用心 愛心 專心 1 新陳代謝與新陳代謝與 ATPATP 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 理解 ATP 的生理功能與結(jié)構(gòu)簡式 2 理解 ATP 與 ADP 的相互轉(zhuǎn)化 3 理解 ATP 的形成途徑 學(xué)習(xí)障礙 1 理解障礙 1 如何理解 ATP 是新陳代謝所需能量的直接來源 2 如何理解 ATP 與 ADP 的相互轉(zhuǎn)化及其意義 2 解題障礙 用 ATP 與 ADP 相互轉(zhuǎn)化的知識去解能量代謝的有關(guān)問題 學(xué)習(xí)策略 1 理解障礙的突破 1 用 結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的觀點 理解 ATP 是新陳代謝所需能量的直接來源 首先 從分 子水平上來看 新陳代謝是細(xì)胞中所有有序化學(xué)變化的總稱 那么 在新陳代謝中的一系列 的物質(zhì)變化 必定伴隨著能量的轉(zhuǎn)化 生命系統(tǒng)必須依靠物質(zhì)和能量來維持 能量的獲取 儲存 釋放 利用和散失 伴隨著全部生命活動 從整個生態(tài)系統(tǒng)上來看 能量在生態(tài)系統(tǒng) 中流動的過程 總能源來自于光能 由綠色植物的光合作用 把光能以化學(xué)能的形式儲存在 糖類 脂肪等有機物中 植物可以通過細(xì)胞呼吸分解體內(nèi)的有機物而獲取生命活動所需的能 量 動物則以攝食植物 直接或間接的 而獲取富含能量的有機物 又通過動物自身的細(xì)胞呼 吸分解有機物而獲取生命活動所需的能量 綠色植物不可能把光能直接用于有機物的合成 光能只有轉(zhuǎn)化成一種活躍的化學(xué)能 才能被綠色植物利用 植物和動物通過呼吸作用分解有 機物釋放出的能量 除了一部分以熱能的形式散失或維持體溫外 其余的都要轉(zhuǎn)化成一種活 躍的化學(xué)能 才能用于各項生命活動 由于生物體內(nèi)新陳代謝功能的需要 不論是植物 動 物和人 其體內(nèi)都必須有一種活躍的 隨時可以儲藏或利用的化學(xué)能 即必然有一種物質(zhì)作 為這種活躍化學(xué)能的載體 而 ATP 三磷酸腺苷 結(jié)構(gòu)中 如下圖 遠離 A 的高能磷酸鍵既容 易形成又容易斷裂 形成時可以儲存這種活躍化學(xué)能 斷裂時 可以將活躍的化學(xué)能釋放用 于生命活動的各個方面 因此 ATP 是新陳代謝所需能量的直接來源 2 聯(lián)系化學(xué)知識 用 層析綜合法 理解 ATP 與 ADP 的相互轉(zhuǎn)化及其意義 從生化反應(yīng)角度分析理解 ATP 是腺嘌呤核苷的衍生物 可以看成是含三個磷酸基的腺嘌呤 核苷酸 其結(jié)構(gòu)如上圖 ATP 的結(jié)構(gòu)簡式可寫成 A P P P 對于所有的細(xì)胞來說 幾乎都 用心 愛心 專心 2 是用 ATP 作為直接能源的 凡是不能單獨由酶催化的化學(xué)反應(yīng) 幾乎都要由 ATP 供應(yīng)能量 使化學(xué)反應(yīng)能夠進行 在 ATP 與 ADP 的轉(zhuǎn)化中 ATP 既可儲能 又可作為生命活動的直接能 源 在 ATP 的第二個和第三個磷酸基之間的高能磷酸鍵對于細(xì)胞中能量的捕獲 貯存和釋放 都是很重要的 第三個磷酸基位于末端 能夠很快地移走 于是 ATP 轉(zhuǎn)變成 ADP 如果加上 第三個磷酸基 ADP 又變成 ATP 在這些變化中 能量的轉(zhuǎn)變是很重要的 把 Pi 束縛在 ADP 上形成 ATP 需要能量 在這個反應(yīng)中能量被捕獲而且貯存起來 從 ATP 移走一個 Pi 釋放 能量 ATP 就變成 ADP 所有這些變化都需要酶參加才能進行 這樣的過程在活細(xì)胞中永無 止境地循環(huán)著 從代謝角度分析理解 ATP 與 ADP 的相互轉(zhuǎn)化如下 A 從物質(zhì)代謝上看 上述反應(yīng)中的物質(zhì)是可逆的 但 ATP 與 ADP 的轉(zhuǎn)化過程是不可逆的 