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第五章 細胞的能量供應和利用
第二節 細胞的能量“貨幣”ATP
【學習目標】
1.說出ATP的結構。
2.闡述ATP與ADP之間的相互轉化。
3.舉例說明ATP在細胞代謝中的作用。
【基礎梳理】
一、ATP是一種高能磷酸化合物
1.中文名稱： 。
2.作用：ATP是驅動細胞生命活動的 能源物質。
3.結構簡式： ，其中A代表 ，有 個，P代表 ，有 個，～代表 ，有 個。
4.（1）高能量
ATP是細胞內的一種高能磷酸化合物，含有2個 ，儲存大量能量。
（2）能量易釋放
ATP的化學性質不穩定，這是由于兩個相鄰的磷酸基團都帶負電荷而相互排斥，即末端磷酸基團具有較高的 。在有關酶的催化作用下，末端磷酸基團脫落，釋放出大量能量。
5.功能：是驅動細胞生命活動的 物質。
二、ATP和ADP可以相互轉化
1.ATP水解后轉化為比ATP穩定的化合物—— ，脫離下來的磷酸基團如果未轉移給其他分子，就成為 （用 表示）。
2.在有關酶的催化下，ADP可以接受能量，同時與 結合，重新形成ATP。
3.轉化特點
（1）ATP和ADP的相互轉化時刻不停地發生，且處于 之中。
（2）ATP和ADP相互轉化的能量供應機制在所有生物的細胞內都是一樣的，體現了生物界的 。
4.ADP轉化為ATP時所需的能量，對于動物、人、真菌和大多數細菌來說來自于 ，對于綠色植物來說，還可以來自于 。
三、ATP的利用
1.ATP的利用：
等。
2.ATP是細胞內流通的能量“貨幣”：
（1）化學反應中的能量變化與ATP的關系。
①放能反應：一般與ATP的 相聯系。
②吸能反應：一般與ATP的 解相聯系。
（2）能量通過 分子在吸能反應和放能反應之間流通。
ATP水解釋放的能量用于細胞和生物體的絕大多數生命活動，但ATP不是唯一的直接供能物質。
【拓展延伸】
ATP與能量的關系的兩個誤區
（1）誤認為ATP是唯一的直接供能物質。ATP為生物體生命活動直接提供能量，但不是唯一的直接能源物質，如UTP參與糖原的合成和糖醛酸代謝，GTP參與糖異生和蛋白質合成，CTP參與磷脂的合成。
（2）ATP≠能量，ATP是一種高能磷酸化合物，儲存大量能量。
【課堂練習】
1.關于ATP與ADP相互轉化的敘述正確的是( )
A.物質和能量的變化是可逆的 B.物質和能量的變化均不可逆
C.物質變化可逆，能量變化不可逆 D.物質變化不可逆，能量變化可逆
2.當其他條件均可滿足時，20個腺苷和90個磷酸最多可以組成的ATP個數和ATP分子中所含的高能磷酸鍵個數分別是( )
A.20個和30個 B.20個和40個 C.40個和40個 D.30個和60個
3.ATP分子的結構式簡寫為A—P~P~P，與A相連的3個磷酸基團從左至右依次稱為α、β、γ磷酸基團。下列有關ATP的敘述，錯誤的是( )
A.ATP分子中腺苷與3個磷酸基團相連，形成2個特殊的化學鍵
B.ATP的組成元素與核酸的組成元素相同，都是C、H、O、N、P
C.ATP分子中的γ磷酸基團在一定條件下容易水解脫落和添加形成
D.ATP與ADP是同一種物質在不同時期的兩種存在形式
4.如圖為ATP的結構和ATP與ADP相互轉化的關系式。下列說法不正確的是( )
A.圖1中的A代表腺嘌呤，b、c為特殊的化學鍵
B.ATP生成ADP時，圖1中的c斷裂并釋放能量
C.圖2中ATP與ADP相互轉化過程中物質是可循環利用的，能量是不可逆的
