2014金榜生物教师用书配套课件必修1第5章 第2节 细胞的能量“通货”――ATP

第2节细胞的能量“通货”——ATP一、ATP分子中具有高能磷酸键1.ATP的名称与简式三磷酸腺苷A-P～Ｐ～Ｐ腺苷核糖磷酸基团高能磷酸键2.ATP中的高能磷酸键(1)高能磷酸键的数量为:____。(2)高能磷酸键释放的能量为30.54kJ/mol。2个二、ATP和ADP可以相互转化1.相互转化的过程及能量来源呼吸作用ADP光合作用2.转化的原因及特点(1)原因:ATP分子中______________________很容易水解。(2)特点:时刻不停地发生并且处于_________之中。远离A的那个高能磷酸键动态平衡三、ATP的利用1.列举利用ATP的实例主动运输思考吸能2.ATP是细胞内流通的能量“通货”(1)化学反应中的能量变化与ATP的关系：吸能反应：一般与____________相联系放能反应：一般与____________相联系(2)能量通过________在吸能反应和放能反应之间循环流通。ATP的水解ATP的合成ATP分子【思考辨析】1.判断正误(1)ATP是高能磷酸化合物,只含有3个高能磷酸键。()【分析】每个ATP分子中含有2个高能磷酸键。(2)细胞内储存有大量的ATP,为生命活动提供能量。()【分析】细胞内ATP的含量并不多,但可以与ADP迅速相互转化,满足能量需求。××(3)细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性。()(4)细胞中的生命活动所需要的能量都是由ATP直接提供的。()【分析】细胞中绝大多数的能量是由ATP直接提供的。√×2.问题思考(1)结合ATP的结构简式,分析30个腺苷和60个磷酸最多能组成多少个ATP。提示：20个。(2)1分子的ATP彻底水解后会得到哪些物质?提示：1分子的腺嘌呤、1分子的核糖和3分子的磷酸。一、ATP的结构和生理功能1.ATP的元素组成与结构2.ATP与核苷酸的关系组成ATP和核苷酸的元素是相同的,都是C、H、O、N、P。ATP中存在一个普通磷酸键和两个高能磷酸键。破坏了两个高能磷酸键,剩余的部分就是一分子的腺嘌呤核糖核苷酸。3.ATP的结构与功能的相互关系(1)ATP的结构特点保证了细胞内有一个相对稳定的能量供应库。ATP中远离腺苷的高能磷酸键容易水解和形成,可保证ATP数量的相对稳定和能量的持续供应。(2)ATP在供能中处于核心地位,许多能源物质中的能量需转移到ATP中才能为生命活动供能。在生命活动中,ATP中的能量可转化为不同形式的能量。【警示钟】(1)A在DNA和RNA中与在ATP中表示的含义是不同的,前者中表示腺嘌呤,而在后者中代表着腺苷。(2)一般情况下ATP中的两个高能磷酸键并不是都水解的,只有远离腺苷的高能磷酸键水解。【学而后思】ATP是能量的直接来源,供生命活动所需,但细胞中ATP的含量较低,如何保证生命活动对ATP的需求?提示：ATP被称为能量流动的“通货”,它是不断地产生和消耗的,所以在含量很低的情况下为生命活动提供大量的能量。【典例训练1】下列关于ATP的叙述,正确的是()A.ATP与DNA、RNA中的五碳糖相同B.ATP分子中,其相邻的两个磷酸基之间的化学键称为高能磷酸键C.ATP分子水解去掉两个磷酸基后变成腺嘌呤脱氧核苷酸D.ATP分子由1分子腺嘌呤和3分子磷酸基团组成【解题关键】解答本题的关键是明确ATP的结构特点和功能特点以及与相似结构的联系和区别。【解析】选B。ATP与RNA中含有核糖,而DNA中含有脱氧核糖;ATP中共含有两个高能磷酸键,位于磷酸基团之间;ATP分子除去两个磷酸分子之后的结构称为腺嘌呤核糖核苷酸;ATP分子是由1分子腺苷和3分子磷酸组成的。