【课件】细胞的能量“货币”ATP课件-2022-2023学年高一上学期生物人教版（2019）必修1.pptx

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1、第5章 细胞的能量供应和利用5.2 细胞细胞的能量的能量“货币货币”ATP问题探讨问题探讨相互传递求偶信号，以便交尾繁衍后代。相互传递求偶信号，以便交尾繁衍后代。2.2.萤火虫体内有特殊的发光物质吗？萤火虫体内有特殊的发光物质吗？腹部后端细胞内有腹部后端细胞内有荧光素荧光素。3.3.萤火虫发光的过程有能量的转换吗？萤火虫发光的过程有能量的转换吗？有，腹部细胞内一些有，腹部细胞内一些有机物中储存的化有机物中储存的化学学能转变为能转变为光能光能使其发光。使其发光。银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤.天街夜色凉如水

2、，卧看牛郎织女星。天街夜色凉如水，卧看牛郎织女星。天街夜色凉如水，卧看牛郎织女星。天街夜色凉如水，卧看牛郎织女星。杜牧杜牧杜牧杜牧秋夕秋夕秋夕秋夕1 1.萤火虫发光的生物学意义是什么？萤火虫发光的生物学意义是什么？讨论讨论囊萤夜读囊萤夜读囊萤夜读囊萤夜读资料：资料：萤火虫的尾部发光器中有萤火虫的尾部发光器中有萤火虫的尾部发光器中有萤火虫的尾部发光器中有荧光素和荧光素和荧光素和荧光素和荧光素酶。荧光素酶。荧光素酶。荧光素酶。荧光素接受能量后就被荧光素接受能量后就被荧光素接受能量后就被荧光素接受能量后就被激活，在荧光素酶的催化作用下，激活，在荧光素酶的催化作用下，激活，在荧光素酶的催化作用下，激活

3、，在荧光素酶的催化作用下，激活的荧光素与氧发生化学反应，激活的荧光素与氧发生化学反应，激活的荧光素与氧发生化学反应，激活的荧光素与氧发生化学反应，形成形成形成形成氧化荧光素氧化荧光素氧化荧光素氧化荧光素并且发出荧光并且发出荧光并且发出荧光并且发出荧光。荧光素荧光素 +能量能量 +O+O2 2 氧化荧光素氧化荧光素 +H+H2 2O O荧光素酶荧光素酶发出荧光发出荧光生物体进行生命活动的主要能源物质生物体进行生命活动的主要能源物质:生物体内储存能量的物质生物体内储存能量的物质:脂肪脂肪糖类糖类(葡萄糖葡萄糖)思考：是哪类物质思考：是哪类物质直接直接给萤火虫发光给萤火虫发光提供能量提供能量呢呢？是

4、葡萄糖，脂肪，还是其他物质？是葡萄糖，脂肪，还是其他物质？问题探讨问题探讨1 12 23 34 42mL蒸馏水蒸馏水2mL脂肪脂肪2mL葡萄糖葡萄糖2mLATP黑暗环境黑暗环境萤火虫发光器实验萤火虫发光器实验思考实验结果说明什么？ATP为萤火虫发光直接提供能量用小刀将数十只萤火虫的用小刀将数十只萤火虫的用小刀将数十只萤火虫的用小刀将数十只萤火虫的发光器发光器发光器发光器割割割割下下下下,干燥后研磨成粉末干燥后研磨成粉末干燥后研磨成粉末干燥后研磨成粉末,均分均分均分均分入四支入四支入四支入四支试管试管试管试管,各加入少量水各加入少量水各加入少量水各加入少量水混匀混匀混匀混匀,置于暗处置于暗处置于

5、暗处置于暗处,直至荧光消失直至荧光消失直至荧光消失直至荧光消失蛋白质蛋白质脂肪脂肪糖类糖类ATP细细胞胞能能源源物物质质的的比比喻喻“不动产不动产”“定期存款定期存款”“活期存款活期存款”“现金现金”1 1.功能：功能：ATPATP是驱动细胞生命活动的是驱动细胞生命活动的直接直接能源物质。能源物质。有机物中有机物中的化学能的化学能ATPATP中的中的化学能化学能耗能的生耗能的生命过程命过程细胞中流通的细胞中流通的能量能量“货币货币”一、一、ATPATP的结构和功能的结构和功能腺苷腺苷三磷酸三磷酸3.3.结结构简式：构简式：1.1.中中文名称：文名称：2.2.化化学元素：学元素：C C、H H、

