資源簡介

第3課時　ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質
[學習目標]　1.簡述ATP的化學組成和特點。2.闡述ATP與ADP之間的相互轉化。3.解釋ATP在能量代謝中的作用。
1．能源物質
糖類、脂肪、蛋白質都富含能量。這些物質氧化分解釋放的能量中有一部分用于產生ATP。
2．ATP的名稱與簡式
(1)中文名稱：腺苷三磷酸。
(2)結構簡式：A—P～P～P。
(3)符號含義
3．ATP的特點
(1)由于兩個相鄰的磷酸基團都帶負電荷而相互排斥等原因，使得磷酐鍵容易斷裂。ATP分子末端的磷酐鍵斷裂后，ATP轉化為腺苷二磷酸(ADP)和游離的Pi(HPO)。
(2)ATP是通過基團轉移而不是簡單的水解提供能量的，ATP轉移的基團是一個磷?；?—PO)，而不是磷酸基(—OPO)。
(3)ATP在細胞內含量很低，但轉化十分迅速。
4．ATP和ADP的相互轉化
(1)ATP的合成反應
①反應式：ADP＋Pi＋能量1ATP。
②圖中“能量1”為光合作用、細胞呼吸產生的能量。
(2)ATP的水解反應
①反應式：ATPADP＋Pi＋能量2。
②圖中“能量2”為通過磷?；D移提供的能量。
5．ATP的功能
(1)是細胞內絕大多數生命活動的直接能源物質。如生長、發育、運動、生殖和大多數需能反應等。
(2)是驅動細胞中各種生命活動的通用能量貨幣。糖類等有機物氧化分解釋放的能量不能直接用于生命活動，需要轉化為ATP中的能量才能滿足生命活動的需求。
判斷正誤
(1)ATP含有3個磷酐鍵，但是只有一個磷酐鍵會發生斷裂(　　)
(2)ATP是細胞生命活動需要的能量(　　)
(3)在生命活動旺盛的細胞中ATP的含量多(　　)
(4)根細胞產生ATP的生理過程為光合作用和細胞呼吸(　　)
(5)ATP和ADP的相互轉化時刻不停地發生并且處在動態平衡中(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√
一、ATP的結構
1．根據ATP的結構式思考下列問題：
(1)圖中①②③的結構分別是什么？
提示　腺嘌呤、核糖、磷酸基團。
(2)腺苷是由圖中哪些結構組成的(寫序號)
提示?、佗?。
(3)ATP分子去掉2個磷酸基團后的剩余部分是什么物質？
提示　腺嘌呤核糖核苷酸。
(4)若ATP完全水解，會得到哪些成分？
提示　腺嘌呤、核糖、磷酸。
2．為什么ATP中遠離A端的磷酐鍵不穩定？
提示　由于兩個相鄰的磷酸基團都帶負電荷而相互排斥等原因，使得這種化學鍵不穩定。
ATP的結構
(1)由結構圖示可知，ATP的組成元素有C、H、O、N、P，這與核酸的元素組成是相同的。
(2)由結構圖示可看出，ATP的結構特點可概括為“一、二、三”，即一個腺嘌呤核苷、兩個磷酐鍵、三個磷酸基團。
(3)ATP水解后脫下兩個Pi就形成AMP(腺苷一磷酸)，AMP是RNA的基本組成單位之一。
1．(2022·江蘇連云港高一期末)ATP分子的結構可簡寫成A－P～P～P，下列相關敘述正確的是(　　)
A．A代表腺嘌呤，T代表三，P代表磷酸基團
B．“～”表示磷酐鍵，其斷裂時需要吸收能量
C．ATP是通過轉移磷酸基(－OPO)提供能量的
D．ATP是通過磷酐鍵斷裂，直接釋放大量能量的
答案　B
解析　“A”代表腺苷，A錯誤；“～”代表磷酐鍵，其斷裂時需要先吸收能量使ATP分子處于活躍狀態，然后在轉變成ADP和Pi的過程中釋放能量，B正確；ATP是通過轉移磷?；?－PO)提供能量的，而不是磷酸基(－OPO)，C錯誤；ATP分子水解，末端的磷酐鍵斷裂，通過基團(—PO)的轉移提供能量，D錯誤。
