PAGEPAGE12第一節(jié)細胞與能量 1．化學能是細胞中最主要的能量形式。生物體內(nèi)或細胞中 發(fā)生的只是各種能量形式的相互轉(zhuǎn)變。而光合作用是植 物綠色細胞中最重要的吸能反應(yīng)；細胞呼吸是全部細胞 中最重要的放能反應(yīng)。 2．ATP不是能量，而是生命活動的干脆能源物質(zhì)。糖 類等有機物中的能量只有轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP中的能量，才 能被用于各項生命活動。 3．ATP是由1個核糖、1個腺嘌呤和3個磷酸基團組成 的，其結(jié)構(gòu)簡式可寫作A—P～P～P。其中“A”表示 腺苷，“P”代表磷酸基團，“～”代表高能磷酸鍵。 “T”代表三。ATP分子中遠離A的高能磷酸鍵簡單斷 裂，也簡單生成。 4．ATP在生物體內(nèi)含量很低，但是ATP與ADP在細胞 內(nèi)的轉(zhuǎn)化非常快速，從而使細胞內(nèi)ATP的含量總是 處于動態(tài)平衡中。 5．細胞放能反應(yīng)所釋放的能量可用于ATP合成，而 ATP水解所產(chǎn)生的能量可用于吸能反應(yīng)。ATP不僅 是細胞中放能反應(yīng)和吸能反應(yīng)的紐帶，更是細胞中 的能量通貨。動物、人、真菌等合成ATP的途徑是 細胞呼吸；綠色植物合成ATP的途徑是光合作用和 細胞呼吸。 eq\a\vs4\al(對應(yīng)學生用書,P36)能量與ATP1．能量的轉(zhuǎn)化(1)化學能是細胞中最主要的能量形式。(2)能量只能從一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式，既不會被殲滅，也不能被創(chuàng)建。生物體內(nèi)或細胞中發(fā)生的只是各種能量形式的相互轉(zhuǎn)變。2．吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)光合作用是植物綠色細胞中最重要的吸能反應(yīng)；細胞呼吸是全部細胞中最重要的放能反應(yīng)。放能反應(yīng)和吸能反應(yīng)的紐帶是ATP。3．ATP是細胞中的能量通貨(1)名稱與簡式：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(中文名稱：腺苷三磷酸,結(jié)構(gòu)簡式：A－P～P～P,符號含義\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(A：腺苷,P：磷酸基團,～：高能磷酸鍵))))(2)ATP結(jié)構(gòu)特點：[推斷]①ATP是高能磷酸化合物，只含有一個高能磷酸鍵。(×)②ATP的結(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的，在有關(guān)酶作用下，遠離A的高能磷酸鍵簡單水解，釋放出大量能量。(√)③1個ATP分子中含有1個腺嘌呤，3個磷酸基團。(×)3．功能干脆給細胞的生命活動供應(yīng)能量。[巧學妙記]ATP結(jié)構(gòu)的“123”記憶法1個腺苷、2個高能磷酸鍵、3個磷酸基團。1．ATP的組成元素有哪些？提示：C、H、O、N、P。2．據(jù)ATP結(jié)構(gòu)式思索下列問題：(1)圖中①、②、③的結(jié)構(gòu)分別是什么？提示：腺嘌呤、核糖、磷酸基團。(2)腺苷是由圖中什么組成的？提示：①②。(3)ATP分子去掉2個磷酸基團后的剩余部分是什么物質(zhì)？提示：腺嘌呤核糖核苷酸(腺苷一磷酸)。3．若ATP完全水解，會得到哪些成分？須要消耗幾個水分子？提示：可得到腺嘌呤、核糖、磷酸。需4個水分子。4．結(jié)合ATP的結(jié)構(gòu)簡式，分析30個腺苷和60個磷酸最多能組成多少個ATP?