生命活动的直接能源——ATP课程导入及其完整教案

【教案】第四章

生命的物质变化和能量转换

酶II和ATP

【教学目标】

1．

知识与技能

（1）理解酶的作用特性及影响酶活性的因素

（2）理解ATP的结构和功能

2．过程与方法

（1）通过探究酶的作用特性及影响酶活性因素的过程，训练逻辑思维能力，分析实验现象能力及设计实验的能力。

（2）通过对现代信息技术的运用，进行材料的收集、整理，独立的对生活中的实际现象进行分析。

3．态度情感价值观

（1）通过讨论酶在生产、生活中的应用，使学生认识到生物科学技术与社会生产、生活的关系；体会科学、技术、社会之间相互促进的关系，进而体会研究生命科学价值的教育。

（2）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实践中的价值

【重点与难点】

1．

重点：

（1）影响酶活性的因素

（2）ATP的结构和功能

（3）ATP与ADP的相互转换对生命活动的重要意义

2．难点

影响酶活性的因素

ATP与ADP的相互转换对生命活动的重要意义

【所用教学资源与手段】

多媒体课件

【教学过程】

知识内容

酶作用的特性

（1）高效性

（2）专一性

教师教学设计

通过上节课的实验，对酶作用的特性进行了探究。

[板书：5、酶作用的特性] [PPT展示经过选择的实验1的小组实验报告] 教师先对实验报告的规范形成进行点评：重点在于数据的采集、记录以及结论的形成和分析方法。

提问：1、2号试管和3号试管产生的气泡数量不相同，验证了酶作用的什么特性？

[板书：（1）高效性] 2、4号试管和5号试管的结果学生活动

讲解实验报告

思考并回答

设计意图

本节课的前半部分将通过对上一节课所做实验的分析来研究酶作用的特性及其影响因素。用学生的实验结果来讲解更具有说服力。

实验分析能力的培养

规范实验报告的形成有利于学生科学探究习惯的养成。

复习酶的概念，强调了

酶的应用

ATP ATP的结构

ATP的功能

验证了什么问题？

除了催化效率高以外，酶的另一作用特性是专一性。

[板书：（2）专一性] [PPT展示经过选择的实验2的小组实验报告] 提问：1、通过这样一个实验结果，你是否了解到了温度的变化或PH的变化将怎样影响酶的活性？

2、请设计一个实验用以研究温度或PH变化对酶活性的影响。

[PPT演示温度变化对酶活性影响的曲线图、PH变化对酶活性影响的曲线图] 3、能用酶的有关知识解释动物的冬眠现象吗？

4、能用酶的有关知识解释人发烧时产生的症状吗？

由于酶的催化效率高，反应条件温和，且专一性强，不发生副反应；一些酶又便于从细胞或组织中提取，酶制剂在医、工业方面的应用越来越广泛。

提问：同学们知道在日常生活中有哪些酶的应用吗？

教师介绍酶制剂应用的实际例子。（参考教学资料）

绿色植物的光合作用过程把光能以化学能的形式储存在糖类、脂肪等有机物中；动植物又通过呼吸作用分解体内的有机物而获取生命活动所需的能量。光能只有转化成一种活跃的化学能，才能被绿色植物利用；同样，动、植物通过呼吸作用分解有机物释放出的能量，除了一部分以热能的形式散失或维持体温外，其余的都要转化成一种活跃的化学能，才能用于各项生命活动。那么这种活跃的、随时可以利用的化学能是什么呢?这种直接能源物质在生命活动中，不可缺少，它直接为细胞分裂、肌肉收缩、心脏跳动等生命活动提供能量，它就是ATP[板书：四、ATP] [PPT演示并讲解ATP的结构示意图并