2．(2022·江蘇海安高一期末)ATP是細胞的能量“貨幣”，如圖所示為ATP的分子結構，a、b、c表示相應的結構，①、②表示化學鍵。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．ATP并不是細胞中所有需要能量的生命活動的唯一直接供能物質
B．圖中①②對應的磷酐鍵都斷裂后形成的產物是構成RNA的基本單位之一
C．GTP與ATP結構相似，GTP含有的糖為核糖，其中的“G”叫鳥苷
D．ATP水解產生的能量用于滿足各項生命活動，如蔗糖的水解
答案　D
解析　ATP并不是細胞中所有需要能量的生命活動的唯一直接供能物質，細胞中還有GTP、CTP等直接供能物質，A正確；圖中①②對應的磷酐鍵都斷裂后形成的產物是腺嘌呤核糖核苷酸，是構成RNA的基本單位之一，B正確；GTP是三磷酸鳥苷，與ATP結構相似，GTP含有的糖為核糖，其中的“G”叫鳥苷，C正確；蔗糖的水解不消耗能量，D錯誤。
二、ATP和ADP的相互轉化和ATP的利用
1．分析以下資料，回答相關問題：
資料1　研究顯示，一個成年人一天在靜止狀態下所消耗的ATP約有48 kg；在劇烈運動的狀態下，每分鐘約有0.5 kg的ATP轉化成ADP。
資料2　成人體內ATP總量約為2～10 mg，人體安靜狀態下，肌肉內ATP含量只能供肌肉收縮1～2 s。
資料3　每個細胞每秒可合成約1 000萬個ATP且同時有等量的ATP 被水解。
(1)資料1和資料2說明了什么？
提示　ATP的消耗量大，但是含量很低。
(2)資料3說明了什么？有什么意義？
提示　ATP合成和水解即ATP和ADP的相互轉化非常迅速，一方面為細胞提供所需的ATP，另一方面使ATP維持相對恒定的水平。
2．閱讀教材P79有關ATP的利用和合成的相關內容，將ATP和ADP的轉化概念圖補充完整。
1．ATP與ADP的相互轉化
反應式 ATP ADP＋Pi＋能量 ADP＋Pi＋能量 ATP
場所 生物體的需能部位 細胞質基質、線粒體、葉綠體
物質變化 水解反應 合成反應
能量變化 釋放能量 吸收能量
能量來源 基團(—PO)轉移 細胞呼吸、光合作用
特點 時刻不停地發生，并且處于動態平衡之中
總反應式：ATPADP＋Pi＋能量。
特別提醒　ATP和ADP相互轉化時，反應所需要的酶、能量的來源和去路、反應的場所不同，因此二者的轉化不是可逆的，從兩者相互轉化的反應式來看，“物質是可逆的，但能量不可逆”。
2．ATP的利用
(1)儲存在ATP中的化學能可以轉化為光能、電能、機械能等。
(2)常見的消耗ATP的生理過程：主動運輸、蛋白質合成、胞吞、胞吐、細胞分裂等。
(3)常見的不消耗ATP的生理過程：簡單擴散、協助擴散、氣體交換、蒸騰作用等。
3．如圖表示細胞中ATP與ADP相互轉化示意圖。下列相關敘述正確的是(　　)
A．過程①的能量來自磷酸
B．過程②發生化學鍵的斷裂
C．過程①只能發生在線粒體中
D．過程②不能發生在葉綠體中
答案　B
4．(2022·江蘇省天一中學高一期末)下列能使細胞中ADP含量增加的是(　　)
A．萎蔫的青菜放在清水中變得堅挺
B．葡萄糖進入哺乳動物紅細胞
C．氨基酸被小腸上皮細胞逆濃度吸收
D．性激素進入細胞
答案　C
解析　萎蔫的青菜放入清水中，水分子通過簡單擴散進入細胞，不消耗能量，A錯誤；葡萄糖進入哺乳動物紅細胞屬于協助擴散，不消耗能量，B錯誤；氨基酸被小腸上皮細胞逆濃度吸收屬于主動運輸，需消耗ATP，ADP增加，C正確；性激素進入細胞屬于簡單擴散，D錯誤。
