ATP模型建構(gòu)與ADP轉(zhuǎn)化創(chuàng)新教法

王燕

摘 要 通過(guò)對(duì)“細(xì)胞的能量通貨——ATP”這一節(jié)的教材分析，聯(lián)系教學(xué)實(shí)際，提出幾點(diǎn)具體教學(xué)建議。用問(wèn)題探究導(dǎo)入ATP的功能，再?gòu)墓δ苋胧郑M織學(xué)生構(gòu)建ATP的結(jié)構(gòu)模型，最后利用改編后的高考題引導(dǎo)學(xué)生思考ATP與ADP之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。通過(guò)調(diào)整課本知識(shí)呈現(xiàn)順序，同時(shí)利用視頻播放、實(shí)物演示、小組討論等方法尋求ATP這一節(jié)的新式教法，激發(fā)學(xué)生自主探究的熱情。

關(guān)鍵詞 ATP ADP 模型構(gòu)建 自主探究

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

“細(xì)胞的能量通貨——ATP”是人教版必修1第五章“細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用”第二節(jié)的內(nèi)容。教材呈現(xiàn)順序是先從ATP的結(jié)構(gòu)入手再到ATP的功能，直接介紹ATP的化學(xué)結(jié)構(gòu)，從而揭示其作為能量“通貨”的原因。而實(shí)際教學(xué)中，教師可調(diào)整內(nèi)容，按照結(jié)構(gòu)決定功能的思路，先介紹ATP的功能，再揭示ATP的結(jié)構(gòu)，更符合學(xué)生認(rèn)知順序。

1 學(xué)習(xí)ATP的功能

1.1 用問(wèn)題探究導(dǎo)入

教師聯(lián)系學(xué)生的生活實(shí)際“在現(xiàn)在的生活區(qū)域很少見到螢火蟲”，組織學(xué)生討論螢火蟲消失的原因，激發(fā)學(xué)生自主探究的熱情。教師可播放視頻，解釋原因：一方面是水污染影響了螢火蟲的攝食和幼蟲的發(fā)育；另一方面是光污染影響了螢火蟲的繁殖。在激發(fā)學(xué)生保護(hù)環(huán)境意識(shí)的同時(shí)，解釋螢火蟲發(fā)光的原因和機(jī)制：螢火蟲發(fā)出信號(hào)，進(jìn)行交配，并進(jìn)行警戒。雌性和雄性通過(guò)發(fā)出不同頻率的光互相吸引，一旦有外界光進(jìn)入就會(huì)停止發(fā)光，影響交配率。螢火蟲發(fā)光的機(jī)制是通過(guò)激活腹部的發(fā)光器中的熒光素，在熒光素酶的作用下與氧氣結(jié)合，變成氧化熒光素，同時(shí)發(fā)出熒光。而科學(xué)家發(fā)現(xiàn)激活熒光素的能量來(lái)自于ATP這種能源物質(zhì)。

1.2 利用插圖和表格介紹ATP的具體應(yīng)用

教師利用課本插圖解釋ATP的各種應(yīng)用，如螢火蟲發(fā)光、維持哺乳動(dòng)物恒定的體溫，甚至大腦在思考問(wèn)題、蝴蝶揮動(dòng)它的翅膀的時(shí)候也利用了ATP。細(xì)胞內(nèi)的一些化學(xué)反應(yīng)（合成蔗糖的反應(yīng)）和主動(dòng)運(yùn)輸?shù)哪芰恳瞾?lái)自ATP。

教師總結(jié)：ATP的能量可以轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾N形式的其他能源，如光能、電能、熱能、機(jī)械能、化學(xué)能等。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生回顧舊知識(shí)，填寫表1，用類比法區(qū)分ATP與其他能源物質(zhì)：太陽(yáng)就是能量的銀行，源源不斷的發(fā)售銀行卡和現(xiàn)金；銀行卡就是儲(chǔ)存有大量能量的脂肪，常用的百元現(xiàn)金就是糖類；而使用最便捷的小額鈔票就是ATP——直接能源物質(zhì)，又稱能量“通貨”。