6、O O、N N、P P一、一、ATPATP的结构的结构腺苷腺苷特殊化学键特殊化学键（2 2个）个）普通化学键普通化学键（1 1个）个）（3 3个）个）A A：P P：磷酸基团磷酸基团腺苷腺苷磷酸基团磷酸基团特殊的化学键特殊的化学键APAPP PP P腺苷（腺苷（A A）T T：三：三ATP的结构式一、一、ATPATP的结构的结构注：注：AMPAMP也叫也叫腺嘌呤腺嘌呤核糖核苷酸核糖核苷酸，是，是RNARNA的基本单位之一。的基本单位之一。AMPAMP（腺苷腺苷一一磷酸磷酸）腺苷（腺苷（A A）ADPADP（腺苷二磷酸腺苷二磷酸）ATPATP（腺苷三磷酸腺苷三磷酸）尝试构建尝试构建ATPATP的

7、结构模型的结构模型假如用假如用代表腺嘌呤、代表腺嘌呤、代表核糖、代表核糖、代表磷酸基团，代表磷酸基团，代表普通化学键、代表普通化学键、代表特殊化学键，代表特殊化学键，尝试构建尝试构建ATP的模型。的模型。腺嘌呤腺嘌呤核糖核糖磷酸基团（磷酸基团（P）PPP腺苷腺苷(A)注意：注意：磷酸基团之间用磷酸基团之间用特殊化学键特殊化学键连接连接AMP 腺苷一磷酸腺苷一磷酸（腺嘌呤（腺嘌呤核糖核苷酸）核糖核苷酸）ATP腺苷三磷酸腺苷三磷酸腺嘌呤核糖PPP腺嘌呤核糖PP腺嘌呤核糖P核糖腺嘌呤腺苷腺苷ADP腺苷二磷酸腺苷二磷酸AP P P1 molATP1 molATP1 molATP1 molATP水解时释

8、放的能量水解时释放的能量水解时释放的能量水解时释放的能量高达高达高达高达30.54 30.54 30.54 30.54 kJkJkJkJ;水解时水解时水解时水解时释放释放释放释放能能能能量量量量20.92kJ/mol20.92kJ/mol20.92kJ/mol20.92kJ/mol以上以上以上以上的的的的化合物化合物化合物化合物叫作叫作叫作叫作高能化合物高能化合物高能化合物高能化合物二、二、二、二、ATPATPATPATP是一种高能磷酸化合物是一种高能磷酸化合物是一种高能磷酸化合物是一种高能磷酸化合物ATPATPATPATP在酶的作用下在酶的作用下在酶的作用下在酶的作用下水解时水解时水解时水解

9、时，脱脱脱脱离下的末端磷酸基团离下的末端磷酸基团离下的末端磷酸基团离下的末端磷酸基团挟能量挟能量挟能量挟能量与其他分子结合，从而使后与其他分子结合，从而使后与其他分子结合，从而使后与其他分子结合，从而使后者者者者结构发生变化结构发生变化结构发生变化结构发生变化。ATPATP的结构特点：的结构特点：相邻的磷酸基团相邻的磷酸基团相邻的磷酸基团相邻的磷酸基团都带负电荷互相排斥都带负电荷互相排斥都带负电荷互相排斥都带负电荷互相排斥特殊的化学键特殊的化学键特殊的化学键特殊的化学键不稳定不稳定不稳定不稳定末端磷酸基团末端磷酸基团末端磷酸基团末端磷酸基团有离开有离开有离开有离开ATPATPATPATP而与其

