高中生物 细胞的能量通货AT示范教案 新人教版.docx
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高中生物细胞的能量通货AT示范教案新人教版
2019-2020年高中生物细胞的能量“通货”——AT示范教案新人教版
●从容说课
《细胞的能量“通货”——ATP》主要介绍了ATP分子的组成和结构特点,ATP具有与ADP相互转化的特性,以及ATP在细胞生命活动中的作用等内容。
关于ATP与ADP的相互转化既是本节的重点也是难点。
教师可以继续利用前面的比喻，将细胞中的能量通货比作我们日常生活中的零用钱，它会随着每天的花销而减少，因此要维持正常生活必须不断破开大面值的钞票给予补充，细胞中的大面值钞票主要是糖类等有机物。
在有机物分解时释放出的能量能被用来合成ATP，这个过程通过ATP与ADP的相互转化来实现。
教师在介绍这部分内容时可以充分利用教材上的图解，告诉学生ATP水解时，远离腺苷的磷酸键断裂时释放出较多的能量，是一种放能的过程，所以当ADP与磷酸再次结合形成ATP时，必然从周围吸收相同的能量，而且这个过程在细胞中时刻发生，这就是为什么ATP可以作为一种能量的“小票”而在细胞中流通使用的原因。
关于ATP的利用，一是要讲清楚吸能反应和放能反应与ATP的分解和合成的关系，二是要充分利用教材上的图解，让学生在看懂图解的基础上，讨论ATP还有哪些用途，从而对该图解进行补充和完善。
●三维目标
1.知识与技能
（1）简述ATP的化学组成和特点。
（2）写出ATP的分子简式。
（3）解释ATP在能量代谢中的作用。
2.过程与方法
（1）通过ATP与ADP相互转化关系的多媒体动画，认识ATP在细胞中作为能量流通的原因。
（2）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。
3.情感态度与价值观
（1）激发学生的学习兴趣和渗透热爱自然和生命的情感教育。
（2）通过对课本P90图5－7进行补充和完善，以调动学生学习积极性,培养主动参与的学习态度,培养用准确的科学术语阐述观点和进行合作学习的态度。
●教学重点
1.ATP化学组成的特点及其在能量中的作用。
2.ATP与ADP的相互转化。
●教学难点
ATP与ADP的相互转化。
●教具准备
1.教师课件。
2.ATP结构式挂图。
●课时安排
1课时
●教学过程
［课前准备］
思考问题:
在人类的生产和生活中是怎样解决能量的“稳定储存”和“灵活利用”这一矛盾的？
例如,发电厂是如何转化能量的?
人们是如何从农产品转化成各种生活用品的?
［情境创设］
1.老师提出问题，学生讨论
（1）萤火虫发光需要能量吗？
（2）细胞中的糖类、蛋白质等有机物都储存着大量稳定化学能，生物的生命活动需要能量能直接利用它们吗？
2.教师讲解
从课文中的唐诗中我们知道，生物的生命活动需要能量。
实际上，细胞中还有许多化学反应是需要能量的，这些能量是从哪里来的呢？
我们知道，细胞中的糖类、蛋白质等有机物都储存着大量稳定化学能，这些能源物质的稳定性，利于大量地储存，但它们不能直接为细胞的生命活动提供能量，细胞是怎样解决“稳定储存”和“灵活利用”这一矛盾的？
细胞把稳定的能量转化成另一种能直接给细胞的生命活动提供能量的有机物——ATP，解决了这一问题。
ATP什么物质呢？
［师生互动］
1.ATP分子结构特点
学生阅读课本P88相关内容后，教师讲解：
（1）展示ATP结构式挂图，向学生介绍腺嘌呤、核糖（两者结合而成腺苷）、磷酸。
（2）ATP是三磷酸腺苷的英文名称的缩写。
ATP分子的结构可以简写成A—P～P～P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，T代表三，～代表一种特殊的化学键，叫做高能磷酸键，ATP分子中大量的能量就储存在高能磷酸键中。
ATP水解时高能磷酸键可以水解放出大量的能量，达到30.54kJ/mol。
所以说，ATP是细胞内的高能磷酸化合物。
2.ATP与ADP相互转化
（1）学生阅读课本P88～P89页相关内容，回答问题：
ATP与ADP是怎样相互转化的？
（2）教师讲解：
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的那个高能磷酸键很容易水解脱离开来，形成游离的Pi（磷酸），同时，储存在这个高能磷酸键中的能量释放出来，ATP就转化成ADP（二磷酸腺苷的英文名称的缩写）。
在有关酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同时与一个游离的Pi结合，重新形成ATP（播放多媒体课件：