提示：20個。1．ATP的元素組成與結(jié)構(gòu)2．ATP的結(jié)構(gòu)與功能的相互關(guān)系(1)ATP的結(jié)構(gòu)特點保證了細胞內(nèi)有一個相對穩(wěn)定的能量供應(yīng)庫。ATP中遠離腺苷的高能磷酸鍵簡單水解和形成，可保證ATP數(shù)量的相對穩(wěn)定和能量的持續(xù)供應(yīng)。(2)ATP在供能中處于核心地位，很多能源物質(zhì)中的能量需轉(zhuǎn)移到ATP中才能為生命活動供能。在生命活動中，ATP中的能量可轉(zhuǎn)化為不同形式的能量。ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化及利用1．ATP－ADP循環(huán)圖示[填圖]2．ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化分析[填表]反應(yīng)式ATPeq\o(→,\s\up7(酶1))ADP＋Pi＋能量ADP＋Pi＋能量eq\o(→,\s\up7(酶2))ATP類型水解反應(yīng)合成反應(yīng)所需條件ATP水解酶ATP合成酶能量轉(zhuǎn)化放能反應(yīng)吸能反應(yīng)能量來源高能磷酸鍵細胞呼吸、光合作用能量去向用于各項生命活動儲存于ATP中3．ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的特點ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化時刻不停地發(fā)生并且處在動態(tài)平衡之中，從相互轉(zhuǎn)化過程來推斷“物質(zhì)是可逆的，能量是不行逆的”。4．ATP的利用①肌肉收縮；②神經(jīng)細胞的活動；③生物發(fā)電、發(fā)光；④細胞內(nèi)的各種吸能反應(yīng)。1．ATP在細胞內(nèi)的含量是很少的，如成年人細胞內(nèi)ADP和ATP的總量僅為2～10mg，而一個正常成年人在靜止狀態(tài)下24h將有40kg的ATP發(fā)生轉(zhuǎn)化。為滿意能量須要，分析生物體是如何解決這一沖突的？提示：ATP與ADP在細胞內(nèi)的相互轉(zhuǎn)化是非常快速的，且物質(zhì)可以重復(fù)利用，因此，能滿意生命活動對能量的須要。2．ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的過程是否是可逆反應(yīng)？(從反應(yīng)條件、能量來源和去向分析)提示：不是。所需的酶不同；ATP合成的能量來源是化學能或光能；ATP水解的場所是各種需能部位，能量來源于高能磷酸鍵，用與各項生命活動。3．ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化過程中有沒有物質(zhì)可循環(huán)利用？舉例說明。提示：有，例如ADP、磷酸等。4．ATP水說明放的能量如何被利用(舉例)?提示：如肌肉收縮時利用的能量，是由ATP水說明放的。1．ATP與ADP轉(zhuǎn)化及利用圖示ATP在生物體內(nèi)含量很低，但是ATP與ADP在細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)化非?？焖伲瑥亩辜毎麅?nèi)ATP的含量總是處于動態(tài)平衡中。2．ATP－ADP循環(huán)的意義ATP和ADP在體內(nèi)總是處于不停地轉(zhuǎn)化中，為細胞內(nèi)的各項生命活動不斷地供應(yīng)能量。3．ATP的利用細胞中絕大多數(shù)須要能量的生命活動都是由ATP干脆供應(yīng)能量的，ATP中的能量可以干脆轉(zhuǎn)化成其他形式的能量，用于生命活動。