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1、第第 2 节 细胞的能量“通货”节 细胞的能量“通货”ATP 一、一、ATP 的结构与功能的结构与功能 1.ATP 的名称与简式 ATPError! 2.ATP 的特点 (1)高能量：ATP 水解释放的能量多达 30.54 kJ/mol，是细胞内的一种高能磷酸化合物。 (2)不稳定：ATP 分子中远离 A 的那个高能磷酸键很容易水解，释放能量。 (3)ATP 在细胞内含量很少，但转化是十分迅速的。 3.ATP 的功能 是细胞生命活动的直接能源物质。 归纳总结 (1)ATP 是一种物质，不是能量，能量储存在 ATP 中。 (2)ATP 的结构特点可总结为“一个腺苷、两个高能磷酸键、三个磷酸基团”
2、 。 (3)ATP 脱去一个磷酸基团成为 ADP，再脱去一个磷酸基团就成为组成 RNA 的基本单位之一 腺嘌呤核糖核苷酸。 (1)ATP 含有 3 个高能磷酸键，但是只有一个高能磷酸键会发生断裂( ) (2)ATP 中的 A 不代表腺嘌呤，当再脱去两个磷酸基团后，形成的物质为组成 RNA 的基本单 位之一( ) (3)细胞中的生命活动所需要的能量都是由 ATP 直接提供的( ) 答案 (1) (2) (3) ATP 是腺嘌呤核苷的衍生物，如图是 ATP 的分子结构图，据图回答下列问题： (1)ATP 分子的结构简式可表示为_， 图中虚线部分的名称是_。 (2)图中处的化学键断裂，形成的化合物是
3、_(核酸名称)的组成单位。 (3)ATP 的水解过程常发生在图中的_(填“”或“”或“”)处，断裂的化学 键是_，释放的能量去向是_。 (4)ATP 中的“A” 、“T”和组成 DNA 中的 “A” 、“T”含义相同吗？ (5)ATP 和 RNA 在组成成分上有怎样的联系？ 提示 (1)APPP 腺苷 (2)RNA (3) 高能磷酸键 用于细胞的各项生命活动 (4)不同。ATP 中的“A”指的是腺苷，包括腺嘌呤和核糖 ； “T”的含义是 3。DNA 中的“A” 只是指腺嘌呤，“T”是指胸腺嘧啶。 (5)ATP 去掉两个磷酸基团后形成的结构是腺嘌呤核糖核苷酸， 是构成 RNA 的基本单位之一。
4、二、二、ATP 和和 ADP 的相互转化及的相互转化及 ATP 的利用的利用 1.ATP 与 ADP 的相互转化 反应式ATPADPPi能量 酶 ADPPi能量ATP 酶 场所生物体的需能部位细胞质基质、线粒体、叶绿体 物质变化水解反应合成反应 能量变化释放能量吸收能量 能量来源高能磷酸键细胞呼吸、光合作用 特点时刻不停地发生，并且处于动态平衡之中 总反应式：ATPADPPi能量。 酶1 酶2 2.ATP 的利用 (1)利用 ATP 的实例 (2)ATP 是细胞内流通的能量“通货” 化学反应中的能量变化与 ATP 的关系 Error! 能量通过 ATP 分子在吸能反应和放能反应之间流通。 特别
5、提醒 (1)ATP 是生物体进行生命活动的直接能源物质，储存在 ATP 中的化学能可以转 化为光能、电能、机械能、化学能等。 (2)常见的消耗能量的生理过程：主动运输、蛋白质合成、胞吞、胞吐、细胞分裂等。 (3)常见的不消耗能量的生理过程 ： 自由扩散、协助扩散、气体交换、渗透作用、蒸腾作用等。 (1)人在饥饿时，细胞中 ATP 与 ADP 的含量难以达到动态平衡( ) (2)ATP、ADP 之间的相互转化过程是可逆的( ) (3)酶的合成需要 ATP 供能，此 ATP 来自光合作用和细胞呼吸( ) (4)ATP 水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应( ) 答案 (1) (2) (3) (4)
