資源簡介

第一節　ATP是細胞內的“能量通貨”
　解釋ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質。
　1.通過對ATP結構和功能的分析,構建ATP的結構模型,形成生命的物質與能量觀。
　2.認同ATP在吸能反應與放能反應轉化時的紐帶作用,能夠對相關的生產實踐內容做出科學的解釋與判斷,培養科學思維能力和社會責任意識。
一、ATP是細胞生命活動的直接能源
1.ATP的中文名稱為腺苷三磷酸。
2.ATP中的能量形式為化學能。
3.ATP的結構
①表示磷酸基團;②表示高能磷酸鍵;③表示核糖;④表示腺嘌呤;③與④組成的結構為腺苷。
1.ATP的元素組成是什么
提示:C、H、O、N、P。
2.ATP是腺嘌呤核苷的衍生物,如圖是ATP的分子結構圖。圖中虛線部分的名稱是什么 哪處的化學鍵易斷裂,使ATP轉化為ADP
提示:圖中虛線部分的名稱是腺苷。ATP中遠離腺苷的高能磷酸鍵②易斷裂,使ATP轉化為ADP。
二、細胞內ATP與ADP保持動態平衡
1.ATP分布及含量
廣泛分布在細胞核、線粒體、葉綠體、細胞溶膠等結構中,但含量很低。
2.ATP在細胞中易于水解
3.ATP在細胞中易于再生
4.ATP-ADP循環
(1)概念:通過ATP的合成和水解,使放能反應所釋放的能量用于吸能反應,此過程被稱為ATP-ADP循環。
(2)特點:ATP-ADP循環速度很快,細胞內ATP的含量能夠維持在相對穩定的水平。
(3)功能:ATP是細胞中普遍使用的能量載體,在細胞內能量轉換和利用中起著關鍵作用,有細胞中的“能量通貨”之稱。
1.經測定,正常成年人靜臥時24 h內約有40 kg ATP發生轉化,而細胞內ADP、ATP的總量僅為 2～10 mmol/L,為滿足能量需要,生物體內如何解決這一矛盾
提示:通過ATP與ADP的迅速轉化。
2.熒光素酶催化熒光素與氧發生反應形成氧化熒光素并發出熒光,該過程需ATP供能。基于上述原理發明的手持ATP測定儀,可用于測定食物表面的細菌數。測定時,細菌被裂解,ATP釋放到胞外作用于測定儀中的“熒光素酶—熒光素體系”并發出熒光,依據熒光強度得出細菌數。由此可知,熒光強度與ATP消耗量、細菌數有怎樣的關系
提示:熒光強度與ATP消耗量、細菌數呈正相關。
[自主學習檢測]——教材基礎熟記于心
1.在野外可以看到螢火蟲一閃一閃的亮光,這種光所用的能量直接來自ATP而非葡萄糖。(　√　)
2.ATP的組成元素為C、H、O、N、P,其中“A”代表腺嘌呤,“P”代表磷酸基團。(　×　)
提示:ATP中的“A”代表腺苷,由腺嘌呤和核糖組成。
3.在活細胞中,ATP廣泛分布在細胞核、線粒體、葉綠體、細胞溶膠等結構中,且含量很高。(　×　)
提示:在活細胞中,ATP含量很少。
4.ATP中的磷酸基團之間的高能磷酸鍵穩定性較差,易水解釋放大量的能量。(　√　)
5.活細胞中ATP-ADP循環速度很慢,細胞內ATP的含量能夠維持在相對較高的水平。(　×　)
提示:活細胞中ATP-ADP循環速度很快,細胞內ATP的含量能夠維持在相對穩定的水平。
6.安靜狀態下和運動狀態下ATP的消耗量不同,說明在運動狀態下ATP更容易水解。(　×　)
提示:安靜狀態下和運動狀態下ATP的消耗量不同,只能說明兩種狀態下ATP的再生速度不同,不能說明在運動狀態下ATP更容易水解。
7.ATP合成所需的能量一般來自吸能反應,ATP分解所釋放的能量一般會用于放能反應。(　×　)
提示:ATP合成所需的能量一般來自放能反應,ATP分解所釋放的能量一般會用于吸能反應。
