生物教案：新陳代謝與ATP

　　教學(xué)目標

　　知識方面

　　1、理解ATP的分子簡(jiǎn)式及其結構特點(diǎn)

　　2、理解ATP和ADP之間的相互轉化及其對細胞中能量代謝中的意義

　　3、理解ATP的形成途徑

　　4、掌握ATP是新陳代謝的直接能源，并理解ATP作為"能量通用貨幣"的含義

　　能力方面

　　學(xué)生通過(guò)分析ATP與ADP的相互轉化及其對細胞內供能的意義，初步訓練學(xué)生分析實(shí)際問(wèn)題的能力。

　　情感、態(tài)度、價(jià)值觀(guān)方面

　　讓學(xué)生在分析自己身體內發(fā)生的ATP-ADP循環(huán)及其重要意義過(guò)程中，體驗到生物學(xué)原理在生產(chǎn)實(shí)踐中的價(jià)值，加強學(xué)生對身邊的科學(xué)（RLS）這一理念的理解。

　　教學(xué)建議

　　教材分析

　　1、對于A(yíng)TP的分子結構，教材首先介紹了ATP是腺嘌呤核苷的衍生物，分子簡(jiǎn)式為A-P~P~P，其中A代表腺苷，T代表三個(gè)，P代表磷酸基，~代表高能磷酸鍵，然后從比較高能磷酸化合物釋放能量的標準數值和ATP釋放能量的數值入手，使學(xué)生很信服地認識到ATP的確是一種高能磷酸化合物。

　　2、對于A(yíng)TP與ADP的相互轉化，教材中首先介紹了ATP水解和重新合成的過(guò)程：ATP與ADP的轉化中，ATP的第二個(gè)和第三個(gè)磷酸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。第二個(gè)高能磷酸鍵的末端，能很快地水解斷裂，于是ATP轉換為ADP，能量隨之釋放出來(lái)以用于各項生命活動(dòng)；同樣，在提供能量的條件下，也容易加上第三個(gè)磷酸，使ADP又轉化為ATP。在A(yíng)TP與ADP的轉化過(guò)程中都需要酶的參與，活細胞內這個(gè)過(guò)程是永無(wú)休止地循環(huán)進(jìn)行的。

　　同時(shí)還介紹了ATP與ADP的這種相互轉化是十分迅速的，ATP在細胞中的含量是很少的，如肌細胞中的ATP只能維持肌肉收縮2鈔鐘左右。從而易于引發(fā)學(xué)生討論ADP-ADP循環(huán)的意義，同時(shí)可使學(xué)生加強ATP是生物體維持各項生命活動(dòng)所需能量的直接來(lái)源的觀(guān)點(diǎn)。

　　3、對于A(yíng)TP的形成途徑，教材是在介紹了ADP-ATP循環(huán)的基礎上，從動(dòng)物（包括人體）和綠色植物兩方面進(jìn)行了闡述。對動(dòng)物而言，產(chǎn)生ATP途徑是是氧化磷酸化，即呼吸作用；對植物而言，產(chǎn)生ATP的過(guò)程包括氧化磷酸化（呼吸作用）和光合磷酸化（光合作用）。

　　4、對于A(yíng)TP的生理功能，教材先分析了生物體內糖類(lèi)、脂肪等物質(zhì)具有儲存能量的特點(diǎn)，指出新陳代謝不僅需要酶，還需要能量，糖類(lèi)是細胞的主要能源之一，脂肪是生物體內重要的儲能物質(zhì)，但這些有機物中的能量都不能直接被生物利用，它們的能量只有在細胞中隨著(zhù)有機物的逐步分解而釋放出來(lái)，且儲存到ATP中才能被生物體利用，從而使學(xué)生易于理解為什么ATP是新陳代謝所需能量的直接來(lái)源。在本節的最后，教材還用ATP是流通著(zhù)的"能量貨幣"這一形象的比喻，以加深學(xué)生對ATP的生理功能以及ADP-ATP相互轉化的認識，即伴隨著(zhù)ATP的水解與合成的過(guò)程，發(fā)生著(zhù)能量的釋放與儲存，從而推動(dòng)新陳代謝順利進(jìn)行。