10、他分子结合的趋势，而与其他分子结合的趋势，而与其他分子结合的趋势，而与其他分子结合的趋势，具有较高的转移势能具有较高的转移势能具有较高的转移势能具有较高的转移势能三、三、ATPATP的水解的水解酶酶ATP作为高能磷酸化合物，在供能时，如何释放能量？正因为ATP中的特殊的化学键不稳定，容易断裂，也容易形成，在它水解时，脱离下的末端磷酸基团挟能量释放出来。ATPATP消耗量大消耗量大ATPATP含量很少含量很少矛盾矛盾每个细胞每秒钟可合成每个细胞每秒钟可合成约约1000 1000 万个万个ATP ATP 且同时且同时有等量有等量 ATP ATP 被水解被水解1研究显示，一个成研究显示，一个成年人一

11、天在静止状年人一天在静止状态下所消耗的态下所消耗的ATPATP约约有有40kg40kg；在剧烈运在剧烈运动的状态下，动的状态下，每分每分钟约有钟约有0.5kg0.5kg的的ATPATP转化成转化成ADPADP。成人体内成人体内ATPATP总总量约量约210mg210mg，人，人体安静状态下，体安静状态下，肌肉内肌肉内ATPATP含量含量只能供肌肉收缩只能供肌肉收缩12s12s。23资料分析ATPATP合成合成 和水解都和水解都非常非常 迅速迅速四、四、ATPATP与与ADPADP可以相互转化可以相互转化ppppp能量能量Pi能量能量Pi合成水解ATP与与ADP相互转化示意图相互转化示意图1.1

12、.转化过程：转化过程：(ATP)(ADP)ATPATP合成酶合成酶水解酶水解酶ADP+PiADP+Pi+能量能量2.2.转化特点转化特点（1 1）ATPATP与与ADPADP相互转化是相互转化是时刻不停时刻不停地发生且处于地发生且处于动态平衡动态平衡之中的之中的。（2 2）ATPATP与与ADPADP相互转化的能量供应机制，在相互转化的能量供应机制，在所有生物所有生物的细胞内都是的细胞内都是一样的，体现了生物界的一样的，体现了生物界的统一性统一性。ppppp能量能量Pi能量能量Pi合成水解ATPATP与与ADPADP相互转化示意图相互转化示意图这里的能量从哪里来？(ATP)(ADP)这里的能量

13、用于哪里？光光合合作作用用呼呼吸吸作作用用呼呼吸吸作作用用 人、动物、真菌、人、动物、真菌、多数多数细菌等细菌等绿绿 色色 植植 物物能量能量ADP+Pi+ATP 酶酶有机物有机物氧化分解氧化分解人和动物等绿色植物3.3.转化过程中能量来源和去向转化过程中能量来源和去向（1 1）ADPADP合成合成ATPATP的能量来源的能量来源（2 2）ATPATP水解成水解成ADPADP释放的能量去向：释放的能量去向：用于各项生命活动。用于各项生命活动。ppppp能量能量Pi能量能量Pi合成水解ATP与与ADP相互转化示意图相互转化示意图五、五、ATPATP的利用的利用用于生物放电（用于生物放电（电能电能

14、）用于生物发光（用于生物发光（光能光能）用于主动运输（用于主动运输（渗透能渗透能）电鳐电鳐用于大脑思考用于大脑思考（电能电能）用于肌细胞收缩（用于肌细胞收缩（机械能机械能）用于合成代谢、用于合成代谢、胞吞和胞吐、胞吞和胞吐、吸收和分泌吸收和分泌 ATP1.1.细胞中细胞中绝大多数绝大多数需要能量的生命活动都是由需要能量的生命活动都是由ATPATP直接提供直接提供能量的。能量的。思考：思考：ATPATP水解释放的能量是如何用于上述各种生命活动的呢？水解释放的能量是如何用于上述各种生命活动的呢？注意：注意：ATPATP是直接能源物质，但不是是直接能源物质，但不是唯一唯一的直接能源物质，如存的直接能

