细胞的能量“通货”──ATP 教学设计.docx

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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. ATP化学组成的特点及其在能量代谢中的作用。1 .ATP与ADP的相互转化。三、教学策略本节课内容需1课时完成。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，那么细胞中的能量以什么形式样放出来？又是如 何被利用的呢？可以用这些问

2、题引入新课的学习。本节课的标题为“细胞的能量通货一ATP”，教师可以围绕着这个标题展开教学。 教学时教师若善作比喻会使本节内容易于被学生理解。教师可以告诉学生我们的H常生活每 天都需要必要的开销，这些消费要通过我们手里的流通货币。但是如果我们总是拿出大额面 值的钞票进行交易会很麻烦，比如我们不必要在买一根冰棒、一串糖葫芦或一管牙膏时拿出 百元大钞，相反如果我们把百元大钞换成100张一元小票，在进行交易时就会很方便。细胞 利用能量也是如此，在细胞中的“百元大钞”相当于储存能量的有机物大分子，ATP分子就 是那个可以在细胞内流通的“小票”，即能量的通货。在介绍ATP时，可以将ATP分子的化学成分以

3、及结构图片展示给学生，不必让学生记忆 ATP分子的结构式，只是通过了解ATP分子结构的特点，让学生对其能够作为细胞的能量通 货有所理解。尤其是对于ATP的简式以及所表示的含义，要让学生清楚ATP三个磷酸键的不 同，可以利用多媒体或形象的图画让学生了解何谓“高能磷酸键”。关于ATP与ADP的相互转化是本节的重点也是难点，教师可以继续利用前面的比喻，将 细胞中的能量通货比作我们日常生活中的零用钱，它会随着每天的花销而减少，因此要维持 正常生活必须不断破开大面值的钞票给予补充，细胞中的大面值钞票主要是糖类等有机物。 在有机物分解时释放出的能量能被用来合成ATP,这个过程通过ATP与ADP的相互转化来

4、实 现。教师在介绍这部分内容时可以充分利用教材上的图解，告诉学生ATP水解时，远离腺 甘的磷酸键断裂时释放出较多的能量，是一种放能的过程，所以当ADP与磷酸再次结合形成 ATP时，必然从周围吸收相同的能量，而且这个过程在细胞中时刻发生，这就是为什么ATP 可以作为一种能量的“小票”而在细胞中流通使用的原因。关于ATP的利用，一是要讲清楚吸能反应和放能反应与ATP的分解和合成的关系，二是 要充分利用教材上的图解，让学生在看懂图解的基础上，讨论ATP还有哪些用途，从而对该 图解进行补充和完善。四、答案与提示（L）问题探讨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 .

5、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。（二）思考与讨论用心 爱心 专心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。（三）练习基础题l.Bo.提示：吸能反应：如葡萄糖和果一糖合成蔗糖的反应，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

6、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 .提示：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。拓展题提示：植物、动物、细菌和真菌等生物的细胞内都具有能量“通货” 一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

7、同的起源。五、参考资料1. ATP的结构特性ATP也叫做腺昔三磷酸、三磷酸腺昔、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（也即酸酊键，用“”表示），水解时释放出的化学 能是正常化学键释放化学能的2倍以上（一般在20.92 kJ/mol以上）。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是由一分子腺喋吟、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 与分子中腺昔基团连接处算起，依次分别称为

8、a、 、丫磷酸基团。ATP的结构式是：分析ATP的结构式可以看出，腺喋吟与核糖结合形成腺昔，腺昔通过核糖中的第5位翔基, 与3个相连的磷酸基团结合，形成ATPoATP分子中的丫磷酸基团水解时，能释放30. 5 kj/mol 的能量，而6-磷酸葡萄糖水解时释放的能晟只有13.8 kj/mol。需要指出的是，ATP分子既用心 爱心 专心可以水解一个磷酸基团（Y磷酸基团），而形成二磷酸腺甘（ADP）和磷酸（Pi） ； 乂可以 同时水解两个磷酸基团（B磷酸基团和丫磷酸基团），而形成一磷酸腺甘（AMP）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可以在腺甘酸激酶的作用 下，由

9、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。 2. ATP系统的动态平衡ATP是活细胞内一种特殊的能量载体，在细胞核、线粒体一、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 min 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0.5kg/n）in。总之，在活细胞中

10、，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。3 .其他高能磷酸化合物在动物和人体细胞（特别是肌细胞）内，除了 ATP外，其他的高能磷酸化合物还有磷 酸肌酸（可用CP代表）。磷酸肌酸的结构式是：ZdmdwCCX）当动物和人体细胞由于能量大量消耗而使细胞内的ATP含量过分减少时，在有关酶的催化作 用下，磷酸肌酸中的磷酸基团连同能量一起转移给ADP,从而生成ATP和肌酸（可用C代表）; 当ATP含量比较多时，在有关前的催化作

11、用下，ATP可以将磷酸基团连同能量一起转移给肌 酸，使肌酸转变成磷酸肌酸。酶ADP +磷酸肌酸（CP）三=ATP +肌酸（C）对于动物和人体细胞来说，磷酸肌酸只是能量的种储存形式，而不能直接被利用。由 此可见，对于动物和人体细胞来说，磷酸肌酸在能量释放、转移和利用之间起着缓冲的作 用，从而使细胞内ATP的含量能够保持相对的稳定，ATP系统的动态平衡得以维持。4 . ATP的利用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，渗透能来自ATP。机械能细胞

12、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，腺细胞对分泌物 的分泌等，都是由ATP提供能量来完成的。用心 爱心 专心电能大脑的思考一神经冲动在神经纤维上的传导，以及电解、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。电能是由ATP提供的能量转化而成的。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一谢中，到处都 需要

13、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。5 .萤火虫发光的原理和意义萤火虫不论雄性的还是雌性的，夏秋的夜晚都会一闪一闪地发光。雄虫比雌虫的个体小 一些，但发出的闪光却亮一些。萤火虫发出的闪光，主要是求偶的信号，用来吸引异性前来 交尾

14、。萤火虫有许多种，如平家萤火虫、姬萤火虫等。不同种类的萤火虫会发出各自特定的 闪光信号。雌虫看到飞舞着的同种雄虫发出的闪光信号后，就会以特定的闪光信号回应。雄 虫的每一组闪光信号是由几个节奏组成的，每个节奏都包括闪光的次数、闪光的频率和每次 闪光的时间，这些都是雌虫能够识别的。如果雌虫顺利地回应了闪光信号，则雄虫就会前来 交尾，以繁衍后代。有的科学家准确分析出某种雄性萤火虫的闪光规律后，用手电筒模拟这 种闪光信号，竟然发现同种的雌虫会迎光而来。有趣的是，雌虫看到其他种类雄虫的闪光信号后，有时竟能发出该种雌虫的闪光信号， 这种闪光信号具有欺骗性，能使该种雄虫误以为可以前去交尾而被雌虫吃掉.雌虫的这一 特性，可以使自己获得丰富的营养。这种现象被科学家戏称为“死亡拥抱”。此外，萤火虫 发出的荧光还具有一定的警戒作用和照明作用。萤火虫的发光器官位于腹部后端的下方，该处具有发光细胞。发光细胞的周围有许多微 细的气管，发光细胞内有荧光素和荧光素醯。荧光素接受ATP提供的能量后就被激活。在荧 光素酶的催化作用下，激活的荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素并且发出荧光。顺 便说到，荧光是一种冷光，其发光效率可高达98席左右，而热光则发光效率低得多，如太阳 的发光效率只有35%左右。用心 爱心 专心