人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第2节 细胞的能量“货币”ATP精品教案及反思

这是一份人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第2节 细胞的能量“货币”ATP精品教案及反思，共8页。教案主要包含了情境引入，阅读分析，布置任务，探究活动，资料探究，思考讨论，归纳总结，阅读教材等内容，欢迎下载使用。


年级
高一年级
授课时间
1课时
课题
第2节 细胞的能量“货币ATP”
教材分析
本节内容主要介绍ATP的分子组成和结构特点、ATP与ADP的相互转化以及ATP在能量代谢中的作用3个方面的内容。尽管糖类等有机物是能源物质，但并不能给生命活动直接提供能量，ATP之所以是直接能源物质，是由其分子结构所决定的。 ATP 为什么能像“货币”一样反复利用呢?教材通过ATP和ADP相互转化的示意图，让学生直观地认识到，ATP和ADP的相互转化伴随着能量的释放和储存。此外，ATP 和ADP的数量还处于动态平衡之中。本节内容是在学生掌握了细胞中的有机物蛋白质、 糖类、脂肪等在细胞中的作用等知识的基础上安排的教学内容，教材中ATP水解释放出能量促使主动运输中载体蛋白的磷酸化的典型意义，有助于第4章“主动运输”的学习。ATP是生命活动的直接能源物质，在细胞代谢中具有重要作用，在细胞呼吸、光合作用中会产生ATP,因此本节内容是后续章节学习的基础，具有承前启后的作用。
教学目标
1.依据ATP的分子简式说出ATP的化学组成和特点。
2.根据ATP与ADP的相互转化解释ATP在细胞生命活动中的作用。
教学重、难点
1.教学重点
ATP化学组成的特点及其在能量代谢中的作用。
2.教学难点
通过ATP与ADP相互转化的特点，解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
教学过程
教学内容
教师活动
学生活动
引入新课
【情境引入】
播放萤火虫发光的奥秘视频，引发学生思考问题:
1.萤火虫发光的生物意义是什么?
主要是相互传递信号，以便繁衍后代。
2.萤火虫为什么能发光?
萤火虫腹部后端细胞内有特有的发光物质荧光素。
3.萤火虫发光需要的能量从哪里来?
激发学生的好奇心，导入对ATP的学习。
思考回答问题，进入对ATP的学习。
一、ATP是一种高能磷酸化合物
【阅读分析】
指导学生阅读教材，学习ATP的结构。
(1)中文名称： 腺苷三磷酸
(2)结构简式：A—P～P～P
(3)元素组成： C、 H、 O、 N、 P
A:腺苷
P:磷酸基团
- :普通的化学键
～：特殊的化学键
展示ATP的结构模型图。
【布置任务】
任务一：结合资料，引导学生分析ATP的结构及特点。
资料1 如图为ATP结构式：
学生思考以下问题：
(1)图中①②③的结构分别代表什么？
①-腺嘌呤；②-核糖；③-磷酸基团
(2)腺苷是由图中哪些结构组成的？
①②
结合问题探讨萤火虫发光需要什么呢？
能量
回顾细胞内哪些化合物可为细胞的生命活动提供能量。分析思考并归纳，主要能源物质是什么？
糖类
主要储能物质是什么？
脂肪
糖类、脂肪这些物质能为萤火虫发光直接供能吗?
