5.2細(xì)胞的能量“貨幣”ATP問題探討問題探討“銀燭秋光冷畫屏，輕羅小扇撲流螢。天階夜色涼如水，臥看牽牛織女星。”讓我們重溫唐代詩人杜牧這情景交融的詩句，想象夜空中與星光媲美的點(diǎn)點(diǎn)流螢，思考有關(guān)的生物學(xué)問題。1.螢火蟲發(fā)光的生物學(xué)意義是什么？螢火蟲發(fā)光的生物學(xué)意義主要是相互傳遞信號(hào)，以便繁衍后代。2.螢火蟲體內(nèi)有特殊的發(fā)光物質(zhì)嗎？螢火蟲腹部后端細(xì)胞內(nèi)的熒光素，是其特有的發(fā)光物質(zhì)。3.在螢火蟲發(fā)光的過程中有能量轉(zhuǎn)化嗎？有。螢火蟲腹部細(xì)胞內(nèi)一些有機(jī)物中儲(chǔ)存的化學(xué)能，只有在轉(zhuǎn)變成光能時(shí)，螢火蟲才能發(fā)光。螢火蟲【相關(guān)資料】螢火蟲的尾部發(fā)光細(xì)胞中有熒光素和熒光素酶。熒光素接受能量后就被激活，在熒光素酶的催化作用下，激活的熒光素與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成氧化熒光素并且發(fā)出熒光。螢火蟲的發(fā)光原理熒光素能量激活的熒光素?zé)晒馑孛?氧氣氧化熒光素發(fā)出熒光問題：細(xì)胞內(nèi)哪些物質(zhì)有可能為螢火蟲發(fā)光提供能量呢？是葡萄糖，脂肪，還是其他物質(zhì)？從哪里來？實(shí)驗(yàn)：探究生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)①材料用具：活螢火蟲數(shù)只，解剖刀，蒸餾水，葡萄糖，脂肪，ATP③基本原理：熒光素+能量+O2

氧化熒光素——H2O熒光素酶（發(fā)出熒光）自變量：因變量：無關(guān)變量：添加的物質(zhì)（葡萄糖/脂肪/ATP）是否發(fā)光溫度等②實(shí)驗(yàn)試劑：蒸餾水、葡萄糖溶液、ATP注射液等④實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：

用小刀將數(shù)十只螢火蟲的發(fā)光器割下，干燥后研磨成粉末，取四等份分別裝入四支試管，各加入少量水使之混合，置于暗處，可見試管內(nèi)有淡黃色熒光出現(xiàn)，約過15分鐘熒光消失，然后……123415min熒光消失12342mL蒸餾水2mL葡萄糖溶液2mL脂肪溶液2mLATP溶液暗處1234無熒光出現(xiàn)有熒光出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：螢火蟲發(fā)光所需的能量不是葡萄糖直接提供的，而是由ATP直接提供的。ATP是直接的供能物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)·探究螢火蟲發(fā)光需要細(xì)胞提供能量。同樣，在細(xì)胞內(nèi)，物質(zhì)的主動(dòng)運(yùn)輸需要能量，物質(zhì)的合成需要能量，肌纖維的收縮也需要能量。這些能量從哪里來呢?我們知道，細(xì)胞中的糖類、脂肪等有機(jī)物都儲(chǔ)存著化學(xué)能，但是直接給細(xì)胞生命活動(dòng)提供能量的卻是另一種有機(jī)物--ATP。ATP的功能ATP是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)

有機(jī)物中的化學(xué)能ATP中的化學(xué)能耗能的生命過程細(xì)胞中流通的能量“貨幣”蛋白質(zhì)——脂肪——糖類——ATP——細(xì)胞能源物質(zhì)的比喻“不動(dòng)產(chǎn)”“定期存款”“活期存款”“現(xiàn)金”ATP是生物體生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)。為什么ATP能作為直接的能源物質(zhì)呢？——這與ATP的結(jié)構(gòu)有關(guān)。▲腺苷三磷酸（ATP）的結(jié)構(gòu)式一、ATP是一種高能磷酸化合物1、ATP的中文名稱：腺苷三磷酸1個(gè)腺苷（1個(gè)核糖+1個(gè)腺嘌呤），3個(gè)磷酸基團(tuán)。腺苷2.

