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必修一第三章第一节《细胞与能量》

课程类型

常规新课

课时安排

1

班级

高一（2）班

教学目标：一、知识与技能：

1. 写出ATP分子的结构简式，以及ATP的化学组成；

2. 掌握ATP在能量代谢中的作用；

3. 掌握ATP的水解合成过程，以及ATP-ADP循环的意义。

2. 过程与方法：

1. 能够分析比较ATP的合成与水解过程；

2. 培养学生的实验分析与设计能力；

3. 通过ATP与ADP的相互转化关系，认识ATP在细胞中作为能量流通的原因；

4. 通过分析，比较在生物体生命活动中，ATP的如何生成和消耗，找出能量代谢的规律；

2. 情感态度价值观

培养学生的实验分析与设计能力；

教学重点、难点：

1. 重点：ATP的分子结构及其特点、ATP的分子简式，ATP的特点及其在能量中的作用，ATP与ADP的相互转化

2. 难点：ATP与ADP的相互转化；理解ATP作为“能量通货”的含义

教    具：PPT

教学方法：PPT演示法、讲授法

教学进程（不够请附页）：

1. 生活中的例子导入：

【讲述】汽车是我们生活中重要的交通工具，汽车运动需要消耗能量，那么它运动所需要的能量是从哪儿来的呢？

【展示】汽车运动的图片

【讲述】汽油被空气中的氧分子氧化释放出的化学能转变为动能，汽车就能够运动起来了，这里涉及就到了一种能量转化的现象。

【展示】能量转化

2. 能量转化

【讲述】能量只能从一种形式转变为另一种形式，既不会被消灭，也不会被创造。生物体进行各项生命活动也需要消耗能量，在生物体和细胞内发生的也只是能量之间的相互转变。

【板书】一、能量转化

【讲述】细胞中最主要的能量形式是化学能，我们研究细胞中的能量转变主要是研究与化学能有关的能量转化。

【提问】那么什么是化学能呢？

【讲述】关于这一点，我们初中的时候应该已经学习过“能”的相关知识，化学能一般

活细胞中各分子具有的势能。

3. 吸能反应与放能反应

【讲述】细胞中有许多反应是吸能反应。吸能反应就是反应物势能低于产物势能，反应过程中需要消耗能量的反应。

【板书】吸能反应    反<产    

【讲述】细胞中除了吸能反应以外，还有一些化学反应，反应物的势能比产物的势能高，反应过程中需要放出能量。我们把这类反应叫做放能反应。

【板书】放能反应    反>产

【讲述】细胞中的分解反应一般为放能反应，而合成反应一般为吸能反应。比如说氨基酸合成蛋白质的反应、葡萄糖合成糖原的反应以及植物绿色细胞中的光合作用都是吸能反应。细胞呼吸是放能反应。

【板书】吸能反应    反<产       合成

        放能反应    反>产       分解

【提问】为什么分解反应一般是放能反应，而合成反应一般是吸能反应？

【说明】细胞利用环境中的各种原料制造复杂的有机分子，再以这些分子为原料产生更加复杂的结构，环境中的各种原料是处于一种无序的状态的，而有机分子比如氨基酸它是一种有序的分子结构，氨基酸在细胞中的分裂是无序的，形成的蛋白质分子是有一定的空间结构的，，有序性也提高了。从无序状态到有序状态以及有序状态的维持都是需要消耗能量的。打个不是那么恰当的比方，我们的房间如果不去特意整理，那么它会慢慢的变得杂乱，这就可以说是一种无序的状态。如果我们想让房间重新变整齐，我们就需要去整理，这个整理的过程就是一个消耗能量的过程。细胞中有序状态的维持也是这样一个消耗能量的过程。

