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1、第2节细胞的能量“通货”ATP 学习目标1简述ATP的化学组成和特点。(重点、难点)2写出ATP的分子简式。3解释ATP在能量代谢中的作用。(重点、难点), 知识结构 ATP的结构1ATP的全称：三磷酸腺苷2ATP的结构简式ATP分子的结构简式可以写成APPP，其中A代表腺苷，T代表3个，P代表磷酸基团，“”代表高能磷酸键。“”表示一般的共价键。可见，在1分子ATP中，含有1个腺苷、2个高能磷酸键、3个磷酸基团。(1)在ATP中，A代表腺苷；在碱基中，A代表腺嘌呤。(2)ATP是一种物质，不是能量，当ATP的高能磷酸键断裂时，会释放出能量。3ATP的分子组成 (1)腺苷是腺嘌呤和核糖结合而成的
2、，所以ATP去掉两个磷酸基团后，剩余的部分为腺嘌呤核糖核苷酸，它是RNA的基本组成单位之一。(2)ATP的结构特点可用“一、二、三”来记忆：一个腺苷，二个高能磷酸键，三个磷酸基团。纯净的ATP呈白色粉末状，能够溶于水。作为一种药品，ATP有提供能量和改善患者新陈代谢状况的作用，常用于辅助治疗肌肉萎缩、脑出血后遗症、心肌炎等疾病。ATP能够通过细胞膜进行跨膜运输，因此，ATP片剂可以口服，而ATP注射液可以肌肉注射或静脉滴注。4ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物(1)高能磷酸化合物是指水解时释放的能量在20.92 kJ/mol以上的磷酸化合物。(2)ATP水解时释放的能量高达30.54 kJ/m
3、ol，远远高于20.92 kJ/mol。因此，ATP是各种细胞内普遍存在的一种高能磷酸化合物。(3)ATP的水解实际上是指ATP分子中高能磷酸键的水解。1ATP的水解实际上是指ATP分子中远离A的那个高能磷酸键的水解。高能磷酸键断裂时释放的能量能直接用于各项生命活动，所以ATP是生命活动的直接能源物质。2在动物细胞内除了ATP为高能磷酸化合物之外，还含有一种高能磷酸化合物，即磷酸肌酸。教材第88页参考答案问题探讨1萤火虫发光的生物学意义主要是传递求偶信号，以便交尾，繁衍后代。2萤火虫尾部细胞内的荧光素，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
4、才能发光。【例1】当其他条件均可满足时，20个腺嘌呤，40个核糖和60个磷酸最多可以组成的ATP个数和ATP分子中所含的高能磷酸键个数是()A20个和30个 B20个和40个C40个和40个 D40个和60个解析：一个ATP分子中含有1个腺苷、3个磷酸、2个高能磷酸键。20个腺苷，对应60个磷酸，即只能形成20个ATP分子，共含有40个高能磷酸键。答案：B点拨：解答本题的关键是明确ATP分子中各组成成分的数量关系，即腺嘌呤核糖磷酸113，每个ATP中都含有2个高能磷酸键。 ATP与ADP的相互转化1ATP与ADP相互转化的结构基础ATP中远离A的那个高能磷酸键易断裂也易形成。2ATP与ADP相
5、互转化的原因ATP是体内生命活动的直接供能者，在体内储存极少，仅可供剧烈运动3秒钟消耗。当剧烈运动时，在ATP水解酶的作用下发生水解，生成ADP，释放能量，同时，ADP在ATP合成酶的作用下结合其他有机物氧化分解释放的能量和磷酸，重新合成ATP。3相互转化的反应式 (1)ATP的水解释放能量反应式：ATPADPPi能量能量的来源和去路：能量来源于ATP中高能磷酸键的断裂，产生的能量用于各种需能的生命活动。ATP的水解一般是远离腺苷的那个高能磷酸键断裂，生成的ADP中含有两个磷酸基，叫做二磷酸腺苷，D代表二个。(2)ATP的合成储存能量反应式：ADPPi能量ATPATP的形成途径4ATP与ADP
6、的相互转化关系不是可逆反应反应式ATPADPPi能量PiADP能量ATP类型水解反应合成反应条件水解酶合成酶场所细胞膜、叶绿体基质、细胞核等细胞质基质、线粒体、叶绿体能量转化放能储能能量去向各种生命活动消耗储存于ATP中综上所述，对反应式在生物体内的过程可判断为“物质是可逆的，能量是不可逆的，且酶也是不相同的”。磷酸肌酸与ATP的关系磷酸肌酸也是高等动物细胞内的高能化合物，在动物和人体的肌细胞内存在且储存量比ATP多，但不能作为生命活动的直接能源，只是能量的一种储存形式。(1)当细胞内的有机物被氧化分解释放出能量，合成ATP数量过多时，部分ATP把能量转移到磷酸肌酸中，转化图示如下：ATP肌酸