【变式备选1】下列关于ATP分子的叙述正确的是()A.A表示的是腺嘌呤B.ATP分子中含有C、H、O、N、P5种元素C.T表示胸腺嘧啶,因而ATP的结构与核苷酸很相似D.1molATP水解,能释放出30.54kJ的能量,这些能量储存在2个高能磷酸键中【解析】选B。根据ATP分子的结构简式可知,A表示的是腺苷,由腺嘌呤和核糖组成,故A项错误;ATP分子中含有C、H、O、N、P5种元素,故B项正确;T表示的不是胸腺嘧啶而是指3,故C项错误;ATP分子中有2个高能磷酸键,只有远离腺苷的那个易断裂、易形成,故ATP水解时释放出的能量应是储存在1个高能磷酸键中的能量,D项错误。二、ATP与ADP的相互转化1.相互转化图示分析:(1)光合作用和呼吸作用等放能反应与ATP的合成相联系;(2)主动运输等吸能活动与ATP的分解相联系,所以ATP是直接供能物质。2.ATP与ADP的相互转化是不可逆的过程据此可知:ATP与ADP之间的转化并不是简单的可逆反应。反应式类型水解反应合成反应条件水解酶合成酶场所活细胞内多种场所细胞质基质、线粒体、叶绿体能量转化放能吸能能量来源高能磷酸键呼吸作用、光合作用能量去向用于各项生命活动储存于ATP中ATPADPPi酶能量PiADPATP酶能量【警示钟】ATP是细胞内的直接供能物质,但并非所有的生命活动所需的能量都是由ATP提供的,如植物对水分的吸收和运输,其动力来自叶片蒸腾作用产生的拉力。【学而后思】ATP水解释放的能量能转化成热能、光能等,ATP储存的能量能来自热能、光能吗?提示：ATP储存的能量可以由光能转化而来,但不能由热能转化而来。【典例训练2】下列有关“a.ATP→ADP+Pi+能量”、“b.ADP+Pi+能量→ATP”的反应的叙述中,正确的是()①a、b反应过程分别表示能量的释放利用和储存过程②生物细胞内的b过程所需要的能量来自呼吸作用③a和b在活细胞中永无休止地循环进行,保证了生命活动的顺利进行④a反应中的“能量”一般不能用于推动b反应的进行⑤a、b反应过程从物质角度看是可逆的,但从能量角度看是不可逆的A.①②③④B.②③④⑤C.①③④⑤D.①②④⑤【解题关键】解答本题的关键是明确ATP与ADP相互转化的过程中场所、酶、能量的来源和去向等各方面的区别。【解析】选C。ATP的形成一般与放能反应联系在一起,ATP的分解一般与吸能反应联系在一起;生物细胞中b过程的能量来自呼吸作用或光合作用;ATP和ADP的相互转化是循环进行的;a反应中的能量和b反应中的能量一般不是同一种能量,所以a反应中的“能量”一般不能用于推动b反应的进行;a、b反应过程从物质的角度看是可逆的,ATP和ADP以及Pi是可以反复利用的,但能量是不可以反复利用的,因为两过程进行的场所等并不相同。【互动探究】(1)在绿色植物的叶肉细胞内是否也存在①过程和②过程?提示：存在。(2)叶肉细胞内②过程中能量的来源与人体细胞内的能量的来源相同吗?为什么?提示：不完全相同。叶肉细胞内合成ATP的能量不仅可以来自呼吸作用分解有机物释放的化学能,还可以来自光合作用。【变式备选2】下列关于ATP和ADP相互转化的叙述,正确的是()A.ATP和ADP相互转化是一种可逆反应B.细胞可以利用热能将ADP转化为ATPC.ATP转化成ADP时,所有的高能磷酸键都断裂D.活细胞中ATP与ADP之间的相互转化时刻发生【解析】选D。ATP与ADP相互转化是不可逆的,因为所需要的酶不同,场所和能量的来源均不同;细胞不能利用热能形成ATP,但ATP中的能量可以转化为热能;在ATP转化成ADP的过程中只有远离腺苷的高能磷酸键断裂;由于细胞对ATP的需求量较大,而ATP的含量较低,所以ATP与ADP之间要不停地相互转化。【备选要点】ATP转化成的其他形式的能量1.机械能生物体内的细胞以及细胞内各种结构的运动所消耗的就是机械能。例如,纤毛和鞭毛的摆动、肌肉收缩等。