【提问】吸能反应与放能反应是相互独立的吗？

【学生】不是。

【讲述】吸能反应消耗的能量一般是来自于放能反应的。

【提问】那么放能反应的能量一定来自于放能反应吗？

【学生】不一定。

【讲述】前面的吸能反应中我们提到过一个反应叫光合作用，它是吸能反应，但是它的能量不是来自于放能反应，而是来自于太阳能。

【讲述】细胞中的葡萄糖氧化分解的反应是一个放能反应，而蛋白质的合成是一个吸能反应，葡萄糖的彻底氧化分解是在线粒体中进行的，而蛋白质的合成是在核糖体中进行的。

【提问】那么葡萄糖氧化分解的能量是怎么跑到核糖体中被蛋白质的合成反应所利用的呢？

【说明】能量自己是不会运动的，它需要一个载体把它从线粒体中运到核糖体中。这个载体就是ATP。ATP是吸能反应与放能反应的纽带，是细胞中的直接能源物质。

【板书】三、ATP---直接能源物质

【提问】那么我们如何证明ATP是直接能源物质呢？

【讲述】接下来我们介绍一个萤火虫发光的实验。萤火虫的尾部有发光器，里面含有荧光素和荧光素酶。我们用小刀将数十只荧火虫的发光器割下，干燥后研磨成粉状，取两等份分别装入A、B两只试管，各自加入等量的适量水，混合，放在黑暗处可以看见试管中发出黄色荧光；等到荧光消失后将葡萄糖溶液倒入A试管中，将ATP溶液加入B试管中。大家猜测一下会出现什么实验现象？（叫一位学生回答）

【学生】A试管不发荧光，B试管发光。

【提问】那么这个实验中我们能够得出什么结论呢？

【说明】萤火虫发光是由ATP提供能量的；ATP是直接能源物质；葡萄糖不是直接能源物质。前面我们学习过葡萄糖是能源物质，但是在这个实验中，我们可以看到加入葡萄糖之后溶液不能发光，说明葡萄糖不能被直接利用。

【提问】如果我们不把尾部研磨成粉末，而是完整的结构，继续刚才的实验，结果发现加葡萄糖液体的试管也有荧光产生，这又是什么原因呢？

【学生】葡萄糖被分解了产生了ATP。

【说明】葡萄糖被吸收进发光细胞，在细胞内氧化分解产生ATP，ATP供能产生荧光。这里要注意葡萄糖分解产生ATP并不是说葡萄糖分解变成了ATP，而是说葡萄糖水解释放能量，这部分的能量会转移到ATP中，再由ATP释放出来提供给发光器发光。

【讲述】那么什么是ATP呢？接下来我们就来介绍一下ATP。

【讲述】ATP全称叫做腺苷三磷酸，是由一个核糖分子、一个腺嘌呤和三个磷酸基团组成的，核糖是一种单糖，含有五个碳原子所以也叫戊糖，我们之前学过的还有一个重要的戊糖叫做脱氧核糖。腺嘌呤是一种含氮碱基。从这些化学组成中我们可以知道ATP的组成元素有C、H、O、N、P。

【板书】全称：腺苷三磷酸

        元素组成：C、H、O、N、P

【讲述】它的结构式如图所示。这块蓝色的部分表示腺嘌呤，中间橙色的部分表示核糖，我们把这个腺嘌呤跟核糖结合在一起的部分叫做腺苷，通常用“A”来表示。边上三个黄色的圆圈表示磷酸集团，通常用P表示。

【展示】PPT展示结构图

【讲述】从图中我们可以看到三个磷酸基团中有一个磷酸基团是连接在核糖分子上的，其余两个磷酸基团是相继连接在前一个磷酸基团上的，连接两个磷酸基团之间的磷酸键比较不稳定，水解时释放的能量比连接在核糖上的磷酸键要多，我们把这两个所含能量比较高的磷酸键叫做高能磷酸键，用“～”表示，所以ATP也可以简写成A-P～P～P。