D.細胞內的吸能反應一般與ATP的合成有關，放能反應與ATP的水解有關
5.ATP是細胞生命活動的直接能源物質嗎，下列關于ATP的敘述正確的是( )
A.細胞質中有ATP的分布，細胞核中沒有
B.ATP合成所需的能量由磷酸提供
C.ATP中兩個特殊化學鍵的穩定性相同
D.正常細胞中ATP與ADP的比值相對穩定
6.如圖表示ATP水解產生ADP的過程。請據圖回答下列問題:
1.圖中A表示__________,P代表__________,ATP脫去兩個磷酸基團后可作為__________(物質)基本結構單位的一種。
2.圖中①表示__________,其中蘊藏著大量化學能。
3.圖中②表示__________的過程,其作用是__________。
4.催化該過程的酶與催化ATP生成的酶__________(填“是”或“不是”)同一種酶。
【答案以及解析】
1.答案：C
解析：在ATP與ADP相互轉化中,物質可以循環利用,是可逆的;ATP中的能量來源于光能或有機物氧化分解釋放的化學能, ATP水解釋放的能量用于各項生命活動,可以轉化為電能、光能、熱能、機械能等形式的能量,是不可逆的。
2.答案：B
解析：20個腺苷最多可以組成20個ATP，90個磷酸基團最多可以組成30個ATP，因此20個腺苷和90個磷酸基團最多可以組成20個ATP；每個ATP含有兩個高能磷酸鍵，因此最多含有高能磷酸鍵的數目為20×2=40個。故選B。
3.答案：D
解析：ATP分子中腺苷與3個磷酸基團相連，形成2個特殊的化學鍵，A正確；ATP和核酸的組成元素都是C、H、O、N、P，元素種類相同，B正確；ATP分子中遠離A的那個磷酸基團（γ磷酸基團）在一定條件下容易水解脫落和添加形成，C正確；ATP水解后形成ADP和Pi，因此ATP和ADP是兩種不同物質，D錯誤。
4.答案：D
解析：圖1中的A代表腺嘌呤，b、c為特殊的化學鍵，A正確； ATP生成ADP時，圖1中的c斷裂并釋放能量，B正確；ATP與ADP相互轉化過程中物質是可循環利用的，能量是不可逆的，C正確；細胞內的吸能反應一般與ATP的水解相聯系，放能反應一般與ATP的合成相聯系，D錯誤。
5.答案：D
解析：細胞核和細胞質中均有ATP的分布，A錯誤；對于植物來說，ATP合成所需的能量可以來自光能，也可以來自呼吸作用所釋放的能量，對于動物、人、真菌和大多數細菌來說， ATP合成所需的能量均來自細胞進行呼吸作用時有機物分解所釋放的能量，而磷酸無法提供能量，B錯誤；ATP中末端的磷酸基團具有較高的轉移勢能，在ATP水解酶的作用下，容易脫離，故ATP中兩個特殊的化學鍵穩定性不同，C錯誤；對細胞的正常生活來說，ATP與ADP的相互轉化是時刻不停地發生并且處于動態平衡之中的，正常細胞中ATP與ADP的比值相對穩定，D正確。
6.答案：(1)腺苷；磷酸基團；RNA
(2)高能磷酸鍵
(3) 高能磷酸鍵水解釋放能量；為生命活動提供能量
(4)不是
解析：(1)由ATP的結構簡式可知，A表示腺苷、P表示磷酸基團，①代表高能磷酸鍵，ATP水解掉兩個高能磷酸鍵后形成的腺嘌呤核糖核苷酸可作為RNA的基本組成單位之一。
(2)高能磷酸鍵中蘊藏有大量能量。
(3)ATP高能磷酸鍵水解時，可釋放大量能量，供生命活動所需。
(4)催化ATP水解與生成的酶不是同一種酶。
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