任務一　準確認知ATP的結構
[任務突破]
基于模型與建模分析ATP的結構與功能
(1)ATP的結構模型與解讀:
(2)ATP的結構特點:遠離腺苷的高能磷酸鍵很容易水解和重新合成,ATP分子中大量的能量就儲存在高能磷酸鍵中。
(3)ATP的功能:作為生命活動的直接能源物質,為生命活動中的耗能反應持續提供能量。
[遷移應用]
[典例1] (2022·北斗聯盟高一期中)如圖為ATP的結構示意圖。下列有關敘述錯誤的是(　D　)
A.一分子該物質中有三個磷酸基團和兩個高能磷酸鍵
B.①和②組成腺苷
C.該物質中④最容易斷裂
D.ATP水解掉兩個磷酸基團后的產物是DNA的基本組成單位之一
解析:由圖可知,一分子該物質(ATP)中有三個磷酸基團和兩個高能磷酸鍵;腺苷由1分子①腺嘌呤和1分子②核糖組成;④為遠離腺苷的高能磷酸鍵,該鍵最容易斷裂;ATP水解掉兩個磷酸基團后的產物是RNA的基本組成單位之一。
任務二　探究ATP-ADP循環
與細胞內的能量變化
[任務突破1]
列表比較ATP的合成與水解
項目 ATP的合成 ATP的水解
反應式 ADP+Pi+能量ATP ATPADP+Pi+能量
酶 ATP合成酶 ATP水解酶
反應類型 吸能反應 放能反應
場所 細胞溶膠、線粒體、葉綠體等 需能部位
能量來源 光能(光合作用)、化學能(細胞呼吸) ATP中高能磷酸鍵內的化學能
能量去路 用于ATP的合成 用于各項生命活動
[遷移應用]
[典例2-1] (2022·浙北G2聯盟高一聯考)下圖是細胞中ATP-ADP循環示意圖。下列敘述錯誤的是(　D　)
A.ATP和ADP分子中都含有腺嘌呤和核糖
B.原核細胞和真核細胞內都可以發生甲、乙過程
C.能量①可來自放能反應,能量②可用于吸能反應
D.肌肉收縮過程中發生過程甲,不發生過程乙
解析:ATP是由1個核糖、1個腺嘌呤和3個磷酸基團組成的,ADP是由1個核糖、1個腺嘌呤和2個磷酸基團組成的,兩者都含有腺嘌呤和核糖;甲是ATP的合成,乙是ATP的水解,原核細胞和真核細胞內都可以發生兩過程;ATP的合成過程,需要吸收能量,所需的能量可來自細胞呼吸等放能反應,能量②是ATP水解釋放的能量,可用于吸能反應;肌肉收縮是吸能反應,需要ATP供能,與ATP的水解有關。
[典例2-2] 如圖為人體細胞的ATP-ADP循環示意圖,下列有關敘述與事實相符的是(　B　)
A.反應①需要水作為底物
B.在ATP-ADP循環中Pi可重復利用
C.人在饑餓狀態下ATP含量顯著下降
D.細胞通過反應①和反應②實現能量的循環利用
解析:反應①是ATP的合成過程,該過程不需要水作底物;在ATP-ADP循環中Pi可重復利用;ATP在體內含量很少,但由于ATP和ADP的轉化在時刻不停地進行,故人在饑餓狀態下ATP含量也不會顯著下降;通過反應①和反應②可實現ADP和ATP含量的動態平衡,但能量不能循環利用。
[任務突破2]
明確ATP在吸能反應與放能反應中的紐帶作用
特別提醒:(1)放能反應釋放的能量不能直接被吸能反應所利用,此過程必須以ATP為媒介才能完成。放能反應釋放的能量儲存到ATP中,ATP水解釋放的能量用于吸能反應。細胞中最主要的放能反應是糖類的氧化分解。
(2)細胞中吸能反應所需的能量來源主要是放能反應所釋放的能量,但是光合作用所需的能量來自太陽能。
(3)放能反應都存在能量的釋放,但是釋放的能量不一定儲存到ATP中,如二肽的分解等,該過程中有能量釋放,但不會儲存到ATP中,而是以熱能的形式散失。
