昆明 的白癜风医院 https://m-mip.39.net/baidianfeng/mipso_4322071.html一、教材分析（一）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。（二）教学重点和难点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。（三）编写思路问题探讨引用了唐代诗人杜牧的一首诗一《秋夕》。该诗宛似一幅人物水彩画，情景交融，耐人寻味。学生在学习该诗之后，讨论与萤火虫发光相关的问题，而这些问题都是围绕着能量展开的，能启发学生深入的思考。在阐明萤火虫发光需要能量的基础上，认识到生命活动需要能量，这些能量却不能直接靠糖类、脂肪等能源物质提供，而是要依靠ATP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。对此，以往教材的解释是ATP分子中两个相邻的 基团之间有高能 键，该键断裂会释放大量的能量，这与化学教材中化学键断裂消耗能量的说法相矛盾。本次教材修订改变了这--传统解释，按照 高校教材的说法，对ATP水解如何释放大量能量做了更为深人的阐释，也提高了与其他学科的一致性。ATP为什么能像“货币”一样反复利用呢？教材呈现了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。ATP来自哪里呢？学生在前面的学习中了解到生命活动需要的能量来自细胞中的有机物。教材通过“ADP转化成ATP所需能量的主要来源（教材图5-5）”讲述了绿色植物、人与动物合成ATP所需能量来源的途径，为学习后面细胞呼吸和光合作用作铺垫。ATP广泛存在生物的各种细胞中，各类生物（植物、动物、细菌和真菌等）都能以ATP作为直接能源物质，也反映了生物界的统--性，说明了多种多样的生物都有共同的起源。ATP含量少，消耗量相对大，ATP水解产生的ADP又能在一定条件下转化为ATP。因此，虽然细胞不断消耗ATP，但ATP能保持相对的稳定。理解这些变化，有助于学生建立稳态与平衡观。教材在阐述将ATP比喻为能量“货币”的原因时，是从ATP与吸能反应和放能反应的关系人手的。放能反应促进ATP的合成（ADP与 合成ATP，需吸能）；吸能反应伴随ATP的水解（ATP分解为ADP和 ，要放能）。本节 以楷体字形式回答了“问题探讨”中提出的萤火虫发光机理问题，特别提到了转基因萤光树，日的是激发学生进一步学习和探究的兴趣。特别提示ATP如何发挥作用？口前说法很多。但可以肯定的是，它是伴随ATP水解过程进行的。在ATP发挥作用时， 基H（或 ）的“得”与“失”很关键，教材通过两幅图对此作了介绍。ATP水解产生的 ，可以与多种功能蛋白结合，使其 化而导致构象发生改变，从而引起功能变化。所以，教材在“ATP为主动运输提供能量示意图"（教材图5-7）中，提到了以下内容：ATP水解释放能量，形成的Pi与载体蛋白结合（即载体蛋白 化），导致空间结构发生改变。二、教学建议本节内容需要1个课时完成本节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，月的是让学生懂得，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，从而激发学生的探究欲望。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。ATP与ADP是细胞内两种重要的有机物，学生相对比较陌生，ATP与ADP之间的转化也是比较抽象的，学生掌握起来有一定的难度。因此，建议通过模型建构、资料分析、多媒体动画演示等方式突破ATP与ADP的相互转化这一重点，通过“存折与葡萄糖”“现金与ATP"等的类比方法，突破ATP是细胞的“能量货币”这一难点。1.创设情境，实验探究——ATP是细胞能量“货币”的证据策略一以教材“问题探讨”栏目的情境切入本课题，回顾蛋白质、糖类、脂肪等物质在细胞中的作用，就“到底是什么物质能让萤火虫发光"的问题进行实验设计探究（强调实验设计的三个原则：对照、等量、单一变量），用FLASH动画展示“萤火虫发光器”经典实验（A.捣碎的发光器+生理盐水+2mLATP制剂；B.捣碎的发光器+生理盐水+2mL葡萄糖溶液；C.捣碎的发光器+生理盐水+2mL蒸馏水）。让学生直观获得ATP是细胞能量“货币”的证据。