ATP与ADP相互转化）。
资料显示，正常人每天ATP的转变量几乎接近于体重，但在体内存在的ATP的量是很少的。
ATP和ADP在体内总是处于不断转化的动态平衡之中。
如下所示：
3.ATP的形成途径
（1）学生阅读课本P89相关内容后，分组讨论：
动植物ATP的形成途径有哪些？
（2）教师讲解：
对于绿色植物来说，ADP转化成ATP时所需的能量来自于呼吸作用和光合作用；对于人、高等动物、真菌和大多数细菌来说，ADP转化成ATP时所需的能量除来自于呼吸作用外，人和高等动物还可以来自磷酸肌酸的转移。
4.ATP的利用
（1）教师讲解：
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。
（2）学生看课本图，讨论ATP还有哪些用途，从而对该图进行补充和完善。
［教师精讲］
1.细胞内储存能量的物质有糖类、脂肪、蛋白质等。
细胞内消耗能源物质的顺序是：
糖类脂肪蛋白质。
一般情况下生物体内细胞利用的能源物质是糖类，而且糖类中的能量需要分解释放传递给ATP，转变成活跃的化学能，才能供给各种生命活动利用，从而解决能量的“稳定储存”和“灵活利用”的矛盾。
2.直接供给生命活动能量的能源物质是ATP。
在生物体内能量的转换和传递中，ATP是一种关键物质。
ATP是生物体内能量转换的“中转站”，它有利于能量的运输和协调供给，如线粒体呼吸释放能量合成的ATP，可以转移到细胞膜用于主动运输，也可以进入细胞核推动DNA的复制等等，从而解决“产能”和“用能”在空间上的矛盾。
3.ATP的结构与物理、化学知识有密切联系，ATP中的能量可以转变成机械能（如肌肉收缩、鞭毛摆动）、化学能、电能（如神经冲动的传导）、渗透能（如主动运输的能量）、光能等其他形式的能量。
4.胞内供能物质有ATP和磷酸肌酸，ATP普遍存在，但含量不多，当ATP大量消耗时，则磷酸肌酸释放能量供ADP和Pi合成ATP。
磷酸肌酸的存在对ATP含量的相对稳定起缓冲作用。
［评价反馈］
学生做课本练习题、教师检查评讲。
［课堂小结］
［课后拓展］
1.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的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。
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。
2.萤火虫发光的原理和意义
萤火虫不论雄性的还是雌性的，夏秋的夜晚都会一闪一闪地发光。
雄虫比雌虫的个体小一些，但发出的闪光却亮一些。
萤火虫发出的闪光，主要是求偶的信号，用来吸引异性前来交尾。
萤火虫有许多种，如平家萤火虫、姬萤火虫等。
不同种类的萤火虫会发出各自特定的闪光信号。
雌虫看到飞舞着的同种雄虫发出的闪光信号后，就会以特定的闪光信号回应。
雄虫的每一组闪光信号是由几个节奏组成的，每个节奏都包括闪光的次数、闪光的频率和每次闪光的时间，这些都是雌虫能够识别的。
如果雌虫顺利地回应了闪光信号，则雄虫就会前来交尾，以繁衍后代。
有的科学家准确分析出某种雄性萤火虫的闪光规律后，用手电筒模拟这种闪光信号，竟然发现同种的雌虫会迎光而来。
有趣的是，雌虫看到其他种类雄虫的闪光信号后，有时竟能发出该种雌虫的闪光信号，这种闪光信号具有欺骗性，能使该种雄虫误以为可以前去交尾而被雌虫吃掉。
雌虫的这一特性，可以使自己获得丰富的营养。
这种现象被科学家戏称为“死亡拥抱”。
此外，萤火虫发出的荧光还具有一定的警戒作用和照明作用。
萤火虫的发光器官位于腹部后端的下方，该处具有发光细胞。
发光细胞的周围有许多微细的气管，发光细胞内有荧光素和荧光素酶。
荧光素接受ATP提供的能量后就被激活。
在荧光素酶的催化作用下，激活的荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素并且发出荧光。
顺便说到，荧光是一种冷光，其发光效率可高达98％左右，而热光则发光效率低得多，如太阳的发光效率只有35％左右。
●板书设计
第2节细胞的能量“通货”——ATP
1.ATP分子结构特点
（１）化学组成：
腺嘌呤、核糖、磷酸；
（２）ATP（三磷酸腺苷），结构简式A—P～P～P，是细胞内的高能磷酸化合物。
2.ATP与ADP相互转化
（1）ATP和ADP在体内总是处于不断转化的动态平衡之中。
如下式所示：
ADP＋Pi＋能量ATP
（2）ATP和ADP能相互转化的原因
