生物教案－新陳代謝與ATP

教學目標 

知識方面
1、理解ATP的分子簡式及其結(jié)構(gòu)特點
2、理解ATP和ADP之間的相互轉(zhuǎn)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
學生通過分析ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化及其對細胞內(nèi)供能的意義，初步訓練學生分析實際問題的能力。

情感、態(tài)度、價值觀方面
讓學生在分析自己身體內(nèi)發(fā)生的ATP-ADP循環(huán)及其重要意義過程中，體驗到生物學原理在生產(chǎn)實踐中的價值，加強學生對身邊的科學（RLS）這一理念的理解。

教學建議

教材分析
1、對于ATP的分子結(jié)構(gòu)，教材首先介紹了ATP是腺嘌呤核苷的衍生物，分子簡式為A-P~P~P，其中A代表腺苷，T代表三個，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(shù)值和ATP釋放能量的數(shù)值入手，使學生很信服地認識到ATP的確是一種高能磷酸化合物。
2、對于ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化，教材中首先介紹了ATP水解和重新合成的過程：ATP與ADP的轉(zhuǎn)化中，ATP的第二個和第三個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。第二個高能磷酸鍵的末端，能很快地水解斷裂，于是ATP轉(zhuǎn)換為ADP，能量隨之釋放出來以用于各項生命活動；同樣，在提供能量的條件下，也容易加上第三個磷酸，使ADP又轉(zhuǎn)化為ATP。在ATP與ADP的轉(zhuǎn)化過程中都需要酶的參與，活細胞內(nèi)這個過程是永無休止地循環(huán)進行的。
同時還介紹了ATP與ADP的這種相互轉(zhuǎn)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)學生討論ADP-ADP循環(huán)的意義，同時可使學生加強ATP是生物體維持各項生命活動所需能量的直接來源的觀點。
3、對于ATP的形成途徑，教材是在介紹了ADP-ATP循環(huán)的基礎(chǔ)上，從動物（包括人體）和綠色植物兩方面進行了闡述。對動物而言，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ATP的生理功能，教材先分析了生物體內(nèi)糖類、脂肪等物質(zhì)具有儲存能量的特點，指出新陳代謝不僅需要酶，還需要能量，糖類是細胞的主要能源之一，脂肪是生物體內(nèi)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有機物的逐步分解而釋放出來，且儲存到ATP中才能被生物體利用，從而使學生易于理解為什么ATP是新陳代謝所需能量的直接來源。在本節(jié)的最后，教材還用ATP是流通著的能量貨幣這一形象的比喻，以加深學生對ATP的生理功能以及ADP-ATP相互轉(zhuǎn)化的認識，即伴隨著ATP的水解與合成的過程，發(fā)生著能量的釋放與儲存，從而推動新陳代謝順利進行。

教法建議
本節(jié)教學內(nèi)容中，ATP的分子簡式、ATP的生理功能是重點，ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)變在新陳代謝中的作用，既是教學重點也是難點。
1.引入本節(jié)課時，首先要讓學生明確以下事實，即生物體的生存不僅僅要依靠物質(zhì)上的支持，同時還必須有能量的維持，在生物體內(nèi)發(fā)生物質(zhì)變化的同時，必定伴隨著能量的獲取、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，還是先從學生較為熟悉的能量形式入手比較容易被學生接受。比如，可先從宏觀上引導學生分析綠色植物的光合作用過程把光能以化學能的形式儲存在糖類、脂肪等有機物中；動植物又通過呼吸作用分解體內(nèi)的有機物而獲取生命活動所需的能量。在此基礎(chǔ)上，引導學生進一步分析出：光能只有轉(zhuǎn)化成一種活躍的化學能，才能被綠色植物利用；同樣，動、植物通過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(zhuǎn)化成一種活躍的化學能，才能用于各項生命活動。那么這種活躍的、隨時可以利用的化學能是什么呢?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(jié)構(gòu)不宜講授得過于深入。學生只要了解ATP中具有不穩(wěn)定的高能磷酸鍵，ATP水解時釋放其能量，形成ATP時需要能量就可以了，應把學生討論的重點放在ATP釋放出的能量用于哪些生理過程，及形成ATP的高能磷酸鍵時，能量來自哪些生理過程，以便使學生易于理解ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)變在細胞中能量的儲存、轉(zhuǎn)移和利用中的作用。
4.ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化及這種轉(zhuǎn)化在能量的儲存、轉(zhuǎn)移和利用中的作用，是本節(jié)學習的難點。為使學生的討論順利進行，教師應適時給學生以下提示：其一，細胞內(nèi)ATP的含量是相對穩(wěn)定的；其二，ATP在細胞內(nèi)的含量是極少的，其三，細胞內(nèi)的糖類、脂類等能源物質(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(nèi)各種生命活動的直接能量來源；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(zhuǎn)移給ATP，且ATP水解后釋放的能量才可被細胞利用。最終應使學生認識到ATP與ADP之間高效、迅速的轉(zhuǎn)化是處于動態(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、呼吸作用的具體過程還沒學到。注意引導學生分析出綠色植物通過光合作用，將光能轉(zhuǎn)化成ATP中的化學能，并將ATP中的化學能最終儲存在糖類等有機物中，即光合作用過程中固定的光能是綠色植物、動物和人形成的ATP的能量源泉。

