细胞的能量通货――ATP教案
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细胞的能量通货――ATP教案
作者 绍兴文理学院 生命科学学院 生物071& 沈金秋
教学内容 细胞中的能量通货&&ATP
1.知识与技能
写出ATP的分子结构简式，并简述ATP化学组成特点及其在能量代谢中的作用
解释ATP与ADP的相互转化以及ATP的形成途径.
2.过程与方法
分析比较生物体生命活动中ATP生成和消耗特点，总结其规律。
3.情感、态度与价值观
通过ATP与ADP相互转化关系的学习，培养学生的辩证思维能力。
通过分析ATP－ADP的循环及其对细胞内供能的意义，初步训练学生分析实际问题的能力。
1．&教学重点：
ATP的分子结构及其特点、ATP的分子简式
2．&教学难点：
ATP与ADP的相互转化
ATP－ADP的循环及其对细胞内能量代谢中的意义
理解ATP作为&能量通货&的含义
教学用具与教学方法
教学准备：多媒体PPT
教学方法以讲授法为主，以讨论、探究、实验教学法为辅。
分组学习，问题讨论，激发思维，实施探究,分析归纳，总结梳理
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生命活动的能量“通货”――ATP
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（7分）最新研究证实ATP既是“能量通货”，也可作为神经细胞间信息传递中的一种信号分子，其作为信号分子的作用机理如图所示。请分析回答有关酶的问题：(1)在下列生物体的生命活动中，不直接依赖于ATP水解的是( )A.胃蛋白酶的合成 B.细胞的生长 C.骨骼肌的收缩 D.红细胞吸收葡萄糖(2)由图可知， [神经细胞、胃蛋白酶、腺苷、消耗能量、化学反应、信息传递、受体细胞、酶促反应]
（7分）最新研究证实ATP既是“能量通货”，也可作为神经细胞间信息传递中的一种信号分子，其作为信号分子的作用机理如图所示。请分析回答有关酶的问题：(1)在下列体的生命活动中，不直接依赖于ATP水解的是( ) A.胃的合成
B.细胞的生长
C.骨骼肌的收缩
D.红细胞吸收葡萄糖(2)由图可知，细胞间隙中的ATP在有关酶的作用下，磷酸基团逐个脱离下来，最后剩下的是_____________。(3)一些神经细胞不仅能释放典型神经递质，还能释放ATP，两者均能引起受体细胞的膜电位变化。据图分析，科学家当初推测ATP可作为神经细胞间传递信息的信号分子的实验思路是：__________________________________________ 。(至少写出一种思路)（4）酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其组成单位是。（5）酶之所以能够加速化学反应的速度是因为它能。（6）下图可以表示人体 在37℃条件下酶促反应速度与pH的关系（单选） A.唾液淀粉酶 B.胃 C.胰脂肪酶 D.呼吸
答案:（1）D（2）腺苷（3）①科学家用化学物质阻断典型神经细胞间的信息传递后，发现受体细胞仍能接受到部分神经信号；②科学家寻找到靶细胞膜上有ATP的受体（4）氨基酸或核糖核苷酸（5）能够降低反应的活化能（6）B【解析】试题分析：（1）依赖于ATP水解表明需要消耗能量，胃蛋白酶的合成、细胞的生长、骨骼肌的收缩均需要消耗能量，而红细胞吸收葡萄糖是协助扩散，不需消耗能量。（2）ATP由一个腺苷和三个磷酸基组成。若ATP在有关酶的作用下，磷酸基团逐个脱离下来，最后剩下的是腺苷。（3）据图分析，科学家当初用化学物质阻断典型神经细胞间的信息的传递后，发现受体细胞仍能接受到部分神经信号；以及寻找到靶细胞膜上有ATP的受体，从而推测ATP可作为神经细胞间传递信息的信号分子。（4）酶的化学本质是蛋白质或RNA，其基本单位是氨基酸或核糖核苷酸。（5）酶能加快化学反应的速率，是因为酶能降低化学反应的活化能。（6）唾液淀粉酶的最适PH为6.8，胃蛋白酶的最适PH为1.5-2.2，胰脂肪酶最适PH为7.0-8.0，呼吸氧化酶的最适PH为5.0-6.0。由图可知，胃蛋白酶在37℃条件下酶促反应速度与PH的关系。考点：本题考查酶、ATP、以及信息传递的有关内容，意在考查考生综合运用所学知识解决自然界和社会生活中的一些学问题的综合运用能力以及从图表中获取信息的能力。