主要有以下幾種：(1)機械能：生物體內(nèi)的細胞以及細胞內(nèi)的各種結(jié)構(gòu)的運動都在做機械功，消耗機械能，如肌細胞的收縮，鞭毛的搖擺等。(2)電能：生物體內(nèi)神經(jīng)系統(tǒng)傳導(dǎo)沖動和某些生物能夠產(chǎn)生電流，所做的電功消耗的是電能。(3)滲透能：細胞的主動轉(zhuǎn)運是逆濃度梯度進行的，物質(zhì)通過膜移動所做的功消耗能量，這些能量叫做滲透能。(4)化學能：生物體內(nèi)的物質(zhì)合成須要化學能，小分子物質(zhì)合成大分子物質(zhì)時，必需有干脆或間接的能量供應(yīng)。(5)光能：目前關(guān)于生物發(fā)光的生理機制還沒有完全弄清晰，但是已經(jīng)知道，用于發(fā)光的能量仍舊干脆來源于ATP。由此可見，ATP是生物體內(nèi)各種生命活動的干脆能量來源。正是由于細胞內(nèi)具有ATP這種能量“通貨”，細胞才能剛好而持續(xù)地滿意各項生命活動對能量的需求。4．與生命活動有關(guān)的幾種能源(1)干脆能源物質(zhì)是ATP。(2)主要的能源物質(zhì)是糖類，生命活動70%以上的能量都來源于糖類的氧化分解。(3)重要的貯能物質(zhì)是油脂，當外界攝入能量不足，如饑餓時，油脂會分解產(chǎn)生ATP。(4)動物細胞中的貯能物質(zhì)是糖元，植物細胞中的貯能物質(zhì)是淀粉。(5)蛋白質(zhì)等物質(zhì)中也含有能量，當生命活動須要時，也能氧化分解供應(yīng)能量，也是能源物質(zhì)。(6)最終能量來源是太陽能。 eq\a\vs4\al(對應(yīng)學生用書,P38)以示意圖為載體，考查ATP分子的結(jié)構(gòu)[例1]下圖表示ATP的結(jié)構(gòu)，下列相關(guān)說法正確的是()A．b鍵斷裂后形成ADP和PiB．圖中的3表示ATP中的字母AC．由1、2、3各一分子形成的物質(zhì)是組成DNA的基本單位D．組成ATP的化學元素是C、H、O、N、P[思路點撥][精講精析]a鍵斷裂后形成ADP和Pi；圖中3表示腺嘌呤，2與3結(jié)合為腺苷，即ATP中的A；1、2、3各一分子形成的物質(zhì)是組成RNA的基本單位之一；ATP的組成元素為C、H、O、N、P。[答案]D“A”表示的含義eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(A—P～P～P中“A”表示“腺苷”圖中3表示腺嘌呤A))1．ATP的結(jié)構(gòu)簡式可表示為A—P～P～P，下列圖示正確表示ATP的是()解析：選AATP分子中“A”代表“腺苷”，它是腺嘌呤與“核糖”(而不是“脫氧核糖”)結(jié)合的產(chǎn)物，ATP中含兩個高能磷酸鍵。以化學反應(yīng)式為載體，考查ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化和利用[例2]對“ATPeq\a\vs4\al(\o(,\s\up7(①),\s\do5(②)))ADP＋Pi＋能量”的敘述中，正確的是()A．①過程和②過程所需的酶都是一樣的B．①過程的能量供各項生命活動利用，②過程的能量只能來自糖類等有機物的氧化分解C．①過程和②過程時刻發(fā)生，處于動態(tài)平衡之中D．ATP中的能量可來源于光能、熱能，也可以轉(zhuǎn)化為光能、熱能[思路點撥][精講精析]①過程為水解酶催化的水解反應(yīng)，②過程為合成酶催化的合成反應(yīng)；①過程釋放的能量可供各項生命活動利用，②過程的能量來源于細胞呼吸中糖類等有機物的氧化分解，在綠色植物中還可來源于光合作用汲取并轉(zhuǎn)化的光能；生物體內(nèi)ATP的水解與合成時刻發(fā)生，處于動態(tài)平衡之中；ATP中的活躍化學能可來源于光能，但不能來源于熱能；ATP中的活躍化學能可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽堋崮?