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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(zhì)變化，必定伴隨著能量的轉化。生命系統(tǒng)必須依靠物質(zhì)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(nèi)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(nèi)新陳代謝功能的需要，不論是植物、動物和人，其體內(nèi)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(zhì)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(zhì)代謝上看：上述反應中的物質(zhì)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(zhì)基質(zhì)、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(nèi)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(nèi)能量的轉換和傳遞中，ATP是一種關鍵的物質(zhì)。生物的一切生命活動都離不開ATP。ATP是生物體內(nèi)直接供給可利用能量的物質(zhì)，是細胞內(nèi)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(nèi)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(jīng)傳導和生物電等；化學能，如物質(zhì)的合成時能量的供應；還有滲透能、熱能、光能等。細胞內(nèi)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(nèi)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(wǎng)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(nèi)容，把所學內(nèi)容有機地與人類的生產(chǎn)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(nèi)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(wǎng)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(zhì)上看需要磷酸(Pi)，由于生物體內(nèi)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(nèi)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(zhì)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(zhì)元素的吸收、肌肉的收縮、新物質(zhì)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(chǎn)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(jīng)細胞，這種神經(jīng)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(zhì)使神經(jīng)細胞中毒，泵入K＋的功能就消失。如果注入一種物質(zhì)，神經(jīng)細胞又能恢復不斷吸收K＋的功能，一直到這種物質(zhì)消耗完。請分析科學家注入了什么物質(zhì)?_________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(zhì)的吸收方式上，而且應是主動運輸?shù)奈辗绞?，再分析與主動運輸相關的知識：載體和能量，那么這種有毒物質(zhì)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(zhì)一旦被破壞，加入某種物質(zhì)也很難恢復。所以，加入的物質(zhì)很可能是能源物質(zhì)，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(jīng)細胞吸收K＋的方式是主動運輸，需消耗ATP