資源簡介

生物學高考備考教案
第三章 細胞代謝
課時2 ATP的結構和功能
教師尊享·命題分析
課標要求 核心考點 五年考情 核心素養對接
解釋ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質 ATP的結構和功能 2022：浙江1月T3； 2021：北京T1、海南T14； 2020：北京T1、全國卷Ⅲ ； 2019：天津T2； 2018：浙江4月T10 1.生命觀念——結構與功能觀：ATP的結構與功能相適應；物質與能量觀:ATP是一種能源物質,能夠為生命活動提供能量。 2.科學思維——比較與歸納:比較ATP與RNA之間的關系、ATP和ADP之間的相互轉化關系
命題分析預測 1.高考對ATP相關知識的考查多以選擇題的形式呈現，且往往與物質跨膜運輸、酶、光合作用、呼吸作用的內容進行綜合考查，著重考查考生的分析判斷能力。 2.預計2024年高考仍將延續這種考查模式,也不排除以實驗為背景考查考生對ATP的理解和對相關知識的運用，且會滲透對科學思維、科學探究及社會責任等生物學科核心素養的考查
知識導圖 教材讀薄
教材幫 讀透教材 融會貫通
知識整合 教材讀厚
1.ATP的結構
[必修1 P86“相關信息”]
圖中標出的“ ”的含義：①腺苷；②腺嘌呤；③腺嘌呤脫氧核苷酸；④腺嘌呤核糖核苷酸。
2.ATP與ADP的相互轉化
項目 ATP的合成 ATP的分解
反應式
所需酶 ATP合成酶 ATP水解酶
反應類型 吸能反應 放能反應
能量來源 光能 （光合作用）、 化學能 （主要是細胞呼吸） 儲存在 ATP 中的能量
能量去路 儲存于形成的特殊化學鍵中 用于各項生命活動
反應場所 細胞質基質、線粒體、葉綠體 生物體的需能部位
[必修1 P87圖5-5]ATP與ADP的相互轉化，從物質方面來看是可逆的，但從酶、進行場所、能量來源等方面看是不可逆的。
3.ATP的利用和合成
4.肌細胞中ATP產生速率與 供給量之間的關系
（1）上圖中當橫軸表示呼吸作用強度時，ATP產生速率的變化曲線應該從原點開始。
（2）哺乳動物成熟的紅細胞中，ATP的產生速率與 供給量無關。
知識活用 教材讀活
情境應用
1. 唐代詩人杜牧有首詩為“銀燭秋光冷畫屏，輕羅小扇撲流螢。天階夜色涼如水，臥看牽牛織女星。”其中的流螢是指飛舞的螢火蟲，螢火蟲尾部發光的原理是什么？
提示 螢火蟲尾部的發光細胞中含有熒光素和熒光素酶，在ATP提供能量的前提下，熒光素酶可催化熒光素轉化為能發出熒光的氧化熒光素。
2. 人體內ATP的含量很少，但在劇烈運動時，每分鐘約有 的ATP轉化為ADP釋放能量，以供運動之需，但人體內ATP總含量并沒有太大變化，請分析原因。
提示 ATP與ADP時刻不停地發生快速相互轉化，處于動態平衡之中。
3. 在植物、動物、細菌和真菌的細胞內，都是以ATP作為能量“貨幣”的，由此說明了生物界具有統一性，也說明種類繁多的生物有著共同的起源。
深度思考
1. 為什么在細胞能量代謝過程中，需要ATP充當“能量貨幣”，而不能由糖類直接供能？
提示 （1）ATP中儲存的能量是各種生命活動可以“通用”的直接能量，可通過ATP的合成與水解將放能反應產生的能量“轉變”為活躍的化學能，“轉移”到吸能反應中，供生命活動需要。（2）糖類所含的化學能為穩定的化學能，生命活動無法直接利用。（3）糖類水解過程緩慢，而ATP和ADP的相互轉化非常迅速。
2. ATP轉化為ADP后，脫離下來的磷酸基團的去向有哪些？