　　教法建議

　　本節教學(xué)內容中，ATP的分子簡(jiǎn)式、ATP的生理功能是重點(diǎn)，ATP與ADP的相互轉變在新陳代謝中的作用，既是教學(xué)重點(diǎn)也是難點(diǎn)。

　　1．引入本節課時(shí)，首先要讓學(xué)生明確以下事實(shí)，即生物體的生存不僅僅要依靠物質(zhì)上的支持，同時(shí)還必須有能量的維持，在生物體內發(fā)生物質(zhì)變化的同時(shí)，必定伴隨著(zhù)能量的獲取、儲存、釋放、利用和散失。這樣，引入ATP這一生物體直接能源就順理成章了。

　　2．引出ATP這一高能化合物時(shí)，還是先從學(xué)生較為熟悉的能量形式入手比較容易被學(xué)生接受。比如，可先從宏觀(guān)上引導學(xué)生分析綠色植物的光合作用過(guò)程把光能以化學(xué)能的形式儲存在糖類(lèi)、脂肪等有機物中；動(dòng)植物又通過(guò)呼吸作用分解體內的有機物而獲取生命活動(dòng)所需的能量。在此基礎上，引導學(xué)生進(jìn)一步分析出：光能只有轉化成一種活躍的化學(xué)能，才能被綠色植物利用；同樣，動(dòng)、植物通過(guò)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(xué)能，才能用于各項生命活動(dòng)。那么這種活躍的、隨時(shí)可以利用的化學(xué)能是什么呢?這樣自然而然地就引出ATP這一生物體的直接能源物質(zhì)。

　　3．ATP的分子結構不宜講授得過(guò)于深入。學(xué)生只要了解ATP中具有不穩定的高能磷酸鍵，ATP水解時(shí)釋放其能量，形成ATP時(shí)需要能量就可以了，應把學(xué)生討論的重點(diǎn)放在A(yíng)TP釋放出的能量用于哪些生理過(guò)程，及形成ATP的高能磷酸鍵時(shí)，能量來(lái)自哪些生理過(guò)程，以便使學(xué)生易于理解ATP和ADP的相互轉變在細胞中能量的'儲存、轉移和利用中的作用。

　　4．ATP與ADP的相互轉化及這種轉化在能量的儲存、轉移和利用中的作用，是本節學(xué)習的難點(diǎn)。為使學(xué)生的討論順利進(jìn)行，教師應適時(shí)給學(xué)生以下提示：其一，細胞內ATP的含量是相對穩定的；其二，ATP在細胞內的含量是極少的，其三，細胞內的糖類(lèi)、脂類(lèi)等能源物質(zhì)不能被細胞直接利用，ATP的水解后釋放的能量才是細胞內各種生命活動(dòng)的直接能量來(lái)源；其四，呼吸作用分解有機物釋放能量不能為生物體直接利用，只有這些能量轉移給ATP，且ATP水解后釋放的能量才可被細胞利用。最終應使學(xué)生認識到ATP與ADP之間高效、迅速的轉化是處于動(dòng)態(tài)平衡之中的，ATP是生物體的直接能源，是細胞能量代謝的"通用貨幣"。

　　5．ATP的形成途徑也不宜太深入，因為光合作用、呼吸作用的具體過(guò)程還沒(méi)學(xué)到。注意引導學(xué)生分析出綠色植物通過(guò)光合作用，將光能轉化成ATP中的化學(xué)能，并將ATP中的化學(xué)能最終儲存在糖類(lèi)等有機物中，即光合作用過(guò)程中固定的光能是綠色植物、動(dòng)物和人形成的ATP的能量源泉。

　　教學(xué)設計示例

　　【課題】 第二節 新陳代謝與ATP

　　【教學(xué)重點(diǎn)】ATP的分子簡(jiǎn)式及其結構特點(diǎn)、ATP和ADP之間的相互轉化及其對細胞內能量代謝中的意義、ATP的形成途徑、ATP是新陳代謝的直接能源，能理解ATP作為“能量通用貨幣”的含義

　　【教學(xué)難點(diǎn)】ATP和ADP之間的相互轉化及其對細胞內能量代謝中的意義、理解ATP作為“能量通用貨幣”的含義

　　【課時(shí)安排】1課時(shí)