題組一　ATP的結構和特點
1．ATP是細胞中的能量“貨幣”。下列相關敘述正確的是(　　)
A．ATP中的A代表腺嘌呤
B．ATP中的T代表胸腺嘧啶
C．ATP的結構簡式可表示為A—P～P～P
D．ATP中靠近A的磷酐鍵易水解斷裂
答案　C
2．dATP與ATP結構相似，區別是其中所含的五碳糖為脫氧核糖。下列說法錯誤的是(　　)
A．含有兩個不穩定的磷酐鍵
B．能為蛋白質合成提供直接能源
C．含有C、H、O、N、P五種元素
D．dATP中的“A”代表腺苷
答案　D
解析　dATP中的“A”代表脫氧腺苷(腺嘌呤和脫氧核糖組成)，ATP中的A代表腺苷(腺嘌呤和核糖組成)，D錯誤。
3．下列關于水稻細胞內ATP的敘述，正確的是(　　)
A．ATP的化學性質十分穩定
B．核糖體是合成ATP的主要場所
C．每個ATP分子中含有兩個磷酸基團
D．水解釋放的磷酸基團能與某些蛋白質結合
答案　D
解析　ATP化學性質不穩定，遠離腺苷的磷酐鍵容易斷裂，A錯誤；核糖體是合成蛋白質的主要場所，不能合成ATP，B錯誤；每個ATP分子中含有三個磷酸基團，C錯誤；水解釋放的磷酸基團可轉移到某些蛋白質的氨基酸殘基上，使蛋白質磷酸化，D正確。
題組二　ATP和ADP的相互轉化
4．下列關于細胞內ATP的敘述，正確的是(　　)
A．ATP分子中含有腺嘌呤脫氧核苷酸
B．每個ATP分子含有2個磷酸基團，3個磷酐鍵
C．ATP在細胞中不斷被分解，同時也在不斷形成
D．ATP與ADP的相互轉化的過程中伴隨著能量釋放
答案　C
解析　ATP的結構簡式是A－P～P～P，去掉兩個磷酸基團后，剩余的A－P為腺嘌呤核糖核苷酸，A錯誤；每個ATP分子含有3個磷酸基團，2個磷酐鍵，B錯誤；細胞內的ATP含量不多，消耗后可迅速合成，C正確；在ATP與ADP的相互轉化中，伴隨著能量的儲存和釋放，D錯誤。
5．(2022·江蘇淮安高一期末)ATP是驅動生命活動的直接能源物質。下列關于ATP的敘述正確的是(　　)
A．ATP在酶的作用下，可以加上一個Pi，儲存能量
B．ATP能量供應機制在所有生物的細胞內都是一樣的
C．ATP是腺苷三磷酸的簡稱，其分子結構簡寫成A—T～P～P
D．由于相鄰的磷酸基團的相互排斥，使磷酐鍵容易斷裂，因此ATP轉化成ADP不需要酶參加
答案　B
解析　ADP在酶的作用下，可以加上一個Pi，生成ATP，A錯誤；ATP和ADP相互轉化的能量供應機制普遍存在，體現了生物界的統一性，B正確；ATP是腺苷三磷酸的簡稱，ATP分子的結構可以簡寫成A—P～P～P，C錯誤；由于相鄰的磷酸基團的相互排斥，使磷酐鍵容易斷裂，但ATP轉化成ADP也需要酶參加，D錯誤。
6．如圖表示ATP和ADP相互轉化的示意圖，對這一過程的敘述不正確的是(　　)
ATPADP＋Pi＋能量
A．存在著能量的釋放和儲存
B．保證了生命活動順利進行
C．持續不斷地在生物活細胞中進行
D．合成ATP的能量都來自細胞呼吸
答案　D
題組三　ATP的功能
7．《晉書·車胤傳》有“囊螢映雪”的典故，記載了東晉時期名臣車胤日夜苦讀，將螢火蟲聚集起來照明讀書的故事。螢火蟲尾部可發光，為發光直接供能的物質是(　　)
A．淀粉 B．脂肪 C．ATP D．蛋白質
答案　C
8．科學家研究發現，向剛剛失去收縮功能的離體肌肉上滴加葡萄糖溶液，肌肉不收縮；向同一條肌肉上滴加ATP溶液，肌肉很快就發生明顯的收縮。這說明(　　)
A．葡萄糖是能源物質
B．ATP是能源物質
C．葡萄糖是直接能源物質
D．ATP是直接能源物質
答案　D
