第2節(jié)細胞的能量“貨幣”ATP一、ATP是一種高能磷酸化合物學習目標素養(yǎng)定位.依據(jù)ATP的分子簡式，說出ATP的化學組成和特點。.依據(jù)ATP與ADP的相互轉化,解釋ATP在細胞生命活動中的作用.運用結構與功能觀,理解ATP作為直接能源物質，其結構與功能相適應。（科學思維）.通過構建ATP和ADP相互轉化模型，歸納、概述ATP形成所需能量的主要來源及意義。（科學思維）.中文名稱:腺昔三磷酸。.結構簡式:A—P?P?P。&J核糖A:腺昔——川口人、（腺喋吟符一寧白乂《P:磷酸基團、?:特殊的化學鍵.特點（DATP是細胞內的一種高能磷酸化合物,含有2個特殊的化學鍵,儲存大量能量。（2）ATP的化學性質不穩(wěn)定,這是由于兩個相鄰的磷酸基團都帶負電荷而相互排斥，即末端磷酸基團具有較高的轉移勢能。當ATP在酶的作用下水解時，脫離下來的末端磷酸基團挾能量與其他分子結合,從而使后者發(fā)生變化。.功能6.細胞內有些化學反應是需要吸收能量的,有些是釋放能量的,這些過程一般與ATP的分解和合成相聯(lián)系,請判斷下列說法正確的是(D)A.植物體內的細胞呼吸伴隨著ATP的合成,是吸能反應B.由氨基酸脫水縮合形成蛋白質的過程需要消耗ATP,是放能反應C.ATP的能量都儲存在特殊的化學鍵中D.能量通過ATP分子在吸能反應和放能反應之間流通解析:植物體內的細胞呼吸伴隨著ATP的合成,是放能反應；由氨基酸脫水縮合形成蛋白質的過程需要消耗ATP,是吸能反應;ATP的普通化學鍵和特殊化學鍵中都儲存著能量，只不過大量的能量都儲存于特殊化學鍵中;ATP是能量“貨幣”，能量通過ATP分子在吸能反應和放能反應之間流通。［情境］智能生物藥物成為治療癌癥等難以攻克疾病的首選,其中ATP控制的藥物遞送系統(tǒng)通常用靶向ATP的適體作為“生物閘門”來實現(xiàn)藥物的按需快速釋放。近些年,一系列的材料已經證明在細胞內高含量ATP條件下可以釋放治療藥物,從而極大地提高了藥物療效。探究：(DATP的什么結構特點決定了它可以實現(xiàn)藥物的按需快速釋放？提示:ATP中含有兩個特殊化學鍵,遠離腺背的那個特殊化學鍵容易斷裂,釋放能量,為智能藥物的運輸供能。⑵藥物輸送需要靶向定位到病變部位,能不能說明ATP具有特異性？提示:雖然藥物需要靶向運輸,但是自然界的ATP分子結構相同，并不具有特異性。課堂小結隨堂檢測.用Q、B、Y表示ATP中的三個磷酸基團所處的位置（A—P。?Pb?Py）,下列敘述正確的是（C）ATP徹底水解能得到5種不同的化合物ATP在生命活動旺盛的細胞中含量多ATP含有2個特殊化學鍵,3個磷酸基團ATP的化學性質非常穩(wěn)定,釋放的能量可用于各項生命活動解析:ATP徹底水解能得到腺喋吟、核糖、磷酸3種不同的化合物;ATP在細胞中的含量很少，但與ADP的轉化速度很快;ATP含有2個特殊化學鍵,3個磷酸基團;ATP的化學性質不穩(wěn)定,很容易水解,釋放的能量可用于各項生命活動。.下列關于ATP的敘述，不正確的是（B）A.組成ATP的元素有C、H、0、N、PB.ATP水解供能時生成一個腺苜和三個磷酸C.形成ATP時能量可來自光能和化學能D.