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【本讲教育信息】

一. 教学内容：

必修1 第三章 第1节 细胞与能量

1. 细胞中的能量转化。

2. 吸能反应和放能反应及其相互联系。

3. ATP是细胞中的能量通货。

 

二. 教学重、难点：

吸能反应和放能反应    ATP是细胞中的能量通货

 

三、全面突破

知识点1：细胞中的能量转化

新陈代谢是生物的基本特征。新陈代谢中一系列的物质变化，必定伴随着能量的转化。生命系统必须依靠物质和能量来维持，能量的获取、储存、释放、利用和散失，伴随着全部生命活动。

  1. 化学能：活细胞中的各种分子具有的势能通常被称作化学能，是细胞内最主要的能量形式。

2. 能量的转化：

（1）能量在生物体内或细胞中进行各种形式的相互转变。

（2）生物体和细胞是开放系统，生物体要与外界发生物质和能量的交换。

思考：细胞的有序状态的维持需要消耗能量。细胞中的能量从何而来？能量是如何释放的呢？

 

知识点2：吸能反应和放能反应及其相互联系

吸能反应：产物分子中的势能比反应物中分子的势能高，即为吸能反应。

如：CO2+H2OCm（H2O）n+O2

放能反应：产物分子中的势能比反应物分子中的势能低，即为放能反应。

如：C6H12O6+O2   CO2+H2O+能量

细胞中有许多吸能反应，它们所需的能量来自于细胞中的放能反应。那么细胞中放能反应所产生的能量是怎样被吸能反应利用的呢？两者之间的纽带就是ATP。

 

知识点3：ATP是细胞中的能量通货

1. ATP的结构

ATP的结构简式：A－P～P～P

式中A代表腺苷，P代表磷酸基团，～代表一种特殊的化学键，称为高能磷酸键；ATP分子中大量的化学能就储存在高能磷酸键中；两个相邻磷酸基团之间的高能磷酸键比较不稳定；ATP分子的水解本质上就是ATP分子中高能磷酸键的水解，也就是高能磷酸键断裂后释放出大量的能量。

2. ATP的水解反应：

思考：ATP水解时，是哪个化学键断裂？水解后有哪些产物？这是吸能反应还是放能反应过程？释放的能量将被如何利用？

    （细胞利用这种能量的方法是将ATP水解这一放能反应所释放的能量用于另一吸能反应。也就是用于细胞中的各种生命活动。）

细胞中的ATP含量很少，如肌细胞中的ATP只能维持肌肉收缩2～3秒钟左右。不过ATP在细胞中易于再生。

  3. ATP－ADP循环

    ATP水解形成ADP后，利用细胞内释放能量的反应，如呼吸作用释放的能量，ADP吸收能量又和磷酸结合转变成ATP，而这一过程的进行与两个磷酸基团之间的高能磷酸键的特点直接相关，即高能磷酸键既容易水解断裂，又容易重新合成。

    通过ATP的合成和水解使放能反应所释放的能量用于吸能反应的过程称为ATP-ADP循环。ATP和ADP在体内总是处于不停地转化中，且处于动态平衡之中，能够为细胞内的各项生命活动不断地提供能量。

  4. ATP是细胞中的“能量通货”

细胞内的糖类、脂质等能源物质不能被细胞直接利用，ATP水解后释放的能量才是细胞内各种生命活动的直接能量来源，呼吸作用分解有机物所释放的能量不能为生物体直接利用，这些能量只有转移给ATP，且ATP水解后释放的能量才可被细胞利用。ATP是细胞中普遍使用的能量载体，ATP在细胞内的含量是极少的，像小额钞票一样，便于流通使用，是细胞能量代谢的“能量通货”。ATP中连接两个磷酸基团之间的高能磷酸键比较不稳定，水解后形成ADP，释放出的能量供细胞中的吸能反应；而ADP吸收其他能源物质释放的能量后又可以迅速转化为ATP。

    大家可能知道氰化物可以在非常短的时间内使人死亡，其毒理就是阻挡ATP的形成。当人体的ATP合成受阻后，机体没有ATP，神经细胞和其他细胞中的细胞活动就不能继续，人在3～6分钟内就会失去知觉。因此ATP对生命的维持是极其重要的。

 

【典型例题】

例1. 在人体细胞中，下列说法成立的是（      ）   

A. 合成ATP的途径有光合作用和呼吸作用        B. ATP能在人体细胞中大量储存

C. ATP与ADP的转化过程中，能量是不可逆的          D. ATP只能在线粒体中产生

分析：人体细胞没有叶绿体，所以不可能通过光合作用产生ATP；在生物细胞中ATP都是少量存在的；ATP除了在线粒体中通过细胞呼吸产生外，还可以在细胞溶胶中产生，故本题答案选C。

答案：C

 

