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視頻標簽：細胞的能量通貨
所屬欄目：高中生物優質課視頻
視頻課題：人教版生物高中必修一第五章第2節 細胞的能量通貨—ATP-北京
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人教版生物高中必修一第五章第2節 細胞的能量通貨—ATP-北京市順義
教學目標
1、知識目標:
能夠闡明ATP的化學組成和結構特點;能夠解釋ATP作為直接能源物質,如何為生命活動持續、穩定、及時的供能。
2、能力目標:
通過探究實驗、資料分析的環節,提升實驗方案設計能力和邏輯推理能力,訓練學生理性思維。
3、情感態度價值觀:
通過分析ATP的結構與其功能的關系,體會“生物結構與功能相適應”的生物學觀點;通過學習過程中的大膽假設、小心求證和科學分析,感悟科學研究的一般思路,提升生物科學素養。
2學情分析
1、高二年級的學生通過第一章的學習,已認識各種有機物,明確了主要能源物質、儲能物質等概念,為進一步學習“ATP是直接能源物質”做了鋪墊;同時初中階段已接觸光合、呼吸等生命現象,這又為學習“ATP合成的途徑”奠定了基礎。但由于有機化學知識的欠缺,學生對“ATP的分子結構與特點”的理解上存在一定困難。
2、高二年級的學生思維發展處于形式運算階段,具象思維已向抽象思維轉換,具備一定的比較分析及解決問題的能力;對于探索新知有著較強興趣,樂于參與有實驗輔助的生物課堂。
3重點難點
教學重點 :ATP與ADP的相互轉化;ATP在能量代謝中的作用。
教學難點 :ATP在能量代謝中的作用。
4教學過程
4.1第一學時
4.1.1教學活動
活動1【導入】【環節一】創設情景導入新課
【播放】蘇炳添世錦賽沖擊決賽的視頻
【提問】2015年8月23日北京田徑世錦賽的半決賽上,蘇炳添以9秒99的成績殺入世錦賽決賽。在快速奔跑的過程中,肌肉需要消耗大量的能量,是什么物質為肌肉收縮直接提供能量呢?為什么?
學生觀看、傾聽
【思考并回答】要點如下:
糖類是主要能源,脂肪是儲能物質,蛋白質是生命活動物質承擔者。它們都有可能作為直接能源物質。
活動2【活動】【環節二】實驗探究
ATP藥劑展示與簡介
【展示】ATP藥劑及藥理說明
【講解】ATP即三磷酸腺苷,這種物質存在于我們每一個細胞中,目前作為一種藥物被批量生產。在醫學上它常用于治療肌肉萎縮無力。
【設問】可見ATP也與能量供應有關,那么糖、脂肪、蛋白質、ATP誰才能為生命活動供直接能呢?下面我們通過實驗來探究這一問題。
討論設計實驗方案
【展示】實驗材料用具
【說明】
1、牛蛙的左右后肢離體腓腸肌4塊(浸泡在0.65g/dl的氯化鈉中保持活性)
2、脂肪酸液、氨基酸液、ATP液、葡萄糖液
3、銅鋅弓(兩極可產生約0.5~0.7V的直流電壓)
【提問】請依據這些材料用具設計實驗探究誰能為肌肉收縮直接供能?四人一組,五分鐘后請一組代表展示實驗方案設計思路。
【巡視指導】
展示并完善實驗方案
【提問】請XX組同學把設計的實驗方案展示并作簡要說明。
【學生展示實驗方案】要點如下:
1、分別給4塊腓腸肌標本滴加等量4種溶液;
2、用相同電壓刺激標本,觀察肌肉是否收縮。
【提問】在不滴加這些能源物質的情況下,有生理活性的肌肉遇到電刺激是否會收縮?為什么?
【學生思考并回答】要點如下:
會發生收縮,細胞中原本就存在一些直接供能的物質。
【設問】以上均是同學的猜測,事實是否如此呢?請觀看視頻。
【播放視頻1】銅鋅弓刺激有活性的腓腸肌可見收縮反應
【提問】這種情況下完成實驗就不科學了,那么應該如何修正實驗方案呢?