　　【教學(xué)手段】板圖、掛圖、多媒體課件

　　【教學(xué)過(guò)程】

　　1、引言

　　設計1：通過(guò)學(xué)生列舉生活實(shí)例引入ATP這一高能化合物。

　　新陳代謝的物質(zhì)變化過(guò)程中，必定伴隨著(zhù)能量的轉化。為了使學(xué)生對能量的轉化有一個(gè)感性的認識，教師應鼓勵學(xué)生從自己的生活中找一些能量轉化的實(shí)例，比如可以提問(wèn)：

　�。�1）“你能舉出幾個(gè)生物體內發(fā)生的諸如能量轉化、或能量的吸收儲存、或能量的釋放利用的例子來(lái)嗎？”

　�。�2）“綠色植物能把光能直接用于有機物的合成嗎?”或“生物體通過(guò)呼吸作用把有機物中的能量釋放出來(lái)，這些能量能直接被細胞利用嗎？”

　　不能，光能必須要轉化為一種活躍的化學(xué)能才能用于有機物的合成；有機物中的能量通過(guò)呼吸作用釋放出來(lái)后，也必須轉化為一種活躍的化學(xué)能才能用于生物體的各項生命活動(dòng)，攜帶這種活躍的化合能的物質(zhì)就是一種高能化合物，即ATP，這樣很自然地引入了ATP這個(gè)概念。

　　設計2：從細胞中能量利用存在的矛盾入手，設計相關(guān)的問(wèn)題串引入ATP這一高能化合物。

　�。�1）“細胞中主要是由什么細胞器來(lái)產(chǎn)生能量的？”

　　線(xiàn)粒體的呼吸作用氧化分解有機物釋放能量

　�。�2）“細胞中有哪些生理過(guò)程在不斷地消耗著(zhù)能量？”

　　細胞分裂、細胞核中DNA的復制、核糖體合成蛋白質(zhì)、細胞膜主動(dòng)運輸、高爾基體合成分泌等需要能量

　�。�3）“細胞內產(chǎn)能與用能很明顯地存在著(zhù)空間上的隔離，細胞是怎樣解決這一矛盾的呢?”

　�。�4）“細胞內存在有糖類(lèi)、脂肪等有機物，這些有機物含有大量且穩定的能量，但某項生命活動(dòng)可能不用大量的能量就足以進(jìn)行，而且糖類(lèi)、脂肪中儲存的能量又過(guò)于穩定，不易被生物體利用，細胞又是怎樣解決這一矛盾的呢？”

　　這樣就可自然地引入ATP這種儲能少、不穩定、可為所有生理活動(dòng)供能的高能化合物。

　　2、ATP的分子簡(jiǎn)式及其結構特點(diǎn)

　　在引導學(xué)生討論ATP的分子結構簡(jiǎn)式及其特點(diǎn)時(shí)，可從ATP的英文名稱(chēng)中的三個(gè)字母含義、中文名稱(chēng)、ATP是高能化合物等方面入手，使學(xué)生易于理解ATP的結構特點(diǎn)及其生理作用。

　　需要向學(xué)生解釋清楚高能化合物的概念，即高能磷酸鍵水解過(guò)程中，釋放的能量是一般的共價(jià)鍵的2倍以上，如ATP末端磷酸水解生成ADP和磷酸時(shí)，釋放出的能量約30.5kJ/mol上，而6-磷酸葡萄糖水解成葡萄糖和磷酸時(shí)，釋放的能量只有13.8kJ/mol。這種鍵稱(chēng)為高能鍵，常以“~”符號表示。含有高能鍵的化合物統稱(chēng)為高能化合物。

　　然后讓學(xué)生自己分析ATP的結構簡(jiǎn)式的含義，如ATP中兩個(gè)磷酸基團之間（P和P之間用“~“表示）的化學(xué)鍵是高能磷酸鍵。

　　細胞內釋放能量的反應，如呼吸作用常會(huì )伴隨ADP轉變成ATP；而耗能的反應，如蛋白質(zhì)的合成等，需要用ATP水解成ADP再將能量釋放出來(lái)，以推動(dòng)需能代謝反應的進(jìn)行。

