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2019-2020年高三生物二輪復習 新陳代謝與ATP1教案 人教版 【學習目標】 1．理解ATP的生理功能與結構簡式。 2．理解ATP與ADP的相互轉化。 3．理解ATP的形成途徑。 【學習障礙】 1．理解障礙 (1)如何理解ATP是新陳代謝所需能量的直接來源？ (2)如何理解ATP與ADP的相互轉化及其意義？ 2．解題障礙：用ATP與ADP相互轉化的知識去解能量代謝的有關問題。 【學習策略】 1．理解障礙的突破 (1)用“結構與功能相統(tǒng)一的觀點”理解ATP是新陳代謝所需能量的直接來源。首先，從分子水平上來看，新陳代謝是細胞中所有有序化學變化的總稱。那么，在新陳代謝中的一系列的物質變化，必定伴隨著能量的轉化。生命系統(tǒng)必須依靠物質和能量來維持，能量的獲取、儲存、釋放、利用和散失，伴隨著全部生命活動。從整個生態(tài)系統(tǒng)上來看，能量在生態(tài)系統(tǒng)中流動的過程，總能源來自于光能，由綠色植物的光合作用，把光能以化學能的形式儲存在糖類、脂肪等有機物中。植物可以通過細胞呼吸分解體內的有機物而獲取生命活動所需的能量，動物則以攝食植物(直接或間接的)而獲取富含能量的有機物，又通過動物自身的細胞呼吸分解有機物而獲取生命活動所需的能量。綠色植物不可能把光能直接用于有機物的合成，光能只有轉化成一種活躍的化學能，才能被綠色植物利用。植物和動物通過呼吸作用分解有機物釋放出的能量，除了一部分以熱能的形式散失或維持體溫外，其余的都要轉化成一種活躍的化學能，才能用于各項生命活動。由于生物體內新陳代謝功能的需要，不論是植物、動物和人，其體內都必須有一種活躍的、隨時可以儲藏或利用的化學能，即必然有一種物質作為這種活躍化學能的載體。而ATP(三磷酸腺苷)結構中(如下圖)，遠離A的高能磷酸鍵既容易形成又容易斷裂，形成時可以儲存這種活躍化學能；斷裂時，可以將活躍的化學能釋放用于生命活動的各個方面。因此，ATP是新陳代謝所需能量的直接來源。 (2)聯(lián)系化學知識，用“層析綜合法”理解ATP與ADP的相互轉化及其意義。 ①從生化反應角度分析理解ATP是腺嘌呤核苷的衍生物，可以看成是含三個磷酸基的腺嘌呤核苷酸，其結構如上圖，ATP的結構簡式可寫成A—P～P～P。對于所有的細胞來說，幾乎都是用ATP作為直接能源的，凡是不能單獨由酶催化的化學反應，幾乎都要由ATP供應能量，使化學反應能夠進行。在ATP與ADP的轉化中，ATP既可儲能，又可作為生命活動的直接能源。在ATP的第二個和第三個磷酸基之間的高能磷酸鍵對于細胞中能量的捕獲，貯存和釋放都是很重要的。第三個磷酸基位于末端，能夠很快地移走，于是ATP轉變成ADP，如果加上第三個磷酸基，ADP又變成ATP，在這些變化中，能量的轉變是很重要的。把Pi束縛在ADP上形成ATP，需要能量，在這個反應中能量被捕獲而且貯存起來。從ATP移走一個Pi，釋放能量，ATP就變成ADP。所有這些變化都需要酶參加才能進行，這樣的過程在活細胞中永無止境地循環(huán)著。 ②從代謝角度分析理解。 ATP與ADP的相互轉化如下： A．從物質代謝上看：上述反應中的物質是可逆的。但ATP與ADP的轉化過程是不可逆的。我們可以從以下幾個方面分析一下。 B．