【學生思考并回答】要點如下:
應在實驗前先刺激肌肉收縮以消耗其內源的直接供能物質。等待他不收縮了在加入ATP和葡萄糖,看誰能使肌肉恢復收縮能力。
【展示】完整實驗步驟
(1)取4塊腓腸肌(喪失收縮能力)
分別同時滴加等量脂肪酸液、氨基酸液、ATP液、葡萄糖液
(2)等待2-4min
(3)給予4塊腓腸肌相同電刺激
(4)觀察肌肉是否恢復收縮能力
實驗操作與分析
【演示實驗并講解】時間關系我們今天只做葡萄糖和ATP兩組演示實驗:
1、現將腓腸肌分別置于兩個培養皿中,用銅鋅弓給予電刺激無收縮反應,說明其內源直接供能的物質已經耗盡。
2、將葡萄糖和ATP用針筒吸好備用,請兩位同學協助我完成實驗。
【學生實驗操作】要點如下:
將ATP和葡萄糖同時均勻地滴加在腓腸肌的表面,針頭不碰觸肌肉。
3、等待片刻,保證藥液被細胞充分吸收。
【提問】請你預測實驗可能出現的結果和結論有哪幾種?
【學生思考并回答】要點如下:
1、只有一組收縮,則改組添加的物質能為肌肉收縮直接供能;
2、兩組均不收縮,則兩者均不能為肌肉收縮直接供能;
3、兩組均收縮,則兩者均能為肌肉收縮直接供能;
【演示實驗】用銅鋅弓分別刺激兩組肌肉,引導學生觀察結果得出結論。
(若實驗失敗,則播放備用視頻)
【觀察結果】加ATP的收縮,加葡萄糖不收縮
【得出結論】A TP能為肌肉收縮直接供能,葡萄糖不能。
【講解】老師還在課前做了氨基酸液、脂肪酸,……均不可以引起肌肉收縮。
【師生共同總結】
糖類、脂肪、蛋白質等有機物都是能源物質,卻均不能為生命活動直接供能,ATP才是生命活動的直接能源。
ATP可為各種生命活動供能
【提問】聯系你一天的活動說明ATP作為直接能源物質能轉變為什么形式的能?用于哪些生命活動呢?
【展示照片】本班學生運動會奔跑、自習課寫作業……
【學生思考并回答】要點如下:
體育課——肌肉收縮、數學課——大腦思考,吃午飯——主動運輸、物質合成……
【師生共同總結】ATP可轉化成各種形式的能,直接用于各項生命活動。
【板書】能量代謝框架的右側部分
活動3【活動】【環節三】教具演示
【設問】ATP具有什么樣的結構,才使得它能成為細胞內的直接能源物質?
【磁貼演示】
貼出核糖核苷酸分子結構示意圖;再將“含氮堿基”替換為“腺嘌呤;最后再加上兩個磷酸基
【PPT展示】三磷酸腺苷的結構式
【講解】腺嘌呤+核糖稱為腺苷,三個磷酸基團的腺苷稱為三磷酸腺苷,它的英文全稱是adenosine(腺苷)triphosphate(三)(磷酸基),因此其英文簡稱ATP。磷酸基帶負電荷,它們之間“同電相斥”,所以“~”具有很高的能量被稱為高能磷酸鍵,這個鍵水解放能在20.92KJ/mol。ATP因為含有兩個高能磷酸鍵而被稱為高能磷酸化合物
【提問】如果把A換成G、C或者U的話則它們的名稱叫什么?
【學生思考并回答】三磷酸鳥苷、三磷酸胞苷、三磷酸尿苷。
【師生共同總結】ATP,GTP、CTP、UTP等都屬于高能磷酸化合物。
活動4【活動】【環節四】資料分析
【提問】依據剛剛學習的ATP結構特點分析它如何為機體生命活動直接供能?
【學生思考并回答】要點如下:ATP供能時要水解高能磷酸鍵,后一個“~”斷裂的可能性更大,前一個“~”也可能斷裂。
【追問1】ATP在細胞中的含量如何呢?為什么?