提示 （1）轉移給其他分子，例如使蛋白質等分子磷酸化，改變其空間結構和活性；（2）形成游離的磷酸（以 表示）。
基礎自測
1. 1個ATP分子由1個腺嘌呤和3個磷酸基團構成。( × )
2. 代謝旺盛的細胞內ATP的含量很高。( × )
3. ATP水解釋放的能量可用于細胞內的放能反應。( × )
4. ATP脫去兩個磷酸基團后,可作為RNA分子的合成原料。( √ )
5. 無氧條件下，光合作用是葉肉細胞產生ATP的唯一來源。( × )
6. ATP與ADP間相互轉化的能量供應機制只發生在真核細胞內。( × )
7. [2021北京，T1C]（ATP）胞內合成需要酶的催化。( √ )
8. [2018浙江4月，T10A]ATP中能量均來自細胞呼吸釋放的能量。( × )
教師尊享·思維提升
構建模型理解細胞中重要化合物之間的區別和聯系
高考幫 研透高考 明確方向
命題點1 ATP的結構和特點分析
1. [2021海南]研究人員將 標記的磷酸注入活的離體肝細胞， 后迅速分離得到細胞內的ATP。結果發現ATP的末端磷酸基團被 標記，并測得ATP與注入的 標記磷酸的放射性強度幾乎一致。下列有關敘述正確的是( B )
A. 該實驗表明，細胞內全部ADP都轉化成ATP
B. 標記的ATP水解產生的腺苷沒有放射性
C. 在ATP的3個磷酸基團中出現的概率相等
D. ATP與ADP相互轉化速度快，且轉化主要發生在細胞核內
[解析]該實驗只能說明被 標記的磷酸中的磷可以進入ATP，不能說明細胞內全部ADP都轉化成了ATP，A錯誤；腺苷不含 ,所以腺苷沒有放射性，B正確；遠離腺苷的磷酸基團易水解、易合成，C錯誤；ATP與ADP之間的相互轉化主要發生在細胞質中，D錯誤。
命題拓展
[設問拓展型]題干信息不變，下列敘述正確的是( B )
A. 若是在 后分離細胞內的ATP，測定其放射性強度與 后測得的肯定相同
B. 標記的ATP徹底水解的產物中的有機物都沒有放射性
C. 可用 標記細胞中任一種核苷酸，進而研究其遺傳物質的復制
D. 細胞中放能反應增強時，游離的 標記的磷酸會短時間增加
[解析]細胞中的ATP和ADP不斷發生相互轉化，ADP與有放射性和無放射性的磷酸基團隨機結合，故無法保證兩個時間段內ATP的放射性相同，A錯誤；ATP徹底水解的產物是腺嘌呤、核糖、磷酸，放射性在磷酸上，不在腺嘌呤和核糖上，B正確；只有標記脫氧核苷酸才能對其遺傳物質 DNA的復制進行相關研究，C錯誤；放能反應與ATP的合成相聯系，這時游離的 標記的磷酸會參與ATP的合成而短時間減少，D錯誤。
命題點2 ATP與ADP的相互轉化與利用分析
2. [2021湖南]某些蛋白質在蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用下，可在特定氨基酸位點發生磷酸化和去磷酸化，參與細胞信號傳遞，如圖所示。下列敘述錯誤的是( B )
A. 這些蛋白質磷酸化和去磷酸化過程體現了蛋白質結構與功能相適應的觀點
B. 這些蛋白質特定磷酸化位點的氨基酸缺失，不影響細胞信號傳遞
C. 作為能量“通貨”的ATP能參與細胞信號傳遞
D. 蛋白質磷酸化和去磷酸化反應受溫度的影響
[解析]由題圖可知，某些蛋白質在特定氨基酸位點發生磷酸化后變為近似于方形的結構，可作為信號分子參與細胞信號傳遞，去磷酸化后蛋白質又可以重新恢復橢圓形結構，該過程體現了蛋白質結構與功能相適應的觀點，A正確；磷酸化和去磷酸化發生在特定氨基酸位點上，該位點的氨基酸一旦缺失，將會使蛋白質的空間結構發生變化進而影響細胞信號傳遞，B錯誤；由圖可知，蛋白質在發生磷酸化的過程中需要ATP水解供能，C正確；蛋白質磷酸化和去磷酸化反應都是由酶催化的，酶活性受溫度的影響，D正確。