(4)ATP的水解本身屬于放能反應,其釋放的能量用于其他吸能反應,如肌肉收縮、物質運輸等一些耗能生理過程。
[遷移應用]
[典例2-3] 下列關于吸能反應與放能反應的敘述,正確的是(　A　)
A.肌肉收縮屬于吸能反應
B.人體劇烈活動加強,ATP含量增加
C.吸能反應所需的能量只能來自放能反應
D.光合作用是綠色植物細胞中最重要的放能反應
解析:肌肉收縮是需要消耗能量的,故屬于吸能反應;人體劇烈活動加強,ATP含量基本不變;光合作用過程吸收光能,屬于吸能反應,該反應需要的能量不是來自放能反應,而是來自光能。
基礎達標練
1.(2022·金華高二期中)下列關于腺苷三磷酸分子的敘述,正確的是(　D　)
A.由1個脫氧核糖、1個腺嘌呤和3個磷酸基團組成
B.分子中與磷酸基團相連接的化學鍵稱為高能磷酸鍵
C.在水解酶的作用下不斷地合成和水解
D.是細胞中吸能反應和放能反應的紐帶
解析:ATP由1個腺嘌呤、1個核糖和3個磷酸基團組成;ATP分子的結構式可以簡寫成A—P～P～P,磷酸基團與磷酸基團相連接的化學鍵是高能磷酸鍵;ATP在水解酶的作用下水解,在合成酶的作用下由ADP和磷酸吸收能量合成ATP;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,故吸能反應和放能反應之間的紐帶
就是ATP。
2.(2022·精誠聯盟高二聯考)ATP是心內科常用于治療心腦血管方面疾病的藥物。下列敘述錯誤的是(　C　)
A.心肌炎患者可服用ATP藥為人體細胞提供能量
B.1分子ATP是由1分子腺苷和3分子磷酸基團組成的
C.ATP脫去2個磷酸基團的產物可用來合成DNA
D.ATP和ADP之間的相互轉化不是可逆反應
解析:ATP是生物體內直接的能源物質,心肌炎患者可服用ATP藥為人體細胞提供能量;ATP結構簡式為A-P～P～P,其中A表示腺苷,P表示磷酸基團,即1分子ATP是由1分子腺苷和3分子磷酸基團組成的;ATP脫去2個磷酸基團的產物是腺嘌呤核糖核苷酸,可用來合成RNA,DNA的基本單位是脫氧核苷酸;從兩個反應所需的酶、參與條件和反應場所來看,ATP和ADP之間的相互轉化不是可逆反應。
3.(2022·杭州“六縣九校”聯盟高二期中)ATP 是細胞中重要的高能磷酸化合物。下列有關敘述錯誤的是(　C　)
A.ATP 中的 A 由腺嘌呤和核糖組成
B.ATP 水解所釋放的能量可用于肌肉收縮
C.ATP 中含有的能量少,能量可以被重復利用
D.ATP 在細胞中易于再生,是細胞中普遍使用的能量載體
解析:ATP是高能磷酸化合物,ATP中的能量不能重復利用。
4.(2022·湖州高一期末改編)下圖是酵母菌細胞中 ATPADP 循環圖。下列敘述正確的是(　B　)
A.②過程中有兩個高能磷酸鍵斷裂
B.①過程可以發生在線粒體中
C.②過程提供的能量可轉化為光能和機械能
D.ATPADP 循環使細胞儲存了大量的 ATP
解析:②過程是ATP的水解,只有距離腺苷最遠端的一個高能磷酸鍵斷裂;①過程是ATP的合成,酵母菌細胞中有線粒體可進行需氧呼吸,
ATP的合成可以發生在線粒體中;ATP在酵母菌細胞中不會轉化為光能;細胞中的ATP含量很少,ATPADP相互轉化是時刻不停地發生且處于動態平衡中。
5.(2022·寧波高一期末)ATP的結構示意圖如下,①③表示組成ATP的物質或基團,②④表示化學鍵。下列有關敘述正確的是(　C　)
A.物質①表示鳥嘌呤
B.化學鍵②斷裂的化學反應屬于吸能反應
C.在ATPADP循環中③可重復利用
D.若化學鍵④斷裂,則左邊的化合物是ADP