6、 1.人的骨骼肌细胞中，ATP 含量仅够剧烈运动时 3 s 以内的能量供给。运动员参加短跑比赛 过程中， 肌细胞中 ATP 的相对含量随时间的变化如图所示。 图中 ab 的变化过程， 说明 ATP 被水解，释放的能量用于_；bc 过程中，ATP 含量增加说明_加强， 释放更多_，供 ADP 形成 ATP，以补充细胞中 ATP 含量的不足 ； 从整个曲线来看， 肌细胞中 ATP 的含量不会降为零，说明_。 提示 肌肉收缩等生命活动 细胞呼吸 能量 ATP 的生成和分解是同时进行的 2.ATP 在细胞内的含量是很少的，每一时刻储存在人体内的 ATP、ADP 的总含量不到 1 g， 而一个正常成年人
7、在静止状态下 24 h，将有 40 kg 的 ATP 发生转化。为满足能量需要，分析 生物体是如何解决这一矛盾的？ 提示 ATP 与 ADP 在细胞内的相互转化是十分迅速的，且物质可以重复利用，因此，能满 足生命活动对能量的需要。 1.下列有关 ATP 的叙述，不正确的是( ) A.ATP 分子中的“A”代表腺嘌呤，“”代表高能磷酸键 B.ATP 中含有两个高能磷酸键 C.肌肉收缩需要消耗 ATP D.ATP 是细胞生命活动的直接能量来源 答案 A 解析 在 ATP 分子中，“A”代表腺苷，“”代表高能磷酸键，A 项错误；ATP 中有一个 普通磷酸键和两个高能磷酸键， B 项正确 ； 肌肉收缩
8、需要能量， 需要消耗 ATP， C 项正确 ； ATP 是细胞生命活动的直接能量来源，D 项正确。 2.ATP 的结构简式可表示为 APPP，下列图示能正确表示 ATP 的是( ) A. B. C. D. 答案 A 解析 ATP的分子结构式可以简写成APPP， 其中A代表腺苷， 由腺嘌呤和核糖组成， P 代表磷酸基团，代表高能磷酸键。 3.ATP 形成 ADP 时最先断裂的是( ) A.腺苷与磷酸的结合键 B.两个高能磷酸键 C.靠近腺苷的那个高能磷酸键 D.远离腺苷的那个高能磷酸键 答案 D 解析 ATP 分解为 ADP 的过程中，最先断裂的是远离腺苷的那个高能磷酸键。 4.(2019深圳中
9、学高一检测)下图为细胞中 ATP 与 ADP 相互转化示意图，下列有关叙述错误 的是( ) A.在一个活细胞中，时刻进行着过程和 B.过程和也可以发生在同一个细胞器内 C.过程中需要的能量不是过程释放的 D.维持人体体温的热能主要来自过程中的能量 答案 D 解析 ATP 为直接能源物质，在一个活细胞中，时刻进行着 ATP 与 ADP 的转化过程，A 正 确；ATP 的合成与水解也可以发生在同一个细胞器内，如叶绿体，B 正确；过程为 ATP 的 合成过程，需要的能量来自细胞呼吸或光合作用，C 正确；维持人体体温的热能主要来自细 胞呼吸释放的能量，D 错误。 5.如图所示 ADP 转化成 ATP