讲解实验报告

思考并回答

以小组为单位设计实验并讲解

思考讨论并回答

思考并回答

思考并回答

由活细胞形成的知识点。

实验设计能力的培养

与生活实际相联系，培养学生解决实际问题的能力。

认识到生物科学技术与社会生产、生活的关系；体会科学、技术、社会之间相互促进的关系，进而体会研究生命科学价值的教育。

ATP内容的引入可以在教师的引导下，由学生从已有的光合作用和呼吸作用的知识自己得出应该在生物体内存在着这样一类物质

基于学生化学知识的缺乏ATP的结构讲解重点在于和功能的结合上

理解ATP和ADP相互转换的生物学意义

讲解] 详细讲解ATP的英文名称中的三个字母含义、中文名称、ATP是高能化合物。高能磷酸键水解过程中，释放的能量是一般的共价键的2倍以上，如ATP末端磷酸水解生成ADP和磷酸时，释放出的能量约30.5kJ/mol上，而6-磷酸葡萄糖水解成葡萄糖和磷酸时，释放的能量只有13.8kJ/mol。这种键称为高能键，常以“~”符号表示。

氰化物可以在非常短的时间内使人死亡，其毒理就是阻挡ATP的形成。当人体ATP合成受阻后，机体没有ATP，神经细胞和其他细胞中的细胞活动就不能继续，人在3-6分钟内就会失去知觉。所以其重要作用是显而易见的。

细胞内ATP的含量是相对稳定的同时ATP在细胞内的含量是极少的。那么如此重要的物质怎样才能担负起源源不断为机体提供能量的功能呢？

细胞内的糖类、脂类等能源物质不能被细胞直接利用，ATP的水解后释放的能量才是细胞内各种生命活动的直接能量来源；呼吸作用分解有机物释放能量不能为生物体直接利用，只有这些能量转移给ATP，且ATP水解后释放的能量才可被细胞利用。

根据课堂时间，设定讨论（参考资料Ⅰ讨论题）

问题：ATP在生物体中的绝对含量是极小的，但生物体中的每一个细胞每时每刻都在消耗着ATP，但在正常情况下，生物体内的ATP量可满足机体的要求，奥妙何在呢？[PPT演示并讲解ATP与ADP的相互转换] 问题：ATP与ADP的相互转换有何意义呢？

ATP与ADP之间高效、迅速的转化是处于动态平衡之中的。

问题： ATP与ADP的转化是否是可逆的？

思考讨论

思考讨论并回答

思考讨论并回答

使学生理解ATP的结构特点及其生理作用。

通过讨论或者是教师的讲解，使学生能够真正理解ATP是生物体的直接能源的原因

让学生在分析ATP-ADP转换及其重要意义过程中，体验到生物学原理在生产实践中的价值

通过学生的思考讨论使学生理解产生ATP的能

教师解答问题的同时，讲解能量的储存、转移和利用的过程。

量来源以及ATP水解释放的能量的利用

至于产生ATP的能量是通过光合作用和呼吸作用产生的不必详细讲解，因为学生对这两种具体生理过程还没有深入学习过，教师点到即可。

【拓展与思考】

1、

请同学们以小组为单位，搜索关于酶的资料，分析酶制剂在工农业及医药中的应用前景。

2、

请同学们以小组为单位，将三节课的上课内容以及拓展思考的问题进行整理，制作一份有关于酶的知识介绍的网页。

【板书设计】

5、酶作用的特性

（1）高效性

（2）专一性

四、ATP 【教学资料】

Ⅰ讨论题：

1、众多能源物质中，ATP这种绝对含量极少的物质为什么成为直接能源？

葡萄糖、糖元、淀粉、脂肪、氨基酸、脂肪酸、磷酸肌酸等，这些都可作为生物体的能源物质，但生物体不能利用这些能源物质中的能量，这些物质中储存的能量必须要转移给ATP中。生物体直接从ATP中获得生命活动所需的各种形式的能量，如ATP可转化为机械能、电能、渗透能、化学能、光能和热量等。

2、为什么ATP是细胞内能量释放、储存、转移和利用的中心物质，成为生物的直接能源？

我们来看看葡萄糖和ATP分子中储存能量的差异就明白了。ATP末端磷酸基团水解时，释放出的能量是30.5kJ/mol，一般把水解时释放20.92 kJ/mol以上能量的化合物叫高能化合物，可见ATP是高能化合物，而且其能量与某些高能化合物（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额外供能的情况下转移给ATP。而葡萄糖分子彻底氧化为二氧化碳和水后，释放出2870kJ/mol的能量。结果，存在于葡萄糖分子中的能量就像存在银行里的钱，而储存在ATP分子中的能量则像“零钱”，它更容易在细胞中被使用，因此还有的说ATP是能量的“通用货币”就是这个道理。