選擇題9～10題為單選題，11～13題為多選題。
9．(2022·江蘇南京高一期末)腺苷酸激酶能專一性地將 ATP 分子末端的基團轉移到AMP 上形成ADP，經胰蛋白酶處理后此酶會失活。下列敘述正確的是(　　)
A．腺苷酸激酶直接為ADP 的合成提供能量
B．pH 的變化不會改變腺苷酸激酶活性
C．腺苷酸激酶的化學本質是蛋白質
D．腺苷酸激酶可催化 ATP 的生物合成
答案　C
解析　酶不能為化學反應提供能量，只能降低化學反應的活化能從而加快反應速度，A錯誤；酶活性受到pH的影響，B錯誤；腺苷酸激酶經過胰蛋白酶處理，失去活性，所以化學本質是蛋白質，C正確；腺苷酸激酶能將ATP分子末端的磷酸基團轉移至腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)上而形成ADP，即能促進ATP的水解，D錯誤。
10．蛋白質的磷酸化與去磷酸化被比喻為一種分子開關，分子開關的機理如圖所示，形成有活性的蛋白是一個磷酸化的過程、即“開”的過程，形成無活性的蛋白是一個去磷酸化的過程，即“關”的過程。下列有關分子開關的說法錯誤的是(　　)
A．細胞呼吸產生的ATP可以用于分子開關中蛋白質的磷酸化過程
B．分子開關可能是通過改變蛋白質的空間結構來實現“開”和“關”的
C．蛋白質去磷酸化過程是一個放能反應的過程、釋放的能量有一部分可用于合成ATP
D．蛋白質磷酸化過程是一個吸能反應，與ATP的水解相聯系
答案　C
解析　通過圖示可知，細胞呼吸產生的ATP可以用于分子開關中蛋白質的磷酸化過程，形成有活性的蛋白，A正確；ATP將蛋白質磷酸化，形成ADP和磷酸化的蛋白質，同時蛋白質的空間結構發生改變，當磷酸化的蛋白質上的磷酸基團脫落時蛋白質的空間結構會再次發生改變(恢復原狀)，因此分子開關可能是通過改變蛋白質的空間結構來實現“開”和“關”的，B正確；蛋白質去磷酸化過程釋放的能量不能用于合成ATP，C錯誤；通過圖示可知，蛋白質磷酸化過程需要消耗ATP，是一個吸能反應，與ATP的水解相聯系，D正確。
11．科學家從牛的胰臟中分離出一種多肽鏈(Ub)，如果靶蛋白被貼上Ub標簽，會發生如圖所示的過程。下列有關敘述正確的是(　　)
A．ATP的結構簡式是A—P～P～P
B．①過程會釋放能量
C．催化ATP水解的酶降低了反應的活化能
D．催化過程①和②的酶具有相同的氨基酸序列
答案　AC
解析　①過程需要消耗ATP分解所釋放的能量，B錯誤；酶具有催化作用，其催化作用的本質是降低化學反應的活化能，催化ATP水解的酶通過降低化學反應的活化能來實現催化作用的，C正確；過程①和②是兩個不同的過程，需要的酶的種類有差別，因而二者不會具有相同的氨基酸序列，D錯誤。
12．(2022·江蘇高一階段練習)如圖所示，圖1為ATP的結構簡圖，圖2為ATP與ADP相互轉化的關系式。下列說法錯誤的有(　　)
　
A．ATP中的五碳糖為核糖，b、c為磷酐鍵
B．圖1的“A”與ATP中的“A”為同一種物質
C．ATP與ADP相互轉化屬于可逆反應
D．圖2中ADP轉化為ATP的能量來自光合作用、細胞呼吸
答案　BC
解析　圖1中字母A代表的是腺嘌呤，ATP分子中的A代表腺苷，B錯誤；ATP與ADP相互轉化不屬于可逆反應，因為此過程物質可逆，而能量不可逆，且所需要的酶不同，C錯誤。
13．(2022·江蘇泰州中學高一期末)如圖所示，為氨基酸和Na＋進出腎小管上皮細胞的過程。下列相關敘述正確的是(　　)
A．ATP的A表示腺苷，其元素組成有C、H、O、N
B．管腔中氨基酸進入上皮細胞的方式為主動運輸