【探究活动】
学生带着问题，以小组为单位进行实验探究。
实验材料：将离体荧光虫发光器研磨成粉末，然后制成荧光素试剂
实验工具：烧杯、量筒、试管、玻璃棒等
实验试剂：蒸馏水、脂肪溶液、葡萄糖溶液、ATP注射液等
实验原理：
请同学们分组讨论完成实验 (用简笔画图示并配文字说明)。强调实验设计的对照、等量、单一变量原则。
实验步骤：
实验结果：
引导学生思考从A、B、C、D试管的实验现象中你得出的结论是什么?从而得出：
ATP的功能：驱动细胞生命活动的直接能源物质。
结合资料阐述ATP的供能机理：
ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。
【资料探究】
展示资料2 α、β和γ表示ATP上三个磷酸基团所处的位置(A－Pα～Pβ～Pγ)，现有甲、乙两组ATP溶液，甲组用32P标记ATP的β位的磷酸基团，乙组用32P标记ATP的γ位的磷酸基团，然后分别加入等量的ATP水解酶，短时间后迅速分离溶液中游离的磷酸基团，结果发现只有乙组中游离的磷酸基团带有放射性。
指导学生一边阅读，一边完成学案上的表格。
辨析ATP中的两个特殊化学键都断裂吗？
问题1：从实验结果ATP中哪一个化学键更容易断裂？为什么？
β位与γ位磷酸基团之间的化学键更容易断裂。
动态展示ATP的水解示意图。
分析阐述ATP中两个相邻的磷酸基团带有负电荷而相互排斥，使得这种化学键不稳定，末端的磷酸基团具有较高的转移势能。
磷酸基团携带转移的“势能”与其他分子结合。
ADP相互排斥的磷酸基团减少，势能降低。
问题2：写出ATP水解的反应式
问题3：为什么说ATP是一种高能磷酸化合物？（一般将水解时释放20.92kJ/ml及以上能量的化合物叫做高能化合物）。
因为1mlATP水解释放的能量高达30.54kJ。
问题4：若ATP分子去掉2个磷酸基团后的剩余部分是什么物质？
【思考讨论】
1．展示ATP的分子组成(如图)，引导学生结合图片进行分析概括。
(1)元素组成：ATP是由C、H、O、N、P五种元素组成的，这与核酸的元素组成是相同的。
(2)AMP是RNA的基本组成单位之一。
(3)ATP的结构组成可以用“1、2、3”来总结，“1”表示1个腺苷，“2”表示两个特殊的化学键，“3”表示3个磷酸基团。
【归纳总结】
2．结合已知识对生物体内的能源物质进行总结
(1)能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP。
(2)主要能源物质：糖类。
(3)储能物质：脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。
(4)主要储能物质：脂肪。
(5)直接能源物质：ATP。
(6)最终能量来源：太阳能。
阅读教材，学习ATP的结构。
结合资料，分析ATP的结构及特点。
设计实验方案, 根据实验现象，得出实验结论: ATP是细胞内直接的能源物质。
阅读资料，完成学案上的表格。
结合图片分析ATP的分子组成。
习题巩固
1.如图是ATP结构示意图，其中①②③表示化学键。下列有关ATP的叙述，正确的是
A.①断裂后形成的是ADP
B.①最容易断裂和重新形成
C.②断裂后可作为合成RNA的原料
D.ATP中的T表示胸腺嘧啶，因而ATP的结构与核苷酸很相似
【答案】C
【解析】A、①断裂后形成的是腺苷，③断裂后形成的是ADP, A错误;
B、③最容易断裂和重新形成，B错误;
C、②断裂后为腺嘌呤脱氧核糖，可作为合成RNA的原料，C正确;
D、ATP中的T表示磷酸基团，D错误。
故选C。
2.ATP是腺嘌呤核苷的衍生物，下列有关叙述错误的是
A.一分子的ATP中含有的腺苷、磷酸基团和特殊化学键数目依次是1、3、2
B.ATP中的两个特殊化学键储存的能量基本相同，稳定性基本相同
C.ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素
D.ATP末端磷酸基团具有较高的转移势能
【答案】B
【解析】ATP中的两个特殊化学键储存的能量基本相同，但稳定性不同，远离A的特殊化学键不稳定，B错误。
二、ATP与ADP之间的相互转化
【布置任务】
任务二：结合资料探讨ATP与ADP之间的相互转化。
1.研究显示，一个成年人一天在静止状态下所消耗的ATP约有40 kg；在剧烈运动的状态下，每分钟约有0.5 kg的ATP转化为ADP。成人体内ATP总量约2～10 mg，在安静状态下，肌肉内ATP含量只能供肌肉收缩1～2 s。ATP含量很少，但需求量很大，ATP如何持续供能？请根据资料回答下列问题：
资料3 磷酸肌酸是一种高能磷酸化合物，它能在肌酸激酶的催化下将自身的磷酸基团转移到ADP分子中来合成ATP。研究者对蛙的肌肉组织进行短暂电刺激，检测对照组和实验组(肌肉组织用肌酸激酶阻断剂处理)肌肉收缩前后ATP和ADP的含量，结果如表所示。
问题1：为什么对照组ATP和ADP含量没有变化，实验组ATP含量减少，ADP含量上升？
肌肉收缩会消耗ATP生成ADP，对照组中由于存在肌酸激酶，所以ADP在酶的作用下可以重新生成ATP，而实验组由于缺乏肌酸激酶，ADP不能生成ATP，所以对照组ATP和ADP含量没有变化，实验组ATP含量减少，ADP含量上升。
请写出ATP合成的反应式。
资料4 催化ATP合成的酶主要分布在线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上。ADP接受细胞呼吸中有机物氧化分解释放的能量或光合作用中捕获的光能，与游离的Pi结合，重新合成ATP。
根据上述材料，请学生完善ATP与ADP相互转化的模型图。
请学生完善下表并得出结论。
分析讨论得出结论： 物质是可逆的，能量是不可逆的，酶也不相同，因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应。
通过对资料中具体事实的分析，得出结论: ATP的存量有限，但是消耗量大。并结合资料探讨ATP与ADP之间的相互转化。
完善ATP与ADP相互转化的模型图及表格。
三、ATP 的 利 用
【阅读教材】
结合课本图解，引导学生分析回答: ATP水解后可用于哪些生命活动?