教師尊享·備課題組
1. [2021北京]ATP是細胞的能量“通貨”，關于ATP的敘述錯誤的是( B )
A. 含有 、 、 、 、 B. 必須在有氧條件下合成
C. 胞內合成需要酶的催化 D. 可直接為細胞提供能量
[解析]ATP由 、 、 、 、 五種元素組成，A正確；細胞在無氧條件下進行無氧呼吸也能合成ATP,B錯誤；細胞內合成ATP需要ATP合成酶的催化，C正確；ATP是細胞內的直接能源物質，D正確。
2. [2019天津]下列過程需ATP水解提供能量的是( B )
A. 唾液淀粉酶水解淀粉 B. 生長素的極性運輸
C. 光反應階段中水在光下分解 D. 乳酸菌無氧呼吸的第二階段
[解析]唾液淀粉酶水解淀粉是在消化道中進行的，不需要消耗ATP水解釋放的能量，A錯誤；生長素的極性運輸是細胞的主動運輸，需要消耗ATP水解釋放的能量，B正確；光反應階段中水在光下分解產生 和氧氣，不需要消耗ATP水解釋放的能量，C錯誤；乳酸菌無氧呼吸的第二階段是丙酮酸在酶的催化作用下轉化成乳酸，此過程既不產生ATP，也不消耗ATP，D錯誤。
3. [2018浙江4月]ATP是細胞中的能量通貨。下列敘述正確的是( C )
A. ATP中的能量均來自細胞呼吸釋放的能量
B. ATP—ADP循環使得細胞儲存了大量的ATP
C. ATP水解形成ADP時釋放能量和磷酸基團
D. ATP分子中的2個高能磷酸鍵不易斷裂水解
[解析]光合作用的光反應階段和細胞呼吸均可以產生ATP，A錯誤。對細胞的正常生活來說，ATP與ADP的相互轉化時刻不停地發生并且處于動態平衡之中，ATP—ADP循環不會使得細胞儲存大量的ATP，B錯誤。ATP水解形成ADP和磷酸基團，同時釋放能量，C正確。ATP中的2個高能磷酸鍵比較不穩定，易斷裂水解，D錯誤。
作業幫 練透好題 精準分層
基礎過關
一、選擇題
1. [2023寧波檢測]ATP是細胞生命活動的直接能源物質，下面關于ATP的敘述，錯誤的是( B )
A. 細胞質和細胞核中都有ATP的分布
B. ATP合成所需的能量由磷酸提供
C. ATP可以水解為ADP和磷酸
D. 正常細胞中ATP與ADP的比值相對穩定
[解析]細胞質中細胞質基質、線粒體和葉綠體內可以產生ATP，細胞核中的生命活動需要消耗ATP，所以細胞質和細胞核中都有ATP分布，A正確；ATP可以在光合作用中合成，能量來自光能，還可以在呼吸作用中合成，能量來自有機物中穩定的化學能，不能由磷酸提供，B錯誤；ATP中遠離腺苷的特殊化學鍵容易斷裂，可以水解為ADP和磷酸，C正確；正常細胞中ATP合成和分解速率基本相等，所以ATP與ADP的比值相對穩定，D正確。
2. [2022廣州一模] 家族由 ATP（三磷酸腺苷）、 （三磷酸鳥苷）、 （三磷酸尿苷）和 （三磷酸胞苷）構成。它們的結構只是堿基不同，均為高能磷酸化合物。下列敘述錯誤的是( D )
A. 許多吸能反應與 ATP的水解反應相聯系
B. 徹底水解可得到3種小分子物質
C. 可為細胞中某些生命活動提供能量
D. 中的胞苷（C）由胞嘧啶和脫氧核糖構成
[解析]ATP能為生命活動直接提供能量，因此ATP的水解常與細胞內的吸能反應相聯系，A正確； 徹底水解可得到磷酸、核糖、鳥嘌呤，共有3種小分子物質，B正確； 為高能磷酸化合物，故 也可為細胞中某些生命活動提供能量，C正確； 中的胞苷（C）由胞嘧啶和核糖構成，D錯誤。