、機械能、電能等多種形式的能。[答案]CATP在生物體內(nèi)含量很低，但是ATP與ADP在細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)化非?？焖?，從而使細胞內(nèi)ATP的含量總是處于動態(tài)平衡中。從相互轉(zhuǎn)化過程中“物質(zhì)是可逆的，能量是不行逆的”。2.關(guān)于ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化過程，下列說法正確的是()A．物質(zhì)和能量都可逆，酶相同B．物質(zhì)和能量都不行逆，酶不相同C．物質(zhì)可逆，能量不行逆，酶不相同D．能量可逆，物質(zhì)不行逆，酶相同 解析：選C在ATP的合成與水解過程中，所需的酶是不同的，前者須要ATP合成酶，后者須要ATP水解酶。ATP、ADP和Pi這幾種物質(zhì)是可逆的，即可以在細胞中反復(fù)利用，但能量是不行逆的，因為ATP水說明放的能量只能用于各項生命活動，而合成ATP的能量主要來自于糖類等有機物的氧化分解。因而在ATP與ADP相互轉(zhuǎn)換過程中，物質(zhì)是可逆的，能量是不行逆的。 eq\a\vs4\al(對應(yīng)學生用書,P38)[課堂回扣練習]一、概念原理識記題1．ATP在細胞中能夠釋放能量和貯存能量，從其化學結(jié)構(gòu)看，緣由是()①腺苷很簡單汲取能量和釋放能量②第三個高能磷酸鍵很簡單斷裂和再結(jié)合③第三個磷酸基團(遠離腺苷的那個)很簡單從ATP上脫離，使ATP轉(zhuǎn)化為ADP，同時釋放能量④ADP可以在酶的作用下快速與一分子磷酸結(jié)合，汲取能量形成其次個高能磷酸鍵(遠離腺苷的那個)，使ADP轉(zhuǎn)變成ATPA．①③B．②④C．③④D．①④解析：選CATP含有三個磷酸基團，一個一般化學鍵、兩個高能磷酸鍵，ATP水解時其次個高能磷酸鍵(遠離腺苷的那個)斷裂，貯存在高能磷酸鍵中的能量釋放出來，ATP轉(zhuǎn)化為ADP。在有關(guān)酶的催化下，ADP與Pi結(jié)合，汲取能量，又可形成其次個高能磷酸鍵(遠離腺苷的那個)，ADP又轉(zhuǎn)化為ATP。2．以下是對生物體內(nèi)ATP、ADP的有關(guān)敘述，其中正確的一項是()A．ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化，在活細胞中其循環(huán)是永無休止的B．ATP與ADP是同一種物質(zhì)的兩種形態(tài)C．生物體內(nèi)的ATP含量很多，從而保證了生命活動所需能量的持續(xù)供應(yīng)D．ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化，使生物體內(nèi)各項化學反應(yīng)能在常溫常壓下快速順當?shù)剡M行解析：選AATP與ADP并不是同一種物質(zhì)；ATP在細胞中含量很少；ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化，可在常溫常壓下快速順當?shù)剡M行，但不是保證其他化學反應(yīng)能在常溫常壓下快速順當進行的條件。二、基本原理應(yīng)用題3．下列有關(guān)ATP的敘述，正確的是()A．線粒體是藍細菌細胞產(chǎn)生ATP的主要場所B．ATP分子由一分子腺嘌呤和三分子磷酸基團組成C．猛烈運動后體內(nèi)ATP的含量不會明顯下降D．