“ATP是细胞能量通货”的概念分析与传递

论述了"ATP是细胞能量通货"的概念分析与传递策略。教学设计思路为:第1步,对"ATP是细胞的能量通货"这一重要概念进行结构分析,将其细化为若干次位概念;第2步,将以陈述句表述的次位概念转换为具体问题,选择能够对概念形成有力支撑的事实层面的典型材料,设计符合学生认知特点的教学活动,引导学生分析并达成对概念的基本理解;第3步,创设新的问题情境,检测学生对"ATP是细胞能量通货"的理解程度,达到学以致用的目的。     

在“核酸”的教学中强化重要概念

针对当前高中生物学教学研究如何传递重要概念的课例还很少的现状．以人教版“遗传信息的携带者——核酸”一节为案例进行分析,提出了高中生物学教学传递重要概念的2个重要策略。一是重要概念的逐级分解与螺旋建构：先将重要概念合理分解为多个次位概念,再利用多个次位概念根据由易到难的原则螺旋建构重要概念;二是重要概念的事实支撑与抽象概括：先提供生物学事实支撑学生理解概念,再对生物学事实抽象概括形成重要概念．实现从记忆事实向理解概念的转变。     

生理病理状态下线粒体合成ATP的动态调控机制

线粒体是细胞的代谢中心之一,不仅产生大量的ATP为细胞提供能量,还参与多种生物分子(例如核酸、氨基酸、胆固醇和脂肪酸)合成及代谢废物的处理。ATP是细胞重要的"能源货币",是能量载体和信号分子,参与调节细胞的各种生命活动。动物与人在激烈运动时,ATP消耗速率增加数十倍,但细胞内的ATP仍维持在"设定点"水平,不出现降低。因此,传统生理学观点认为,动物细胞内ATP水平保持恒定。但新的研究结果表明,生物细胞内ATP水平存在波动。生理条件下,增加能量物资(糖、脂和氨基酸等)和氧供,促进线粒体ATP合成,可使细胞内ATP水平出现一过性升高。新的研究证明,在肥胖情况下,由于能量物质的过多供应,细胞内ATP水平出现持续性升高,构成代谢紊乱的源头信号。线粒体ATP合成受多种因素影响,如氧化应激、钙超载、缺氧、线粒体膜通透性增加和线粒体DNA突变等。这些因素与疾病条件下细胞内ATP水平持续降低相关,常见的疾病包括阿尔茨海默症、帕金森疾病、精神分裂症、肿瘤、心衰、全身炎症反应综合征等。本综述简要概述线粒体调节细胞内ATP水平的研究进展,重点讨论造成ATP波动的因素、机制及病理生理学意义。     

“细胞的能量‘货币’ATP”单元教学设计

基于新课程标准的要义,结合“细胞的能量‘货币’ATP”的单元教学,探讨发展高中生物学学科核心素养的途径。     

生理病理状态下线粒体合成ATP动态调控机制

线粒体是细胞的代谢中心之一,不仅产生大量的ATP为细胞提供能量,还参与多种生物分子（例如核酸、氨基酸、胆固醇和脂肪酸）合成及代谢废物的处理。ATP是细胞重要的“能源货币”,是能量载体和信号分子,参与调节细胞的各种生命活动。动物与人在激烈运动时,ATP消耗速率增加数十倍,但细胞内的ATP仍维持在“设定点”水平,不出现降低。因此,传统生理学观点认为,动物细胞内ATP水平保持恒定。但新的研究结果表明,生物细胞内ATP水平存在波动。生理条件下,增加能量物资（糖、脂和氨基酸等）和氧供,促进线粒体ATP合成,可使细胞内ATP水平出现一过性升高。新的研究证明,在肥胖情况下,由于能量物质的过多供应,细胞内ATP水平出现持续性升高,构成代谢紊乱的源头信号。线粒体ATP合成受多种因素影响,如氧化应激、钙超载、缺氧、线粒体膜通透性增加和线粒体DNA突变等。这些因素与疾病条件下细胞内ATP水平持续降低相关,常见的疾病包括阿尔茨海默症、帕金森疾病、精神分裂症、肿瘤、心衰、全身炎症反应综合征等。本综述简要概述线粒体调节细胞内ATP水平的研究进展,重点讨论造成ATP波动的因素、机制及病理生理学意义。     

