细胞都属于真核细胞,能够进行光合作用和呼吸作用生成ATP,ATP作为生命活动的直接能源物质,可以转化成光能、电能、机械能和化学能等各种形式的能。
ATP在植物、动物和微生物体内的来源不同,都有呼吸作用,但植物细胞中还有光合作用。
5.如图所示ADP转化成ATP时所需能量的主要来源示意图,据图完成下列问题:
(1)1分子ATP中含有________个高能磷酸键。
(2)图中的a、b分别代表____________、____________。
(3)c指________________________________________________________________________。
(4)在动物肌细胞中,进行②反应时,能量来自__________________________________
________________________________________________________________________。
(5)进行①反应时能量用于________________,进行②反应时能量用于________________,由此可见能量是____________________,物质是____________。
答案
(1)2
(2)呼吸作用 光合作用 (3)各项生命活动 (4)储存在ATP中的高能磷酸键中的化学能 (5)合成ATP 各项生命活动 不可逆的 可逆的
解析
(1)ATP的结构简式为A—P~P~P,故1分子ATP中含有2个高能磷酸键。
(2)合成ATP时的能量来源,绿色植物来自于光合作用和呼吸作用的生理过程中,动物和人则来自于进行呼吸作用时有机物的氧化分解。
(3)ATP水解释放的能量用于细胞的各项生命活动。
(4)②反应为ATP的水解反应,释放的能量来自于储存在ATP中的高能磷酸键中的化学能。
(5)①反应为ATP的合成反应,其能量储存在ATP中。
②反应为ATP的水解反应,释放的能量用于生物体的各项生命活动。
在ATP与ADP的相互转化中,物质是可逆的,但能量不可逆。
40分钟课时作业
基础过关
知识点一 ATP的分子结构
1.一分子ATP中含有的腺嘌呤核苷、磷酸基团和高能磷酸键的数目依次是( )
A.1,2,2B.1,2,1
C.1,3,2D.2,3,1
答案 C
解析 根据ATP的分子结构简式A—P~P~P可知,ATP中含有高能磷酸键2个,是第二和第三个磷酸键,含有的磷酸基团是3个,只有1个腺嘌呤核苷。
2.如果测得1个高能磷酸键的化学能是8P,那么ATP中的磷酸键能应该是( )
A.8PB.8P~16P
C.16P~24PD.24P
答案 C
解析 1
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