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[（7分）最新研究证实ATP既是“能量通货”，也可作为神经细胞间信息传递中的一种信号分子，其作为信号分子的作用机理如图所示。请分析回答有关酶的问题：(1)在下列生物体的生命活动中，不直接依赖于ATP水解的是( )A.胃蛋白酶的合成 B.细胞的生长 C.骨骼肌的收缩 D.红细胞吸收葡萄糖(2)由图可知， [神经细胞、胃蛋白酶、腺苷、消耗能量、化学反应、信息传递、受体细胞、酶促反应]]相关内容：
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研究证实ATP既是“能量通货”，也可作为神经细胞间信息传递中的一种信号分子，其作为信号分子的作用机理如下图所示。请分析回答：
(1)神经细胞中的ATP主要来自__________(生理过程)。研究发现，正常成年人安静状态下24小时有40kgATP发生转化，而细胞内ADP、ATP的浓度仅为2～10mmol/L，为满足能量需要，人体解决这一矛盾的合理途径是______________________。(2)由图可知，细胞间隙中的ATP在有关酶的作用下，磷酸基团逐个脱离下来。最后剩下的是_________。(3)据图分析，科学家当初推测ATP可作为神经细胞间传递信息的信号分子的实验思路是：科学家用化学物质阻断典型神经递质在神经细胞间的信息传递后，发现接收ATP信号的细胞______________。
题型：读图填空题难度：中档来源：北京期末题
(1)有氧呼吸(呼吸作用)&&& & ATP和ADP相互(迅速)转化(2)腺苷(3)仍能接受到部分神经信号
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据魔方格专家权威分析，试题“研究证实ATP既是“能量通货”，也可作为神经细胞间信息传递中的一种..”主要考查你对&&神经冲动的产生和传导，ATP的结构，ATP和ADP的转化和利用，有氧呼吸&&等考点的理解。关于这些考点的“档案”如下：
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神经冲动的产生和传导ATP的结构ATP和ADP的转化和利用有氧呼吸
神经冲动的产生和传导：1、神经元：是一种高度特化的细胞，是神经系统的基本结构和功能单位之一，它具有感受刺激和传导兴奋的功能。神经细胞呈三角形或多角形，可以分为树突、轴突和胞体这三个区域。2、神经元按照用途分为三种：传入神经，传出神经，和连体神经。3、根据神经元的功能又可分：①感觉神经元（sensoryneuron），或称传入神经元（afferentneuron）多为假单极神经元，胞体主要位于脑脊神经节内，其周围突的末梢分布在皮肤和肌肉等处，接受刺激，将刺激传向中枢。②运动神经元（motorneuron），或称传出神经元（efferentneuron）多为多极神经元，胞体主要位于脑、脊髓和植物神经节内，它把神经冲动传给肌肉或腺体，产生效应。③中间神经元（interneuron），介于前两种神经元之间，多为多极神经元。动物越进化，中间神经元越多，人神经系统中的中间神经元约占神经元总数的99%，构成中枢神经系统内的复杂网络。 4、兴奋在神经纤维上的传导：以电信号的形式沿着神经纤维的传导是双向的；静息时膜内为负，膜外为正（外正内负）；兴奋时膜内为正，膜外为负（外负内正），兴奋的传导以膜内传导为标准。5、兴奋在神经元之间的传递——突触 （1）突触的结构：突触小体中有突触小泡，突触小泡中有神经递质，神经递质只能由突触前膜释放到突触后膜，使后膜产生兴奋（或抑制）所以是单向传递。（突触前膜→突触后膜，轴突→树突或胞体）（2）从结构上来说，突触可以分为两大类：&A．轴突——树突表示为： B．轴突——细胞体表示为：（3）兴奋在神经元之间的传递a、神经递质移动方向：突触小泡→突触前膜（释放递质）→突触间隙→突触后膜。 b、神经递质的种类：乙酰胆碱、多巴胺等。 c、神经递质的去向：迅速地分解或被重吸收到突触小体或扩散离开突触间隙，为下一次兴奋做好准备。 d、受体的化学本质为糖蛋白。 e、神经递质的释放过程体现了生物膜的结构特点——流动性。f、传递特点：单向性，神经递质只能由突触前膜释放作用于突触后膜，引起下一个神经元的兴奋或抑制。 g、在突触传导过程中有电信号→化学信号→电信号的过程，所以比神经元之间的传递速度慢。兴奋在神经纤维上的传导与突触传递的比较：