10、时所需能量的主要来源示意图，据图完成下列问题： (1)1 分子 ATP 中含有_个高能磷酸键。 (2)图中的 a、b 分别代表_、_。 (3)c 指_。 (4)在动物肌细胞中，进行反应时，能量来自_。 (5)反应进行时所需要的酶一样吗？为什么？ _。 (6)进行反应时能量用于_，进行反应时能量用于_， 由此可见能量是_，物质是_。 答案 (1)2 (2)细胞呼吸 光合作用 (3)各项生命活动 (4)储存在 ATP 中的高能磷酸键中 的化学能 (5)不一样， 因为和是两个不同的反应， 而酶具有专一性 (6)合成 ATP 各项 生命活动 不可逆的 可逆的 解析 (1)ATP的结构简式为APPP，
11、故1分子ATP中含有2个高能磷酸键。 (2)合成ATP 时，绿色植物需要的能量来自光合作用和细胞呼吸，动物和人需要的能量则来自进行细胞呼 吸时有机物的氧化分解。 (3)ATP 水解释放的能量用于细胞的各项生命活动。 (4)反应为 ATP 的水解反应， 释放的能量来自储存在 ATP 中的高能磷酸键中的化学能。 (5)由于酶具有专一性， 不同的反应所需酶的种类也不同。(6)反应为 ATP 的合成反应，其能量储存在 ATP 中； 反应为 ATP 的水解反应，释放的能量用于生物体的各项生命活动。在 ATP 与 ADP 的相互转 化中，物质是可逆的，但能量是不可逆的。 题组一 ATP 的结构和功能 1.
12、(2018辽宁实验中学高一期末)下列有关 ATP 的叙述，错误的是( ) A.ATP 的元素组成是 C、H、O、N、P B.ATP 断裂了所有高能磷酸键后可作为合成 RNA 的基本单位之一 C.ATP 中的“A”是指腺嘌呤 D.ATP 的高能磷酸键中储存着大量的能量 答案 C 解析 ATP的中文名称是三磷酸腺苷， 结构式可简写为APPP， A代表腺苷， 代表高能 磷酸键，高能磷酸键中储存着大量的能量；ATP 断裂了所有高能磷酸键后是腺嘌呤核糖核苷 酸，是构成 RNA 的基本单位之一。 2.下列哪种能源缺乏时，会立即影响细胞内的代谢活动( ) A.日光 B.ATP C.葡萄糖 D.蛋白质 答案
13、B 解析 立即影响细胞代谢，说明是细胞直接需要的物质，ATP 是细胞内的直接能源物质，缺 少时会立即影响细胞代谢。 3.科学家研究发现，向刚刚失去收缩功能的离体肌肉上滴葡萄糖溶液，刺激肌肉不收缩；向 同一条肌肉上滴 ATP 溶液，刺激肌肉很快就发生明显的收缩。这说明( ) A.葡萄糖是能源物质B.ATP 不是能源物质 C.葡萄糖是直接能源物质D.ATP 是直接能源物质 答案 D 解析 根据题意“向刚刚失去收缩功能的离体肌肉上滴葡萄糖溶液，刺激肌肉不收缩”说明 葡萄糖不能直接提供能量 ； “向同一条肌肉上滴 ATP 溶液， 刺激肌肉很快就发生明显的收缩” 说明 ATP 是直接能源物质。 4.AT
14、P 分子在细胞内能释放能量、储存能量，从结构上看(以腺苷为基点)，其原因是( ) 腺苷很容易吸收和释放能量 第三个高能磷酸键极易断裂和形成 第三个磷酸基团很 容易从 ATP 上脱离，第二个高能磷酸键断裂，使 ATP 转化为 ADP ADP 可以迅速与磷酸 结合，吸收能量形成第二个高能磷酸键，使 ADP 转化为 ATP A. B. C. D. 答案 C 解析 从 ATP 的分子结构简式可知， ATP 分子中含有 2 个高能磷酸键。 当在酶作用下水解时， 远离腺苷 A 的那个高能磷酸键(第二个高能磷酸键)断裂，形成 ADP 和 Pi(磷酸)，并将储存的 能量释放出来；当细胞内 ATP 含量过少时，