生理病理状态下线粒体合成ATP动态调控机制

线粒体是细胞的代谢中心之一，不仅产生大量的ATP为细胞提供能量，还参与多种生物分子（例如核酸、氨基酸、胆固醇和脂肪酸）合成及代谢废物的处理。ATP是细胞重要的“能源货币”，是能量载体和信号分子，参与调节细胞的各种生命活动。动物与人在激烈运动时，ATP消耗速率增加数十倍，但细胞内的ATP仍维持在“设定点”水平，不出现降低。因此，传统生理学观点认为，动物细胞内ATP水平保持恒定。但新的研究结果表明，生物细胞内ATP水平存在波动。生理条件下，增加能量物资（糖、脂和氨基酸等）和氧供，促进线粒体ATP合成，可使细胞内ATP水平出现一过性升高。新的研究证明，在肥胖情况下，由于能量物质的过多供应，细胞内ATP水平出现持续性升高,构成代谢紊乱的源头信号。线粒体ATP合成受多种因素影响，如氧化应激、钙超载、缺氧、线粒体膜通透性增加和线粒体DNA突变等。这些因素与疾病条件下细胞内ATP水平持续降低相关，常见的疾病包括阿尔茨海默症、帕金森疾病、精神分裂症、肿瘤、心衰、全身炎症反应综合征等。本综述简要概述线粒体调节细胞内ATP水平的研究进展，重点讨论造成ATP波动的因素、机制及病理生理学意义。     

F—1ATP酶的三维结构

ATP（三磷酸腺苷）是细胞的化学合成、交换和运动必不可少的动力。这一重要事实人们已经知道了将近50个年头。近20年来,对产生ATP的ATP合成酶在线粒体、叶绿体和细菌的“能量转换”中的重要地位,又得到进一步确认。80年代,Boyer等人首次提出了ATP合成酶催化部分的模型。指出ATP合成酶的催化部分是一个球状体,其中包括a一和卜两类亚基蛋白质,各有3个,相间排列,象陀螺一样旋转。其中卜亚基能催化产生ATP,每旋转一周,3个卜亚基就改变了形状,各自处于不同的状态,分别进行捕捉ATP一前体,催化反应和释放新形成的分子。令人遗…     

围绕核心概念展开生物学课堂教学——以“细胞是生命活动的单位”一节为例

以“细胞是生命活动的单位”一节为例,阐述如何确定核心概念,细化次位概念,并围绕核心概念选择有效教学策略开展教学。     

剧烈运动中的能量供应

剧烈运动是指持续时间短、运动强度大,以无氧供能为主的运动,但是机体的能量供应又是一个连续的统一整体。剧烈运动时能量供应主要有以下两种形式: 1.高能磷化物(ATP、CP)供能 ATP是高能化合物中最重要的一种,在提供能量中起重要作用。肌肉活动时,肌肉中的ATP在ATP酶的催化下,分解为ADP和无机磷酸,同时放出能量。每克分子ATP分解为ADP可释放7-12千卡的热能,这是肌肉收缩时唯一的直接能源。 ATP在释放能量转变为ADP后,ADP再接受能量又生成ATP。ADP虽也有一个高     