3. 如圖為ATP分子的結構簡式，ATP分子的結構簡寫式為 。下列說法錯誤的是( D )
A. 吸能反應和放能反應常與⑤的斷裂和形成相關聯
B. ATP結構簡寫式中的A對應圖中的①和②，表示腺苷
C. ④⑤中都含有一定的化學能
D. 葉肉細胞中產生的ATP只能用于暗反應
[解析]ATP是聯系吸能反應和放能反應的紐帶，伴隨著遠離腺苷的特殊的化學鍵⑤的斷裂和形成，A正確；ATP結構簡寫式中的 由腺嘌呤①和核糖②組成，表示腺苷，B正確；ATP中特殊的化學鍵④⑤中都有一定的化學能，C正確；葉肉細胞中光合作用和細胞呼吸都能產生ATP，只有葉綠體中光反應階段產生的ATP才主要用于暗反應階段，D錯誤。
4. [2023湖北名校第一次聯考]ATP是細胞的能量“貨幣”，ATP合酶與ATP酶在ATP與ADP的相互轉化中起著重要的作用，下列說法正確的是( C )
A. 能量通過ATP分子在吸能反應和放能反應間循環
B. 細胞呼吸過程中葡萄糖等有機物中的化學能轉變為熱能和ATP
C. ATP合酶與ATP酶的合成需要ATP提供能量
D. 無氧條件下，丙酮酸轉變為酒精的過程中伴隨有ATP的合成
[解析]在 循環中，ATP水解釋放的能量是儲存在特殊的化學鍵內的化學能，被各項生命活動所利用；合成ATP的能量主要來自有機物分解釋放的化學能和光合作用吸收的太陽能，能量是不可逆的，不能循環利用，A錯誤。細胞呼吸過程中葡萄糖等有機物中的化學能轉變為熱能、ATP中的化學能以及丙酮酸中的化學能，B錯誤。ATP合酶與ATP酶本質屬于蛋白質，在細胞內合成蛋白質需要ATP提供能量，C正確。無氧條件下，丙酮酸轉變為酒精的過程屬于無氧呼吸第二階段，不產生ATP，D錯誤。
5. [2023石家莊模擬]生命活動的順利進行與 循環有關，該循環如圖所示，下列有關敘述正確的是( C )
A. 能量守恒定律說明能量①就是能量②
B. ATP中含有三個特殊化學鍵，連接三個磷酸基團
C. 能量②來自ATP的水解，用于細胞內耗能的生命活動
D. ATP和ADP在細胞中含量很高以滿足生命活動的需求
[解析]能量①來自光能和有機物氧化分解釋放的化學能，能量②來自ATP中較高的轉移勢能，即能量①和能量②不同，A錯誤；ATP中含有兩個特殊化學鍵，B錯誤；能量②來自ATP的水解，用于細胞內耗能的生命活動，C正確；ATP和ADP在細胞中含量很少，但可通過快速轉化來滿足機體對能量的需求，D錯誤。
6. [2022漳州七校聯考]每個細菌內的ATP含量基本相同。可利用如圖所示原理來檢測樣品中細菌的數量。下列相關敘述錯誤的是( B )
A. 檢測前需要破壞細胞膜以釋放ATP
B. 檢測試劑中應含有熒光素酶和ATP
C. ATP水解釋放的能量部分轉化成光能
D. 熒光強度與樣品中細菌數量呈正相關
[解析]據題意可知，熒光素在熒光素酶、ATP等物質的參與下，通過化學反應發出熒光。已知每個細菌內的ATP含量基本相同，故可根據檢測的熒光強度來推測細菌的數量。ATP是細胞的直接能源物質，存在于細胞內，故檢測前需要破壞細胞膜以釋放ATP，A正確；檢測試劑中應含有熒光素酶和熒光素等，而ATP應全部來自待檢測樣品中的細菌，B錯誤；由反應原理可知，在熒光素酶的催化作用下，ATP水解釋放能量使熒光素與 反應發出熒光，ATP水解釋放的能量部分轉化成光能，C正確；據題意可知，每個細菌內的ATP含量基本相同，則測得的熒光強度與樣品中細菌數量呈正相關，D正確。