我們可以從以下幾個方面分析一下 B 從反應(yīng)條件上看 ATP 的分解是一種水解反應(yīng) 催化該反應(yīng)的酶屬水解酶 而 ATP 的合成 是一種合成反應(yīng) 催化該反應(yīng)的酶屬合成酶 酶具有專一性 因此反應(yīng)條件不同 C 從反應(yīng)場所和時間上看 ATP 合成的場所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì) 線粒體和葉綠體 而 ATP 合成 與分解的場所較多 因此其合成與分解的場所不盡相同 很顯然上述反應(yīng)并不是同時進行的 D 從能量代謝上看 上述反應(yīng)的能量是不可逆的 因為 ATP 水解釋放的能量是儲存在高能 磷酸鍵內(nèi)的化學(xué)能 并且被代謝所消耗掉 這個能量是不能再反過來用于合成 ATP 而合成 ATP 的能量主要有化學(xué)能和太陽的光能 因此能量來源也不同 綜上所述 ATP 與 ADP 相互轉(zhuǎn)變的反應(yīng)過程并不是完全可逆的 但是我們不能單純地利用化 學(xué)上的觀點來判斷該反應(yīng)是否可逆 因為 ATP 與 ADP 在活細(xì)胞中永無止境地循環(huán)著 該反應(yīng) 能夠明確地表示二者在一定條件下的循環(huán)過程 所以該過程使 ATP 不會因能量的不斷消耗而 用盡 從而保證了生命活動的順利進行 從以上分析不難看出 在生物體內(nèi)能量的轉(zhuǎn)換和傳遞中 ATP 是一種關(guān)鍵的物質(zhì) 生物的一 切生命活動都離不開 ATP ATP 是生物體內(nèi)直接供給可利用能量的物質(zhì) 是細(xì)胞內(nèi)能量轉(zhuǎn)換 的 中轉(zhuǎn)站 各種形式的能量轉(zhuǎn)換都是以 ATP 為中心環(huán)節(jié)的 生物體內(nèi)由于有各種酶作為 生物催化劑 同時又有細(xì)胞中生物膜系統(tǒng)的存在 因此 ATP 中的能量可以直接轉(zhuǎn)換成其他 各種形式的能量 用于各種生命活動 這些能量形式主要有 機械能 如肌肉收縮 細(xì)胞分 裂期間染色體的運動等 電能 如神經(jīng)傳導(dǎo)和生物電等 化學(xué)能 如物質(zhì)的合成時能量的供 應(yīng) 還有滲透能 熱能 光能等 細(xì)胞內(nèi) ATP 的含量是很少的 但 ATP 的含量是相對穩(wěn)定的 因為生物體內(nèi)的各細(xì)胞就是以 ATP 與 ADP 十分迅速的相互轉(zhuǎn)化的方式及時儲存能量和釋放能 量 它總是處在不停頓的動態(tài)平衡之中 不但可以源源不斷地為生命活動提供能量 而且還 可避免能量的浪費 這也是生命系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性實現(xiàn)的條件之一 2 解題障礙的突破 1 用 系統(tǒng)化 和 具體化 對號入座 法 解能量代謝的問題 首先構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò) 必須抓住能量變化這根主線 理清每個基礎(chǔ)知識點和基本內(nèi)容 把所學(xué) 內(nèi)容有機地與人類的生產(chǎn)實踐 日常生活相結(jié)合 按以下方法構(gòu)建知識體系 把握知識的縱向銜接 使知識連成線 注意知識的橫向聯(lián)系 使知識連成面 這樣使知識更加系統(tǒng)化 立體化 豐富知識的內(nèi)涵 擴大知識的外延 對有關(guān)能源問題進行歸類 使其匯成一張完整的知識網(wǎng)絡(luò) 歸納如下圖 用心 愛心 專心 3 其次 解題時 對具體問題進行歸類于知識系統(tǒng)中進行對號入座 以便理解當(dāng)前問題 從問 題中找出與已有知識的相同之處 將知識具體化 例 1 ADP 轉(zhuǎn)變?yōu)?ATP 需要 A Pi 酶 腺苷和能量 B Pi 能量 C 能量 腺苷和酶 D Pi 能量和酶 解析 用 系統(tǒng)化 和 具體化 對號入座 法 解 如上圖所示 ATP 與 