进一步提问：你能补充其他ATP利用的实例吗？
在学生列举事例后归纳概括出ATP水解释放的能量用于各项生命活动。
播放以钙离子为例ATP直接供能的过程的视频。分析ATP的供能机制。
展示能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通的模型图，请学生完善该模型图。
通过“货币”的类比，帮助学生更好地理解ATP是能量的“货币”（直接能源），加深了学生对ATP生理功能的理解。
【拓展延伸】
（1）ATP只能作为能源物质吗？
展示资料5 20世纪50年代，研究者发现ATP在神经系统的信息传递中可以作为一种兴奋性的神经递质发挥作用，并且在内脏、中枢及外周神经系统等多个部位的细胞质膜上发现了ATP受体，可见ATP还是一种能在细胞间传递信息的信号分子。
从资料引导学生得出结论：
ATP是一种能源物质，也是能在细胞间传递信息的信号分子。
（2）有其他的直接能源物质吗？
展示资料6 如果将ATP中的碱基A替换为G、U、C，分别为鸟苷三磷酸、尿苷三磷酸和胞苷三磷酸，一起组成NTP家族，其脱去核糖第二位C上的O原子组成dNTP家族，均为高能化合物。
引导学生概括出结论：
除了ATP外，鸟苷三磷酸GTP、尿苷三磷酸UTP和胞苷三磷酸CTP，也可以直接供能。
阅读教材，联系生活实际，列举ATP的利用。
举出ATP利用的其他实例。
完善ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通的模型图。
习题巩固
3.ATP是细胞内流通的能量“货币”，如图表示ATP与ADP相互转化的示意图。下列有关叙述正确的是
A.人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡
B.不同生物体中ATP与ADP相互转化的供能机制不同，体现了生物的多样性
C.植物根尖细胞中ATP合成所需的能量可来自线粒体、叶绿体和细胞质基质
D.ATP水解释放的磷酸基团可使蛋白质分子磷酸化，蛋白质活性发生改变
【答案】D
【解析】A、人在饥饿时，肝糖原和脂肪可以转变成葡萄糖供呼吸作用利用，细胞中ATP与ADP快速转换而达到动态平衡，A错误;
B、不同生物体中ATP与ADP相互转化的供能机制，在所有生物的细胞内都是一样的,体现了生物界的统-性，B错误;
C、根尖分生区无叶绿体, ATP合成所需的能量可来自线粒体和细胞质基质，C错误;
D、ATP水解释放的磷酸基团可以使蛋白质分子磷酸化，通过蛋白质分子的磷酸化和去磷酸化，使蛋白质的空间结构发生变化，活性也随之发生改变，D正确。
故选D。
4.(2023·江西上饶一中高一质检)如图为ATP与ADP相互转化的关系式，下列说法正确的是
A.在此转化过程中物质和能量均不可重复利用
B.叶肉细胞在白天能产生ATP，在晚上不能产生ATP
C.图中所示的过程在心肌细胞中比在口腔上皮细胞中进行得更快
D.图中的反应向右进行时，常伴随着放能反应的进行
【答案】C
【解析】A、在此转化过程中物质可重复利用，A错误;
B、叶肉细胞在白天和晚上都能进行呼吸作用产生ATP，B错误;
C、心肌细胞比口腔上皮细胞需要更多的能量，ATP与ADP相互转化进行得更快，C正确;
D、图中的反应向右进行时，伴随着吸能反应的进行，D错误;
故选C。
课堂小结
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
(1)中文名称： 腺苷三磷酸
(2)结构简式：A—P～P～P
(3)元素组成： C、 H、 O、 N、 P
A:腺苷
P:磷酸基团
- :普通的化学键
～：特殊的化学键
二、ATP与ADP的相互化
三、ATP的利用