ATP結(jié)構(gòu)簡式：一、ATP是一種高能磷酸化合物–P~P~PAP:磷酸基團(tuán)A:腺苷=腺嘌呤+核糖T:三—:普通化學(xué)鍵（1個(gè)）～:特殊化學(xué)鍵（2個(gè)）▲腺苷三磷酸（ATP）的結(jié)構(gòu)式普通化學(xué)鍵特殊化學(xué)鍵3.ATP的組成元素：C、H、O、N、P~~腺嘌呤核糖腺苷(A)磷酸基團(tuán)（P）PPP一、ATP是一種高能磷酸化合物4、特點(diǎn)①、由于兩個(gè)相鄰的磷酸基團(tuán)都帶負(fù)電荷而相互排斥等原因，使得這種化學(xué)鍵不穩(wěn)定，末端磷酸基團(tuán)有一種離開ATP而與其他分子結(jié)合的趨勢(shì)，也就是具有較高的轉(zhuǎn)移勢(shì)能。②ATP水解過程就是釋放能量的過程。1molATP水解釋放的能量高達(dá)30.54kJ，所以說ATP是一種高能磷酸化合物APP

ADPAP~PP30.54kj/mol腺苷二磷酸5、ATP的供能機(jī)理：當(dāng)ATP在酶的作用下水解時(shí)，脫離下來的末端磷酸基團(tuán)挾能量與其他分子結(jié)合，從而使后者發(fā)生變化。ATP是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)

腺苷(A)特殊的化學(xué)鍵腺苷一磷酸(AMP)腺苷二磷酸(ADP)腺苷三磷酸(ATP)（腺嘌呤核糖核苷酸）RNA的基本組成單位之一注：脫離下來的磷酸基團(tuán)如果未轉(zhuǎn)移給其他分子，就成為游離的磷酸（以pi表示）三、ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化二、ATP和ADP可以相互轉(zhuǎn)化A-P～P

～P水解酶A-P～P

～P合成酶A-P～P+Pi+A-P～P+Pi+ATP水解：ATP合成：能量能量A-P～P

～P能量A-P～P+Pi+水解酶合成酶思考：ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化是可逆反應(yīng)嗎？1、相互轉(zhuǎn)化過程及能量來源綠色植物呼吸作用呼吸作用光合作用ADP+Pi+