解析:分析ATP的結構示意圖,其中①為腺嘌呤,②為遠離腺苷的高能磷酸鍵,③為磷酸基團,④也為高能磷酸鍵;②為高能磷酸鍵,其水解斷裂會釋放能量,屬于放能反應;在ATP與ADP的循環中,物質都是可逆的,只是能量不可逆,所以③是可以重復利用的;若④高能磷酸鍵斷裂,ATP水解后只剩下腺嘌呤、核糖和1分子磷酸基團,該化合物稱為腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)。
閱讀下列材料,回答下面6、7小題。
　　某同學進行一項實驗:對剛剛喪失收縮功能的新鮮骨骼肌,先滴加葡萄糖溶液,觀察現象;再滴加ATP,觀察現象。ATP分子結構式如圖1,圖2為ATP轉化為ADP的示意圖。
6.根據圖示分析,下列說法錯誤的是(　A　)
A.ATP與ADP的相互轉化是可逆的
B.圖2中的X是Pi(磷酸)
C.圖2中的能量可用于螢火蟲的發光
D.圖1水解掉兩個高能磷酸鍵剩下部分是組成RNA的基本單位
7.根據上述實驗分析,下列敘述錯誤的是(　C　)
A.必須待離體肌肉自身的ATP消耗之后,才能進行實驗
B.本實驗中采用的是自身對照
C.如果將滴加溶液的順序顛倒一下,實驗結果依然可靠
D.本實驗的結論是ATP是肌肉收縮所需能量的直接來源
解析:6.由于能量來源和所需酶不同,細胞內的ATP與ADP的相互轉化是不可逆的;ATP的結構簡式為A—P～P～P,其中“—”為普通磷酸鍵,“～”為高能磷酸鍵,“A”為腺苷,由腺嘌呤和核糖組成,離腺苷較遠的高能磷酸鍵易發生斷裂,從而形成ADP,故圖2中的X是Pi;ATP為細胞生命活動的直接能源物質,故圖2中的能量可用于螢火蟲的發光;如果ATP的兩個高能磷酸鍵都發生斷裂,則形成AMP即腺嘌呤核糖核苷酸,是組成RNA的基本單位。
7.必須待離體肌肉自身的ATP消耗之后,才能進行實驗,以排除原有ATP對實驗結果的影響;在程序上,先滴加葡萄糖溶液,觀察肌肉是否收縮以后,再滴加ATP溶液,這是采取自身前后對照的方法;如果將題述順序顛倒,實驗結果不可靠,原因是如果外源ATP尚未耗盡,會出現滴加葡萄糖溶液后肌肉也會收縮的現象,造成葡萄糖也被肌肉直接利用的假象;先滴加葡萄糖溶液,肌肉不收縮,再滴加ATP溶液,肌肉收縮,說明ATP是肌肉收縮所需能量的直接來源。
8.下列關于ATP的敘述,正確的是(　C　)
A.細胞內吸能反應所需要的能量都由ATP直接提供
B.ATPADP循環使細胞內物質和能量得以循環利用
C.ATP中的“A”與ATP徹底水解后生成的“A”不同
D.ATP主要由C、H、O、N、P等元素構成
解析:ATP是細胞的直接能源物質,但不是唯一的直接能源物質;能量不能循環利用;ATP中的“A”表示腺苷,ATP徹底水解后生成的“A”表示腺嘌呤;ATP只由C、H、O、N、P五種元素構成。
9.將同位素(32P)標記的磷酸注入活細胞內,隨后迅速分離細胞內的ATP,測定其放射性。實驗結果表明ATP的含量并沒有發生變化,但它的末端磷酸基團已被放射性32P所標記。結合以上實驗事實和ATP的結構功能,判斷下列相關敘述錯誤的是(　A　)
A.上述過程只涉及吸能反應
B.活細胞內ATP與ADP的轉化很迅速
C.遠離腺苷的高能磷酸鍵不穩定
D.ATP的結構與其功能相適應
解析:結合題意,“ATP的含量并沒有發生變化,但它的末端磷酸基團已被放射性32P所標記”說明題述過程涉及ATP與ADP的相互轉化,故涉及吸能反應和放能反應;ATP是在細胞中的含量少而需求量大的化合物,可與ADP之間進行相互轉化且轉化速度非常快;由題干信息“末端磷酸基團已被放射性32P所標記”可知,遠離腺苷的高能磷酸鍵不穩定;ATP的結構與其功能相適應,如ATP遠離腺苷的高能磷酸鍵不穩定,易水解和形成,利于能量的快速釋放和轉化。
