資源簡介

第2節 細胞的能量“貨幣”ATP教學設計
教學目標
1.通過對ATP化學組成和結構特點的學習，認同ATP的結構與其功能相適應。 2.通過對ATP和ADP相互轉化進行模型構建，能解釋ATP是細胞中的能量“貨幣”的原因，及相互轉化的意義。 3.通過對生活實例的討論分析，能說出細胞中哪些生命活動需要ATP提供能量。
教學內容
教學重點： 1.ATP化學組成的特點及其在能量代謝中的作用。
教學難點： 1.ATP與ADP相互轉化過程中的能量來源和去路，解釋 ATP是細胞生命活動的直接能源物質。
教學過程
學習 任務教師活動學生活動設計意圖創設情境 導入新課朗誦唐代詩人杜牧《秋夕》體會詩中流螢的情境。 針對螢火蟲的發光機理讓學生質疑。 引入本節課的課題小組討論： ⒈螢火蟲發光的生物學意義是什么？ ⒉螢火蟲體內有特殊的發光物質嗎？ ⒊螢火蟲發光的過程有能量的轉換嗎？激發學生的好奇心和學習興趣。 激勵學生質疑，提高學習的主動性。理解“ATP是生命活動的直接能源物質”螢火蟲發光需要細胞提供能量，這些能量是什么？ 【知識回顧】生命活動主要的能源物質是什么？ 細胞內良好的儲能物質是什么？動物細胞內糖類的儲能形式是什么？在細胞中，除了糖類，脂肪，還有沒有其他和能量供應有關的物質呢？ 【探究活動一】：實驗設計（3分鐘） 探究：促使螢火蟲發光的直接能源物質是什么？ 實驗材料和用具：螢火蟲數十只（用適量熒光素和熒光素酶替代模擬），蒸餾水，葡萄糖，脂肪、蛋白質、ATP及必要實驗器材。 注意：對照性原則、單一變量原則、等量性原則 【過渡】 ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質，應具有怎樣的結構呢？學生分組思考討論后進行實驗設計。 方案： 取五支試管編號1、2、3、4、5號。 2.在五支試管中各加入2ml的熒光素和熒光素酶溶液。 3.分別在五支試管中加入2ml的蒸餾水，葡萄糖溶液，植物油、蛋白質溶液和ATP溶液。 4.置于黑暗環境中，觀察試管中是否發出熒光。 預測實驗結果：1、2、3、4四支試管中均無熒光出現，5號試管中有熒光出現。 結論：ATP是螢火蟲發光的直接能源物質，葡萄糖和脂肪等都不是。通過實驗設計培養學生的科學思維和科學探究核心素養。 理解ATP化學組成的特點【探究活動二】：構建ATP的結構模型。 閱讀教材P86～87，解決以下問題： 1.ATP的元素組成 2.ATP的全稱是什么 3.請用方片表示腺嘌呤，用五邊形表示核糖，用圓片表示磷酸，構建ATP分子的結構模型。 4.ATP結構簡式中 A代表？P代表？～代表？ 5.為什么說ATP是一種高能磷酸化合物 強調“~”，聯系物理知識解釋該特殊的化學鍵:ATP中相鄰的兩個磷酸基團都帶負電荷，同種電荷會相互排斥，因此這種化學鍵不穩定。尤其是遠離腺苷的那個末端的磷酸基團，有一種離開ATP而與其他分子相結合的趨勢，也就是具有較高的轉移勢能。 ATP就如同一個被壓縮了的彈簧，分子內部具有較高的轉移勢能。當壓縮的彈簧松開，就如同特殊化學鍵斷裂，此時能量被釋放。 【過渡】 ATP水解釋放能量后轉化為什么物質了？觀察ATP的化學結構圖，利用圖片材料，構建ATP的物理結構模型。 回答問題并整理知識： 1.ATP僅含C、H、O、N、P五種元素 2. 3.ATP中，A代表腺苷、T代表三、P代表磷酸基團。 學生理解AMP、ADP、ATP之間的關系。 AMP：腺苷一磷酸。 ADP：腺苷二磷酸 ATP：腺苷三磷酸 ATP去掉兩個磷酸基團后形成的結構就是腺嘌呤核糖核苷酸，是構成RNA的基本單位之一。 4.學生思考并分析ATP是一種高能磷酸化合物的原因。 學生通過資料分析、閱讀藥物說明及構建ATP物理模型，加深對ATP分子結構的理解。通過類比彈簧，使學生認同ATP是一種高能磷酸化合物。初步形成物質的功能與結構相適應的觀念。認識“ATP和ADP可以相互轉化”【資料分析】一個成人一天在靜止狀態下所消耗的ATP為40kg，在緊張活動的情況下，ATP的消耗可達0.5kg/min；在人體安靜狀態時，肌肉內ATP含量只能供肌肉收縮1~2s所需的能量；在正常人體中ATP和ADP的總量很少，且基本保持一定，大約為2mg～10mg。 【思考】： （1）生物體內ATP含量有什么特點？ （2）ATP會不會出現供不應求的情況？為什么？