心肌细胞力能学的现代问题

心脏主要通过氧化磷酸化过程生成ATP。这一过程发生在线粒体内膜所包围的基质(matrix)内。ATP和ADP不能透过线粒体膜,生成的ATP被位于线粒体内膜的ATP-ADP易位酶,从线粒体内膜间隙转到外膜间隙,再通过磷酸肌酸途径转移到收缩系统;同时将外膜间隙的ADP转移至线粒体内膜间隙,接受高能磷酸键再合成ATP。如此往复,保障收缩系统不断得到能量供应。胞浆内高水平的肌酸和线粒体内膜间隙低水平的ADP是细胞内能量代谢过程的重要调节机制,肌酸磷酸激酶(CPK)同功酶在其中起着重要作用。肌浆网膜对于Ga~( )的摄取和释放是心肌兴奋-收缩偶联的重要调控部位。但是,除能量生成过程研究得较清楚外,涉及能量转运、贮存及利用过程的许多力能学问题尚未阐明。     

胞浆型肌酸激酶cDNA的克隆及其对兴奋毒性神经细胞钙超载的保护作用

钙离子超载是介导兴奋性神经毒性和多种神经退行性病变的重要细胞机制,胞内能量耗竭是钙超载所致神经细胞死亡的重要原因。脑源胞浆型肌酸激酶(cytosolic creatine kinase,CKBB)能通过催化生成磷酸肌酸来存储能量,提高细胞的荷能状态,对钙超载引发的细胞毒性可能具有调控作用。作者克隆了小鼠CKBB的c DNA,发现过表达CKBB能有效缓解A23187刺激引起的SH-SY5Y细胞内ATP排空,降低能量"感受器"—AMP激活的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)—的磷酸化程度,并显著提高细胞存活率。在谷氨酸诱导的原代小脑颗粒神经元的钙超载体系中也证明了CKBB的保护作用。此外,还发现肌酸结合CKBB的双因素保护方案比单独的CKBB干预效果更好,该结果对于肌酸和肌酸激酶的临床应用具有一定的借鉴意义。     

腺苷酸活化蛋白激酶参与调控物质代谢及多种病理反应的分子机制

腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)在真核细胞生物中广泛存在,属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,是一个参与许多细胞信号传导通路的关键蛋白,也是调节细胞能量代谢的开关,故有细胞能量调节器之称。各种导致细胞内AMP/ATP比值升高的因素均可引起AMPK活化。AMPK活化是抑制消耗ATP的合成代谢并启动生成ATP的分解代谢的过程,从而维持机体能量代谢平衡。AMPK不仅在糖脂代谢和心血管、呼吸系统、生殖系统、泌尿系统等病理反应中具有重要作用,而且在人类恶性肿瘤中也扮演着重要角色,对肿瘤细胞的增殖、生长、侵袭和转移具有复杂的调控作用。我们简要综述AMPK的生物学特性及其参与调控多种病理反应的作用机制。     

“细胞的生活需要物质和能量”的教学设计

采用"通过探究性学习构建重要概念"的教学策略,聚焦"细胞生活需要物质和能量"的关键问题,设计了3个探究性学习活动:1)推测、对比分析理解细胞生活需要的物质;2)实验探究、类比推理理解细胞有机物中的能量释放过程;3)实验探究理解细胞膜控制物质的进出。从学生经验出发,精心组织探究素材,设计层层递进的探究问题,学生较为深入地思考、理解活细胞时刻不停、持续不断地与外界进行物质和能量交换的动态变化过程,构建"细胞是生命活动(功能)的基本单位"的重要概念。     

细胞内ATP水平调节机制在肥胖病理生理中的作用

ATP是细胞的重要能源。传统观点认为细胞内ATP水平相对恒定,不会出现持续升高。而新的研究提示:在能量过剩状态下,ATP水平在多种组织中持续升高,这种升高与能量过剩引起的代谢紊乱密切相关,但其升高机制尚不清楚。本文通过回顾本研究组前期实验结果和文献,论述调节细胞内ATP水平的多种因素,其中涉及超氧离子、线粒体炫、抗氧化剂、抗凋亡蛋白(Bcl-xL)、AMP活化的蛋白激酶以及二甲双胍等,重点讨论这些因素改变ATP设定点的作用及其潜在机制,评估它们在细胞内ATP水平升高或降低中扮演的角色。本文以能量过剩的分子机制为中心,探讨细胞内ATP水平升高导致胰岛素抵抗的分子机制,同时阐明新的实验结果与ATP传统观点之间发生矛盾的可能原因。作者认为在肥胖条件下,ATP水平升高是细胞能量过剩的重要信号,该信号通过激活反馈通路抑制线粒体功能,造成糖脂代谢紊乱。     