2.电能生物体内神经冲动的传导和某些生物能够产生生物电,消耗的就是电能。3.渗透能细胞的主动运输是逆浓度梯度进行的,消耗能量,而这些能量也来自于ATP。4.化学能生物体内物质的合成,小分子物质合成大分子物质,必须有直接或间接的能量供应。5.光能例如萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶,荧光素接受ATP提供的能量后就被激活,在荧光素酶的作用下,激活的荧光素与氧发生化学反应,形成氧化荧光素并且发出荧光。6.热能生物体内热能的形成来源于有机物的氧化分解。大部分的热能通过各种途径向外界环境散失,只有一小部分用于维持体温。1.(基础理论辨析题)下列属于ATP结构的是();属于ATP功能的是()A.ATP释放能量往往是与吸能反应相联系的B.ATP中含有2个高能磷酸键C.ATP转变成ADP时释放的化学能可以转变成电能D.ATP的组成元素有C、H、O、N、PE.为满足能量的需要,生物体内存在着ATP与ADP的相互转化F.ATP水解为一个腺苷和三个磷酸【解析】选B、D、F;A、C、E。ATP分子的元素组成,基本的组成物质种类以及相互连接形成的化学键等都属于ATP结构的范畴;而ATP可以用于生命活动,实现了各种形式能的相互转化都属于ATP的生理功能。2.下列关于ATP中A和P代表含义的说法,正确的是()A.A代表腺嘌呤,P代表磷酸B.A代表腺苷,P代表磷酸基团C.A代表腺苷,P代表磷酸D.A代表腺嘌呤,P代表磷酸基团【解析】选B。ATP是三磷酸腺苷的简称,其中的A代表腺苷,T代表三,P代表磷酸基团,磷酸分子用Pi表示。3.一分子ATP中含有腺苷、磷酸基团和高能磷酸键的数目依次为()A.1、3、3B.1、3、2C.2、3、2D.1、2、3【解析】选B。ATP分子中含有1分子腺苷,3分子磷酸基团,其中3个磷酸基团之间有2个高能磷酸键。4.ATP是一种物质,不是能量,下列有关说法正确的是()A.ATP中不含糖B.ATP中含三个高能磷酸键C.ATP可水解供能D.所有生命活动都由ATP直接供能【解析】选C。ATP中含有核糖,ATP的结构简式为A-P～P～P,含有两个高能磷酸键,远离“A”的那个高能磷酸键容易水解释放能量。细胞中绝大多数需要能量的生命活动都由ATP直接提供能量。5.下列关于ATP的描述正确的是()A.结构简式为A-P～P～P,其中“-”表示高能磷酸键B.ATP中的高能磷酸键储存的能量多且很稳定C.细胞中ATP含量很少,但总是处于动态平衡之中D.是高能磷酸化合物,只在线粒体中合成【解析】选C。ATP中“-”表示普通磷酸键,“～”表示高能磷酸键,ATP中的高能磷酸键中含有较多的能量,并且非常活跃;ATP含量较低,但ATP与ADP两者是可以相互转化的,并且处于动态平衡之中。6.如果图示表示ATP的结构,其中表示高能磷酸键的是()A.①②B.①③C.②③D.③④【解析】选A。高能磷酸键位于磷酸基团之间,位于图中①②的位置。7.如图表示ATP水解产生ADP的过程。请回答下面的问题:(1)图中A表示,P代表,如果ATP脱去2个磷酸基团后可作为(物质)基本结构单位中的一种。(2)图中①为,其中蕴藏着。(3)图中②为的过程,其作用是。(4)图示过程中未标出的另一种反应物是,催化该过程的酶与催化ATP再生时的酶(选填“是”或“不是”)同一种酶。【解析】根据ATP的结构简式可知A代表腺苷、P是磷酸基团,①是高能磷酸键,ATP去掉2个磷酸基团后就是腺嘌呤核糖核苷酸,是RNA基本结构单位的一种。高能磷酸键的水解为生命活动提供能量。在ATP形成ADP过程中需要水参与,ADP形成ATP时有水产生。答案：(1)腺苷磷酸基团RNA(2)高能磷酸键大量化学能(3)高能磷酸键水解释放能量为生命活动提供能量(4)水不是