15、ADP 在另一种酶的作用下，吸收能量，与一个 磷酸结合，从而转化成 ATP，此时吸收的那部分能量则储存在远离腺苷(A)的那个高能磷酸 键中，该键在一定条件下很容易断裂或重新形成，从而保证了细胞能量的持续供应。 题组二 ATP 与 ADP 的相互转化 5.(2018福建福州一中高一上月考)下列关于生物体内 ATP 的叙述，正确的是( ) A.在活细胞中，ATP 与 ADP 的相互转化是永无休止的 B.ATP 与 ADP 是同一种物质的两种形态 C.生物体内的 ATP 含量很多，从而保证了生命活动所需能量的持续供应 D.ATP 与 ADP 的相互转化过程不受温度影响 答案 A 解析 活细胞中不停地
16、进行代谢，所以 ATP 和 ADP 的相互转化是时刻不停地发生并且处于 动态平衡之中的，A 正确 ； ATP 与 ADP 是两种不同的物质，并且 ATP 在生物体内含量较低， 之所以能满足生命活动的需要是因为 ATP 和 ADP 不断地相互转化，B、C 错误 ； 温度会影响 酶的活性，进而影响 ATP 与 ADP 的相互转化，D 错误。 6.下列有关“ATPADPPi能量”的叙述，正确的是( ) 酶 酶 A.反应向左进行和向右进行时所需的酶是一样的 B.反应向右进行时释放能量，向左进行时储存能量 C.整个反应是一个可逆平衡的过程 D.植物细胞和动物细胞发生这个反应的生理过程都一样 答案 B 解
17、析 生物体进行的“ATPADPPi能量”过程和“ADPPi能量ATP”过 酶 酶 程是两个不同的生理过程，它们发生的场所、所需的酶是不同的，所以不存在可逆平衡问题， A、 C错误 ； 植物细胞可以通过光合作用产生ATP和消耗ATP， 也可以通过细胞呼吸产生ATP， 而动物细胞不能进行光合作用，D 错误。 7.如图为植物细胞中 ATP 与 ADP 相互转化示意图，下列相关叙述正确的是( ) A.过程不需要酶的催化 B.过程发生高能磷酸键的断裂 C.过程所需能量只能来自化学能 D.过程放出的能量可以用于过程 答案 B 解析 过程是 ATP 的合成，需要 ATP 合成酶的催化，A 项错误；过程是 A
18、TP 的水解， 远离腺苷的高能磷酸键断裂，B 项正确；过程所需能量可以来自光合作用和细胞呼吸，即 可来自光能和化学能，C 项错误；过程放出的能量用于各项生命活动，不能用于 ATP 的合 成，D 项错误。 8.(2018常州质检)下图表示生物体内发生的两个化学反应，请判断下列相关说法中正确的是 ( ) A.ATP 分子水解时，图中所示的化学键最易断裂 B.图中酶 1 和酶 2 的化学本质相同，但是二者的种类不同 C.细胞中的吸能反应一般与 ATP 的合成反应相联系 D.ATP 与 ADP 间相互转化的能量供应机制只发生在真核细胞内 答案 B 解析 ATP 水解时，远离 A 的高能磷酸键最易断裂，
19、A 项错误；图中酶 1 为 ATP 水解酶， 酶 2 为 ATP 合成酶，二者种类不同，但二者的化学本质均为蛋白质，B 项正确；细胞中的吸 能反应所需的能量由 ATP 水解提供， 而释放能量的反应(放能反应)则与 ATP 的合成反应相联 系，C 项错误；细胞内 ATP 与 ADP 间相互转化的能量供应机制是生物界的共性之一，也存 在于原核细胞中，D 项错误。 题组三 ATP 的利用 9.(2019天津耀华中学月考)下列生理过程中，需要消耗 ATP 的有( ) 细胞通过主动运输吸收 K 肌肉收缩 蛋白质的分泌 萤火虫发光 大脑思考 叶肉细胞中蔗糖的合成 植物细胞的渗透吸水、失水过程 A. B.