分解ATP時產生的能量可轉化為光能和化學能解析:ATP的結構簡式是A—P?P?P,組成ATP的化學元素包括C、H、0、N、P;ATP水解供能時生成一個ADP和一個磷酸;形成ATP口寸能量可來自呼吸作用和光合作用，即可來自光能和化學能;分解ATP時產生的能量可用于各項生命活動,可轉化為光能和化學能。.ATP和ADP可以相互轉化，下面有關的描述中，正確的是（C）ATP在酶的作用下,可以連續(xù)脫下3個Pi,釋放大量能量ATP在酶的作用下,可以加上一個Pi,儲存能量ATP和ADP的相互轉化都需要酶參與D.在ATP與ADP的相互轉化反應中，物質和能量都是可逆的解析:ATP在ATP水解酶的作用下只能脫去一個磷酸基團;ATP不能再加上磷酸;ATP水解需要ATP水解酶的催化,ATP合成需要ATP合成酶的催化;在ATP與ADP相互轉化過程中能量是不可逆的。.在植物、動物、細菌和真菌的細胞內,都是以ATP作為能量“貨幣”的，請回答下列問題。（DATP的中文名稱是,其中A代表,A中含有的單糖是,P代表。（2）ATP的元素組成是,若用15N標記ATP,將會在（填化學結構）中出現(xiàn)15N標記。⑶在生物體內，ATP水解成ADP時,釋放的能量直接用于各種反應;ADP合成為ATP所需的能量來自各種反應。解析：（1）ATP的名稱是腺甘三磷酸,其中A表示腺甘，由腺喋吟和核糖組成,P表示磷酸基團。（2）ATP的組成元素是C、H、0、N、P,ATP中的N存在于腺昔的腺喋吟中，所以若用l5N標記ATP,將會在腺喋吟中出現(xiàn)15N標記。（3）ATP水解釋放大量能量，釋放的能量直接用于各種吸能反應;ATP合成時需要吸收能量，由各種放能反應提供。答案：（1）腺昔三磷酸腺甘核糖磷酸基團（2）C、H、0、N、P腺喋吟（3）吸能放能ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質。二、ATP與ADP可以相互轉化.過程⑴釋放能量(ATP水解)：ATP上迎E+Pi+能量。⑵儲存能量(合成ATP):ADP+Pi+能量旦.能量的來源及去路.轉化的原因及特點(1)原因:ATP中遠離腺背的那個特殊的化學鍵既容易水解,又容易形成。⑵特點:①ATP與ADP的轉化是時刻不停地發(fā)生并且處于動態(tài)平衡之中的。②ATP與ADP相互轉化的能量供應機制,在所有生物的細胞內都是一樣的,這體現(xiàn)了生物界的統(tǒng)一性。三、三P的利用.列舉利用ATP的實例⑴用于物質的合成。(2)用于肌肉收縮。⑶大腦思考。(4)電蛭發(fā)電。⑸用于物質的主動運輸。.ATP供能的過程ATP水解釋放的磷酸基團使蛋白質等分子磷酸化,使其空間結構改變,活性也被改變,因而參與各種化學反應。.ATP是細胞內流通的能量“貨幣”⑴化學反應中的能量變化與ATP的關系：放能反應:一般與ATP的合成相聯(lián)系。吸能反應:一般與ATP的水解相聯(lián)系。⑵能量通過ATP分子在吸能反應和放能反應之間流通。判斷正誤(1)活細胞內ATP與ADP的轉化只能單向進行。(X)提示:細胞內ATP與ADP是可以相互轉化的。(2)ATP水解釋放的能量可用于細胞內的吸能反應。(V)(3)ATP是生物體唯一的能源物質。(X)提示:生物體中還存在其他直接能源物質如GTP,ATP只是絕大多數(shù)生命活動的直接能源物質。(4)人在饑餓時,細胞中ATP與ADP的含量難以達到動態(tài)平衡。