ATP研究历程

ATP是细胞内能量流的重要物质。ATP的发现和认识过程是20世纪生命科学的重要进展。从ATP的发现过程到生物体内ATP的合成机制的研究作了简要的回顾。主要对ATP的发现、ATP概念的建立、ATP的生理作用的揭示、ATP合成的＂化学假说＂、＂化学渗透说＂、＂构象假说＂和＂结合变化机制＂的提出和内容作了介绍。     

胞外ATP在呼吸道中的作用

ATP不但是各种细胞的能量来源,而且更是一种自分泌或旁分泌的胞外信使,参与细胞一系列的生物学效应。ATP从呼吸道上皮细胞中释放,在调节呼吸道表面液体量的平衡、黏膜纤毛清除能力和呼吸道防御功能方面起重要作用,并参与呼吸道疾病及炎症的发生。本文对ATP从呼吸道上皮释放的途径,ATP调节呼吸道上皮离子转运的机制,ATP对呼吸道平滑肌的双重调节作用,以及ATP参与呼吸道疾病和炎症的发生机制等方面予以综述。     

人体能量来源机理及刺激传导的ATP酶新说与诺贝尔奖

神经传导的“钠学说”未能真正发现传导能量的来源机理,外界一点能量刺激到Na^ ,如无内能激发参与,不大可能产生细胞广泛除极。“钠钾泵”假说没有全面发现：⑴神经传导的ATP能量来源机理,⑵刺激是激活ATP酶,产生能量⑶离子以能量作载体通过细胞能道。“膜片钳”技术动摇和否定细胞通道钠、钾等离子的特异性,离子的进出通道决定于通道、离子及能量的大小等,钠钾等通道分类命名值得商确。1991年起作者正式发表不少论文^[4-9]认为：刺激是激活ATP酶,产生能量及除极复极和神经传导,ATP酶细胞各部分均有,特别是细胞膜系统。⑷人体能量系统与中医经络系统相似,由量多质好的细胞线粒体组成。主干14,分枝无数。植物能量系统由分生组织,形成层及传递细胞构成。     

问：ATP是唯一的直接提供可利用能量的物质吗？

答：新陈代谢所需要的能量是由细胞内的ATP直接提供的,ATP是新陈代谢所需能量的直接来源,但体内有些合成反应不一定都直接利用ATP供能,而可以利用其他三磷酸核苷。例如UTP(三磷酸尿苷)用于多糖合成、CTP(三磷酸胞苷1用于磷脂合成、GTP(三磷酸鸟苷)用于蛋白质合成等。但物质氧化时释放的能量大都是必须先合成ATP。然后ATP可使UDP、CDP或GDP生成相应的UTP、CTP或GTP。     

“细胞代谢的条件”的教学组织

细胞代谢是活细胞内发生的全部生物化学反应的总和。凡是化学反应都会有物质和能量的变化．酶与能量是细胞代谢的重要条件。本文主要阐述高中生物学课程中有关酶和ATP化学知识的教学组织。     

食物分子中的碳怎样在人体中“燃烧”

人体内的各种生理活动需要能量驱动。ATP就是给机体供能的主要分子。食物分子中的氢原子脱下来后,通过电子传递的方式分步释放出能量,并将氢离子从膜的一侧泵至另一侧,最后与氧结合生成水,此跨膜的离子浓度梯度就可以用于合成ATP。然而碳原子的氧化却不能用这种方式进行,而是通过"加水脱氢"的方式,将碳原子中储存的能量转移到氢原子上,再通过氢原子的氧化释放能量。