20、C. D. 答案 C 解析 ATP 是生物体内的直接能源物质， 需要能量的反应一般都需要消耗 ATP， 如主动运输、 肌肉收缩、萤火虫发光等，大脑思考时 ATP 中的能量转化为电能，合成蔗糖时 ATP 中的能 量转化成化学能。细胞的渗透吸水、失水过程不需要消耗能量。 10.下列过程中能使细胞内 ADP 增加的是( ) A.水分子进入根毛细胞 B.肺泡中的氧气进入血液 C.肠道中的甘油进入小肠绒毛上皮细胞 D.胰腺细胞分泌胰岛素 答案 D 解析 细胞内 ADP 增加，说明细胞内正在进行 ATP 的水解反应，释放能量供生命活动所需。 水分子、氧气和甘油出入细胞的方式都属于自由扩散，不需要消耗能量；
21、胰腺细胞分泌胰岛 素属于细胞合成并分泌蛋白质的过程，整个过程需要消耗能量。 11.(2018湖南长沙高一期末)若要探究 ATP 能否使一离体的新鲜骨骼肌发生收缩，下列不符 合实验要求的是( ) A.可滴加生理盐水作为对照 B.待肌肉本身的 ATP 消耗完后再进行实验 C.先滴加生理盐水观察，然后滴加 ATP 溶液 D.先滴加 ATP 溶液观察，然后滴加生理盐水 答案 D 解析 生理盐水可维持骨骼肌细胞正常的渗透压，A 符合实验要求；待肌肉本身的 ATP 消耗 完后再进行实验，可排除原有 ATP 对实验的干扰，B 符合实验要求；按照实验设计的对照原 则，应该在肌肉细胞没有 ATP 时补充 ATP
22、 观察收缩情况，实验采用自身对照，即先滴加生 理盐水发现骨骼肌不发生收缩，再滴加 ATP 溶液发现骨骼肌发生收缩，则可证明 ATP 能使 一离体的新鲜骨骼肌发生收缩，C 符合实验要求、D 不符合实验要求。 12.(2018河北保定定兴三中高一上月考)如图是 ATP 和 ADP 相互转化的过程，下列叙述不正 确的是( ) A.图中 D 代表 ADP，T 代表 ATP，E 代表能量 B.反应式中，物质可逆，能量不可逆 C.ATP 中的“A”与 RNA 中的碱基 A 含义相同 D.ATP 中的能量较活跃，易于释放 答案 C 解析 ATP 中的“A”代表腺苷，包括腺嘌呤和核糖，与 RNA 中的碱基 A
23、 不同，C 错误。 13.(2019东北沈阳育才中学高一检测)如图能体现人在 100 m 跑步后细胞中 ATP 变化的是 ( ) 答案 B 解析 人在 100 m 跑步过程中需要消耗大量 ATP，跑步结束后，细胞中 ATP 含量会降低， 由于 ATP 与 ADP 间存在相互转化， 为维持细胞中 ATP 含量的相对稳定， ATP 合成的速率增 大，导致 ATP 含量上升，故 B 项符合要求。 14.分析 ATP 与 ADP 相互转化的示意图(如图所示)，回答下列问题： (1)图中 Pi 代表无机磷酸，则 B 为_，C 为_。 (2)E不是物质， E1的来源是_， E2 的来源是_。 (3)人体肌
24、肉细胞的收缩与图中_过程有关。 答案 (1)ATP ADP (2)光能或生物化学反应释放的能量 ATP 中的高能磷酸键断裂释放 的能量 (3)BC 解析 (1)在 ATP 和 ADP 的相互转化过程中，ATP 水解产生 Pi，合成则需要 Pi，通过分析图 示可判断出 B 为 ATP， C 为 ADP。 (2)光能或生物化学反应释放的能量可用于形成 ATP。 ATP 水解时， 其远离腺苷的高能磷酸键断裂释放能量。 (3)肌肉收缩是耗能过程， 由 ATP 直接供能， 与图中 BC 这一过程有关。 15.(2019福建福州二中期末)ATP 是细胞内绝大多数生命活动的直接能源物质，回答下列问题： (1