小麥根尖分生區(qū)細胞通過光合作用和細胞呼吸產(chǎn)生ATP解析：選C藍細菌是原核生物，無線粒體。ATP分子由一分子腺苷和三分子磷酸基團組成。小麥根尖分生區(qū)細胞無葉綠體，不能進行光合作用。ATP不斷合成、消耗，其含量保持動態(tài)平衡。三、試驗探究分析題4．用小刀將數(shù)十只螢火蟲發(fā)光器割下，干燥后研成粉末狀，取兩等份分別裝入2只小玻璃瓶中，各加入少量的水，使之混合，可見到玻璃瓶中有淡黃色熒光出現(xiàn)，約過15min熒光消逝。這時，再將ATP溶液加入其中一只玻璃瓶中，將葡萄糖溶液加入另一只玻璃瓶中，可視察到加ATP溶液的玻璃瓶中有熒光出現(xiàn)，而加葡萄糖溶液的瓶中沒有熒光出現(xiàn)。本試驗不能得出的試驗結(jié)論是()A．螢火蟲發(fā)光是將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿倪^程B．ATP是生命活動的干脆能源物質(zhì)C．葡萄糖不是生命活動的干脆能源D．細胞呼吸釋放的能量主要用于細胞內(nèi)ATP的合成解析：選D通過分析可知，本試驗不能說明細胞呼吸釋放出的能量是否主要用于ATP的合成。[回扣學問點]1．ATP的結(jié)構(gòu)、組成。。2．ATP與ADP的關(guān)系。。3．實力遷移：能夠運用ATP與ADP的關(guān)系對相關(guān)生物學問題做出合理分析、推斷。4．方法指導(dǎo)：試驗中的變量及限制(1)試驗變量與反應(yīng)變量。試驗變量，也稱自變量，指試驗中試驗者所操縱的因素或條件。反應(yīng)變量也稱因變量，指試驗中由試驗變量所引起的改變或結(jié)果。通常試驗變量是緣由，反應(yīng)變量是結(jié)果，兩者之間具有必定的因果關(guān)系。(2)無關(guān)變量與額外變量。無關(guān)變量，也稱限制變量，指試驗中除試驗變量以外的，影響試驗現(xiàn)象或結(jié)果的因素或條件，并非與試驗“無關(guān)”，只不過不是試驗要探討的變量。額外變量也稱干擾變量，指試驗中由無關(guān)變量引起的改變或結(jié)果。(3)限制無關(guān)變量首先要遵循單一變量原則，即試驗組和比照組之間只能是自變量有改變，無關(guān)變量必需保持相同，常用“等量”“相同”等關(guān)鍵詞來表述；其次限制無關(guān)變量要能保證明驗過程正常進行，常用“相宜”“適量”等關(guān)鍵詞來表述。[課下綜合檢測]1．細胞中放能反應(yīng)與吸能反應(yīng)能量的紐帶是()A．葡萄糖 B．二氧化碳C．水 D．腺苷三磷酸解析：選D細胞中放能反應(yīng)與吸能反應(yīng)能量的紐帶是腺苷三磷酸(ATP)。2．科學家探討發(fā)覺，向剛剛失去收縮功能的離體肌肉上滴葡萄糖溶液，肌肉不收縮；向同一條肌肉上滴ATP溶液，肌肉很快就發(fā)生明顯的收縮。這說明()A．葡萄糖是能源物質(zhì)B．ATP不是能源物質(zhì)C．葡萄糖是干脆能源物質(zhì)D．ATP是干脆能源物質(zhì)解析：選D腺苷三磷酸(ATP)釋放出的能量可干脆用于各項生命活動(如肌肉收縮。)3．一分子ADP中，含有腺苷、磷酸基和高能磷酸鍵的數(shù)目依次是()A．1、2、2 B．1、2、1C．2、1、2 D．2、1、1解析：選B從ADP的結(jié)構(gòu)簡式：A—P～P，可知一分子ADP中，含有腺苷、磷酸基和高能磷酸鍵的數(shù)目依次1、2、1。4．下圖表示的是ATP和ADP之間的轉(zhuǎn)化圖，可以確定()A．A為ADP，B為ATPB．能量1和能量2來源相同C．酶1和酶2是同一種酶D．X1和X2是同一種物質(zhì)解析：選D由圖中能量的方向可以看出，A為ATP，B為ADP；能量1來自ATP中高能磷酸鍵的水解所釋放的化學能，能量2在動物體內(nèi)來自有機物氧化分說明放的化學能，在植物體內(nèi)除來自有機物氧化分解所釋放的化學能外，還可來自光能；酶1和酶2分別是水解酶和合成酶；X1和X2是同一種物質(zhì)Pi。