ATP模型建構與ADP轉化創新教法

王燕

摘 要 通過對“細胞的能量通貨——ATP”這一節的教材分析，聯系教學實際，提出幾點具體教學建議。用問題探究導入ATP的功能，再從功能入手，組織學生構建ATP的結構模型，最后利用改編后的高考題引導學生思考ATP與ADP之間的轉化關系。通過調整課本知識呈現順序，同時利用視頻播放、實物演示、小組討論等方法尋求ATP這一節的新式教法，激發學生自主探究的熱情。

關鍵詞 ATP ADP 模型構建 自主探究

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

“細胞的能量通貨——ATP”是人教版必修1第五章“細胞的能量供應和利用”第二節的內容。教材呈現順序是先從ATP的結構入手再到ATP的功能，直接介紹ATP的化學結構，從而揭示其作為能量“通貨”的原因。而實際教學中，教師可調整內容，按照結構決定功能的思路，先介紹ATP的功能，再揭示ATP的結構，更符合學生認知順序。

1 學習ATP的功能

1.1 用問題探究導入

教師聯系學生的生活實際“在現在的生活區域很少見到螢火蟲”，組織學生討論螢火蟲消失的原因，激發學生自主探究的熱情。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育；另一方面是光污染影響了螢火蟲的繁殖。在激發學生保護環境意識的同時，解釋螢火蟲發光的原因和機制：螢火蟲發出信號，進行交配，并進行警戒。雌性和雄性通過發出不同頻率的光互相吸引，一旦有外界光進入就會停止發光，影響交配率。螢火蟲發光的機制是通過激活腹部的發光器中的熒光素，在熒光素酶的作用下與氧氣結合，變成氧化熒光素，同時發出熒光。而科學家發現激活熒光素的能量來自于ATP這種能源物質。

1.2 利用插圖和表格介紹ATP的具體應用

教師利用課本插圖解釋ATP的各種應用，如螢火蟲發光、維持哺乳動物恒定的體溫，甚至大腦在思考問題、蝴蝶揮動它的翅膀的時候也利用了ATP。細胞內的一些化學反應（合成蔗糖的反應）和主動運輸的能量也來自ATP。

教師總結：ATP的能量可以轉變為多種形式的其他能源，如光能、電能、熱能、機械能、化學能等。同時引導學生回顧舊知識，填寫表1，用類比法區分ATP與其他能源物質：太陽就是能量的銀行，源源不斷的發售銀行卡和現金；銀行卡就是儲存有大量能量的脂肪，常用的百元現金就是糖類；而使用最便捷的小額鈔票就是ATP——直接能源物質，又稱能量“通貨”。

1.3 擴展ATP在醫學上的應用

教師講述：ATP用于進行性肌肉萎縮、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，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，因為氰化鉀的毒理是作用于ATP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溶液時全部采用注射，使其直接進入血液供能。

2 學習ATP的結構

學習ATP的結構時，學生先歸納ATP元素組成，再構建結構模型。筆者從學生熟悉的核糖核苷酸結構入手，再進行結構變動，引導學生構建ATP的結構。其中關于普通磷酸鍵和高能磷酸鍵的介紹，利用彈簧來類比，并通過實物演示加深學生對于化學鍵儲存能量的理解。

2.1 ATP組成元素

教師通過圖片展示ATP的詳細化學結構，引導學生分析ATP的元素組成，并聯系前面所學，歸納含有相同元素組成的物質，如磷脂、核酸等都含有C、H、O、N、P。

2.2 模型構建與實驗演示結合探究ATP結構簡式

教師在ATP的詳細化學結構上去掉兩個磷酸基團（圖1），通過改動圖片，把ATP變成學生較為熟悉的結構。學生構建結構模型，畫出結構簡式。

教師引導學生分析：一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸構成了腺嘌呤核糖核苷酸，是構成RNA的基本單位。教師展示完整的ATP的詳細結構，學生在腺嘌呤核糖核苷酸的基礎上對模型進行改動。課堂實踐中，很多學生會畫成圖2。很多學生直接加了2個磷酸基團，但是忘記畫化學鍵。教師更正學生的畫法，加上“～”，補充高能磷酸鍵的概念。教師用彈簧實物演示高能磷酸鍵形成過程：因為壓縮彈簧時需要很大的能量，這個能量就儲存在里面了。當這個化學鍵斷開時，里面的能量就釋放出來了。

