ATP模型建构与ADP转化创新教法

王燕

摘 要 通过对“细胞的能量通货——ATP”这一节的教材分析，联系教学实际，提出几点具体教学建议。用问题探究导入ATP的功能，再从功能入手，组织学生构建ATP的结构模型，最后利用改编后的高考题引导学生思考ATP与ADP之间的转化关系。通过调整课本知识呈现顺序，同时利用视频播放、实物演示、小组讨论等方法寻求ATP这一节的新式教法，激发学生自主探究的热情。

关键词 ATP ADP 模型构建 自主探究

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

“细胞的能量通货——ATP”是人教版必修1第五章“细胞的能量供应和利用”第二节的内容。教材呈现顺序是先从ATP的结构入手再到ATP的功能，直接介绍ATP的化学结构，从而揭示其作为能量“通货”的原因。而实际教学中，教师可调整内容，按照结构决定功能的思路，先介绍ATP的功能，再揭示ATP的结构，更符合学生认知顺序。

1 学习ATP的功能

1.1 用问题探究导入

教师联系学生的生活实际“在现在的生活区域很少见到萤火虫”，组织学生讨论萤火虫消失的原因，激发学生自主探究的热情。教师可播放视频，解释原因：一方面是水污染影响了萤火虫的摄食和幼虫的发育；另一方面是光污染影响了萤火虫的繁殖。在激发学生保护环境意识的同时，解释萤火虫发光的原因和机制：萤火虫发出信号，进行交配，并进行警戒。雌性和雄性通过发出不同频率的光互相吸引，一旦有外界光进入就会停止发光，影响交配率。萤火虫发光的机制是通过激活腹部的发光器中的荧光素，在荧光素酶的作用下与氧气结合，变成氧化荧光素，同时发出荧光。而科学家发现激活荧光素的能量来自于ATP这种能源物质。

1.2 利用插图和表格介绍ATP的具体应用

教师利用课本插图解释ATP的各种应用，如萤火虫发光、维持哺乳动物恒定的体温，甚至大脑在思考问题、蝴蝶挥动它的翅膀的时候也利用了ATP。细胞内的一些化学反应（合成蔗糖的反应）和主动运输的能量也来自ATP。

教师总结：ATP的能量可以转变为多种形式的其他能源，如光能、电能、热能、机械能、化学能等。同时引导学生回顾旧知识，填写表1，用类比法区分ATP与其他能源物质：太阳就是能量的银行，源源不断的发售银行卡和现金；银行卡就是储存有大量能量的脂肪，常用的百元现金就是糖类；而使用最便捷的小额钞票就是ATP——直接能源物质，又称能量“通货”。

1.3 扩展ATP在医学上的应用

教师讲述：ATP用于进行性肌肉萎缩、脑出血后遗症、心肌疾患及肝炎等的辅助治疗，可口服，可注射。ATP溶于水，可以用生理盐水配制后注射。如氰化钾是一种剧毒物质，使用氰化钾的工厂里一般都有大量的ATP注射液作为急救药，因为氰化钾的毒理是作用于ATP合成酶，使其瞬間失效，人体因缺少能量而心脏停跳，呼吸麻痹而死。故使用ATP溶液时全部采用注射，使其直接进入血液供能。

2 学习ATP的结构

学习ATP的结构时，学生先归纳ATP元素组成，再构建结构模型。笔者从学生熟悉的核糖核苷酸结构入手，再进行结构变动，引导学生构建ATP的结构。其中关于普通磷酸键和高能磷酸键的介绍，利用弹簧来类比，并通过实物演示加深学生对于化学键储存能量的理解。

2.1 ATP组成元素

教师通过图片展示ATP的详细化学结构，引导学生分析ATP的元素组成，并联系前面所学，归纳含有相同元素组成的物质，如磷脂、核酸等都含有C、H、O、N、P。

2.2 模型构建与实验演示结合探究ATP结构简式

教师在ATP的详细化学结构上去掉两个磷酸基团（图1），通过改动图片，把ATP变成学生较为熟悉的结构。学生构建结构模型，画出结构简式。

教师引导学生分析：一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸构成了腺嘌呤核糖核苷酸，是构成RNA的基本单位。教师展示完整的ATP的详细结构，学生在腺嘌呤核糖核苷酸的基础上对模型进行改动。课堂实践中，很多学生会画成图2。很多学生直接加了2个磷酸基团，但是忘记画化学键。教师更正学生的画法，加上“～”，补充高能磷酸键的概念。教师用弹簧实物演示高能磷酸键形成过程：因为压缩弹簧时需要很大的能量，这个能量就储存在里面了。当这个化学键断开时，里面的能量就释放出来了。