ADP 相互轉(zhuǎn)變的反 應(yīng)式與能量代謝有密切關(guān)系 應(yīng)該熟練掌握 ADP 轉(zhuǎn)變成 ATP 的過程中 需要能量 從物質(zhì) 上看需要磷酸 Pi 由于生物體內(nèi)的各種反應(yīng)都需要生物催化劑 酶來參加 所以在這個 轉(zhuǎn)變過程中 需要能量 酶和 Pi 答案 D 點評 此題的常見錯誤是選 B 這是沒有考慮生物體內(nèi)的各種化學(xué)反應(yīng)都需要酶來參加才能 進行 這在其他各種反應(yīng)式中都應(yīng)引起注意 是在寫各種反應(yīng)式中最常見的錯誤之一 2 用 直接判斷法 解 例 2 下列哪項生物體的生命活動所需的不是直接來源于 ATP 的水解 A 淀粉的水解 B 細(xì)胞的分裂 C 細(xì)胞的生長 D 細(xì)胞吸收 K 解析 用 直接判斷法 解 生物體進行各項生命活動的直接能源物質(zhì)是 ATP 生物體的各 項生命活動所需的能量都來自 ATP 的水解 需要消耗能量的生命活動常見的有細(xì)胞的分裂 細(xì)胞的生長 礦質(zhì)元素的吸收 肌肉的收縮 新物質(zhì)的合成等 淀粉的水解只需在淀粉酶的 作用下就可以完成 不需要消耗 ATP 答案 A 點評 生物體內(nèi)的各種生命活動所需的能量都要依靠 ATP 來轉(zhuǎn)換 所以通常把 ATP 喻為細(xì)胞 內(nèi)流通著的 能量貨幣 正是由于 ATP 的存在才能使生命活動及時地得到能量供應(yīng) 新陳 代謝才能順利進行 例 3 ATP 分子在細(xì)胞內(nèi)能夠釋放能量和貯存能量 從結(jié)構(gòu)上看 其原因是 腺苷很容易吸收能量和釋放能量 第二個磷酸根很容易從 ATP 上脫離和結(jié)合 第三個 用心 愛心 專心 4 磷酸根很容易從 ATP 上脫離 使 ATP 轉(zhuǎn)變成 ADP ADP 可以迅速地與磷酸根結(jié)合 吸收能 量形成第三個高能磷酸鍵 使 ADP 轉(zhuǎn)變成 ATP A B C D 解析 用 直接判斷法 解 從 ATP 簡式 A P P P 可知 分子中含有兩個高能磷酸鍵 當(dāng)在酶作用下水解時 遠離腺苷 A 的那個高能磷酸鍵斷裂 形成 ADP 和磷酸 該鍵在一定條 件下很容易斷裂和重新形成 從而保證能量的釋放和儲存 靠近 A 的高能磷酸鍵不易斷裂和 重新形成 不參與能量代謝 答案 C 同步達綱練習(xí) 1 能為生物的生命活動直接提供能量的是 A 葡萄糖的分解 B ADP 轉(zhuǎn)變成 ATP 的過程 C ATP 的水解 D 生物的呼吸運動 2 ATP 轉(zhuǎn)化為 ADP 的反應(yīng)特征是 A 通過 ADP 的磷酸化反應(yīng) 并貯存能量 B 通過 ADP 的水解反應(yīng) 并釋放能量 C 通過 ATP 的磷酸化反應(yīng) 并貯存能量 D 通過 ATP 的水解反應(yīng) 并釋放能量 3 以下關(guān)于能源的敘述 不正確的是 A 生物進行生命活動所需能量最終來源于太陽能 B 生物進行生命活動所需能量直接來自 ATP C 植物細(xì)胞的 ATP 都是由細(xì)胞呼吸直接產(chǎn)生的 D ADP 轉(zhuǎn)化成 ATP 是吸能和磷酸化反應(yīng)過程 4 海洋里有一種軟體動物槍烏賊 它有巨大的神經(jīng)細(xì)胞 這種神經(jīng)細(xì)胞能像紅細(xì)胞一樣 不斷吸收進 K 科學(xué)家做過實驗 用一種有毒物質(zhì)使神經(jīng)細(xì)胞中毒 泵入 K 的功能就消 失 如果注入一種物質(zhì) 神經(jīng)細(xì)胞又能恢復(fù)不斷吸收 K 的功能 一直到這種物質(zhì)消耗完 請分析科學(xué)家注入了什么物質(zhì) 這說明 參考答案 同步達綱練習(xí) 1 解析 用 直接判斷法 來解 答案 C 2 解析 用 直接判斷法 來解 答案 D 3 解析 用 系統(tǒng)化和具體化 對號入座 法 解 答案 C 4 解析 用 類比分析法 來解 由題干可知 有很多信息 但有一個關(guān)鍵信息即 像紅 細(xì)胞一樣 不