知识点拨： 1、在膜外，兴奋传导方向与局部电流方向相反。在膜内，兴奋传导方向与局部电流方向相同。 2、在一个神经元内有一处受到刺激产生兴奋，迅速传至整个神经元细胞，即在该神经元的任何部位均可测到生物电变化。 3、判断突触前膜、突触后膜的方法已知突触结构图时，膜内有突触小泡，则该膜为突触前膜，否则为后膜。 4、神经递质作用效果有两种：促进或抑制。递质释放的过程为胞吐，由突触后膜（下一神经元的细胞体或树突部分）糖蛋白识别。&知识拓展：一、电流表指针偏转方向与次数的判断 1．在神经纤维上 (1)刺激a点，b点先兴奋，d点后兴奋，电流计发生两次方向相反的偏转。 (2)刺激c点(bc=cd)，b点和d点同时兴奋，电流计不发生偏转 2．在神经元之间 (1)刺激b点，由于兴奋在突触间的传递速度小于在神经纤维上的传导速度，a点先兴奋，d点后兴奋，电流计发生两次方向相反的偏转。 (2)刺激c点，兴奋不能传至a点，a点不兴奋，d 点可兴奋，电流计只发生一次偏转。二、兴奋的传导方向、特点的分析判断与设计1．兴奋在完整反射弧中的传导方向判断与分析由于兴奋在神经元之间的传递是单向的，导致兴奋在完整反射弧中的传导也是单向的，只能由传入神经传人，由传出神经传出。 2．兴奋传导特点的设计验证 (1)验证冲动在神经纤维上的传导方法设计：电刺激图①处，观察A的变化，同时测量②处的电位有无变化。结果分析：若A有反应，且②处电位改变，说明冲动在神经纤维上的传导是双向的；若A有反应而②处无电位变化，则说明冲动在神经纤维上的传导是单向的。 (2)验证冲动在神经元之间的传递方法设计：先电刺激图①处，测量③处电位变化：再电刺激③处，测量①处的电位变化。结果分析：若两次实验的检测部位均发生电位变化，说明冲动在神经元间的传递是双向的；若只有一处电位改变，则说明冲动在神经元间的传递是单向的。 ATP的分子结构与功能： 1．ATP的结构简式：A—P～P～P(1)A表示腺苷，T表示3个，P表示磷酸基团，~ 表示高能磷酸键，ATP分子中大量的能量就储存在高能磷酸键中。(2)一个ATP分子中含有一个腺苷、3个磷酸基团、2个高能磷酸键。(3)ATP的一个高能磷酸键水解，形成ADP（二磷酸腺苷），两个高能磷酸键水解，形成AMP（一磷酸腺苷）。2．ATP的生理功能：细胞的代谢所需的能量是由细胞内的ATP直接提供的，ATP是新陈代谢所需能量的直接来源。 易错点拨：ATP中去掉2个磷酸基团即是构成 RNA的基本单位之一—腺嘌呤核糖核苷酸。 ATP与ADP的转化：1、ATP和ADP之间的相互转换：2、ATP与ADP相互转化是不可逆的 (1)反应条件：ATP的分解属水解反应，催化该反应的酶属水解酶。而ATP的合成是一种合成反应，催化该反应的酶属合成酶。由于酶具有专一性，因此，二者反应条件不同。(2)反应场所：ATP合成的场所为细胞质基质、线粒体和叶绿体；而ATP分解的场所较多。因此，ATP的合成场所与分解场所不完全相同。(3)能量来源：ATP水解释放的能量是储存在高能磷酸键中的化学能；而合成ATP的能量主要有化掌能和太阳光能，即二者的能量来源不同。 ATP的形成与利用表解比较：1、ATP的产生途径与场所
&2、细胞内产生与消耗ATP的生理过程
&知识点拨： 1、ATP与ADP之间的相互转化不是一种可逆反应，生物体内的ATP含量很少，但ATP 与ADP的相互转化很快，因此可以保证生命活动所需能量的持续供应。2、ATP中远离腺苷的那个高能磷酸键极容易水解，以保证能量相对稳定和能量持续供应。3、真核生物细胞内合成ATP的场所有线粒体、叶绿体和细胞质基质。4、原核生物细胞内合成ATP的场所只有细胞质基质。例&&& 下列生命现象中能使ADP增加的是(&& ) A．胃蛋白酶的分泌 B．丙酮酸形成乳酸 C．叶绿体中的叶绿素吸收光能 D．组织细胞利用氧气&思路点拨：生物体的直接能源物质是ATP，所有消耗能量的过程都会使ADP含量增加，在题目给出的选项中，只有胃蛋白酶的分泌需要消耗能量，会使ADP 含量增加。答案A 知识拓展：1、ATP的作用：ATP是生命活动能量的直接来源。①人体所有需要的能量几乎都是ATP提供的：心脏的跳动、肌肉的运动以及各类细胞的各种功能都源于ATP所产生的能量。没有ATP，人体各器官组织就会相继罢工，就会出现心功能衰竭、肌肉酸疼、容易疲劳等情况。②ATP合成不足缺失时，人体会感觉乏力，并出现心脏功能失调、肌肉酸痛、肢体僵硬等现象。