进而设问，ATP从哪里来的？为细胞呼吸、光合作用等章节的学习进行铺垫。策略二播放足球运动员踢足球的视频，以此为情境提出问题：“是什么物质为运动员肌肉收缩直接提供能量？”结合教材“问题探讨”栏F川FLASH动画展示“萤火虫发光器”经典实验，从中得到ATP为运动员肌肉收缩直接提供能量的启示。2.教具演示——ATP的结构展示ATP药剂及药理说明书，并提示在医学上，常用ATP治疗肌肉萎缩无力。设问：“ATP具有什么样的结构，才使它成为细胞内的直接能源物质呢？”教师使用磁贴教具，直观展示ATP的化学结构，帮助学生理解ATP的简式、高能键的水解放能及其与核糖核苷酸的关系。3.资料分析，类比迁移——ATP与ADP的相互转化ATP与ADP的相互转化的资料很多。例如，ATP在细胞内形成后不到1min的时间就要发生转化，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；在人体安静状态时，肌肉内ATP含量只能供肌肉收缩1~2s所需的能量；氰 会阻止人体内新的ATP合成，它引起中*后人在几分钟内就会死亡；等等。教师基于学生认知冲突有机选择和组合上述资料，让学生进行思考分析，用“存折与能源物质”“现金与ATP"进行类比，让学生理解ATP是细胞能量“货币”的原理，掌握ATP在细胞内具有含量少、转化速率快等特点，进而明白这对于构成细胞内稳定的供能环境具有十分重要的意义。联系动物、植物的能量来源，分析促成ATP与ADP的快速转化的“驱动力”，为细胞呼吸、光合作用等章节的学习打下基础。4.联系实际，思考讨论——ATP的利用联系物质合成、肌肉运动、大脑思考、电鳐发电、物质的主动运输、萤火虫发光等实际例子，让学生思考讨论ATP水解所释放能量的去处。教师要特别注意教材图5-7中ATP水解放出能量利用（促使主动运输中载体蛋白的 化）的典型意义，这有助于第4章“主动运输”的学习。通过细胞中的吸能、放能反应与ATP合成、分解关系的讨论，让学生继续巩固本节重要概念——ATP是细胞能量“货币”。三、答案与提示（一）问题探讨1.萤火虫发光的生物学意义主要是相互传递信号，以便繁衍后代。2.萤火虫腹部后端细胞内的荧光素，是其特有的发光物质。3.有。萤火虫腹部细胞内一些有机物中储存的化学能，只有在转变成光能时，萤火虫才能发光。（二）练习与应用概念检测1.B。2.D。3.B。4.C。拓展应用1.吸能反应，如葡萄糖和果糖合成蔗糖的反应需要消耗能量，是吸能反应，这一反应所需要的能量是由ATP水解为ADP时释放能量来提供的。放能反应，如 酸的氧化分解能够释放能量，是放能反应。这一反应所释放的能量除以热能形式散失外，还用于ADP转化为ATP的反应，储存在ATP中。2.在储存能量方面，ATP同葡萄糖相比具有以下两个特点：一是ATP分子中含有的化学能比较少、一分子ATP转化为ADP时释放的化学能大约只是一分子葡萄糖的1/94；二是ATP分子中所含的是活跃的化学能，而葡萄糖分子中所含的是稳定的化学能。葡萄糖分子中稳定的化学能只有转化为ATP分子中活跃的化学能，才能被细胞利用。3.植物、动物、细菌和真菌等生物的细胞内都具有能量“货币”——ATP，这可以从一个侧面说明生物界具有统一性，也反映种类繁多的生物有着共同起源。四、背景资料1.ATP的结构特性ATP是由一分子腺嘌呤、一分子核糖和三个相连的 基团构成的。这三个 基团从与分子中腺肖基团连接处算起，依次分别称为α、β、γ 基团。ATP的结构式是：分析ATP的结构式可以看出，腺嘌呤与核糖结合形成腺件，腺背通过核糖中的第5位 ，与3个相连的 基团结合，形成ATP。在生物体内的pH条件下，ATP分子约有4个负电荷，它们在空间上相距很近并相互排斥，这是造成高能键不稳定的重要因素。ATP分子中的γ 基团水解时，能释放30.5kJ/mol的能量，而6- 葡萄糖水解时释放的能量只有13.8kJ/mol。ATP在机体内可以发挥中间传递能量的作用。在物质的代谢中形成的一些有机化合物如 烯醇式 酸、1，3-二 酸，具有比ATP更高的 基团转移势能，即水解时可以释放比ATP更高的能量，它们可以通过相应激酶的作用将其 基团转移给ADP，使ADP变为ATP（这是葡萄糖分解代谢中产生ATP的方式之一）。ATP又可以将它的 基团转移给其他需要能量的化合物，使其从中获得能量形成具有较高反应势能的 化合物，如葡萄糖+ATP←己糖激酶→6 葡萄糖+ADP。