細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用 　細(xì)胞的能量通貨——ATP

1、第2節(jié)細(xì)胞的能量“通貨”ATP學(xué)習(xí)目標(biāo)1說出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、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

3、的基本單位之一。()7酶的合成需要ATP供能，此ATP來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。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

4、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(2019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)寫為APPPBATP被稱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

5、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?/p>

6、能反應(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(2019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)行著過程和B過程和也可以發(fā)生在同一個(gè)細(xì)胞器內(nèi)C過程中需要的能量不是過程釋放的D維持人體體溫的熱能主要來自過程中的能量解析ATP為

7、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；過程為ATP的合成過程，需要的能量來自呼吸作用或光合作用；維持人體體溫的熱能主要來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)的生理過程都一樣解析生物體進(jìn)

8、行的“ATPADPPi能量”和“ADPPi能量ATP”是兩個(gè)截然不同的生理過程，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)平衡問題，故A、C兩項(xiàng)錯(cuò)誤。植物細(xì)胞可以通過光合作用產(chǎn)生ATP和消耗ATP，也可以通過細(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

9、動(dòng)儲(chǔ)存于ATP中綜上所述，ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化的過程應(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)從能量來源上看：ATP水解釋放的能量是儲(chǔ)存在高能磷酸

10、鍵中的化學(xué)能；而合成ATP的能量主要來源于化學(xué)能和光能，即二者的能量來源不同。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)過程分別表示能量的釋放和儲(chǔ)存生物細(xì)胞內(nèi)的b過程所需要的能量來自細(xì)胞呼吸a和b在活細(xì)胞中永無休止地循環(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

11、反應(yīng)聯(lián)系在一起；生物細(xì)胞中b過程的能量來自細(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)過程從物質(zhì)的角度來看是可逆的，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，它們的共同點(diǎn)是都含有腺嘌呤。典例4(2019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