师：同学们好，今天我们一起来复习必修一第五章第二节——细胞的能量通货ATP。在高考考试大纲中，要求能理解ATP在能量代谢中的作用；在学业水平测试中，具体要求如下：第一，能简述ATP的化学组成和特点；第二，能概述ATP与ADP相互转化的过程和意义；第三，能举例说明ATP的利用。这些就是我们这节课要复习的主要内容。
ATP在能量代谢中非常重要，是20世纪研究的热点。1953年的诺贝尔生理学或医学奖，1957年、1978年和1997年的诺贝尔化学奖，都与ATP有关。更早期，德国科学家罗曼在1929年就首次发现了ATP，并在1935年成功分析了它的分子式。如图所示，这个分子式结构比较复杂，我们不需要完全掌握，但要知道它的几个组成成分。它由5个小分子组成，第一个小分子是腺嘌呤，是我们前面学习的碱基中的一种；第二个分子是一种五碳糖，仔细观察，二号碳这地方连接的是羟基，没有脱氧，所以它是核糖。腺嘌呤和核糖一起组成的，叫做腺苷，在结构解释中，我们用字母a来表示，这里的a不是腺嘌呤，而是腺苷。
腺苷再连接一个磷酸基团，我们用字母p来表示，这样它就有一个磷酸加上腺苷，称之为一磷酸腺苷AMP。仔细观察这个AMP，发现它是我们前面刚刚复习的核酸中的什么化合物呢？腺嘌呤加上核糖，再加上一个磷酸，不正是腺嘌呤核糖核苷酸嘛。它与其他几种核糖核苷酸在一起，可以构成RNA，是RNA的基本组成单位之一。这次给我们带来困扰的新冠病毒，就是一种RNA病毒，遗传物质是RNA。
继续看AMP，再连接一个磷酸基团，那它就有了两个磷酸基团加上腺苷，称之为二磷酸腺苷ADP。最后再连接一个磷酸基团，就有了3个磷酸基团，按照刚才的命名方法，它应该叫什么呀？对，应该叫三磷酸腺苷ATP。那么a表示腺苷，t表示3个，刚才的d和m分别表示两个、一个，p表示磷酸基团。3个磷酸基团之间，有两个特殊的化学键，我们用波浪号来表示，这个键叫做高能磷酸键。仔细观察，这是由于磷酸基团带有负电荷，相互之间会排斥，有互相远离的趋势，就好比磁铁同极相斥，要使它们结合起来需要很多能量，因此磷酸键把它们连接起来，需要大量的能量，从而储存在这个高能磷酸键中，所以ATP是一种高能磷酸化合物。
认识了ATP的结构之后，我们能不能利用ATP结构的知识，推测以下物质的结构呢？我们发现它们都有“P?”，没有变，说明都有3个磷酸，但是a变成了G、C、U等，A、G、C、U正是几种碱基，所以应该是碱基发生了变化。如果把这里的腺嘌呤换成鸟嘌呤，那么它和核糖构成的是鸟苷，加上三个磷酸就是三磷酸鸟苷；同理把鸟嘌呤再换成胞嘧啶，那就是三磷酸胞苷；换成尿嘧啶，那就是三磷酸尿苷。
再看下面这一组，多了个字母d表示脱氧，那改变的应该是什么呢？对，应该是把核糖变成脱氧核糖，这样的话，它就成了三磷酸脱氧腺苷。而腺嘌呤换成鸟嘌呤，就是三磷酸脱氧鸟苷；换成胞嘧啶，那就是三磷酸脱氧胞苷。那能不能也换成尿嘧啶呢？我们讲A、T、C、G、U这5种碱基中，尿嘧啶比较特殊，只能与核糖连接，胸腺嘧啶只能跟脱氧核糖连接，所以这地方可以换成胸腺嘧啶，构成三磷酸脱氧胸苷。
同学们都非常棒，能够通过比较的方法，运用已经学过的知识来推测新的知识。那么下面我们来看一个高考题，这是2016年新课标一卷的29题。在有关DNA分子的研究中，常用32P标记的磷酸基团来标记DNA分子，用α、β、γ表示ATP或dATP上三个磷酸基团所处的位置，在这里依次编号α、β、γ。回答下列问题：