需要指出的是，ATP分子既可以水解一个 基团（γ 基团），而形成腺背二 （ADP）和 （Pi）；又可以同时水解两个 基团（β 基团和γ 基团），而形成腺苷一 （AMP）和焦 （PPi）。后一种水解方式在某些生物合成中具有特殊意义。AMP可以在腺营酸激酶的作用下，由ATP提供一个 基团而形成ADP，ADP义可以迅速地接受另外的 基团而形成ATP。2.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1min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，24h内竞有40kg的ATP发生转化；在紧张活动的情况下，ATP的消耗可达0.5kg/min。总之，在活细胞中，ATP末端 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。3.其他高能 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 化合物还有 肌酸（可用C~P代表）。 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， 肌酸中的 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 基团连同能量一起转移给肌酸，使肌酸转变成 肌酸。对于动物和人体细胞来说， 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， 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。4.ATP的利用ATP中的能量可以直接转化成其他各种形式的能量，用于各项生命活动。这些能量的形式主要有以下6种。渗透能细胞的主动运输是逆浓度梯度进行的，物质跨膜移动所做的功消耗了能量，这些能量叫作渗透能，渗透能来自ATP。机械能细胞内各种结构的运动都是在做机械功，所消耗的就是机械能。肌细胞的收缩，草履虫纤毛的摆动，精子鞭毛的摆动，有丝分裂期间染色体的运动，腺细胞对分泌物的分泌等，都是由ATP提供能量来完成的。以肌细胞的收缩为例，它是由ATP的水解偶联肌动蛋白和肌球蛋白的相互作用引起的。可能的机制是：肌球蛋白的头部有ATP的结合位点，当ATP没有与肌球蛋白结合时，其头部与肌动蛋白紧密结合；当ATP与肌球蛋白结合时，会用起其头部从肌动蛋白丝解离；随着ATP的水解，肌球蛋白头部构象会发生系列变化，最终使其从肌动蛋白 I：解离并与细丝前方的另一个肌动蛋白 再结合。这一过程是循环发生的，ATP提供的能量转化成了肌球蛋白沿着肌动蛋白细丝滑行的机械能。实际上，在肌肉中ATP的含量很少，哺乳动物的肌肉中，它的含量仅为3~8mmol/kg，这只能供肌肉剧烈活动1s左右的消耗，而肌肉中 肌酸的含量是ATP的4倍，它能提供 基团、是使ADP转化为ATP的币要能源物质.电能大脑的思考——神经冲动在神经纤维上的传导，以及电鳐、电鳗等动物体内产生的生物电等，它们所做的电功消耗的就是电能。电能是由ATP提供的能量转化而成的。化学能细胞内物质的合成需要化学能，如小分子物质合成为大分子物质时，必须有直接或间接的能量供应。另外.细胞内物质在分解的开始阶段，也需要化学能米活化，成为能量较高的物质（如葡萄糖活化成 葡萄糖）。可以说在细胞内的物质代谢中，到处都需要由ATP转化而来的化学能做功。光能目前关于生物发光的生理机制还没有完全弄清楚，但是已经知道，生物体用于发光的能量直接来自ATP，如荧光虫的发光。热能有机物的氧化分解释放的能量，一部分用于生成ATP，大部分转化为热能通过各种途径向外界环境散发，其中一小部分热能用于维持体温。通常情况下，热能的形成往往是细胞能量转化和传递过程中的副产品。此外，ATP释放的能量中，一部分能量也能用于动物体温的提升和维持。5.ATP的作用思考在ATP的合成中，ATP合酶（ATPsynthase）是关键酶。它广泛分布于线粒体内膜、叶绿体类囊体膜和细菌质膜上，是一种ATP驱动的质子运输体，在氧化 化和光合 化过程中，当质子顺电化学梯度流动时催化ADP和无机 合成ATP。ATP合酶由膜外球形结构域F和膜内结构域F。组成。F部分又由α、β、γ、δ、ε 组成，它的催化部位位于β 。20世纪60年代到70年代，美国科学家博耶（P.D.Boyer）提出ATP合成依赖于γ 旋转产生的ATP合酶构象变化的假说。