(X)提示:人在饑餓時,細胞中ATP與ADP的含量處于動態(tài)平衡。(5)“能量”就是指ATP,ATP就是“能量"o(X)提示:ATP是一種高能磷酸化合物,其特殊的化學鍵水解時能夠釋放能量，所以ATP是與能量有關的物質。(6)機體在運動時消耗ATP,睡眠時則不消耗ATP。(X)提示:機體無論是運動還是睡眠狀態(tài)，都要消耗ATPo探究一ATP是一種高能磷酸化合物如圖是ATP的組成,據(jù)圖分析,討論，回答下列問題。(DATP的組成元素有哪些?含有幾個磷酸基團？提示:C、H、()、N、Po3個。(2)ATP中的“A”和DNA中的堿基“A”含義相同嗎?請說明。提示:不同。ATP中的指的是腺昔,包括腺明令和核糖，的含義是3;DNA中的堿基“A”指腺喋吟，“廣指胸腺口密咤。(3)ATP徹底水解會得到哪些成分？提示:ATP徹底水解會得到腺喋吟、核糖和磷酸。(4)ATP分子去掉2個磷酸基團后的剩余部分是什么物質?ATP和RNA在組成成分上有怎樣的聯(lián)系？提示:ATP去掉兩個磷酸基團后形成的結構是腺噂吟核糖核甘酸,是構成RNA的基本單位之一。(5)ATP中的特殊化學鍵有幾個?為什么不穩(wěn)定？提示:2個。不穩(wěn)定是因為兩個相鄰的磷酸基團都帶負電荷而相互排斥。不同化合物中“A”的辨析1.在下列幾種化合物的化學組成中，中所對應的含義最接近的化合物簡寫“A”含義共同點ATP0-P?p~p腺甘(由腺喋吟和核糖組成)所有“A”都含有腺喋吟DNAT9?CG-.AT腺喋吟脫氧核甘酸RNA腺喋吟核糖核甘酸核昔酸腺噂吟是（B）A.①和②B.⑤和⑥C.③和④D.①和③解析:①是ATP結構簡式，其中部分表示腺噂吟核糖核甘酸;②是腺喋吟脫氧核甘酸，其中部分表示腺喋吟;③是DNA片段，其中部分表示腺喋吟脫氧核苜酸;④是RNA片段，其中部分表示腺喋吟核糖核甘酸;⑤是ATP結構簡式,其中部分表示腺昔,是腺喋吟和核糖組合在一起;⑥是腺喋吟核糖核昔酸,其中部分表示腺昔，是腺喋吟和核糖組合在一起。所以中所對應的含義最接近的是①和④,⑤和⑥。2.用32P標記磷酸加入細胞培養(yǎng)液,短時間內快速分離ATP,ATP的總含量變化不大，但大部分ATP末端磷酸基團已帶有放射性標記。該現(xiàn)象說明（C）ATP是細胞內的直接能源物質ATP中的三個磷酸基團均容易脫落C.該過程ATP既有合成又有分解D.重新合成的ATP中磷均為32P解析：由于題干中沒有說明ATP供能的過程,所以不能說明ATP是細胞內的直接能源物質；由于是部分ATP的末端磷酸基團已帶上放射性標記,說明ATP中遠離A的磷酸基團容易脫離，形成ADP;ATP含量變化不大和部分ATP的末端磷酸基團已帶上放射性標記,說明該過程中ATP既有合成又有分解;大部分ATP末端磷酸基團已帶有放射性標記,說明新合成的ATP中只有末端的磷是32Po探究二ATP與ADP的相互轉化.肌肉收縮的直接能源物質是ATPo人體在安靜狀態(tài)時，肌肉內儲存的ATP含量只能供肌肉收縮1?3s所需。一個人在劇烈運動狀態(tài)下,每分鐘約有0.5kg的ATP分解釋放能量，供運動所需。一個成年人在安靜的狀態(tài)下,24h內竟有40kg的ATP被水解。(1)人體中ATP的含量有什么特點？提示:含量少。