3.ATP的形成途径
（1）绿色植物：
能量来自于呼吸作用和光合作用；
（2）人、高等动物、真菌和大多数细菌：
能量除来自于呼吸作用外，人和高等动物还可以来自磷酸肌酸的转移。
4.ATP的利用
（1）运输物质；
（2）肌肉收缩；
（3）合成物质；
（4）生物发电；
（5）神经活动。
2019-2020年高中生物细胞的能量通货-ATP教案新人教版必修1
教材分析
第五章主要介绍有关能量如何输入细胞，能量以什么形式存在以及细胞如何利用这些能量。
第一节介绍的是能量代谢所需的生物催化剂－酶，第二节（本节）介绍的是直接能源物质－ATP，第三节和第四节介绍ATP的来源－光合作用和呼吸作用。
本节在本模块中具有承上启下的重要作用：
学生可以进一步理解只有在能量的供应下，细胞膜才能行使主动运输的功能；并且加深理解把叶绿体和线粒体分别比喻为植物细胞的“能量转换站”和所有细胞的“动力车间”的含义；便于加深领会活细胞之所以能够经历生长、增殖等生命历程与能量的供应和利用是分不开的。
教学对象分析
学生通过前阶段生物、化学的学习，对于细胞内糖类、脂肪的功能、有机物中都储存有大量的化学能等知识已经有了初步认识，但对这些能量如何被细胞利用的认识有限，学生学习这部分内容有一定的难度。
教学目标
1.知识与技能
①写出ATP的分子结构简式，简述ATP的化学组成和特点。
②解释ATP在能量代谢中的作用，运用有关材料设计操作程序探究或验证ATP的生理作用。
③解释ATP与ADP的相互转化以及ATP的形成途径。
2.过程与方法
分析比较生物体生命活动中ATP生成和消耗特点，总结其规律。
3.情感、态度与价值观
让学生在分析自己身体内发生的ATP-ADP循环及其重要意义过程中，体验到生物学原理在生产生活实践中的价值，加强学生对身边科学这一理念的理解。
通过分析ATP、ADP的动态平衡，养成辩证唯物主义的自然观，生态观，即总能源来自于光能。
教学重点及其落实措施
教学重点
1.ATP化学组成的特点
2.ATP在能量代谢中的作用。
3.ATP与ADP的相互转化。
落实措施
1.联系前面学习的核苷酸的结构引导学生分析总结ATP的结构，写出其结构简式并分析其各个部分的含义。
2、从ATP的特性入手，讲述其生理功能，带动ATP与ADP的相互转化以及ATP的形成途径。
3、教学时间上，保证重点的落实。
教学难点及其突破方案
教学难点
1.能源物质糖类、脂肪与ATP能源的差别。
2.理解ATP为生命活动直接来源。
3.ATP与ADP相互转化的关系和条件。
突破方案
1.总结梳理归纳和能量有关的物质，辨析各种能源物质。
2.分组设计探究实验和验证实验的方案，在分组展示，相互讨论。
3.利用化学知识，分析ATP和ADP之间转化不可逆的原因。
教学方法
分组学习，问题讨论，实施探究,分析归纳，总结梳理。
课时安排1课时
教学过程
引入
生命活动需要能量，这些能量来自哪里呢？
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。
可以让学生想一想，燃烧一匙葡萄糖，能观察到什么现象？
燃烧葡萄糖可以观察到放出的热和光，说明葡萄糖中蕴含着能量。
但是细胞内的各种化学反应均需要温和的条件，那么细胞中的能量以什么形式释放出来？
又是如何被利用的呢？
结合课本中唐诗的问题，让学生发表问题探讨结果，教师提示后小结：
萤火虫发光的生物学意义主要是相互传递求偶信号，以便交尾、繁衍后代；萤火虫腹部后端细胞内的荧光素，是其特有的发光物质；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。
问题：
细胞中的糖类、脂肪、蛋白质等有机物中都储存着大量稳定的化学能，生命活动需要的能量能直接利用它们吗？
探究实验萤火虫的荧光粉发光实验
实验操作：
A.用小刀将萤火虫的发光器割下，置入甲、乙两只试管中，分别各加入2m水；
现象：
两只试管均有短时间的黄色荧光出现。
B.待黄色荧光消失后，在甲试管中加入2ml葡萄糖溶液，在乙试管中加入2mlATP溶液。
现象：
甲试管不发光，乙试管发光。
问题：
此实验可以得出什么结论？
（学生阅读、观察实验过程和实验现象，思考、讨论回答实验中的问题）
结论：
ATP是各项生命活动的直接能源物质。
教师向学生简述物质的功能是由结构决定的，那么就引出，
一、ATP分子中具有高能磷酸键
引导学生看书找出ATP化学组成及结构特点。
即师生共同总结
ATP分子简式：
A－P~P~P
A:
腺苷（腺嘌呤+核糖）
T:
三
P:
磷酸基团
~:
高能磷酸键:
30.54KJ/mol
-:
普通磷酸键
提问：
18个ATP中含有的腺苷、磷酸基团和高能磷酸键数目依次是。
重点强调：
①ATP的水解实际上就是分子中高能磷酸键的水解。
②ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物。
那么它水解释放出来的能量参与哪些生命活动。
参照书本学生总结：
（事先找些图片和相关资料）
二、ATP的利用
1、主动运输
2、生物发电、发光
3、肌肉收缩
4、合成物质
5、神经冲动的传导
6、细胞分裂时染色体的运动
通过提示物理上的能量守衡定律让学生结合课本内容总结ATP的来源有哪些。
三、ATP的来源
学生参照书总结：
植物：
光合作用、呼吸作用
动物：
呼吸作用、磷酸肌酸的分解（教师补充紧急剧烈的情况下）
综合前面ATP的利用和来源就可以引发ATP与ADP的相互转化
四、ATP与ADP的相互转化
ATP与ADP可以相互转化
酶1
酶2
A—P～P～PA—P～P＋Pi+30.5kJ/mol
（物质可逆，能量和酶不可逆）
教师讲述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内竟有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。
课堂小结
ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物，是细胞生命活动所需能量的直接来源。
正是由于细胞内具有ATP这种能量“通货”，细胞才能及时而持续地满足各项生命活动对能量的需求。
（对于能量“通货”教师可以形象的将葡萄糖类比成“活期存折”，ATP类比成“现金”“通货”）
课堂巩固练习
一、基础题：
1.三磷酸腺苷的分子简式为（）
A.A—P—P—PB.A—P—P~P
C.A—P~P~PD.A~P~P~P
2.绿色植物细胞中，能生成ATP的结构是有（）
A.叶绿体B.线粒体C.高尔基体D.核糖体
3．对人体细胞内关于ATP的描述，正确的是（）
A.ATP主要在线粒体中合成
B.它含有三个高能磷酸键
C.ATP转变为ADP的反应是不可逆的
D.细胞内贮有大量的ATP，以供生命活动需要
4．高等植物体内产生ATP的生理过程有（）
A．细胞呼吸、渗透作用B．细胞呼吸、蒸腾作用
C．光合作用、主动运输D．光合作用、细胞呼吸
5.下列生命现象中不伴有ATP消耗的是（）
A.神经冲动的传导B.含羞草受到刺激小叶合拢
C.葡萄糖在小肠中被吸收D.根尖生长点细胞有丝分裂
二、探究题
验证ATP是直接能源物质的实验设计：
（一）实验目的：
（略）
（二）实验原理：
ATP是新陈代谢所需的直接能源物质。
糖类是细胞的主要的能源物质，脂肪是生物体内储能物质，能量储存在ATP中才能被直接利用。
（三）实验材料：
（略）
（四）实验步骤：
1、用小刀将数只萤火虫的发光器割下，干燥后研成粉末状。
2、取干燥后的粉末四等份分别装入甲、乙、丙、丁四个小玻璃瓶中，各加入等量的水使之混合，可见四瓶中均有淡黄色荧光出现经过10min，荧光消失。
3、这时，往甲、乙、丙、丁四个瓶中分别注入等量的不同溶液，其中甲瓶内加入ATP溶液；乙瓶内加入葡萄糖溶液；丙瓶内加入植物油（脂肪）；丁瓶内加入蒸馏水；使之混合。
这时可看到在甲瓶中有荧光出现，而乙、丙、丁三瓶则没有。
问
（1）干燥后研成粉末状的物质含有。
（2）步骤②中甲、乙、丙、丁四瓶溶液以及步骤③中的四瓶溶液在本实验中互为实验。
其中步骤③中丁瓶加蒸馏水，可排除步骤②中可能作为能源物质的错误认识。
但本实验步骤②中四瓶粉末中各加适量的水，其作用是。
（3）本实验说明萤火虫发光过程中能量的转化形式是：
。
（4）四只玻璃瓶最后的实验现象说明：
。
板书设计
第四章第二节细胞的能量“通货”——ATP
一、ATP分子中具有高能磷酸键
1、ATP的分子结构简式：
A—P~P~P
2、A、T、P、~、—的含义
A:
腺苷
T:
三
Pi:
磷酸基团
~:
高能磷酸键
—:
普通磷酸键
3、ATP的生理功能
二、ATP的利用
1、主动运输
2、生物发电、发光
3、肌肉收缩
4、合成物质
5、神经冲动的传导
6、细胞分裂时染色体的运动
三、ATP的来源
植物：
光合作用、呼吸作用
动物：
呼吸作用、磷酸肌酸的分解
四、ATP与ADP可以相互转化
ATP与ADP可以相互转化
酶1
酶2
A—P～P～PA—P～P＋Pi+30.5kJ/mol
（物质可逆，能量和酶不可逆）
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