1、第 2 节 细胞的能量“通货”ATP 一、教学目标 1.简述 ATP 的化学组成和特点。 2.写出 ATP 的分子简式。 3.解释 ATP 在能量代谢中的作用。 二、教学重点和难点 1.ATP 化学组成的特点及其在能量代谢中的作用。 2.ATP 与 ADP 的相互转化。 三、教学方法 探究法、讲 述法 四、课时安排 1 五、教学过程 引入生命活动需要能量，这些能量来自哪里呢？学生在前面的学习中了解到生命 活动需要的能量来自细胞中的有机物。可以让学生想一想，燃烧一匙葡萄糖，能观察 到什 么现象？燃烧葡萄糖可以观察到放出的热和光，说明葡萄糖中蕴含着能量。但是细胞内的 各种化学反应均需要温和的条件，
2、那么细胞中的能量以什么形式释放出来？又是如何被利 用的呢？ 问题探讨学生思考讨论回答，教师提示。 提示见 P89。 1.萤火虫发光的生物学意义主要是相互传递求偶信号，以便交尾、繁衍后代。 2.萤火虫腹部后端细胞内的荧光素，是其特有的发光 物质。 3.有。萤火虫腹部细胞内一些有机物中储存的化学能，只有在转变成光能时，萤火虫 才能发光。 问题以“本节聚焦”再次引起学生的思考，注意。 板书一、ATP 分子中具有高能磷酸键 讲述ATP 的结构特性 ATP 也叫做腺苷三磷酸、三磷酸腺苷、腺三磷，是高能磷酸化合物的典型代表。高能 磷酸化合物的特点是：它的高能磷酸键（也即酸酐键，用“”表示），水解时释放出的
3、 化学能是正常化学键释放化学能的 2 倍以上（一般20.92 kJ/mol）。这里需要说明的是， 化学中使用的“键能”和生物化学中使用的“高能键”，含义是完全不同的。化学中“键 能”的含义是指断裂一个化学键所需要提供的能量；生物化学中所说的“高能键”是指该 键水解时 能释放出大量能量。 ATP 是由一分子腺嘌呤、一分子核糖和三个相连的磷酸基团构成的。这三个磷酸基团 从与分子中腺苷基团连接处算起，依次分别称为 、 、 磷酸基团。ATP 的结构式是： 酶 酶 2 分析 ATP 的结构式可以看出，腺嘌呤与核糖结合形成腺苷，腺苷通过核糖中的第 5 位 羟基，与 3 个相连的磷酸基团结合，形成 ATP。
4、AT P 分子中的 磷酸基团水解时，能释放 30.5 kJ/mol 的能量 ，而 6-磷酸葡萄糖水解时释放的能量只有 13.8 kJ/mol。需要指出的 是，ATP 分子既可以水解一个磷酸基团（ 磷酸基团），而形成二磷酸腺苷（ADP）和磷酸 （Pi）；又可以同时水解两个磷酸基团（ 磷酸基团和 磷酸基团），而形成一磷酸腺 苷（AMP）（腺嘌呤核糖核苷酸）和焦磷酸（PPi）。后一种水解方式在某些生物合成中具 有特殊意义。AMP 可以在腺苷酸激酶的作用下，由 ATP 提供一个磷酸基团而形成 ADP，ADP 又可以迅速地接受另外的磷酸基团而形成 ATP。 板书ATP：APPP APP30.5 kJ/m
5、ol ATP 也叫做腺苷三磷酸、三磷酸腺苷、腺三磷，是高能磷酸化合物的典型代表。ATP 分 子既可以水解一个磷酸基团，而形成二磷酸腺苷（ADP）和磷酸（Pi） ，30.5 kJ/mol。 板书 二、ATP 与 ADP 可以相互转化 APPP APP 30.5 kJ/mol （物质可逆，能量和酶不可逆） 补充： 讲述ATP 是活细胞内一种特殊的能量载体，在细胞核、线粒体、叶绿体以及细胞 质基质中广泛存在着，并不断与 ADP 相互转化而形成 ATP 系统。ATP 在细胞内的含量是很 少的。但是，ATP 与 ADP 在细胞内的相互转化却是十分迅速的。一般地说， ATP 在细胞内 形成后不到 1 mi