10.(2022·溫州聯考)如圖是ATP的結構及合成與水解反應,下列相關敘述正確的是(　C　)
A.圖2反應向右進行時,圖1中b、c化學鍵連續斷裂釋放出能量和磷酸基團
B.ATP與ADP相互轉化迅速,細胞中儲存大量ATP以滿足對能量的
需求
C.葉肉細胞中圖2反應向左進行時,所需的能量可以是化學能也可以是光能
D.ATP脫去一個磷酸基團后形成的腺嘌呤脫氧核苷酸可參與RNA的
合成
解析:圖2反應向右進行時,圖1中c化學鍵斷裂釋放出能量和磷酸基團;ATP與ADP相互轉化迅速,細胞中ATP含量很少,不能大量儲存;葉肉細胞中圖2反應向左進行時,所需的能量可以是細胞呼吸釋放的化學能也可以是光合作用吸收的光能;ATP脫去兩個磷酸基團后形成的腺嘌呤核糖核苷酸可參與RNA的合成。
11.ATP是與能量代謝關系最為密切的化合物,請回答下列有關ATP的問題。
(1)寫出在能量代謝過程中,ATP釋放和儲存能量的反應式　 。
(2)在動物細胞內形成ATP所需要的能量主要來自　　　　　　作用,在綠色植物葉肉細胞的　　　　　　　　　　(填結構名稱)中也能合成ATP。
(3)如果ATP分子去掉兩個磷酸基團,則成為腺苷一磷酸,它是構成
　　　　　　　的基本組成單位之一。
(4)用“○”“”“□”三種符號分別表示磷酸、核糖與腺嘌呤,試寫出這三種分子在ATP中的連接方式　 。
解析:(1)能量代謝過程中,ATP水解時釋放能量,ATP合成時儲存能量,ATP與ADP可相互轉化。(2)動物細胞內合成ATP所需要的能量來自呼吸作用,植物葉肉細胞中合成ATP所需要的能量來自呼吸作用和光合作用。(3)ATP水解去掉兩個磷酸基團后成為腺嘌呤核糖核苷酸,是構成RNA的基本組成單位之一。(4)ATP的結構簡式為A—P～P～P,它由一分子核糖、一分子腺嘌呤和三分子磷酸構成,且磷酸之間為高能磷酸鍵。
答案:(1)　(2)呼吸　葉綠體　(3)RNA
(4)
12.在生物體內能量的轉換和傳遞中,ATP是一種關鍵的物質,其分子結構式如圖1所示。
(1)ATP的結構簡式為　　　　　　　　　。
(2)人體骨骼肌細胞中,ATP的含量僅夠劇烈運動時三秒鐘內的能量供給。在校運動會上,某同學參加100 m短跑過程中,其肌細胞中ATP相對含量變化如圖2所示,試回答下列問題。
①由A到B的變化過程中,說明ATP被水解,釋放的能量用于　 。
②由整個曲線來看,肌細胞中ATP的含量不會降為零,說明　 。
解析:(1)ATP的分子結構簡式為A—P～P～P,其中A代表腺苷,P代表磷酸基團。(2)①圖2中,由A到B的變化過程中,說明ATP被水解,釋放的能量用于肌肉收縮等生命活動。②由于ATP的生成和分解是同時進行的,則由整個曲線來看,肌細胞中ATP的含量不會降為零。
答案:(1)A—P～P～P　(2)①肌肉收縮等生命活動　②ATP在分解的同時也有ATP的合成
綜合提升練
13.(2023·浙南名校聯考)鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)等和腺嘌呤(A)一樣也可以形成相應的三磷酸化核苷酸,G、C、U和A參與形成的三磷酸化核苷酸分別為GTP、CTP、UTP和ATP,它們都屬于高能磷酸化合物,結構和功能也都類似,但ATP用途最為廣泛。下列敘述錯誤的是(　B　)
A.每個GTP由1個核糖、1個鳥嘌呤和3個磷酸基團組成
