高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》细胞的能量“货币”ATP教学设计

这是一份高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》细胞的能量“货币”ATP教学设计，共7页。
教学目标
1.科学思维:简述ATP的化学组成和特点。
2.科学思维:解释ATP在能量代谢中的作用。
3.生命观念:通过ATP与ADP相互转化关系的多媒体演示,认识ATP在细胞中作为能量“货币”的原因。
评价目标
通过分析比较在生物体生命活动中,ATP如何生成又如何消耗,找出能量代谢的规律。
教学重难点
重点:1.ATP化学组成的特点及其在能量代谢中的作用。
2.ATP与ADP的相互转化。
难点:ATP与ADP的相互转化及对能量“货币”的理解。
教学方法
1.可用实验演示法得出ATP是细胞的直接能源物质的结论(条件不足时,可用PPT课件展示模拟实验)。
2.采用直观教学法、讲述法、自学讨论法进行教学,利用PPT课件辅助教学。
课时安排
1课时
教学准备
多媒体,白板,学案,PPT等。
教学设计
导入新课
【师】我们先来欣赏一首唐诗:
“银烛秋光冷画屏,轻罗小扇扑流萤。
天阶夜色凉如水,卧看牵牛织女星。”
【师】说起会发光的生物,人们马上会想起萤火虫。接下来请同学们观看视频“萤火虫的秘密”。
【师】萤火虫带给我们的美妙和神奇,是因为它会发光。请同学们根据视频内容来探讨几个有关萤火虫发光的生物学问题:
1.萤火虫发光的生物学意义是什么?
2.萤火虫体内有特殊的发光物质吗?
3.萤火虫发光的过程有能量转换吗?
【生】讨论,发言。
【师】(投影)大家观察分析这些活动,说明什么问题?
【生】生命活动需要能量。
【师】根据前面的学习,我们知道糖类是生物体内主要的能源物质。萤火虫发光的能量是由糖类直接提供的吗?接下来我们来看一个模拟实验:
用小刀将数十只萤火虫的发光器取下,干燥后研磨成粉末,取两等份分别装入两支试管,分别加入等量的葡萄糖和ATP,各加入少量水使之混合,置于暗处,可见有一支试管内有淡黄色荧光出现,约过15分钟荧光消失,然后……
思考并回答以下问题:
(1)萤火虫发光过程中,实质上能量发生了怎样的转化?
(2)实验的结果是什么,该实验事实说明了什么?
【生】思考回答。
提示:(1)化学能转化为光能。
(2)加入葡萄糖的试管未出现荧光,加入ATP的试管出现了荧光。糖类中的能量不能直接用于萤火虫发光,而ATP中的能量可直接用于萤火虫发光。
【师】细胞中糖类和ATP之间又存在什么样的关系呢?
【生】ATP的能量来自糖类。
【师】如果把糖类比喻成银行,ATP就是从银行提取的能流通的货币。所以,我们把ATP称为生物体内的直接能源物质。那ATP是怎样的一种物质,使它能承担这一职责?
(设计意图:用实验创设情境导入新课,使学生直观体会ATP的生理学意义,激发学生的学习兴趣。)
探究新知
探究一、ATP是一种高能磷酸化合物
【师】展示ATP的结构图示。请学生观察ATP分子结构示意图,并阅读课本P86,说出ATP中三个字母A、T、P的含义。
【生】ATP中的A代表腺苷,T是三个的意思,P代表磷酸基团。
【师】从结构式来看,ATP与我们前面学习的构成RNA的腺嘌呤核糖核苷酸有什么区别呢?
【生】ATP比腺嘌呤核糖核苷酸多两个磷酸基团。
【师】ATP的结构式可以简写为A—P~P~P,“—”和“~”分别代表什么?为什么它们不一样?
【生】“—”代表普通化学键,“~”代表特殊化学键,它们储存的能量不同。
【师】ATP的化学性质不稳定。在有关酶的催化作用下,ATP分子中远离A的那个特殊化学键很容易水解,产生ADP和磷酸,你能推测并写出ADP的结构简式吗?
【生】写出A—P~P。
探究二、ATP和ADP可以相互转化
【师】请同学们阅读课本P86~87文本和图示,自主完成学案上相关的题目。
【生】完成后展示。
【师】ATP的结构特点在生物体内有什么意义呢?我们一起分析两个资料。
【师】阅读以下材料1、2,思考讨论并回答问题。
材料1:一个成人一天在静止状态下所消耗的ATP约有48 kg。在紧张活动的情况下,ATP的消耗可达0.5 kg/min,而人体中ATP的总量大约只有2 mg,剧烈运动时只能维持3 s。
材料2:将32P标记的磷酸加入细胞培养液中,短时间内快速分离出细胞中的ATP,发现ATP的总量变化不大,但是大部分ATP末端磷酸基团却已经带有放射性标记。
(1)ATP在生物体内含量很少,但生物体对ATP的需求量很大。如何解决这一矛盾呢?
(2)ATP如何完成转化呢?