6、n 的时间就要发生转化。这样累计下来，生物体内 ATP 转化的总量是很大 的。例如 ，一个成年人在静止的状态下， 24 h 内竟有 40 kg 的 ATP 发生转化；在紧张活动 的情况下，ATP 的消耗可达 0.5 kg/min。总之，在活细胞中，ATP 末端磷酸基团的周转是 极其迅速的，其消耗与再生的速度是相对平衡的，ATP 的含量因而维持在一个相对稳定的、 动态平衡的水平。可见，细胞内 ATP 系统处在动态平衡之中，这对于构成细胞内稳定的供 能环境具有十分重要的意义。 板书三、ATP 的利用 酶 1 吸能反应：需要消耗能量，是吸能反应。 （如葡萄糖和果糖合成蔗糖的反应， ）这一反 应所需要
7、的能量是由 ATP 水解为 ADP 时释放能量来提供的。 放能反应：能够释放能量，是放能反应。 （如丙酮酸的氧化分解， ）这一反应所释放的 能量除以热能形式散失外，用于 ADP 转化为 ATP 的反应，储存在 ATP 中。 讲述（黑体字是板书）ATP 中的能量可以直接转化成其他各种形式的能量，用于 各项生命活动。这些能量的形式主要有以下 6 种。 渗透能细胞的主动运输是逆浓度梯度进行的，物质跨膜移动所做的功消耗了能量， 这些能量叫做渗透能。 机械能细胞内各种结构的运动都是在做机械功，所消耗的就是机械能。例如，肌细 胞的收缩，草履虫纤毛的摆动，精子鞭毛的摆动，有丝分裂期间染色体的运动，腺细胞对
8、分泌物的分泌等。 电能大脑的思考神经冲动在神经纤维上的传导，以及电鳐、电鳗等动物体内产 生的生物电等，它们所做的电功消耗的就是电能。 化学能细胞内物质的合成需要化学能，如小分子物质合成为大分子物质时，必须有 直接或间接的能量供应。另外，细胞内物质在分解的开始阶段，也需要化学能来活化，成 为能量较高的物质（如葡萄糖活化成磷酸葡萄糖）。可以说在细胞内的物质代谢中，到处 都需要由 ATP 转化而来的化学能做功。 光能目前关于生物发光的生理机制还没有完全弄清楚，但是已经知道，生物体用于 发光的能量直接来自 ATP，如萤火虫的发光。 热能有机物的氧化分解释放的能量，一部分用于生成 ATP，大部分转化为热
9、能通过 各种途径向外界环境散发，其中一小部分热能作用于体温。通常情况下，热能的形成往往 是细胞能量转化和传递过程中的副产品。此外，ATP 释放的能量中，一部分能量也能用于 动物的体温的提升和维持。 思考与讨论学生思考讨论回答，教师提示。 提示1.1 分子葡萄糖所含的能量，约是 1 分 子 ATP 所含能量的 94 倍（指 ATP 转化 为 ADP 时释放的能量）。 2.有道理。糖类和脂肪分子中的能量很多而且很稳定，不能被细胞直接利用。这些稳 定的化学能只有转化成 ATP 分子中活跃的化学能，才能被细胞直接利用。 作业练习 提示基础题 1.B。 2.提示：吸能反应：如葡萄糖和果糖合成蔗糖的反应，
10、需要消耗能量，是吸能反应。 这一反应所需要的能量是由 ATP 水解为 ADP 时释放能量来提供的。放能反应：如丙酮酸的 氧化分解，能够释放能量，是放能反应。这一反应所释放的能量除以热能形式散失外，用 于 ADP 转化为 ATP 的反应，储存在 ATP 中。 3.在储存能量方面，ATP 同葡萄糖相比具有以下两个特点：一是 ATP 分子中含有的化 学能比较少，一分子 ATP 转化为 ADP 时释放的化学能大约只是一分子葡萄糖的 1/94；二是 ATP 分子中所含的是活跃的化学能，而葡萄糖分子中所含的是稳定的化学能。葡萄糖分子 中稳定的化学能只有转化为 ATP 分子中活跃的化学能，才能被细胞利用。 拓展题 植物、动物、细菌和真菌等生物的细胞内都具有能量“通货”ATP，这可以从一个 侧面说明生物界具有统一性，也反映种类繁多的生物有着共同的起源。