教學設計示例

【課題】 第二節(jié) 新陳代謝與ATP
【教學重點】ATP的分子簡式及其結(jié)構(gòu)特點、ATP和ADP之間的相互轉(zhuǎn)化及其對細胞內(nèi)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
【教學難點 】ATP和ADP之間的相互轉(zhuǎn)化及其對細胞內(nèi)能量代謝中的意義、理解ATP作為“能量通用貨幣”的含義
【課時安排】1課時
【教學手段】板圖、掛圖、多媒體課件
【教學過程 】
1、引言
設計1：通過學生列舉生活實例引入ATP這一高能化合物。
新陳代謝的物質(zhì)變化過程中，必定伴隨著能量的轉(zhuǎn)化。為了使學生對能量的轉(zhuǎn)化有一個感性的認識，教師應鼓勵學生從自己的生活中找一些能量轉(zhuǎn)化的實例，比如可以提問：
（1）“你能舉出幾個生物體內(nèi)發(fā)生的諸如能量轉(zhuǎn)化、或能量的吸收儲存、或能量的釋放利用的例子來嗎？”
（2）“綠色植物能把光能直接用于有機物的合成嗎?”或“生物體通過呼吸作用把有機物中的能量釋放出來，這些能量能直接被細胞利用嗎？”
不能，光能必須要轉(zhuǎn)化為一種活躍的化學能才能用于有機物的合成；有機物中的能量通過呼吸作用釋放出來后，也必須轉(zhuǎn)化為一種活躍的化學能才能用于生物體的各項生命活動，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產(chǎn)生能量的？”
線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程在不斷地消耗著能量？”
細胞分裂、細胞核中DNA的復制、核糖體合成蛋白質(zhì)、細胞膜主動運輸、高爾基體合成分泌等需要能量
（3）“細胞內(nèi)產(chǎn)能與用能很明顯地存在著空間上的隔離，細胞是怎樣解決這一矛盾的呢?”
（4）“細胞內(nèi)存在有糖類、脂肪等有機物，這些有機物含有大量且穩(wěn)定的能量，但某項生命活動可能不用大量的能量就足以進行，而且糖類、脂肪中儲存的能量又過于穩(wěn)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(wěn)定、可為所有生理活動供能的高能化合物。
2、ATP的分子簡式及其結(jié)構(gòu)特點
在引導學生討論ATP的分子結(jié)構(gòu)簡式及其特點時，可從ATP的英文名稱中的三個字母含義、中文名稱、ATP是高能化合物等方面入手，使學生易于理解ATP的結(jié)構(gòu)特點及其生理作用。
需要向?qū)W生解釋清楚高能化合物的概念，即高能磷酸鍵水解過程中，釋放的能量是一般的共價鍵的2倍以上，如ATP末端磷酸水解生成ADP和磷酸時，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，釋放的能量只有13.8kJ/mol。這種鍵稱為高能鍵，常以“~”符號表示。含有高能鍵的化合物統(tǒng)稱為高能化合物。
然后讓學生自己分析ATP的結(jié)構(gòu)簡式的含義，如ATP中兩個磷酸基團之間（P和P之間用“~“表示）的化學鍵是高能磷酸鍵。
細胞內(nèi)釋放能量的反應，如呼吸作用常會伴隨ADP轉(zhuǎn)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，以推動需能代謝反應的進行。
ATP和ADP在體內(nèi)總是處于不停地轉(zhuǎn)化中，且處于動態(tài)平衡之中。
3、ATP和ADP之間的相互轉(zhuǎn)變及其意義
在引導學生討論ATP和ADP之間的相互轉(zhuǎn)變時，需強調(diào)細胞內(nèi)ATP的含量是相對穩(wěn)定的；ATP在細胞內(nèi)的含量是極少的，細胞內(nèi)的糖類、脂類等能源物質(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(nèi)各種生命活動的直接能量來源，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(zhuǎn)移給ATP，且ATP水解后釋放的能量才可被細胞利用。最終應使學生認識到ATP與ADP之間高效、迅速的轉(zhuǎn)化是處于動態(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(zhuǎn)變及其意義后，在小結(jié)ATP在細胞內(nèi)能量的轉(zhuǎn)換、運輸、利用中的關(guān)鍵作用時，可結(jié)合本節(jié)所講的內(nèi)容，提一些與ATP有關(guān)的綜合性問題供學生討論，讓學生在討論中加深對ATP這一生物體直接能源物質(zhì)的理解。比如，可以討論下面幾個問題：
（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(zhuǎn)移給ATP中。生物體直接從ATP中獲得生命活動所需的各種形式的能量，如ATP可轉(zhuǎn)化為機械能、電能、滲透能、化學能、光能和熱量等。
（2）為什么ATP是細胞內(nèi)能量釋放、儲存、轉(zhuǎn)移和利用的中心物質(zhì)，成為生物的直接能源呢？
我們來看看葡萄糖和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，釋放出的能量是30.5kJ/mol，一般把水解時釋放20.92 kJ/mol以上能量的化合物叫高能化合物，可見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(zhuǎn)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(jié)果，存在于葡萄糖分子中的能量就像存在銀行里的錢，而儲存在ATP分子中的能量則像“零錢”，它更容易在細胞中被使用，因此還有的說ATP是能量的“通用貨幣”就是這個道理。
（3）ATP對生命的維持是極其重要的，試想：當產(chǎn)生ATP的過程停止時，會發(fā)生什么？
舉一個例子，學生可能知道氰化物可以在非常短的時間內(nèi)使人死亡，其毒理就是阻擋ATP的形成。當人體ATP合成受阻后，機體沒有ATP，神經(jīng)細胞和其他細胞中的細胞活動就不能繼續(xù)，人在3-6分鐘內(nèi)就會失去知覺。
（4）還有一個問題值得一提，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細胞每時每刻都在消耗著ATP，但在正常情況下，生物體內(nèi)的ATP量可滿足機體的要求，奧妙何在呢？
生物體可把其它能源物質(zhì)的能量高速地轉(zhuǎn)移給ATP，以補充ATP的消耗，即ATP—ADP循環(huán)速度是很快的。