教師呈現ATP的結構簡式（圖3），逐步介紹AMP、ADP、ATP的關系，先介紹A-P～P～P這個簡式，要求請學生注意“-”和“～”的書寫區別。教師再介紹普通磷酸鍵和高能磷酸鍵：一個高能磷酸鍵可以儲存能量30.54 kJ，是普通磷酸鍵儲存能量的2～3倍。用兩個彈簧進行實物演示，一個彈簧松一些，壓縮時不費力氣，所以儲存的能量少這是普通磷酸鍵。而另一個彈簧比較緊，壓縮的時候儲存的能量多，當它斷裂的時候釋放的能量多，這是高能磷酸鍵。

教師小結：ATP中有1個普通磷酸鍵、2個高能磷酸鍵。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構成的基本單位。

3 利用高考題和實驗分析拓展ATP和ADP轉化思維

關于ATP和ADP的轉化，筆者沒有采用傳統的講授方法，而是在介紹了ATP、ADP結構的基礎上，通過高考題和拓展實驗的分析，逐步引導學生探究ATP的水解和合成的過程，揭示ATP和ADP的轉化關系。這種方式處理比較靈活，部分基礎比較薄弱的班級需要將實驗部分再簡化，利用流程圖來幫助學生理解實驗過程。

3.1 高考題分析引導學生自主探究ATP如何轉化為ADP

改編2016新課標1卷29題：用32P標記DNA分子，用1、2、3表示ATP上三個磷酸基團所處的位置，A-1P～2P～3P，回答以下問題。endprint

① 某種酶可以催化ATP的一個磷酸基團轉移到DNA末端，同時產生ADP。若要用該酶把32P標記到DNA末端，那么帶有32P的磷酸基團應在 位上（填數字）。

② 若用帶有32P標記的ATP作為RNA合成的原料，將32P標記到新合成的RNA分子上，則帶有32P的磷酸基團應在 位上。

學生通過思考與討論，分析32P的磷酸基團的位置，推導出ATP可以通過酶的作用轉變成ADP。教師板書ATP的水解過程，同時補充前面的ATP的遠離腺苷的那個磷酸鍵容易斷裂形成ADP，同時釋放大量能量。

通過②小題，學生理解ATP還可以水解掉兩個磷酸基團，變成AMP。教師補充一般很少會水解產生AMP，在某些情況下會出現，如瑩火蟲發光，水解掉兩個磷酸基團，產生AMP。

本環節，學生通過對高考題目的分析，在ATP結構的基礎上，自主推導出ATP、ADP和AMP之間的轉化關系。

3.2 分析拓展實驗，探究ADP如何轉化為ATP

教師展示改編自大學教材《生物化學》中的一個實驗：科學家將標記的磷酸（32P）注入活細胞內，隨后迅速分離細胞內的ATP，測定其放射性。實驗結果：ATP含量沒有發生變化，僅有幾毫克，但它的末端磷酸基團已經被放射性32P所標記，而且檢測出ATP放射性強度和之前注入的磷酸（32P）強度完全一致。學生分析實驗結果，同時從以上實驗總結生物體內ATP的特點。

對該實驗，學生理解起來有一定的難度，教師要適當引領，訓練學生思維，使學生從另一個角度思考ATP和ADP的轉化關系。學生通過對實驗結果的分析，得出ADP和Pi合成ATP的反應式，因為實驗后的ATP帶上了放射性說明是新合成的ATP，但是ATP的總含量沒有變化，說明在極短的時間內，還進行了ATP的水解反應，說明了ATP和ADP之間可以相互轉化。同時，教師引導學生總結生物體內ATP的特點是含量低，轉化快。最后，教師綜合以上內容小結ATP和ADP的轉化過程。

參考文獻：

[1] [美]奧爾頓·比格斯等著，廖蘇梅等譯.科學發現者·生物：生命的動力中冊[M].杭州：浙江教育出版社，2008.445.

[2] 王鏡巖，朱圣庚，徐長法主編.生物化學第三版（下冊）[M].高等教育出版社，2002.43.endprint