5．ATP是生命活動的干脆能源物質(zhì)，以下關(guān)于ATP的相關(guān)敘述，正確的是()A．綠色植物ATP的來源包括光合作用和細胞呼吸B．自然界中的光能、熱能、機械能、電能和化學能都可以轉(zhuǎn)化為細胞中的ATPC．細胞中的ATP含量很少，但數(shù)量恒定D．人的心肌細胞中，ATP的合成速度遠遠大于分解速度，從而保證心肌細胞有足夠的能量供應(yīng)解析：選A在自然界中主要通過植物的光合作用將光能轉(zhuǎn)化成細胞內(nèi)ATP中的化學能(不是ATP)；而熱能、機械能、電能不能轉(zhuǎn)換成細胞內(nèi)ATP中的化學能，在細胞中ATP與ADP處于一個相對平衡狀態(tài)，因此，人的心肌細胞中，ATP的合成速度與分解速度也處于動態(tài)平衡之中。6．對“ATPeq\o(,\s\up7(酶1),\s\do5(酶2))ADP＋Pi＋能量”的敘述中，正確的一項是()A．ATP分子由1個腺嘌呤和3個磷酸基團組成B．反應(yīng)向左進行和向右進行所需的酶都是一樣的C．ATP和ADP之間可以時刻轉(zhuǎn)化，處于動態(tài)平衡之中D．綠色植物體內(nèi)合成ATP所需的能量完全來自光合作用解析：選CATP由1個核糖、1個腺嘌呤和3個磷酸基團組成；反應(yīng)向左進行是ATP的合成反應(yīng)，酶2屬于合成酶，反應(yīng)向右進行是ATP的水解反應(yīng)，酶1屬于水解酶；ATP和ADP在細胞內(nèi)時刻不停地發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，從而保證了生命活動的順當進行；綠色植物體內(nèi)合成ATP的能量來源有兩個：一是光合作用汲取的光能；二是細胞呼吸分解有機物釋放的化學能。二、非選擇題7．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)。(1)人體骨骼肌細胞中，ATP的含量僅夠猛烈運動時三秒鐘內(nèi)的能量供應(yīng)。在校運動會上，某同學參與100m短跑過程中，其肌細胞中ATP相對含量改變?nèi)鐖D所示，試回答：①由A到B的改變過程中，說明ATP被水解，釋放的能量用于____________________。②由整個曲線來看，肌細胞中ATP的含量不會降為零，說明________________________。(2)某同學進行一項試驗，目的是視察ATP可使離體的、剛剛丟失收縮功能的簇新骨骼肌產(chǎn)生收縮這一現(xiàn)象，說明ATP是肌肉收縮所需能量的干脆來源。①試驗中，必需待離體肌肉自身的________消耗完之后，才能進行試驗。②在程序上，實行自身前后比照的方法：先滴加________(填“葡萄糖溶液”或“ATP溶液”)，視察________與否，然后再滴加________(填“葡萄糖溶液”或“ATP溶液”)。③假如將上述依次顛倒一下，試驗結(jié)果是否牢靠？說明緣由。解析：(1)由A到B的改變過程表示ATP被水解，其水說明放的能量用于肌肉收縮等生命活動，整個曲線ATP含量不會降到零，說明ATP的分解與ATP的生成同時進行。(2)要說明ATP是肌肉收縮所需能量的干脆來源，在試驗前先將肌肉自身的ATP消耗盡，然后分別用ATP溶液或葡萄糖溶液作為單一變量，視察肌肉收縮現(xiàn)象。若肌肉收縮，則ATP可為肌肉收縮干脆供應(yīng)能量，否則，ATP就不是肌肉收縮所需能量的干脆來源。答案：(1)①肌肉收縮等生命活動②ATP的生成和分解是同時進行的(2)①ATP②葡萄糖溶液肌肉收縮ATP溶液③結(jié)果不行靠。假如外源ATP尚未耗盡，會出現(xiàn)滴加葡萄糖溶液肌