一、若用带有32P的dATP作为DNA生物合成的原料，将32P标记到新合成的DNA分子上，则带有32P的磷酸基团应在dATP的哪个位点上？提示一下，我们要思考，dATP怎么就可以作为DNA生物合成的原料？根据刚才我们所学习的知识知道，dATP脱去最后两个磷酸之后，剩下来的这个就是一种脱氧核苷酸——腺嘌呤脱氧核苷酸，它是组成DNA的原料。因此要把32P标记到DNA上去，应该标记的是这里的α位。
下面我们再看一个32P标记的实验，科学家在某细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子，在短时间内快速分离出ATP，发现其总量变化不大，但是部分ATP末端磷酸基团却已经带有放射性标记，如何对实验结果做出合理的解释？我们可以看到，原本的ATP是没有标记的，现在末端磷酸基团带有了标记，这就说明，它原本的末端没标记的磷酸基团脱落了下来，这样ATP就变成了ADP。在连接新的磷酸基团时，32P标记的磷酸分子结合上来，又重新成了ATP，而这个时候，它的末端磷酸基团就带有了放射性的标记。通过这个实验我们可以看到，ATP可以转化成ADP，ADP又可以重新转化成ATP，这就是我们下面接着要复习的ATP与ADP的相互转化。
ATP的性质不稳定，在有关酶的作用下很容易发生水解。根据刚才的实验，我们知道应该是哪个高能磷酸键更容易水解？对，应该是末端的这个高能磷酸键，它更容易断裂水解开来，这样的话就变成了ADP和磷酸，同时，释放出高能磷酸键中的大量能量，这就是ATP的水解。
那么运用这个知识，下面我们接着看刚才这个高考题的第二个问。回答下列问题：
二、某种酶可以催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上，同时产生ADP。若要用该酶把32P标记到DNA末端上，那么带有32P的磷酸基团应在ATP的哪个位置上？要催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上去，它同时产生的是ADP，所以它转移的磷酸基团应该是最末端的那个，也就是γ位。把它做上标记，那么转移之后，它就可以标记到DNA上去。
好，ATP水解之后，它释放了大量能量，这个能量又有哪些用途呢？我们看后面图的一个插图，发现这些能量可以用于细胞的主动运输，其实我们前面讲到，主动运输也要消耗能量，由ATP来供能；还可以用于像电鳗发电、萤火虫发光之类的；还有同学们现在进行的大脑思考，也可以由ATP来供能；还有葡萄糖和果糖在酶的催化下形成蔗糖这样的吸能反应，以及肌肉细胞的收缩等。当然根据物理上我们学习的能量转化与守恒定律，知道能量它不会凭空消失，只会从一种形式转化为另一种形式。所以在这里，ATP中的能量只不过是转化成了其他形式的能量，如渗透能、电能、光能、化学能、机械能等。
我们发现，许多生命活动需要ATP来供能。既然许许多多的生命活动需要消耗ATP水解提供的能量，ATP的含量在细胞中是不是就很多呢？我们来看两则资料：一、人体中ATP的总量只有大约2 - 10毫克，靠这些ATP的话，剧烈运动时最多只能维持大约3秒。而一个成年人在静止状态下，24小时内所消耗的ATP为40千克；在紧张活动的情况下，ATP的消耗甚至可达30千克每小时。如此看来，ATP的含量很少，但是需求量却很大，那如何解决这个矛盾呢？那就得快速重新合成ATP，ADP和磷酸重新形成高能磷酸键，就可以合成ATP。但是这个高能磷酸键的形成需要能量，这个能量又从哪里来？对于动物和人来说，可以来自于呼吸作用，分解有机物，释放能量；对于绿色植物来说，除了来自于呼吸作用，还可以来自于光合作用，利用光能。