能量ATP合成酶動(dòng)物和人、真菌和大多數(shù)細(xì)菌1、相互轉(zhuǎn)化過程及能量來源ATP

ADP+Pi

+能量

酶2（合成酶）酶1（水解酶）光合作用呼吸作用各生命活動(dòng)ATPADPPi能量能量Pi合成酶水解酶ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化示意圖三、ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化1、相互轉(zhuǎn)化過程及能量來源項(xiàng)目ATP的合成ATP的水解反應(yīng)式______________________________________________________所需酶_________________________________能量來源________(光合作用)、_________(細(xì)胞呼吸)儲(chǔ)存在_____________中的能量能量去路儲(chǔ)存于形成的______________中用于___________________反應(yīng)場(chǎng)所_____________________________生物體的需能部位ADP+Pi+能量ATP合成酶ATP水解酶酶ATP+H2OADP+Pi+能量酶ATP+H2O光能化學(xué)能特殊化學(xué)鍵特殊化學(xué)鍵各項(xiàng)生命活動(dòng)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體兩者轉(zhuǎn)化時(shí)，物質(zhì)是可逆的，能量是不可逆的，酶也不相同，所以ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化不是可逆反應(yīng)。資料分析ATP消耗量大ATP含量很少矛盾研究顯示，一個(gè)成年人一天在靜止?fàn)顟B(tài)下所消耗的ATP約有40kg；在劇烈運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下，每分鐘約有0.5kg的ATP轉(zhuǎn)化成ADP。1成人體內(nèi)ATP總量約2~10mg，人體安靜狀態(tài)下，肌肉內(nèi)ATP含量只能供肌肉收縮1~2s。2每個(gè)細(xì)胞每秒鐘可合成約1000萬個(gè)ATP且同時(shí)有等量ATP被水解3ATP合成和水解都非常迅速①對(duì)細(xì)胞的正常生活來說，ATP在生物體內(nèi)含量很少，但ATP和ADP的轉(zhuǎn)化是時(shí)刻不停地發(fā)生且處于動(dòng)態(tài)平衡的。②ATP和ADP相互的轉(zhuǎn)化的能量供應(yīng)機(jī)制，在所有生物的細(xì)胞內(nèi)都一樣，這體現(xiàn)了生物界的統(tǒng)一性。二、ATP和ADP可以相互轉(zhuǎn)化2、ATP和ADP轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)用于各種運(yùn)動(dòng)，如肌細(xì)胞收縮用于大腦思考ATP用于細(xì)胞內(nèi)各種物質(zhì)合成ATP是細(xì)胞完成生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)生物發(fā)光、發(fā)電主動(dòng)運(yùn)輸三、ATP的利用哪些生命活動(dòng)由ATP直接供能?1、ATP為主動(dòng)運(yùn)輸供能的機(jī)理請(qǐng)同學(xué)們觀看視頻后，描述Ca2＋主動(dòng)運(yùn)輸載體是如何利用ATP的?ATP水解釋放的能量是如何用于上述生命活動(dòng)的呢？1．參與Ca2+主動(dòng)運(yùn)輸?shù)妮d體蛋白是一種能催化ATP水解的酶。當(dāng)膜內(nèi)側(cè)的Ca2+與其相應(yīng)位點(diǎn)結(jié)合時(shí)，其酶活性就被激活了。ATP為主動(dòng)運(yùn)輸供能示意圖二、ATP的利用1、ATP為主動(dòng)運(yùn)輸供能的機(jī)理2．在載體蛋白這種酶的作用下，ATP分子的末端磷酸基團(tuán)脫離下來與載體蛋白結(jié)合，這一過程伴隨著能量的轉(zhuǎn)移，這就是載體蛋白的磷酸化。二、ATP的利用1、ATP為主動(dòng)運(yùn)輸供能的機(jī)理3．載體蛋白磷酸化導(dǎo)致其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使Ca2+的結(jié)合位點(diǎn)轉(zhuǎn)向膜外側(cè)，將Ca2+釋放到膜外。二、ATP的利用1、ATP為主動(dòng)運(yùn)輸供能的機(jī)理ATPATP水解Ca2＋釋放到膜外Ca2＋主動(dòng)運(yùn)輸載體Pi與載體結(jié)合載體空間結(jié)構(gòu)改變ATP水解釋放的磷酸基團(tuán)使蛋白質(zhì)等分子磷酸化，這些分子被磷酸化后，空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，活性也被改變。因而可以參與各種化學(xué)反應(yīng)。三、ATP的利用2、ATP的供能機(jī)制吸能反應(yīng)，如蛋白質(zhì)的合成放能反應(yīng)，如葡萄糖的氧化分解3、細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)可以分為吸能反應(yīng)與放能反應(yīng)。吸能反應(yīng)與ATP的水解相聯(lián)系（吸水），放能反應(yīng)與ATP的合成相聯(lián)系。能量通過ATP分子在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間流通。ATP是細(xì)胞內(nèi)流通的的能量“貨幣”！ATP中的化學(xué)能糖類等有機(jī)物中的化學(xué)能直接用于各種生命活動(dòng)ATP水解呼吸作用

正是由于細(xì)胞內(nèi)具有ATP這種能量“貨幣”，細(xì)胞才能及時(shí)而持續(xù)地滿足各項(xiàng)生命活動(dòng)對(duì)能量的需求。水解合成培育出轉(zhuǎn)基因熒光樹

將熒光素酶基因?qū)胫参锖螅儆脽晒馑厝芤簼补嘀参铮罐D(zhuǎn)基因植物在黑暗中發(fā)光，從而培育出一種能發(fā)光的“熒光樹”。應(yīng)用:

白天，陽光照射，公園與普通公園一模一樣。晚上，這些樹就自動(dòng)發(fā)光。公園里不需要路燈，一片通明。而且，光照非常柔和。

未來，夜間發(fā)光的樹可能會(huì)成為街燈的天然替代品。ATP全稱：腺苷三磷酸結(jié)構(gòu)簡式：A-P～P～PATP的來源：ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化:ATP的利用：各種形式的能量光合作用呼吸作用ATPADP+Pi+能量水解酶

合成酶課堂小結(jié)

正是由于細(xì)胞內(nèi)具有ATP這種能量“貨幣”，細(xì)胞才能及時(shí)而持續(xù)地滿足各項(xiàng)生命活動(dòng)對(duì)能量的需求。“一、二、三、五”，即一個(gè)腺苷、二個(gè)特殊化學(xué)鍵、三個(gè)磷酸基團(tuán)、五種元素（C、H、O、N、P）注意：ATP是一種物質(zhì)，不是能量，能量儲(chǔ)存在ATP的化學(xué)鍵中。能量直接來源主要能源物質(zhì)細(xì)胞內(nèi)良好的儲(chǔ)能物質(zhì)動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的儲(chǔ)能物質(zhì)植物細(xì)胞內(nèi)的儲(chǔ)能物質(zhì)最終能量來源ATP糖類脂肪糖原脂肪淀粉脂肪太陽能歸

納請(qǐng)完成下列模型？能量來源:

作用和

作用

酶

酶+Pi能量來源：高能磷酸鍵的

。能量去向：

高能磷酸鍵的

。-Pi能量去向：

。

反應(yīng)

反應(yīng)合成水解光合呼吸形成斷裂用于各項(xiàng)生命活動(dòng)ADPATP吸能放能P89練習(xí)與應(yīng)用一、概念檢測(cè)1.能準(zhǔn)確表示ATP中三個(gè)磷酸基團(tuán)之間，以及磷酸基團(tuán)和腺昔之間關(guān)系的結(jié)構(gòu)簡式是()A.A--P--P～PB.A--P～P～PC.A～P～P-PD.A～P～P～P2.下列物質(zhì)中，能夠直接給細(xì)胞生命活動(dòng)提供能量的是()A.脂肪酸B.氨基酸C.腺苷二磷酸D.腺苷三磷酸3.下面關(guān)于ATP的敘述，錯(cuò)誤的是(

)A.細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中都有ATP的分布B.ATP合成所需的能量由磷酸提供C.ATP可以水解為ADP和磷酸D.正常細(xì)胞中ATP與ADP的比值相對(duì)穩(wěn)定BDB4.離子泵是一種具有ATP水解酶活性的載體蛋白，它在跨膜運(yùn)輸物質(zhì)時(shí)離不開ATP的水解。下列敘述正確的是()A.離子通過離子泵的跨膜運(yùn)輸屬于協(xié)助擴(kuò)散B.離子通過離子泵的跨膜運(yùn)輸是順濃度梯度進(jìn)行的C.動(dòng)物一氧化碳中毒會(huì)降低離子泵跨膜運(yùn)輸離子的速率D.加入蛋白質(zhì)變性劑會(huì)提高離子泵跨膜運(yùn)輸離子的速率二、拓展應(yīng)用1.就細(xì)胞中的吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)各舉出-一個(gè)實(shí)例，并說明這些實(shí)例分別與ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化有什么關(guān)系。C提示：吸能反應(yīng),如葡萄糖和果糖合成蔗糖的反應(yīng)需要消耗能量,是吸能反應(yīng),這一反應(yīng)所需要的能量是由ATP水解為ADP時(shí)釋放能量來提供的。放能反應(yīng),如丙酮酸的氧化分解能夠釋放能量,是放能反應(yīng)。這一反應(yīng)所釋放的能量除以熱能形式散失外,還用于ADP轉(zhuǎn)化為ATP的反應(yīng),儲(chǔ)存在ATP中.2.同樣是能源物質(zhì)，AIP與葡萄糖具有不同