7. [2022鹽城檢測]ATP可將蛋白質磷酸化，磷酸化的蛋白質會改變形狀做功，從而推動細胞內一系列反應的進行（機理如圖所示）。下列敘述錯誤的是( A )
A. 磷酸化的蛋白質做功，失去的能量主要用于再生ATP
B. ATP推動蛋白質做功的過程，存在放能反應與吸能反應過程
C. ATP水解過程中，末端磷酸基團具有較高的轉移勢能
D. 主動運輸過程中，載體蛋白中的能量先增加后減少
[解析]磷酸化的蛋白質做功，失去的能量主要用于恢復其形狀，A錯誤；由題圖可知，ATP推動蛋白質做功的過程中，存在ATP與ADP的轉化，即存在放能和吸能反應過程，B正確；ATP水解時，末端磷酸基團易分離，具有較高的轉移勢能，C正確；主動運輸過程中，蛋白質磷酸化利用ATP，恢復形狀后能量減少，D正確。
二、非選擇題
8. [10分]細胞作為一個基本的生命系統，只有不斷輸入能量，才能維持生命活動的有序性。在生物體內能量的轉換和傳遞中，ATP是一種關鍵的物質。
（1） ATP去掉兩個磷酸基團后的剩余部分的中文全稱是腺嘌呤核糖核苷酸。
[解析]ATP分子去掉兩個磷酸基團后的剩余部分是一分子磷酸、一分子核糖和一分子含氮堿基（腺嘌呤）組成的化合物，即腺嘌呤核糖核苷酸。
（2） 在校運動會上，某同學參加 短跑過程中，其肌細胞中ATP相對含量變化如圖所示，請回答下列問題：
Ⅰ. 由整個曲線來看，肌細胞中ATP的含量不會降為零，說明ATP的合成和水解是同時進行的。
[解析]ATP是直接能源物質，在劇烈運動時會用于肌肉收縮等生命活動，ATP在細胞內含量少，但可與ADP快速相互轉化。
Ⅱ. 某同學進行一項實驗，目的是觀察ATP可使離體的、剛剛喪失收縮功能的新鮮骨骼肌產生收縮這一現象，證明ATP是肌肉收縮所需能量的直接來源。
①必須待離體肌肉自身的ATP耗盡之后，才能進行實驗。
②在實驗方案上，采取自身前后對照的方法，先滴加葡萄糖溶液（填“葡萄糖溶液”或“ATP溶液”），觀察肌肉收縮是否發生，再滴加ATP溶液（填“葡萄糖溶液”或“ATP溶液”）。
③如果將上述順序顛倒一下，則實驗結果不可靠（填“可靠”或“不可靠”），請解釋其原因：如果滴加的外源ATP尚未耗盡，滴加葡萄糖溶液，肌肉也會出現收縮。
[解析]由于實驗的目的是證明ATP是肌肉收縮所需能量的直接來源，所以實驗時應以是否提供ATP為自變量，實驗前必須要耗盡肌肉自身的ATP，同時要注意實驗步驟的先后順序，否則會影響實驗結果的準確性。
能力提升
9. [2023貴陽模擬]研究人員用 標記 （脫氧三磷酸腺苷）進行相關研究,用 、 和 表示 三個磷酸基團所處的位置，表示為 。下列敘述錯誤的是( B )
A. 與ATP相比， 分子中特殊的化學物質是脫氧核糖
B. 細胞中組成 、RNA和DNA的元素不完全相同
C. 具有特殊化學鍵，可為細胞的某些反應提供能量
D. 可用被 標記的 標記DNA分子
[解析]ATP中的五碳糖是核糖， 中的五碳糖是脫氧核糖，因此與ATP相比, 分子中特殊的化學物質是脫氧核糖，A正確；組成 、RNA和DNA的元素均是 、 、 、 、 ，B錯誤； 中含有2個特殊化學鍵，其水解可為細胞的某些反應提供能量，C正確； 去掉2個特殊化學鍵，即脫去 、 位的磷酸基團后，剩余部分是構成DNA的基本單位之一，因此將 的 位磷酸基團標記為 可用于標記DNA分子，D正確。
10. [2023合肥調研]磷酸肌酸是一種高能磷酸化合物，它能在肌酸激酶的催化下將自身的磷酸基團轉移到ADP 分子中來合成ATP（ ）。研究者對蛙的肌肉組織進行短暫電刺激，檢測對照組和實驗組（肌肉組織用肌酸激酶阻斷劑處理）肌肉收縮前后ATP和ADP的含量，結果如表所示。根據實驗結果，下列有關分析正確的是( C )