长时间ATP合成不足，身体的组织和器官就会部分或全部丧失其功能，ATP合成不足持续时间越长，对身体各器官的影响就越大。对人来说，影响最大的组织和器官是心脏和骨骼肌。因此，保证心脏和骨骼肌细胞的ATP及时合成是维护心脏和肌肉功能的重要措施。③心脏和骨骼肌自身合成ATP的速度慢，在缺血、缺氧的情况下更是如此。D-核糖能使心脏和骨骼肌生成ATP的速度要快3~4倍，是给心脏和肌肉恢复动力的有效物质，在人体经历缺血、缺氧或高强度运动时，其作用更为突出。纯净的ATP呈白色粉末状，能溶于水。作为药品可以提供能量并改善患者新陈代谢。ATP片剂可以口服，注射液可供肌肉注射或静脉注射。功能：各种生命活动能量的直接来源。④ATP水解时释放的能量是生物体进行肌肉运动、生物电、细胞分裂和主动运输等生命活动所需能量的直接来源。人体细胞中ATP和ADP的相互转化在生活细胞中是永不停息地进行着，这即可以避免一时用不尽的能量白白流失掉，又保证了及时供应生命活动所需要的能量，因此ATP是生物体细胞中流通着的“能量货币”。2、ATP产生量与O2呼吸强度的关系曲线 甲图表示ATP产生量与O2供应量的关系 1、A点表示在无氧条件下，细胞可通过进行无氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。 2、AB段表示随O2供应量增多，有氧呼吸明显加强，通过有氧呼吸分解有机物释放的能量增多，ATP的产生量随之增加。 3、BC段表示O2供应量超过一定范围后，ATP的产生量不再增加，此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸等。乙图表示ATP产生量与呼吸强度的关系 例&&& 下列生理过程不受细胞内氧浓度影响的是 (& ) A．神经递质的释放 B．肌肉不自主地战栗 C．人小肠绒毛上皮细胞吸收水D．生长素向胚芽鞘背光侧运输思路点拨：氧气浓度通过影响能量供应，从而影响生命活动。神经递质的释放、肌肉收缩、生长素的运输都需要消耗能量。答案C 有氧呼吸:1．线粒体的结构和功能(1)形状：粒状、棒状。(2)功能：有氧呼吸的主要场所。 (3)结构：具有内、外两层膜，内膜向内折叠形成嵴，大大增加了内膜表面积，嵴周围充满液态的基质，内膜上和基质中含有多种与有氧呼吸有关的酶。2．有氧呼吸的概念有氧呼吸是指细胞在O2的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解成C02和 H2O，并释放能量，生成大量ATP的过程。
3.有氧呼吸分为三个阶段：①葡萄糖的初步分解：场所：细胞质基质C6H12O62CH3COCOOH（丙酮酸：C3H4O3）+4[H]+2ATP②丙酮酸彻底分解：场所：线粒体基质2CH3COCOOH（丙酮酸）6CO2+20[H]+2ATP③[H]的氧化：场所：线粒体内膜24[H]+6O212H2O+34ATP能量去向：以活跃的化学能形式储存在ATP中，以热能形式散失。有氧呼吸过程三个阶段的比较:
知识点拨：1、反应中各原子的去向和来源 2、有氯呼吸中的能量利用率 1mol葡萄糖在体内彻底氧化分解和体外燃烧都能释放出2870kJ能量，但是体内氧化分解的能量是逐步释放的，其中有1161kJ左右的能量储存在ATP中（约38molATP），其余的能量以热能的形式散式，以维持体温的恒定。葡萄糖有氧分解时，能量利用率为 40.45%左右，还有59.55%左右的能量以热能形式散失。3、细胞内有机物在氧气参与下，进行氧化分解，产生的能量合成ATP，这个过程即为有氧呼吸。 4、细胞内O2浓度为零时，细胞内的ATP含量不为零，因为无氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。 思维拓展： 1、同种生物的不同细胞往往含有线粒体的数量不同，生命活动旺盛，消耗能量多的细胞中线粒体数量越多。 2、各反应参与的阶段：葡萄糖在第一阶段参与， H2O在第二阶段参与，O2在第三阶段参与。 3、各生成物产生的阶段：[H]存第一、二阶段都产生，CO2在第二阶段产生，H2O在第三阶段产生。 4、1mol葡萄糖彻底氧化释放的总能量为 2870kJ，可记为“二爸70岁”；其中有1161kJ合成 ATP，1161可记为“爷爷61岁”。
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