教师呈现ATP的结构简式（图3），逐步介绍AMP、ADP、ATP的关系，先介绍A-P～P～P这个简式，要求请学生注意“-”和“～”的书写区别。教师再介绍普通磷酸键和高能磷酸键：一个高能磷酸键可以储存能量30.54 kJ，是普通磷酸键储存能量的2～3倍。用两个弹簧进行实物演示，一个弹簧松一些，压缩时不费力气，所以储存的能量少这是普通磷酸键。而另一个弹簧比较紧，压缩的时候储存的能量多，当它断裂的时候释放的能量多，这是高能磷酸键。

教师小结：ATP中有1个普通磷酸键、2个高能磷酸键。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。

教师再依次介绍ADP和AMP的组成。AMP是一磷酸腺苷，即腺嘌呤核糖核苷酸，参与RNA构成的基本单位。

3 利用高考题和实验分析拓展ATP和ADP转化思维

关于ATP和ADP的转化，笔者没有采用传统的讲授方法，而是在介绍了ATP、ADP结构的基础上，通过高考题和拓展实验的分析，逐步引导学生探究ATP的水解和合成的过程，揭示ATP和ADP的转化关系。这种方式处理比较灵活，部分基础比较薄弱的班级需要将实验部分再简化，利用流程图来帮助学生理解实验过程。

3.1 高考题分析引导学生自主探究ATP如何转化为ADP

改编2016新课标1卷29题：用32P标记DNA分子，用1、2、3表示ATP上三个磷酸基团所处的位置，A-1P～2P～3P，回答以下问题。endprint

① 某种酶可以催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端，同时产生ADP。若要用该酶把32P标记到DNA末端，那么带有32P的磷酸基团应在 位上（填数字）。

② 若用带有32P标记的ATP作为RNA合成的原料，将32P标记到新合成的RNA分子上，则带有32P的磷酸基团应在 位上。

学生通过思考与讨论，分析32P的磷酸基团的位置，推导出ATP可以通过酶的作用转变成ADP。教师板书ATP的水解过程，同时补充前面的ATP的远离腺苷的那个磷酸键容易断裂形成ADP，同时释放大量能量。

通过②小题，学生理解ATP还可以水解掉两个磷酸基团，变成AMP。教师补充一般很少会水解产生AMP，在某些情况下会出现，如莹火虫发光，水解掉两个磷酸基团，产生AMP。

本环节，学生通过对高考题目的分析，在ATP结构的基础上，自主推导出ATP、ADP和AMP之间的转化关系。

3.2 分析拓展实验，探究ADP如何转化为ATP

教师展示改编自大学教材《生物化学》中的一个实验：科學家将标记的磷酸（32P）注入活细胞内，随后迅速分离细胞内的ATP，测定其放射性。实验结果：ATP含量没有发生变化，仅有几毫克，但它的末端磷酸基团已经被放射性32P所标记，而且检测出ATP放射性强度和之前注入的磷酸（32P）强度完全一致。学生分析实验结果，同时从以上实验总结生物体内ATP的特点。

对该实验，学生理解起来有一定的难度，教师要适当引领，训练学生思维，使学生从另一个角度思考ATP和ADP的转化关系。学生通过对实验结果的分析，得出ADP和Pi合成ATP的反应式，因为实验后的ATP带上了放射性说明是新合成的ATP，但是ATP的总含量没有变化，说明在极短的时间内，还进行了ATP的水解反应，说明了ATP和ADP之间可以相互转化。同时，教师引导学生总结生物体内ATP的特点是含量低，转化快。最后，教师综合以上内容小结ATP和ADP的转化过程。

参考文献：

[1] [美]奥尔顿·比格斯等著，廖苏梅等译.科学发现者·生物：生命的动力中册[M].杭州：浙江教育出版社，2008.445.

[2] 王镜岩，朱圣庚，徐长法主编.生物化学第三版（下册）[M].高等教育出版社，2002.43.endprint