他认为：在ATP合酶中，a 和β业基交替排列成六聚体，另外=个 则呈不对称分布；跨膜的质子浓度梯度使γ 转动，从而带动酶上催化部位构像的变化，使其抓住底物ADP和Pi，完成ATP的合成并将其释放。后来沃克（JE.Walker）的研究团队通过对ATP合酶FI催化结构域晶体的分析，进一步证实了博耶关于ATP合成机制假说的正确性，他们因此获得了年的诺贝尔化学奖。腺苷三 酶简称ATP酶，是存在于细胞质膜和液泡膜中能催化ATP水解并释放能量的酶，它们与无机离子和代谢物的跨膜主动运输有关，包括F型、P型、V型等。F型ATP酶就是上述的ATP合酶，它不仅可以利用质子动力势催化ADP合成ATP，也可以在没有氢离子梯度通过质子通道时，催化ATP的水解。P型ATP酶如Ca2+-ATP酶，可以通过水解ATP转运Ca2+这在肌肉收缩的调节上具有重要作用；Na+，K+-ATP酶，动物细胞膜上都有此酶，它每水解一分子ATP就把3个Na+泵出细胞，2个K+泵入细胞。v型ATP酶，又称液泡质子ATP酶，广泛存在于细胞的内膜系统如液泡膜、溶酶体膜等，是植物细胞液泡膜中的两个质子泵之--，为跨液泡膜的物质转运提供能量。五、教学案例与评析细胞的能量“货币”ATP广东省广州市培正中学李德伟教学目标的确定在普通高中生物学课程标准中，与本节有关的内容要求是：解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。教学提示建议在教学活动过程中，组织好探究性学习活动，帮助学生增强感性认识，克服对微观结构认识的困难。通过本节的探究性学习实践，能够掌握设置对照组和重复实验的方法，进-步学会控制自变量，观察和检测因变量变化的技能，并能将这些方法和技能应用于其他的探究活动。学业要求在阐明细胞生命活动过程中，能够认识物质与能量变化的关系。因此，将本节课的教学目标确定如下：1.通过对ATP化学组成和结构特点的学习，认同ATP的结构与其功能相适应；2.通过对ATP和ADP相互转化进行模型构建，能归纳、概述ATP形成所需能量的主要来源及意义；3.通过对生活实例的讨论分析，能解释“ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质”的原因。.教学设计思路本节课设计采用探究分析教学模式，围绕“ATP的结构和功能”展开讨论与学习，初步建立生物学的物质和能量观。教学中为学生提供了相关内容的资料分析，学生在教师的指导下，通过感知、体验、实践、合作等方式，达成教学目标。主要的教学流程图示如下：教学实施的程序附录：评析该案例的教学过程为学生提供相关内容的资料分析，学生在教师的指导下，通过感知、体验、实践、合作等方式，达成教学目标。该案例的主要特点如下。1.创设多种探究活动，促进概念建构围绕“ATP是细胞生命活动的直接能源物质”这一核心概念的建构，教师创设了多种形式的教学活动。例如，杜牧优美的诗句配上点点流萤的迷人夜色，在大自然的魅力中发现生物学问题，促使学生探索；设置ATP与ADP分子图形的转化游戏，让学生动手拼接模型，将抽象的问题直观模型化，在此基础上进行演变，通过逐渐加人 基团，帮助学生厘清AMP、ADP和ATP之间的关系。在趣味性活动中发展学生归纳与概括、模型与建模的科学思维能力，遂步建构生物学概念。2.巧妙运用类比，突破知识难点将高能键类比成弹簧，借此让学生认同ATP是一种高能 化合物，认同ATP的结构与功能相适应。将压缩的弹簧松手即高能键的断裂，体会在此过程中能量的变化，说明物质的变化一定伴随着能量的转化，由此形成物质与能量观。结合学生生活经验，通过“货币”的类比，帮助学生更好地理解ATP是能量的“货币”，加深学生对ATP生理功能的理解.突破知识难点3.制造认知冲突，加深概念的理解学生在初中就已经学习了细胞的生活需要能量，这些能量主要来自糖类物质的氧化分解。但是，学生尚不清楚在细胞中糖类不能直接为细胞的生命活动供能，糖类物质氧化分解所释放的能量必须先转移到ATP这种高能 化合物中，然后才能被细胞的各种生命活动所利用。该案例通过探究性实验设计来突出ATP是细胞生命活动的直接能量来源。另外，以资料的形式展现人体内ATP需求大而含量少的矛盾，制造这样的认知冲突，能够加深学生理解ATP与ADP相互转化的生物学意义。评析人：王建春（广东省广州市白云区教育研究院）推荐阅读
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