【學生思考并回答】要點如下:生物體不斷進行各項生命活動,需ATP持續供能,所以ATP應該很多
【出示小資料1】有研究表明,人體骨骼肌細胞中ATP含量最多僅夠維持其激烈運動時3秒的能量供應。
【學生閱讀并得出結論】細胞中ATP含量很少。
【追問2】人體內ATP總量約為2mg,如此少量的ATP如何實現對生命活動及時、持續、穩定的供能呢?
【學生思考并回答】要點如下:應該會有ATP的再生
【出示小資料2】有人在某細胞培養液中加入了32P標記的磷酸分子,短時間內分離出細胞的ATP,發現其含量變化不大,但部分ATP末端磷酸分子帶上了放射性標記。
【學生閱讀、思考、討論并回答】細胞中的ATP既有分解也有合成,這就使得細胞可以得到持續穩定的能量供應。
【追問3】ATP的再合成能夠解決持續穩定供能,那么如何能“及時”?
【出示小資料3】人體細胞內ATP總量為2mg,但是人在靜止狀態每分鐘內就會有28g的ATP發生轉化,在劇烈運動時,每分鐘則會有500gATP發生轉化。
【學生閱讀、分析并回答】這說明ATP與ADP在細胞中的轉化是十分迅速的。如此來實現供能的及時。
【提問】據資料2分析ATP水解斷裂幾個高能磷酸鍵?說明理由。
【學生閱讀、分析并回答】只斷裂遠離A的高能磷酸鍵。
【補充講解】斷兩個“~”放能只比斷一個“~”放能略高,斷裂一個“~”,得到ADP和Pi, ATP可以迅速再生,但若斷裂兩個“~”得到AMP和PPi,則這個再生過程會變得很困難,所以后一種水解方式并不是一種經濟的供能方式。它只在某些特殊情況下發生,這一過程與某些生物合成過程相關。
【師生共同總結】ATP可在水解酶作用下產生ADP和Pi,釋放能量用于各項生命活動,ADP和Pi又可在合成酶作用下合成ATP,兩者在細胞迅速轉化使得生命活動能夠得到及時、持續、穩定的能量供應。
【板書】ATP與ADP的相互轉化過程
活動5【活動】【環節五】巧設比喻
【提問】聯系動物、植物的能量來源分析促成ATP與ADP的快速轉化的“驅動力”是什么?
【學生思考并回答】要點如下:
動物要靠食物中的有機物氧化分解獲得能量;植物還可靠光合作用吸收轉化光能。
【師生共同總結】細胞呼吸是ATP的主要來源,植物還有光合作用的途徑。光合和呼吸作用就是驅動ATP與ADP的快速轉化的動力。
【板書】構建細胞中能量代謝框架左側部分
【設問】ATP在整個能量代謝中發揮了什么作用呢?
【講解】若將生命活動耗能比做去商店購買商品,ATP就像“現金”,有機物像“存折”,購買商品必須支付現金,現金用完了則要不斷將存折 “變現”。所以ATP是溝通“有機物中的能”與“生命活動需要的能”之間的橋梁。
【師生共同總結】有機物中的能量必須要先轉移到ATP中,才能被生命活動所用;各種生命活動耗能是吸能反應,有機物氧化分解是放能反應,ATP分子不斷地在吸能和放能反應之間循環流通。所以ATP是細胞能量代謝的“通貨” 。
【板書】本節課節標題。
活動6【活動】【環節六】拓展提升
【思考題1】植物、動物、真菌、細菌等各種生物都把ATP作為直接能源物質,這說明了什么?
【思考題2】結合ATP的結構和特點說明為何各種生物最終都選擇ATP作為直接能源?
【學生思考、討論并回答】
1、ATP的能量供應機制在整個生物界是統一的,說明所有的生命具有共同的起源。
2、ATP是高能磷酸化合物,含有高能磷酸鍵,斷鍵放能高;ATP含量少,便于儲存,可以迅速再生。
總結:水解1molATP放能30.54KJ,細胞內耗能反應一般需要54.3KJ,完全氧化分解1mol葡萄糖放能2870KJ。可見ATP才是最經濟高效的功能物質。選擇ATP為直接能源是長期進化的結果!
視頻來源：優質課網 www.jjlqy.cn