1.3 擴(kuò)展ATP在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

教師講述：ATP用于進(jìn)行性肌肉萎縮、腦出血后遺癥、心肌疾患及肝炎等的輔助治療，可口服，可注射。ATP溶于水，可以用生理鹽水配制后注射。如氰化鉀是一種劇毒物質(zhì)，使用氰化鉀的工廠里一般都有大量的ATP注射液作為急救藥，因?yàn)榍杌浀亩纠硎亲饔糜贏TP合成酶，使其瞬間失效，人體因缺少能量而心臟停跳，呼吸麻痹而死。故使用ATP溶液時(shí)全部采用注射，使其直接進(jìn)入血液供能。

2 學(xué)習(xí)ATP的結(jié)構(gòu)

學(xué)習(xí)ATP的結(jié)構(gòu)時(shí)，學(xué)生先歸納ATP元素組成，再構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型。筆者從學(xué)生熟悉的核糖核苷酸結(jié)構(gòu)入手，再進(jìn)行結(jié)構(gòu)變動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建ATP的結(jié)構(gòu)。其中關(guān)于普通磷酸鍵和高能磷酸鍵的介紹，利用彈簧來(lái)類比，并通過(guò)實(shí)物演示加深學(xué)生對(duì)于化學(xué)鍵儲(chǔ)存能量的理解。

2.1 ATP組成元素

教師通過(guò)圖片展示ATP的詳細(xì)化學(xué)結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生分析ATP的元素組成，并聯(lián)系前面所學(xué)，歸納含有相同元素組成的物質(zhì)，如磷脂、核酸等都含有C、H、O、N、P。

2.2 模型構(gòu)建與實(shí)驗(yàn)演示結(jié)合探究ATP結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式

教師在ATP的詳細(xì)化學(xué)結(jié)構(gòu)上去掉兩個(gè)磷酸基團(tuán)（圖1），通過(guò)改動(dòng)圖片，把ATP變成學(xué)生較為熟悉的結(jié)構(gòu)。學(xué)生構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型，畫出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。

教師引導(dǎo)學(xué)生分析：一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸構(gòu)成了腺嘌呤核糖核苷酸，是構(gòu)成RNA的基本單位。教師展示完整的ATP的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，學(xué)生在腺嘌呤核糖核苷酸的基礎(chǔ)上對(duì)模型進(jìn)行改動(dòng)。課堂實(shí)踐中，很多學(xué)生會(huì)畫成圖2。很多學(xué)生直接加了2個(gè)磷酸基團(tuán)，但是忘記畫化學(xué)鍵。教師更正學(xué)生的畫法，加上“～”，補(bǔ)充高能磷酸鍵的概念。教師用彈簧實(shí)物演示高能磷酸鍵形成過(guò)程：因?yàn)閴嚎s彈簧時(shí)需要很大的能量，這個(gè)能量就儲(chǔ)存在里面了。當(dāng)這個(gè)化學(xué)鍵斷開時(shí)，里面的能量就釋放出來(lái)了。

教師呈現(xiàn)ATP的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式（圖3），逐步介紹AMP、ADP、ATP的關(guān)系，先介紹A-P～P～P這個(gè)簡(jiǎn)式，要求請(qǐng)學(xué)生注意“-”和“～”的書寫區(qū)別。教師再介紹普通磷酸鍵和高能磷酸鍵：一個(gè)高能磷酸鍵可以儲(chǔ)存能量30.54 kJ，是普通磷酸鍵儲(chǔ)存能量的2～3倍。用兩個(gè)彈簧進(jìn)行實(shí)物演示，一個(gè)彈簧松一些，壓縮時(shí)不費(fèi)力氣，所以儲(chǔ)存的能量少這是普通磷酸鍵。而另一個(gè)彈簧比較緊，壓縮的時(shí)候儲(chǔ)存的能量多，當(dāng)它斷裂的時(shí)候釋放的能量多，這是高能磷酸鍵。

教師小結(jié)：ATP中有1個(gè)普通磷酸鍵、2個(gè)高能磷酸鍵。ATP中的A不是指腺嘌呤，而是腺苷（即腺嘌呤+核糖），因此ATP中文名是三磷酸腺苷。