Ⅱ酶的应用：

一、酶在医疗上的作用

随着对酶研究的发展，酶在医学上的重要性越来越引起了人们的注意，应用越来越广泛。下面分三个方面介绍。

1．酶与某些疾病的关系

酶缺乏所致之疾病多为先天性或遗传性，如白化症是因酪氨酸羟化酶缺乏，蚕豆病或对伯氨喹啉敏感患者是因6－磷酸葡萄糖脱氢酶缺乏．许多中毒性疾病几乎都是由于某些酶被抑制所引起的．如常用的有机磷农药（如敌百虫、敌敌畏、1059以及乐果等）中毒时，就是因它们与胆碱酯酶活性中心必需基团丝氨酸上的一个－OH结合而使酶失去活性．胆碱酯

酶能催化乙酰胆碱水解成胆碱和乙酸，当胆碱酯酶被抑制失活后，乙酰胆碱水解作用受抑，造成乙酰胆碱推积，出现一系列中毒症状，如肌肉震颤、瞳孔缩小、多汗、心跳减慢等．某些金属离子引起人体中毒，则是因金属离子（如Hg2+）可与某些酶活性中心的必需基团（如半胱氨酸的－SH）结合而使酶失去活性．

2．酶在疾病诊断上的应用

正常人体内酶活性较稳定，当人体某些器官和组织受损或发生疾病后，某些酶被释放入血、尿或体液内．如急性胰腺炎时，血清和尿中淀粉酶活性显著升高；肝炎和其它原因肝脏受损，肝细胞坏死或通透性增强，大量转氨酶释放入血，使血清转氨酶升高；心肌梗塞时，血清乳酸脱氢酶和磷酸肌酸激酶明显升高；当有机磷农药中毒时，胆碱酯酶活性受抑制，血清胆碱酯酶活性下降；某些肝胆疾病，特别是胆道梗阻时，血清r－谷氨酰移换酶增高等等．因此，借助血、尿或体液内酶的活性测定，可以了解或判定某些疾病的发生和发展．

3．酶在临床治疗上的应用

近年来，酶疗法已逐渐被人们所认识，广泛受到重视，各种酶制剂在临床上的应用越来越普遍．如胰蛋白酶、糜蛋白酶等，能催化蛋白质分解，此原理已用于外科扩创，化脓伤口净化及胸、腹腔浆膜粘连的治疗等．在血栓性静脉炎、心肌梗塞、肺梗塞以及弥漫性血管内凝血等病的治疗中，可应用纤溶酶、链激酶、尿激酶等，以溶解血块，防止血栓的形成等．

一些辅酶，如辅酶A、辅酶Q等，可用于脑、心、肝、肾等重要脏器的辅助治疗．另外，还利用酶的竞争性抑制的原理，合成一些化学药物，进行抑菌、杀菌和抗肿瘤等的治疗．如磺胺类药和许多抗菌素能抑制某些细菌生长所必需的酶类，故有抑菌和杀菌作用；许多抗肿瘤药物能抑制细胞内与核酸或蛋白质合成有关的酶类，从而抑制瘤细胞的分化和增殖，以对抗肿瘤的生长；硫氧嘧啶可抑制碘化酶，从而影响甲状腺素的合成，故可用于治疗甲状腺机能亢进等．

三．酶在生产、生活中的应用

如酿酒工业中使用的酵母菌，就是通过有关的微生物产生的，酶的作用将淀粉等通过水解、氧化等过程，最后转化为酒精；酱油、食醋的生产也是在酶的作用下完成的；用淀粉酶和纤维素酶处理过的饲料，营养价值提高；洗衣粉中加入酶，可以使洗衣粉效率提高，使原来不易除去的汗渍等很容易除去等等……

由于酶的应用广泛，酶的提取和合成就成了重要的研究课题．目前酶可以从生物体内提取，如从菠萝皮中可提取菠萝蛋白酶．但由于酶在生物体内的含量很低，因此，它不能适应生产上的需要．工业上大量的酶是采用微生物的发酵来制取的．一般需要在适宜的条件下，选育出所需的菌种，让其进行繁殖，获得大量的酶制剂。另外，人们正在研究酶的人工合成．总之随着科学水平的提高，酶的应用将具有非常广阔的前景．