例2. ATP之所以能作为能量的直接来源是因为 （   ）

A. ATP在细胞内数量很多       

B. ATP中的高能磷酸键很稳定

C. ATP是生物体内的唯一可以释放能量的化合物  

D. ATP中的高能磷酸键储存的能量多且很不稳定

分析：ATP中含两个高能磷酸键且不稳定，尤其是远离腺苷的那个高能磷酸键最不稳定，断裂后释放大量的能量。细胞内的其他能源物质也可氧化分解释放能量，如糖类、脂肪、蛋白质。

答案：D

 

【超前思维】（物质出入细胞的方式）

下一讲我们将学习《物质出入细胞的方式》，请大家从以下六个方面进行预习：

1、渗透作用的过程。

2、红细胞吸水与失水的原因。

3、植物细胞质壁分离及质壁分离复原。

4、渗透、被动转运、主动转运。

5、“胞吞”、“胞吐”的过程。

6、研究物质跨膜运输的意义。

重点导学

1．渗透、扩散：      浓度→    浓度，如H2O，O2，CO2，甘油等，不需要能量

2．易化扩散：   浓度→   浓度，需要载体蛋白质，不需要能量，如葡萄糖进入红细胞。

3．主动转运：低浓度→高浓度，需        协助，如无机盐离子进出细胞，需要     。

4．胞吞、胞吐：如蛋白质等大分子进出细胞，变形虫的摄食等，体现细胞膜的       性。

5.质壁分离是指植物细胞因          导致质膜连同以内的部分收缩而发生质壁分离的现象。将已经发生质壁分离的细胞重新放入清水中，会发生      ，此过程中细胞吸水能力逐渐减弱。

 

【模拟试题】（答题时间：25分钟）

一. 选择题：

1. 下列有机物彻底氧化分解时，每克物质释放能量最多的是

A. 淀粉     B. 脂肪     C. 蛋白质       D. 核酸

2. 下列各图能正确表示动物细胞内ATP生成量与氧气供应量之间关系的是

3. 在动物体内与能量的转移、利用关系最密切的物质是

A. 葡萄糖      B. ATP      C. 磷酸肌酸          D. 脂肪

4. “高能磷酸键”中的“高能”是指该键的

A. 键能高                              B. 活化能高

    C. 水解时释放的自由能高                D. A、B、C都是

5. 高等植物体内产生ATP的生理过程有 

A．呼吸作用、渗透作用           B．呼吸作用、蒸腾作用  

   C．光合作用、主动运输           D．光合作用、呼吸作用  

6．下列关于对人体细胞内ATP的描述，正确的是

A．ATP只能在线粒体内生成 

B．ATP中含有一个在一定条件下很容易水解和重新形成的高能磷酸键 

C．细胞内储存有大量的ATP，以备生理活动需要 

D．ATP转变为ADP的反应是不可逆的

7．生物体生命活动需要的根本能源、主要能源、直接能源依次是  

①脂肪   ②核酸   ③糖类   ④蛋白质   ⑤ATP  ⑥太阳光   

A．①③⑤    B．②④③       C．⑥③⑤    D．⑥①⑤   

8．在生物的生命活动过程中，产生ATP的细胞场所有

A．细胞核、叶绿体    B．高尔基体、细胞质基质 

C．线粒体、叶绿体     D．线粒体、核糖体

9．在ATP中很容易断裂和形成的化学键是

A．腺苷与相邻磷酸基团之间的键           B．靠近腺苷的高能磷酸键 

C．远离腺苷的高能磷酸键               D．以上三个化学键

10．有关A－P～P～P含义的叙述，不正确的是

A．三个“P”的“P”可用T表示      B．“A”代表腺苷 

C．“P”代表磷酸基团                   D．“－”代表高能磷酸键

11．在新陈代谢过程中，起重要作用的两种物质是

A．有机酸和糖类   B．酶和ATP          C．核酸和ATP    D．蛋白质和核酸

12．骨骼肌收缩所需能量的直接来源是

A．血糖         B．乳酸          C．磷酸肌酸       D．三磷酸腺苷

 

二. 非选择题

13. 根据ATP与ADP相互转化的示意图，回答以下问题：

（1）图中ATP的结构简式为             。如果有5个ATP，共含有高能磷酸键、______磷酸基团、腺苷各       个。

（2）人在剧烈运动时合成ATP所需的能量主要来源于            。

（3）当反应从下向上进行时，能量从哪里来？有什么用处？

（4）当反应从上向下进行时，能量从哪里来？有什么用处？

（5）下列生理活动中，需要消耗图中2过程所释放的能量的是           。

①叶肉细胞发生质壁分离    ②叶片的蒸腾作用   ③小肠绒毛上皮细胞从消化道中吸收氨基酸  ④根尖细胞吸收无机盐   ⑤神经元之间的冲动传导

【试题答案】

1-5．BBBCD   6-10．BCCCD  11-12．BD  

13.（1）A－P～P～P,10、15、5

    （2）呼吸作用

    （3）来源：呼吸作用，用处：形成ATP

    （4）来源：ATP水解，用处：用于生命活动

（5）③④⑤