15、源物质，如存在于各种生物体细胞内的在于各种生物体细胞内的UTPUTP、GTPGTP、CTPCTP等。等。ATPCa2+参与Ca2+主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶。当膜内侧的Ca2+与其相应位点结合时，其酶的活性就被激活了。在载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随着能量的转移，这就是载体蛋白的磷酸化。载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2+的结合位点转移膜外侧，将Ca2+释放到膜外。Ca2+ADPPiATPATPATPATP为主动运输供能分步示意图为主动运输供能分步示意图为主动运输供能分步示意图为主动运输供能分步示意图ADPCa

16、2+PiATP为主动运输供能的动态演示：细胞内的化学反应分为两大类：细胞内的化学反应分为两大类：吸能反应：吸能反应：总是总是与与ATPATP的水解的水解相联系，由相联系，由ATPATP水解提供能量。水解提供能量。放能反应：放能反应：总是总是与与ATPATP的合成的合成相联系，释放的能量贮存在相联系，释放的能量贮存在ATPATP中。中。能量通过能量通过ATPATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流动分子在吸能反应和放能反应之间循环流动。因此，。因此，可以形象地把可以形象地把ATPATP比喻成比喻成细胞内流通的能量细胞内流通的能量“货币货币”3.ATP3.ATP是细胞内流通的能量是细胞内流通的能量

17、“货币货币”2.2.ATPATP供能机制供能机制ATPATP水解释放的磷酸基团使水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，这些分子被磷酸化后，空间结构发生变化空间结构发生变化，活性也被改变活性也被改变，因而可以参与各种化学反应。，因而可以参与各种化学反应。ATPATP是细胞的是细胞的 能量能量“货币货币”呼吸作用（葡萄糖等氧化分解）呼吸作用（葡萄糖等氧化分解）释放能量释放能量(放能放能反应反应)合成合成水解水解生命活动生命活动(吸能吸能反应反应)ATPATP反应反应反应类型反应类型酶的类型酶的类型能量来源能量来源能量去向能量去向能量转化能量转化场所场所特点特

18、点ATP ADP+Pi+ATP ADP+Pi+能量能量酶酶ADP+Pi+ADP+Pi+能量能量 ATP ATP酶酶水解反应水解反应合成反应合成反应ATPATP水解酶水解酶ATPATP合成酶合成酶特殊化学键特殊化学键有机物中的化学能以及光能有机物中的化学能以及光能用于各项生命活动用于各项生命活动储存在储存在ATPATP中中生物体内的需能部位（生物体内的需能部位（多种场所）多种场所）细胞质基质、线粒体、叶绿体等细胞质基质、线粒体、叶绿体等4.4.ATPATP合成与合成与ATPATP水解的比较水解的比较放能：与吸能反应相联系放能：与吸能反应相联系吸能：与放能反应相联系吸能：与放能反应相联系时刻不停地

19、发生，并且处于动态平衡之中时刻不停地发生，并且处于动态平衡之中注注:ATP:ATP和和ADPADP相互转化的过程应判断为相互转化的过程应判断为不是可逆的，从两者相互转化不是可逆的，从两者相互转化的反应式来看的反应式来看“物质是可逆的，能量是不可逆的物质是可逆的，能量是不可逆的”因为因为(1)(1)所需的酶种所需的酶种类不同；类不同；(2)(2)能量的来源和去向不同。能量的来源和去向不同。(3)(3)反应发生的场所不同；反应发生的场所不同；萤火虫尾部的发光细胞中含有萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素荧光素和和荧光素酶。荧光素酶。荧光素接受荧光素接受ATPATP提供提供的的能量能量后就被激活，在后就

20、被激活，在荧光素酶荧光素酶的催化作用下，的催化作用下，荧光素与氧荧光素与氧发生化学发生化学反应，形成反应，形成氧化荧光素氧化荧光素，并且发出荧光。，并且发出荧光。荧光素荧光素ATPATP激活的激活的荧光素荧光素荧光素酶荧光素酶氧化氧化荧光素荧光素荧光荧光发出发出+氧气氧气萤火虫发光的原理（萤火虫发光的原理（P89P89）化学能化学能光能光能将将荧光素酶基因荧光素酶基因导入植物后，再用导入植物后，再用荧光素溶液荧光素溶液浇灌植物，使转浇灌植物，使转基因植物在黑暗中发光，从而培育出一种能发光的基因植物在黑暗中发光，从而培育出一种能发光的“荧光树荧光树”。能能源源来来源源直接直接能源物质能源物质主要