　　ATP和ADP在體內總是處于不停地轉化中，且處于動(dòng)態(tài)平衡之中。

　　3、ATP和ADP之間的相互轉變及其意義

　　在引導學(xué)生討論ATP和ADP之間的相互轉變時(shí)，需強調細胞內ATP的含量是相對穩定的；ATP在細胞內的含量是極少的，細胞內的糖類(lèi)、脂類(lèi)等能源物質(zhì)不能被細胞直接利用，ATP的水解后釋放的能量才是細胞內各種生命活動(dòng)的直接能量來(lái)源，呼吸作用分解有機物釋放能量不能為生物體直接利用，只有這些能量轉移給ATP，且ATP水解后釋放的能量才可被細胞利用。最終應使學(xué)生認識到ATP與ADP之間高效、迅速的轉化是處于動(dòng)態(tài)平衡之中的，ATP是生物體的直接能源，是細胞能量代謝的“通用貨幣”。

　　4、在討論了ATP和ADP之間相互轉變及其意義后，在小結ATP在細胞內能量的轉換、運輸、利用中的關(guān)鍵作用時(shí)，可結合本節所講的內容，提一些與ATP有關(guān)的綜合性問(wèn)題供學(xué)生討論，讓學(xué)生在討論中加深對ATP這一生物體直接能源物質(zhì)的理解。比如，可以討論下面幾個(gè)問(wèn)題：

　�。�1）眾多能源物質(zhì)中，ATP這種絕對含量極少的物質(zhì)為什么成為直接能源？

　　葡萄糖、糖元、淀粉、脂肪、氨基酸、脂肪酸、磷酸肌酸等，這些都可作為生物體的能源物質(zhì)，但生物體不能利用這些能源物質(zhì)中的能量，這些物質(zhì)中儲存的能量必須要轉移給ATP中。生物體直接從ATP中獲得生命活動(dòng)所需的各種形式的能量，如ATP可轉化為機械能、電能、滲透能、化學(xué)能、光能和熱量等。

　�。�2）為什么ATP是細胞內能量釋放、儲存、轉移和利用的中心物質(zhì)，成為生物的直接能源呢？

　　我們來(lái)看看葡萄糖和ATP分子中儲存能量的差異就明白了。ATP末端磷酸基團水解時(shí)，釋放出的能量是30.5kJ/mol，一般把水解時(shí)釋放20.92 kJ/mol以上能量的化合物叫高能化合物，可見(jiàn)ATP是高能化合物，而且其能量與某些高能化合物（如磷酸肌酸）相比，要低一些，因此磷酸肌酸中的能量可在不需額外供能的情況下轉移給ATP。而葡萄糖分子徹底氧化為二氧化碳和水后，釋放出2870kJ/mol的能量。結果，存在于葡萄糖分子中的能量就像存在銀行里的錢(qián)，而儲存在A(yíng)TP分子中的能量則像“零錢(qián)”，它更容易在細胞中被使用，因此還有的說(shuō)ATP是能量的“通用貨幣”就是這個(gè)道理。

　�。�3）ATP對生命的維持是極其重要的，試想：當產(chǎn)生ATP的過(guò)程停止時(shí)，會(huì )發(fā)生什么？

　　舉一個(gè)例子，學(xué)生可能知道氰化物可以在非常短的時(shí)間內使人死亡，其毒理就是阻擋ATP的形成。當人體ATP合成受阻后，機體沒(méi)有ATP，神經(jīng)細胞和其他細胞中的細胞活動(dòng)就不能繼續，人在3-6分鐘內就會(huì )失去知覺(jué)。

　�。�4）還有一個(gè)問(wèn)題值得一提，就是ATP在生物體中的絕對含量是極小的，但生物體中的每一個(gè)細胞每時(shí)每刻都在消耗著(zhù)ATP，但在正常情況下，生物體內的ATP量可滿(mǎn)足機體的要求，奧妙何在呢？

　　生物體可把其它能源物質(zhì)的能量高速地轉移給ATP，以補充ATP的消耗，即ATP—ADP循環(huán)速度是很快的。

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