磷酸腺苷 對照組 實驗組
收縮前 收縮后 收縮前 收縮后
ATP 1.30 1.30 1.30 0.75
ADP 0.60 0.60 0.60 0.95
A. 對照組中的肌肉組織細胞中無ATP和ADP的相互轉化
B. 實驗組中的肌肉組織細胞中有ATP分解但無ATP合成
C. 對照組中的磷酸肌酸可以維持ATP含量的相對穩定
D. 實驗組數據表明部分生命活動利用了靠近 的化學鍵
[解析]肌肉收縮需要ATP提供能量，對照組肌肉收縮前后ATP和ADP含量沒有變化，但有ATP和ADP的相互轉化，A錯誤；實驗組肌肉收縮后ATP含量下降，說明有ATP的水解，但根據數據無法判斷有無ATP的合成，B錯誤；磷酸肌酸在肌酸激酶的催化下能將自身的磷酸基團轉移到ADP 分子中來合成ATP，故對照組中的磷酸肌酸可以維持ATP含量的相對穩定，C正確；實驗組數據中沒有 的含量變化，故不能表明部分生命活動利用了靠近 的化學鍵，D錯誤。
11. [2023濟寧檢測]腺苷酸轉運蛋白 位于線粒體內膜上，其表面有ATP和ADP的結合位點。在正常狀態下， 作為一個反向轉運載體把ADP轉運到線粒體基質，把ATP從線粒體基質中運出。而在腫瘤細胞中， 轉運ADP和ATP的方向相反。研究發現蒼術苷可降低 與ADP的親和力。下列分析錯誤的是( D )
A. 在轉運ATP和ADP時空間結構會發生改變
B. 腫瘤患者體內細胞質基質和線粒體中合成的ATP均可通過 轉運
C. 與正常細胞相比，腫瘤細胞的有氧呼吸受到抑制
D. 蒼術苷不會對細胞有氧呼吸的第二個階段造成影響
[解析] 是腺苷酸轉運蛋白，當它與ATP或ADP結合后，其空間結構會發生改變，A正確；腫瘤患者體內正常細胞中的 可以將ATP從線粒體基質運到細胞質基質，而腫瘤細胞中轉運的方向相反，即由細胞質基質到線粒體基質，B正確；腫瘤細胞中， 能夠將線粒體基質中的ADP運出，使有氧呼吸的第二個階段受到抑制，C正確；蒼術苷可降低 與ADP的親和力，使正常細胞的有氧呼吸的第二個階段所需要的ADP的量不足，進而影響在細胞質基質中進行的有氧呼吸的第二個階段，D錯誤。
12. [2023青島調研]鈣泵（載體蛋白,又稱 酶）能驅動細胞質中的 泵出細胞或泵入細胞內的鈣庫（內質網等儲存 的細胞器）,以維持細胞質基質內低濃度的 。當機體接受刺激產生的興奮傳到肌細胞時， 會從鈣庫中借助通道蛋白釋放出來，引起肌肉收縮。下列相關說法錯誤的是( A )
A. 鈣泵磷酸化需要細胞質基質中的ATP酶催化
B. 泵出細胞或泵入內質網腔內的過程屬于主動運輸
C. 從肌細胞鈣庫中借助通道蛋白釋放到細胞質基質不消耗ATP
D. 能夠引起肌肉收縮，說明無機鹽具有維持細胞生命活動的作用
[解析]鈣泵既是載體蛋白，又是一種能催化ATP水解的酶，可催化ATP水解釋放出磷酸基團，磷酸基團與鈣泵結合，使鈣泵磷酸化，A錯誤；據題干信息可知，細胞質基質中的鈣離子濃度較低，故 泵出細胞或泵入內質網腔是逆濃度梯度進行的，方式為主動運輸，B正確；肌細胞鈣庫中鈣離子濃度高于細胞質基質， 從肌細胞鈣庫中借助通道蛋白釋放到細胞質基質是順濃度梯度進行的，方式為協助擴散，不需要消耗ATP，C正確； 能夠引起肌肉收縮，說明無機鹽具有維持細胞生命活動的作用，D正確。

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