提示:(1)ATP在细胞内的转化是十分迅速的,从而构成稳定的供能环境。
(2)根据材料2可知,短时间内ATP有分解也有合成,末端的特殊化学键容易水解和重新形成,同时释放和储存大量的能量。由此得出结论:ATP和ADP可以相互转化,实现细胞内稳定的能量供应。
【生】思考讨论,展示讨论结果。
【师】总结得出结论:ATP和ADP可以相互转化,实现细胞内稳定的能量供应。
(设计意图:通过材料分析,让学生认知生物体内ATP的特点:含量少,快速合成,快速分解。)
【师】评价学生的完成情况,并对出现的问题做进一步的指正和强调。
【师】提出新的探究问题:ATP的水解反应和合成反应是可逆反应吗?请思考并填写“ATP合成与分解的比较”表。
ATP合成与分解的比较
【生】完成表格并作交流。得出结论。
提示:
(设计意图:通过探究活动和表格分析,全方位理解ATP与ADP之间的转化。)
探究三、ATP的利用
【师】接下来请同学们看课件上的几个动画。
课件展示:
1.ATP为主动运输供能动画。
2.由ATP水解供能的各项生命活动。
【师】请同学们根据课件上动画内容与课本P89第一段思考下面问题:
1.ATP在生命活动中有哪些作用?
2.ATP的水解总是与什么反应相联系?
提示:1.生物发光、生物发电、大脑思考、肌肉收缩、物质运输等。
2.吸能反应。
【生】(讨论,发言)
【师】细胞内的反应有的是吸能反应,有的是放能反应。吸能反应总是与ATP水解的反应相联系,由ATP水解提供能量;放能反应总是与ATP的合成相联系,释放的能量储存在ATP中。能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通。
评价反馈
通过让学生描述主动运输过程中ATP为其供能的模式图,以及萤火虫发光的原理,诊断学生的掌握情况。
课堂小结
总结:正是由于ATP这种直接能源,才使得各项生命活动正常进行。
布置作业
完成学案中的核心素养专练。
教学反思
本节内容从萤火虫发光实验入手,引起同学们对ATP的关注,激发学生的学习兴趣。注重新课的导入和教学情境的创设。结合了多媒体教学、动画、图片的展示让学生对ATP的结构简式有了更为直观的认识。
本节课给了学生极大的空间进行自主学习。在教师帮助下,引导学生通过自主学习、小组讨论等方式学习,充分发挥了学生的主体作用。在教学过程中通过设立学习目标,让本节重难点具体化,整个教学过程学生对知识点的认知和掌握情况较好,最后课堂小结和课堂练习环节学生互动也比较好。本节课设计的亮点在于通过将ATP相关知识生活化,同时对ATP的转化过程进行比较分析,达到培养学生的生命观念、理性思维的核心素养的目的。通过实验使学生认识到ATP是直接的能源物质,重点培养学生科学探究的能力。
当然,本节课程安排可能还存在一些缺陷,如在教学过程中ATP作为能量的“货币”需要更长的时间进行讲解。
板书设计
第2节 细胞的能量“货币”ATP
一、ATP是一种高能磷酸化合物
结构简式:A—P~P~P
元素组成:C、H、O、N、P
物质组成:腺嘌呤、磷酸、核糖
二、ATP与ADP可以相互转化
ATP的利用
备课资源
1.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、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0.5 kg/min。总之,在活细胞中,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。
2.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C~P代表)。磷酸肌酸的结构式是:
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,在有关酶的催化作用下,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。
ADP+磷酸肌酸(C~P)ATP+肌酸(C)
对于动物和人体细胞来说,磷酸肌酸只是能量的一种储存形式,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。
3.认识误区
误区1:不同途径形成的ATP的用途相同
ATP的形成途径主要包括:一是利用细胞呼吸(包括有氧呼吸和无氧呼吸)中释放的能量合成;二是进行光合作用的生物利用光能在一定条件下形成。两种不同途径形成的ATP的用途并不相同:细胞呼吸产生的ATP可用于主动运输、肌细胞收缩、物质合成、生物发电、发光及大脑思考等除光合作用以外的多项生命活动;光合作用光反应阶段产生的ATP只能用于光合作用暗反应而不能用于其他生命活动。
误区2:只有ATP中含有活跃的化学能
ATP中含有活跃的化学能,但不是含有活跃化学能的唯一物质,如植物体内光反应阶段生成的NADPH(还原型辅酶Ⅱ)中也含有活跃的化学能,可与ATP一起提供暗反应阶段所需的能量。反应
ATPADP+Pi+能量
ADP+Pi+能量ATP
反应类型
酶的类型
场所
动物:
植物:
能量来源
能量去向
结论
反应
ATPADP+Pi+能量
ADP+Pi+能量ATP
反应类型
水解
合成
酶的类型
水解酶
合成酶
场所
所有需要ATP的场所
动物:细胞质基质、线粒体
植物:细胞质基质、线粒体、叶绿体
能量来源
特殊化学键
光能、有机物中稳定的化学能
能量去向
各项生命活动
特殊化学键中的化学能
结论
ATP和ADP的相互转化中物质可逆,能量不可逆