教師再依次介紹ADP和AMP的組成。AMP是一磷酸腺苷，即腺嘌呤核糖核苷酸，參與RNA構(gòu)成的基本單位。

3 利用高考題和實(shí)驗(yàn)分析拓展ATP和ADP轉(zhuǎn)化思維

關(guān)于ATP和ADP的轉(zhuǎn)化，筆者沒有采用傳統(tǒng)的講授方法，而是在介紹了ATP、ADP結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)高考題和拓展實(shí)驗(yàn)的分析，逐步引導(dǎo)學(xué)生探究ATP的水解和合成的過(guò)程，揭示ATP和ADP的轉(zhuǎn)化關(guān)系。這種方式處理比較靈活，部分基礎(chǔ)比較薄弱的班級(jí)需要將實(shí)驗(yàn)部分再簡(jiǎn)化，利用流程圖來(lái)幫助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

3.1 高考題分析引導(dǎo)學(xué)生自主探究ATP如何轉(zhuǎn)化為ADP

改編2016新課標(biāo)1卷29題：用32P標(biāo)記DNA分子，用1、2、3表示ATP上三個(gè)磷酸基團(tuán)所處的位置，A-1P～2P～3P，回答以下問(wèn)題。endprint

① 某種酶可以催化ATP的一個(gè)磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到DNA末端，同時(shí)產(chǎn)生ADP。若要用該酶把32P標(biāo)記到DNA末端，那么帶有32P的磷酸基團(tuán)應(yīng)在 位上（填數(shù)字）。

② 若用帶有32P標(biāo)記的ATP作為RNA合成的原料，將32P標(biāo)記到新合成的RNA分子上，則帶有32P的磷酸基團(tuán)應(yīng)在 位上。

學(xué)生通過(guò)思考與討論，分析32P的磷酸基團(tuán)的位置，推導(dǎo)出ATP可以通過(guò)酶的作用轉(zhuǎn)變成ADP。教師板書ATP的水解過(guò)程，同時(shí)補(bǔ)充前面的ATP的遠(yuǎn)離腺苷的那個(gè)磷酸鍵容易斷裂形成ADP，同時(shí)釋放大量能量。

通過(guò)②小題，學(xué)生理解ATP還可以水解掉兩個(gè)磷酸基團(tuán)，變成AMP。教師補(bǔ)充一般很少會(huì)水解產(chǎn)生AMP，在某些情況下會(huì)出現(xiàn)，如瑩火蟲發(fā)光，水解掉兩個(gè)磷酸基團(tuán)，產(chǎn)生AMP。

本環(huán)節(jié)，學(xué)生通過(guò)對(duì)高考題目的分析，在ATP結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，自主推導(dǎo)出ATP、ADP和AMP之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

3.2 分析拓展實(shí)驗(yàn)，探究ADP如何轉(zhuǎn)化為ATP

教師展示改編自大學(xué)教材《生物化學(xué)》中的一個(gè)實(shí)驗(yàn)：科學(xué)家將標(biāo)記的磷酸（32P）注入活細(xì)胞內(nèi)，隨后迅速分離細(xì)胞內(nèi)的ATP，測(cè)定其放射性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：ATP含量沒有發(fā)生變化，僅有幾毫克，但它的末端磷酸基團(tuán)已經(jīng)被放射性32P所標(biāo)記，而且檢測(cè)出ATP放射性強(qiáng)度和之前注入的磷酸（32P）強(qiáng)度完全一致。學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)從以上實(shí)驗(yàn)總結(jié)生物體內(nèi)ATP的特點(diǎn)。

對(duì)該實(shí)驗(yàn)，學(xué)生理解起來(lái)有一定的難度，教師要適當(dāng)引領(lǐng)，訓(xùn)練學(xué)生思維，使學(xué)生從另一個(gè)角度思考ATP和ADP的轉(zhuǎn)化關(guān)系。學(xué)生通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，得出ADP和Pi合成ATP的反應(yīng)式，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)后的ATP帶上了放射性說(shuō)明是新合成的ATP，但是ATP的總含量沒有變化，說(shuō)明在極短的時(shí)間內(nèi)，還進(jìn)行了ATP的水解反應(yīng)，說(shuō)明了ATP和ADP之間可以相互轉(zhuǎn)化。同時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)生物體內(nèi)ATP的特點(diǎn)是含量低，轉(zhuǎn)化快。最后，教師綜合以上內(nèi)容小結(jié)ATP和ADP的轉(zhuǎn)化過(guò)程。

參考文獻(xiàn)：

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