B.CTP含有3個磷酸基團,連接磷酸基團之間的磷酸鍵穩定性較高
C.UTP分子中高能磷酸鍵全部斷裂后的產物可以是RNA的基本組成
單位
D.胃腺細胞分泌胃蛋白酶原時,伴隨著ATP向ADP的轉化過程
解析:GTP、CTP、UTP和ATP屬于高能磷酸化合物,結構和功能也都類似,可推知每個GTP由1個核糖、1個鳥嘌呤和3個磷酸基團組成;CTP中連接磷酸基團之間的磷酸鍵為高能磷酸鍵,穩定性較低,容易水解和重新生成;UTP分子中高能磷酸鍵全部斷裂后的產物為尿嘧啶核糖核苷酸,是RNA的基本組成單位之一;ATP是細胞內直接能源物質,細胞內大多數吸能反應由ATP水解直接提供能量,胃腺細胞分泌胃蛋白酶原的過程需要消耗能量,因而伴隨著ATP向ADP的轉化過程。
14.ATP可將蛋白質磷酸化,磷酸化的蛋白質會改變形狀做功,從而推動細胞內系列反應的進行(機理如圖所示)。下列說法不正確的是(　B　)
A.ATP推動細胞做功,存在吸能反應與放能反應過程
B.磷酸化的蛋白質做功,失去的能量主要用于再生ATP
C.ATP水解與磷酸化的蛋白質做功均屬于放能反應
D.肌肉在收縮過程中,肌肉中的能量先增加后減少
解析:分析圖示可知,ATP推動細胞做功,首先需要ATP水解釋放能量,這是一種放能反應,能量用于蛋白質的磷酸化(吸能反應),磷酸化的蛋白質通過做功釋放能量,這是一種放能反應,通過兩者的結合推動細胞做功;磷酸化的蛋白質做功失去能量是一種放能反應,所釋放的能量基本上以熱能形式散失,合成ATP所需的能量主要來自細胞呼吸和光合作用;通過上述作用機理可推知,肌肉收縮過程中,ATP先使肌肉中的能量增加,改變形狀,這是吸能反應,然后肌肉做功,失去能量,恢復原狀,這是放能反應。
15.科研人員為驗證“蛙的腓腸肌收縮所需的直接能源物質是ATP,而不是葡萄糖”,設計了如圖實驗裝置。
(1)實驗步驟:
①剝取蛙的腓腸肌,制備如圖所示的兩套實驗裝置,編號為甲、乙。
②連續刺激腓腸肌,　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
③向裝置甲的腓腸肌上滴加適量的適宜濃度的葡萄糖溶液,
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,立即對坐骨神經施加適宜強度的電刺激。
(2)實驗結果:
　。
(3)實驗結論:蛙的腓腸肌收縮所需的直接能源物質是ATP,而不是葡萄糖。
(4)問題分析:若甲、乙兩組實驗結果相同,可能的原因是
　。
解析:(1)實驗步驟:②需要連續刺激腓腸肌,直至不再發生反應,從而消耗掉其中原有的能源物質。③本實驗的自變量是能源的種類,即葡萄糖和ATP,并且無關變量需要保持相同且適宜,因此需要向裝置乙的腓腸肌上滴加等量的適宜濃度的ATP溶液。
(2)實驗結果:由于直接能源物質是ATP,而不是葡萄糖,因此甲組腓腸肌不收縮,指針不偏轉;乙組腓腸肌收縮,指針偏轉。
(3)實驗結論:蛙的腓腸肌收縮所需的直接能源物質是ATP,而不是葡萄糖。
(4)問題分析:若甲、乙兩組實驗結果相同,可能是由于滴加溶液前腓腸肌細胞內存有一定量的ATP,或滴加溶液較長時間后才對坐骨神經施加電刺激。
答案:(1)②直至不再發生反應
③向裝置乙的腓腸肌上滴加等量的適宜濃度的ATP溶液
(2)甲組腓腸肌不收縮,指針不偏轉;乙組腓腸肌收縮,指針偏轉
(4)滴加溶液前腓腸肌細胞內存有一定量的ATP,或滴加溶液較長時間后才對坐骨神經施加電刺激

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