⑵在劇烈運動時需要的大量能量,是依賴ATP含量升高還是ATP和ADP的快速轉化？提示:依賴于ATP和ADP之間的快速轉化。.在活細胞中，如圖中的循環(huán)過程永不停止地進行著。請運用所學知識,分析回答ATP和ADP循環(huán)中的有關問題。⑶在人體細胞和綠色植物的葉肉細胞內，與①相應的生理活動有哪些?場所有哪些？提示:人體細胞的呼吸作用，場所有細胞質基質和線粒體。葉肉細胞的光合作用和細胞呼吸，場所有葉綠體、細胞質基質、線粒體。(4)4和A?分別起什么作用？二者相同嗎？提示:催化;二者不相同。Ai催化ATP的合成,是合成酶;A?催化ATP的水解,是水解酶。(5)動物細胞中，能量日的來源是什么？②中能量Ez的去向有哪些？提示:主要來自呼吸作用有機物分解所釋放的化學能。用于生物的各項生命活動。(6)ATP與ADP之間的相互轉化的過程是否為可逆反應?為什么？提示:不可逆，反應類型、條件、酶等不同，物質可逆,能量不可逆。ATP與ADP的相互轉化比較3.ATP合成酶是合成ATP所需要的酶,分子結構由凸出于膜外的親水性頭部和嵌入膜內的疏水性尾部組成。當H'順濃度梯度穿過ATP合成酶時;該酶能催化ADP與Pi形成ATPo下列關于ATP合成酶的分析，錯誤的是（C）項目ATP的合成ATP的水解反應式ADP+Pi+能量MatpATP與ADP+Pi+能量所需酶ATP合成酶ATP水解酶能量來源光能(光合作用)、化學能(細胞呼吸)儲存在特殊化學鍵中的能量能量去路儲存于形成的特殊化學鍵中用于各項生命活動反應場所細胞質基質、線粒體、葉綠體生物體的需能部位A.ATP合成酶在線粒體、葉綠體內都有分布ATP合成酶既具有催化作用，同時也具有運輸作用ATP和ADP的相互轉化過程都需要ATP合成酶的催化ATP合成酶催化ADP和Pi形成ATP時，伴隨著能量的儲存解析:線粒體、葉綠體中都有ATP的合成，含有ATP合成酶;從“ATP合成酶是合成ATP所需要的酶”可知,ATP合成酶具有催化作用，從“當H.順濃度梯度穿過ATP合成酶”可推測,ATP合成酶具有運輸作用；酶具有專一性,ATP水解為ADP需要ATP水解酶的催化,ADP合成ATP需要ATP合成酶的催化;ATP中特殊的化學鍵中儲存著能量,因此形成ATP時伴隨著能量的儲存。4.如圖表示的是ATP與ADP之間的轉化，據(jù)圖可以確定（D）A.M代表ADP,N代表ATPB.能量1和能量2來源相同C.酶1和酶2代表同一種酶D.Xi和X2代表同一種物質解析:由題圖分析可知,M為ATP,N為ADP;能量1來自ATP中特殊化學鍵的斷裂,能量2是來自光能或化學能,來源不同；酶1是ATP水解酶,B2是ATP合成酶;Xi和X2都是磷酸，代表同一種物質。探究三ATP的利用閱讀教材P88?89,思考,討論，回答下列問題。（DATP如何為主動運輸提供能量？提示:①參與Ca?+主動運輸?shù)妮d體蛋白是一種能催化ATP水解的酶。當膜內側的CG與其相應位點結合時就激活該酶,將ATP水解。②ATP水解釋放的磷酸基團與載體蛋白結合即載體蛋白的磷酸化。③載體蛋白磷酸化導致其空間結構發(fā)生變化,使Ga?.的結合位點轉向膜外側,將Ca"釋放到膜外。⑵吸能反應、放能反應與ATP有怎樣的關系？提示:吸能反應一般與ATP水解的反應相聯(lián)系，由ATP水解提供能量。放能反應一般與