從反應條件上看：ATP的分解是一種水解反應，催化該反應的酶屬水解酶；而ATP的合成是一種合成反應，催化該反應的酶屬合成酶，酶具有專一性，因此反應條件不同。 C．從反應場所和時間上看： ATP合成的場所是細胞質基質、線粒體和葉綠體，而ATP合成與分解的場所較多，因此其合成與分解的場所不盡相同。很顯然上述反應并不是同時進行的。 D．從能量代謝上看：上述反應的能量是不可逆的。因為ATP水解釋放的能量是儲存在高能磷酸鍵內的化學能，并且被代謝所消耗掉，這個能量是不能再反過來用于合成ATP，而合成ATP的能量主要有化學能和太陽的光能，因此能量來源也不同。 綜上所述，ATP與ADP相互轉變的反應過程并不是完全可逆的。但是我們不能單純地利用化學上的觀點來判斷該反應是否可逆，因為ATP與ADP在活細胞中永無止境地循環(huán)著。該反應能夠明確地表示二者在一定條件下的循環(huán)過程，所以該過程使ATP不會因能量的不斷消耗而用盡，從而保證了生命活動的順利進行。 從以上分析不難看出，在生物體內能量的轉換和傳遞中，ATP是一種關鍵的物質。生物的一切生命活動都離不開ATP。ATP是生物體內直接供給可利用能量的物質，是細胞內能量轉換的“中轉站”，各種形式的能量轉換都是以ATP為中心環(huán)節(jié)的。生物體內由于有各種酶作為生物催化劑，同時又有細胞中生物膜系統(tǒng)的存在。因此，ATP中的能量可以直接轉換成其他各種形式的能量，用于各種生命活動。這些能量形式主要有：機械能，如肌肉收縮，細胞分裂期間染色體的運動等；電能，如神經傳導和生物電等；化學能，如物質的合成時能量的供應；還有滲透能、熱能、光能等。細胞內ATP的含量是很少的，但ATP的含量是相對穩(wěn)定的。因為生物體內的各細胞就是以ATP與ADP十分迅速的相互轉化的方式及時儲存能量和釋放能量，它總是處在不停頓的動態(tài)平衡之中，不但可以源源不斷地為生命活動提供能量，而且還可避免能量的浪費，這也是生命系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性實現(xiàn)的條件之一。 2．解題障礙的突破 (1)用“系統(tǒng)化”和“具體化(對號入座)法”解能量代謝的問題。 首先構建知識網絡，必須抓住能量變化這根主線，理清每個基礎知識點和基本內容，把所學內容有機地與人類的生產實踐、日常生活相結合。按以下方法構建知識體系： ①把握知識的縱向銜接，使知識連成線。 ②注意知識的橫向聯(lián)系，使知識連成面。這樣使知識更加系統(tǒng)化、立體化。豐富知識的內涵，擴大知識的外延，對有關能源問題進行歸類，使其匯成一張完整的知識網絡，歸納如下圖。 其次，解題時，對具體問題進行歸類于知識系統(tǒng)中進行對號入座，以便理解當前問題，從問題中找出與已有知識的相同之處，將知識具體化。 [例1]ADP轉變?yōu)锳TP需要 A．Pi、酶、腺苷和能量 B．Pi、能量 C．能量、腺苷和酶 D．Pi、能量和酶 解析：用“系統(tǒng)化”和“具體化(對號入座)法”解。如上圖所示，ATP與ADP相互轉變的反應式與能量代謝有密切關系，應該熟練掌握。ADP轉變成ATP的過程中，需要能量，從物質上看需要磷酸(Pi)，由于生物體內的各種反應都需要生物催化劑——酶來參加，所以在這個轉變過程中，需要能量、酶和Pi。 答案：D 點評：此題的常見錯誤是選B，這是沒有考慮生物體內的各種化學反應都需要酶來參加才能進行，這在其他各種反應式中都應引起注意，是在寫各種反應式中最常見的錯誤之一。 (2)用“直接判斷法”解。 [例2]下列哪項生物體的生命活動所需的不是直接來源于ATP的水解 A．淀粉的水解 B．細胞的分裂 C．細胞的生長 D．細胞吸收K＋ 解析：用“直接判斷法”解。生物體進行各項生命活動的直接能源物質是ATP，生物體的各項生命活動所需的能量都來自ATP的水解，需要消耗能量的生命活動常見的有細胞的分裂、細胞的生長、礦質元素的吸收、肌肉的收縮、新物質的合成等。淀粉的水解只需在淀粉酶的作用下就可以完成，不需要消耗ATP。 答案：A 點評：生物體內的各種生命活動所需的能量都要依靠ATP來轉換，所以通常把ATP喻為細胞內流通著的“能量貨幣”，正是由于ATP的存在才能使生命活動及時地得到能量供應，新陳代謝才能順利進行。 [例3] ATP分子在細胞內能夠釋放能量和貯存能量，從結構上看，其原因是 ①腺苷很容易吸收能量和釋放能量 ②第二個磷酸根很容易從ATP上脫離和結合 ③第三個磷酸根很容易從ATP上脫離，使ATP轉變成ADP ④ADP可以迅速地與磷酸根結合，吸收能量形成第三個高能磷酸鍵，使ADP轉變成ATP A．①③ B．②④ C．③④ D．①④ 解析：用“直接判斷法”解。從ATP簡式A—P～P～P可知，分子中含有兩個高能磷酸鍵，當在酶作用下水解時，遠離腺苷A的那個高能磷酸鍵斷裂，形成ADP和磷酸，該鍵在一定條件下很容易斷裂和重新形成，從而保證能量的釋放和儲存?？拷麬的高能磷酸鍵不易斷裂和重新形成，不參與能量代謝。 答案：C 【同步達綱練習】 1．能為生物的生命活動直接提供能量的是 A．葡萄糖的分解 B．ADP轉變成ATP的過程 C．ATP的水解 D．生物的呼吸運動 2．ATP轉化為ADP的反應特征是 A．通過ADP的磷酸化反應，并貯存能量 B．通過ADP的水解反應，并釋放能量 C．通過ATP的磷酸化反應，并貯存能量 D．通過ATP的水解反應，并釋放能量 3．以下關于能源的敘述，不正確的是 A．生物進行生命活動所需能量最終來源于太陽能 B．生物進行生命活動所需能量直接來自ATP C．植物細胞的ATP都是由細胞呼吸直接產生的 D．ADP轉化成ATP是吸能和磷酸化反應過程 4．海洋里有一種軟體動物槍烏賊，它有巨大的神經細胞，這種神經細胞能像紅細胞一樣，不斷吸收進K＋?？茖W家做過實驗：用一種有毒物質使神經細胞中毒，泵入K＋的功能就消失。如果注入一種物質，神經細胞又能恢復不斷吸收K＋的功能，一直到這種物質消耗完。請分析科學家注入了什么物質?_________這說明_____________________。 參考答案 【同步達綱練習】 1．解析：用“直接判斷法”來解。 答案：C 2．解析：用“直接判斷法”來解。 答案：D 3．解析：用“系統(tǒng)化和具體化(對號入座)法”解。 答案：C 4．解析：用“類比分析法”來解。由題干可知，有很多信息，但有一個關鍵信息即：像紅細胞一樣，不斷地吸收K＋。歸類到細胞膜對物質的吸收方式上，而且應是主動運輸?shù)奈辗绞剑俜治雠c主動運輸相關的知識：載體和能量，那么這種有毒物質是影響了載體呢？還是能量的供應呢？如果載體被破壞，載體蛋白質一旦被破壞，加入某種物質也很難恢復。所以，加入的物質很可能是能源物質，當然能源是可以被消耗完的。而能夠為生命活動直接供應能量的只能是ATP。 答案：ATP 神經細胞吸收K＋的方式是主動運輸，需消耗ATP