【探究活動三】：構建ATP與ADP相互轉化的模型 以小組為單位，進行活動 閱讀P87-P89,解決以下問題： 1.嘗試寫出ATP合成和水解的反應式 2.形成ATP的能量來源有哪些？ 3.ATP中的能量可用于哪些生命活動？ 4.ATP與ADP相互轉化的過程是否可逆？ 【過渡】 ATP中釋放的能量到哪里去了？是怎樣為生命活動供能的？
1.通過資料分析可知：細胞中ATP的含量低而消耗量大。ATP需要源源不斷的快速產生。 2.學生分組進行ATP與ADP相互轉化的模型構建，寫出ATP合成及ATP水解的化學方程式。 3.學生理解合成ATP需要的原料，及能量來源。對綠色植物來說，既可來自光能又可來自呼吸作用釋放的能量；對動物、人、真菌、細菌來說，均來自呼吸作用釋放的能量。
4.學生從能量的來源和去向、反應條件和反應場所等方面分析，可知ATP與ADP的相互轉化物質可逆，能量不可逆，是兩個截然不同的生理過程。
學生認同ATP與ADP可以快速相互轉化，ATP不會在體內大量儲存而導致浪費。 培養學生的推理分析能力，明白ATP與ADP之間相互轉化的供能機制對于生物進化及構成細胞內穩定的供能環境具有十分重要的意義。ATP的利用【探究活動四】：ATP的利用 觀察課本P88圖5-6，思考： 1.觀察下圖思考討論: 所有生命活動都由ATP直接供能嗎 細胞中絕大多數需要能量的生命活動都是由ATP直接提供的，如大腦思考、電鰩發電和物質的主動運輸都需要消耗ATP。 2.觀看ATP直接供能的過程視頻，思考ATP是如何為生命活動供能的呢？ 請同學們描述Ca2＋主動運輸載體蛋白是如何利用ATP的 參與主動運輸轉運Ca2+的載體蛋白有兩種作用,一是運輸作用,結合Ca2+進行跨膜運輸;二是催化作用,能催化ATP水解。 3.ATP的供能機制 ATP水解釋放的磷酸基團使蛋白質等分子磷酸化,這些分子被磷酸化后,空間結構發生變化,活性也被改變,因而可以參與各種化學反應。 4.為什么稱ATP為能量“貨幣”？ 吸能反應總是與ATP的水解相聯系，由ATP水解提供能量；放能反應總是與ATP的合成相聯系，釋放的能量貯存在ATP中。 能量通過ATP分子在吸能反應和放能反應之間流通。糖類、脂肪等有機物中的穩定的化學能要想被利用，必須首先氧化分解轉變成ATP中活躍的化學能。正是由于細胞內具有ATP這種能量貨幣，才能及時而持續的滿足細胞對各項生命活動的需求。學生閱讀教材，觀看視頻，思考討論。能描述Ca2+的載體蛋白有兩種作用及ATP的供能機制。聯系生活實際，列舉ATP的利用。ATP是絕大多數細胞的直接能源物質。 閱讀教材，了解吸能反應、放能反應與ATP的聯系。會解釋ATP是細胞的能量“貨幣”的原因：1.細胞許多吸能反應與ATP水解反應相聯系，由ATP水解供能；許多放能反應與ATP合成相聯系，釋放的能量儲存在ATP中。2.能量通過ATP在放能反應和吸能反應之間流通。 認識生命的復雜性，形成結構決定功能的生命觀念。
研究性學習【與社會的聯系】 1.通過基因工程技術，將熒光素酶基因導入植物體內，再用熒光素溶液澆灌植物，使轉基因植物在黑暗中發光。你覺得熒光樹的培育有何價值？未來的夜晚，熒光樹會否成為街燈的替代品？ 2.ATP熒光檢測儀，利用“熒光素酶—熒光素體系”快速檢測三磷酸腺苷（ATP）。提示：幾乎所有生物活細胞中含有的ATP的量都很少可看作一個定值。你認為ATP熒光檢測儀有何用途？ 由于所有生物活細胞中含有恒量的ATP，所以ATP含量可以清晰地表明樣品中(食品、藥品、水體等)微生物的殘留量，用于判斷衛生狀況。 學生討論熒光樹的培育價值及應用范圍。 了解ATP熒光檢測儀的用途，可用于判斷衛生狀況。 學生課后完成課題研究“ATP是不是興奮劑 ” 引導學生運用所學知識解決能源短缺的問題，培養學生的社會責任。 嘗試培養學生探究的意識，并利用所學知識，對各種生物學現象進行理性的解釋。

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