C．上皮細胞中氨基酸通過協助擴散進入腎小管周圍組織液
D．上皮細胞合成蛋白質的反應過程是一個放能反應過程
答案　ABC
解析　ATP的A表示腺苷，由腺嘌呤堿基和核糖組成，其元素組成有C、H、O、N，A正確；分析圖示可知，管腔中氨基酸進入上皮細胞為逆濃度梯度，需要載體蛋白，能量來自Na＋的濃度差，運輸方式為主動運輸，B正確；上皮細胞中氨基酸進入腎小管周圍組織液為順濃度梯度運輸，需要載體蛋白，運輸方式為協助擴散，C正確；上皮細胞在核糖體上合成蛋白質，該過程需要消耗能量，由ATP水解直接提供能量，是一個吸能反應過程，D錯誤。
14．據圖分析回答下列問題：
(1)圖1曲線表示物質A生成物質P的化學反應在無催化條件和有酶催化條件下的能量變化過程。無催化劑時，該反應所需的活化能可用圖中_______________________________________
(填字母)來表示。酶所降低的活化能可用圖中________(填字母)來表示。如果將酶催化改為無機催化劑催化該反應，則b在縱軸上將___________________(填“上移”或“下移”)。
(2)目前為止發現的絕大多數酶的化學本質為_____________________，其合成場所是__________，少數酶的化學本質為________。
(3)圖2是ATP與ADP之間的相互轉化圖。其中M表示______________(填中文名稱)，其結構簡式為________，X1和X2表示_______________，能量1的去向為____________________。
(4)細胞呼吸過程與圖2中________(填“酶1”或“酶2”)所催化的化學反應相聯系。
答案　(1)ac(ca)　ab(ba)　上移　(2)蛋白質　核糖體　RNA　(3)腺苷三磷酸　A—P～P～P　磷酸(Pi)　供給各項生命活動　(4)酶2
15．在自然界中生物的發光現象普遍存在，生物通過細胞的生化反應而發光。請設計實驗探究螢火蟲的發光強度與ATP濃度的關系。
實驗材料：螢火蟲的熒光器曬干后研成的粉末、ATP粉末、蒸餾水、大小相同的小燒杯若干、大小相同的試管若干、標簽紙若干及其他所需實驗材料。
(1)實驗步驟：
①配制不同濃度的ATP溶液，置于小燒杯中，貼上標簽。
②將____________分成若干等份，分別放入試管中，貼上標簽。
③在每支試管中加入_____________________________________________。
④觀察發光現象并記錄。
(2)實驗現象預測及結論：
實驗現象預測 實驗結論
①隨ATP溶液濃度升高，發光現象逐漸增強 熒光強度與ATP濃度_____________
②隨ATP溶液濃度升高，發光現象_________ 熒光強度與ATP濃度_____________
③__________________________________________________________________________ 熒光強度與ATP濃度無關
(3)實驗討論：
a．最可能的實驗結果是(2)中的第______種。
b．螢火蟲發光是________________能轉變成_______________________能的過程。
答案　(1)②熒光器粉末?、鄣攘坎煌瑵舛鹊腁TP溶液　(2)①成正比　②逐漸減弱　成反比　③隨ATP溶液濃度升高，發光現象無變化　(3)a.①　b．ATP中活躍的化學　光

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