【例题】1.一个ATP分子中含有腺苷、磷酸基和高能磷酸键的个数依次是（　　）（C）

A.1、3、3                          B.3、2、1

C.1、3、2                          D.1、1、2

2.ATP水解时断裂（                    ）高能磷酸键。  （远离腺苷）

【学生】回答题目

【讲述】远离腺苷的高能磷酸键特别容易水解，ATP水解会释放一个磷酸基团，形成游离的磷酸分子，同时释放能量,形成腺苷二磷酸（即ADP)。

四、ATP水解与合成

【板书】

【讲述】这些能量会被用于各生命活动，如肌肉收缩，神经细胞活动等。

【讲述】与ATP水解反应相对应的，ATP也能够合成。活细胞中的ADP在酶的作用下，可以利用糖类等有机物分解释放的能量，和一个磷酸连接起来，形成ATP，将能量储存在高能磷酸键中。

【板书】

【提问】ATP的水解与合成是不是一个可逆反应？

【说明】我们首先要知道可逆反应是什么。可逆反应就是指在同一条件下，既能向正反应方向进行，也能向逆反应方向进行的反应。

【学生】不是。

【讲述】ATP的水解与合成不是一个可逆反应。

①两个过程所需要的酶不同，水解反应的酶是ATP水解酶，合成反应的酶是ATP合成酶；

②能量来源不同：ATP水解释放的能量来自于高能磷酸键中的化学能，并用于各项生命活动，合成ATP的能量来自光合作用或细胞呼吸，贮存在形成的高能磷酸键中；

③场所不同：ATP水解发生在细胞各处，ATP合成发生在线粒体、叶绿体、细胞溶胶等处。

【展示】资料卡：一个成人一天在静止状态下所消耗的ATP为48kg，在紧张活动的情况下，ATP的消耗可达0.5kg/min。人体中ATP的总量只有大约0.1摩尔。人体细胞每天的能量需要水解200-300摩尔的ATP，这意味着每个ATP分子每天要被重复利用2000-3000次。

【提问】从这则资料中，你能得出生物体内的ATP有什么特点？

【讲述】细胞中的ATP含量很少但是需求量很大。ATP在细胞中易于再生，因此可作为源源不断的能源。我们把通过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叫做ATP-ADP循环。

五、ATP-ADP循环

【展示】

【讲述】植物通过光合作用吸收太阳能合成有机物，有机物通过动植物的细胞呼吸分解产生能量，这些能量可以用于各项生命活动比如物质合成、肌肉收缩、神经传导、发光发电等。ATP与ADP的转化十分迅速。这一循环过程在活细胞中时刻不停的进行，这就是细胞的能量供应机制。ATP与ADP之间的相互转化处于动态平衡。

六、ATP-能量通货

【讲述】ATP是细胞中普遍使用的能量载体，所含能量不多，像小额钞票一样，便于流通使用，所以被称为细胞中的“能量通货”。

【提问】ATP跟能量的意思一样吗？

【说明】ATP跟能量是不能够等同的，ATP是能量的载体。

七、几种能源物质的对比

【展示】表格

【学生】填写表格

八、小结

【习题】1 在剧烈运动时，人体骨骼肌所需要的能量直接来源于（）。（C）

A.肌糖原   B.葡萄糖    C.ATP   D.磷酸肌酸

2 ATP在细胞内的含量及其生成是（   ）。（D）

A.很多，很快       B.很少，很慢

C.很多，很慢       D.很少，很快

3 ATP可以简写为（）（B）

A.A-P-P~P                   B.A-P~P~P

C.A~P~P-P                   D.A~P~P~P

4.菠菜根毛细胞产生ATP的场所是（）（B）

A.叶绿体                  B.线粒体

C.液泡                    D.叶绿体和线粒体

5.下列有关细胞的“能量通货”——ATP的叙述，错误的是（）（B）

A.ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性

B.人体在紧张或愤怒状态下，细胞内产生ATP的速率大大超过产生ADP的速率

C.ATP中的能量可以来源于光能或化学能

D.人体在剧烈运动中，通过机体调节，细胞产生ATP的速率迅速增加

6.生物体内进行生命活动的直接能源物质、主要能源物质与最终能源物质分别为（）（D）

Ａ.太阳能、糖类、ATP

Ｂ.ATP、糖类、脂肪

Ｃ.ATP、脂肪、太阳能　 

Ｄ.ATP、糖类、太阳能

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