7、ADP磷酸肌酸(2)细胞中的ATP大量减少时，磷酸肌酸与ADP反应生成ATP，维持细胞中ATP数量的相对稳定。转化图示如下：ADP磷酸肌酸ATP肌酸5ATP和ADP相互转化的特点(1)正常生活的细胞中，ATP与ADP的相互转化在不停地发生着，并且始终处于动态平衡中。(2)细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制，是生物界的共性。ATP在细胞内的含量很少，但ATP与ADP在细胞内的相互转化十分迅速，使细胞内ATP的含量总处在动态平衡之中。6意义：保证了细胞内有一个相对稳定的能量供应库(1)ATP中远离腺苷的那个高能磷酸键极易水解，以保证能量的及时供应。(2)ATP中远离腺苷的那个高能磷酸键极易
8、形成，以保证能量相对稳定和能量持续供应。【例2】对的叙述中，正确的是()A过程和过程所需的酶都是一样的B过程的能量供各项生命活动利用，过程的能量来自糖类等有机物的氧化分解C过程和过程时刻发生，处于动态平衡之中DATP中的能量可来源于光能、热能，也可以转化为光能、热能解析：过程为水解酶催化的水解反应，释放的能量可供各项生命活动利用，过程为合成酶催化的合成反应，能量来源于呼吸作用中糖类等有机物的氧化分解，在绿色植物中还可来源于光合作用吸收并转化的光能，故A、B项错误。生物体内ATP的水解与合成过程时刻发生，处于动态平衡之中，C项正确。ATP中活跃化学能可来源于光能，但不能来源于热能；ATP中活跃化
9、学能可以转变为光能、热能、机械能、电能等多种形式的能量，D项错误。答案：C点拨：解答本题时应从以下三个方面分析：(1)了解ATP和ADP相互转化的条件和生理过程。(2)明确ATP中能量的来源和去向。(3)区别动植物细胞中ATP合成的途径。 ATP的利用1ATP是细胞中的直接能源物质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能转化成ATP分子中活跃的化学能，才能被细胞直接利用。ATP分子中远离腺苷的高能磷酸键很容易水解，也很容易重新形成，因此，ATP是直接的能源物质。ATP是细胞内的直接供能物质，但并非所有的生命活动所需的能量都是由ATP提供的，如植物对水分的吸
10、收和运输，其动力来自叶片蒸腾作用产生的拉力。2ATP中能量的转化(1)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，渗透能来自ATP。(2)机械能：细胞各种结构的运动大都是机械运动，所消耗的是机械能。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、腺细胞对分泌物的分泌等。(3)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，它们所消耗的就是电能。电能是由ATP提供的能量转化而来的。(4)化学能：细胞内物质的合成需要化学能，如小分子物质合成大分子物质时，必须有直接或间接的能量供应。
11、另外，细胞内的物质在分解的开始阶段，也需要化学能来活化，从而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，到处都需由ATP水解释放的化学能。(5)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。(6)热能：有机物的氧化分解释放的能量小部分用于生成ATP，大部分转化为热能，通过各种途径向外界散发，其中一小部分热能用于维持体温。通常情况下，热能的形成往往是在细胞能量转化和传递的过程中。常见的生理过程与能量的关系(1)常见的消耗能量的生理过程：主动运输、蛋白质的合成、胞吞、细胞分裂等。(2)常见的不消耗
12、能量的生理过程：自由扩散、协助扩散、气体交换、渗透作用、蒸腾作用等。教材第90页参考答案思考与讨论11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。【例3】据测定世界著名重量级拳王霍利菲尔德平均每次出拳的力量高达907 kg，试问能产生如此大的拳击力量的直接供能物质是()A人体细胞中的葡萄糖B人体细胞中的脂肪C人体肌肉细胞中的ATPD饮食中的淀粉解析：生物体进行各项生命活动的直接能源物质是三磷酸腺苷(ATP)。在ATP水解为ADP的过程中，释放的能量可用于肌肉收缩、神经传递等。葡萄糖是细胞中的重要能源物质，脂肪是生物体内的储能物质，淀粉是植物体内的储能物质。答案：C点拨：巧妙记忆几种能源物质有人将人和高等动物中的几种能源物质按使用的“轻重缓急”作了如下比喻：(1)ATP零花钱，直接用，相当于平常口袋中的零钱，随用随取。(2)磷酸肌酸家中的钱，转移用，可现支取。(3)糖类活期存折，主要用，随时凭单支取。(4)脂肪定期存折，储备用，轻易不取。