21、主要能源物质能源物质生物体内重要生物体内重要储能储能物质物质动物动物细胞内的细胞内的储能储能物质物质植物植物细胞内的细胞内的储能储能物质物质最根本最根本的能源的能源ATPATP糖类糖类脂肪脂肪糖原糖原淀粉淀粉太阳能太阳能能源物质归纳：能源物质归纳：ATP是驱动细胞生命活动的是驱动细胞生命活动的直接能源物质直接能源物质ATP能量；能量；ATP是直接能源物质是直接能源物质！各种A的辨一辨：APPP 。腺苷腺嘌呤腺嘌呤腺嘌呤脱氧核苷酸腺嘌呤核糖核苷酸TACGATGCAHAOHAUGC下面各个圆圈中代表的含义相同的有哪些？APPPAOHAUGCAPPPAOHAH=，代表腺嘌呤核糖核苷酸代表腺嘌呤核糖核

22、苷酸=，代表腺苷代表腺苷判断正误判断正误(1)ATP是细胞内主要的能源物质()(2)ATP由1个腺嘌呤和3个磷酸基团构成()(3)ATP是高能磷酸化合物，含3个特殊化学键，其中末端的磷酸基团具有较高的转移势能()(4)吸能反应伴随着ATP的合成，放能反应伴随着ATP的水解()(5)人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡()(6)载体蛋白磷酸化不会使其空间结构发生变化()1 1、在在ATP ATP ADPADPPiPi能量能量 的反应式中，下列说法的反应式中，下列说法正确的是（正确的是（）A A物质和能量都是可逆地，酶相同物质和能量都是可逆地，酶相同 B B物质和能量都是不可逆的

23、，酶不相同物质和能量都是不可逆的，酶不相同 C C物质是可逆的，能量是不可逆的，酶不相同物质是可逆的，能量是不可逆的，酶不相同 D D能量不可逆，物质是不可逆的，酶相同能量不可逆，物质是不可逆的，酶相同 C C课堂检测2.ATP是细胞生命活动的直接能源物质，下列关于ATP的叙述，错误的是（）.ATP的元素组成与磷脂、核苷酸一样.ATP可以水解为ADP和磷酸，这个过程消耗水.正常细胞中ATP和ADP的比值相对稳定.ATP合成是放能反应DC3.一分ATP中含有的腺苷、磷酸基团和特殊化学键数目依次是（）A.1，2，2 B.1，2，3 C.1，3，2 D.2，3，14.4.下列过程中下列过程中A AD

24、 DP P含量增加的是（）含量增加的是（）.进入小肠上皮细胞进入小肠上皮细胞 .苯进入生物细胞苯进入生物细胞.氧气进入组织细胞氧气进入组织细胞 .甘油进入小肠上皮细胞甘油进入小肠上皮细胞A5.5.下图是下图是ATPATP与与ADPADP之间的转化图，可以确定之间的转化图，可以确定()A.A A.A为为ATPATP，B B为为ADPADP B.B.酶酶1 1和酶和酶2 2是同一种酶是同一种酶 C.X1 C.X1和和X2X2是同一种物质是同一种物质 D.D.能量能量1 1和和2 2的来源相同的来源相同C6.有关DNA分子的研究常用32P标记DNA分子。用、和表示ATP 或dATP（d 表示脱氧）上三个磷酸基团所处的位置（AP P P或dAP P P）。回答下列问题：（1）某种酶可以催化ATP 的一个磷酸基团转移到DNA 末端上，同时产生ADP。如果要用该酶把32P 标记到DNA 末端上，那么带有32P 的磷酸基团应在ATP的（填“”“”或“”）位上。（2）若用带有32P 的dATP 作为DNA 生物合成的原料，将32P 标记到新合成的DNA 分子上，则带有32P 的磷酸基团应在dATP 的（填“”“”或“”）位上。