25、)ATP 的合成一般与_(填“吸能”或“放能”)反应相关联，生物体对 ATP 的 需求较大，但细胞内 ATP 的含量较少，细胞能满足生物体对 ATP 的需求的主要原因是 _。 (2)绿色植物叶肉细胞内合成 ATP 的途径有_。 (3)利用“荧光素荧光素酶生物发光法”对市场中腊肉含细菌多少进行检测，步骤如下： 第一步：将腊肉进行一定的处理后放入发光仪(测定发光强度的仪器)反应室内，加入适量的 荧光素和荧光素酶，在适宜条件下进行反应； 第二步：记录发光强度并计算 ATP 含量； 第三步：测算出细菌数量。 荧光素接受_提供的能量后就被激活，在荧光素酶的作用下形成氧化荧光素并且发 出荧光。 根据发光强
26、度可以计算出 ATP 的含量，原因是发光强度与 ATP 含量成_(填“正比” 或“反比”)。 根据 ATP 含量可大致测算出细菌数量的依据是每个细菌细胞中 ATP 含量_。 答案 (1)放能 ATP 与 ADP 的转化速率较快 (2)细胞呼吸、光合作用 (3)ATP 正比 大致相同且相对稳定 解析 (1)ATP 的合成需要消耗能量，故一般与放能反应相关联。生物体对 ATP 的需求较大， 但细胞内 ATP 的含量较少，因为 ATP 与 ADP 的转化速率较快，ATP 消耗后可迅速产生，所 以可以满足生物体对 ATP 的需求。(2)绿色植物叶肉细胞内合成 ATP 的途径有光合作用和细 胞呼吸。(3
27、)荧光素接受 ATP 提供的能量后就被激活，在荧光素酶的作用下形成氧化荧光 素并且发出荧光。荧光素在荧光素酶和 ATP 等物质的参与下可进行反应发出荧光，发光强 度与 ATP 的含量成正比， 所以根据发光强度可以计算出 ATP 的含量。 每个细菌细胞中 ATP 含量大致相同且相对稳定，故可根据 ATP 含量大致测算出细菌数量。 16.在自然界中生物的发光现象普遍存在，生物通过细胞的生化反应而发光。请设计实验探究 萤火虫的发光强度与 ATP 浓度的关系。 实验材料 ： 萤火虫的荧光器晒干后研成的粉末、ATP 粉末、蒸馏水、大小相同的小烧杯若干、 大小相同的试管若干、标签纸若干及其他实验所需材料。
28、 (1)实验步骤： 配制不同浓度的 ATP 溶液，置于小烧杯中，贴上标签； 将_分成若干等份，分别放入试管中，贴上标签； 在每支试管中加入_； 观察发光现象并记录。 (2)实验现象预测及结论： 实验现象预测实验结论 随 ATP 溶液浓度升高，发光现象渐强荧光强度与 ATP 浓度_ 随 ATP 溶液浓度升高，发光现象_荧光强度与 ATP 浓度_ _荧光强度与 ATP 浓度无关 (3)实验讨论： a.最可能的实验结果是(2)中哪一种？_。 b.萤火虫发光是_能转变成_能的过程。 答案 (1)荧光器粉末 等量不同浓度的 ATP 溶液 (2)成正比 渐弱 成反比 随 ATP 浓度升高，发光现象无变化
29、(3)a.第种 b.ATP 中活跃的化学 光 解析 (1)为了探究萤火虫的发光强度与 ATP 浓度的关系， 首先应配制不同浓度的 ATP 溶液， 随后将荧光器晒干后研成的粉末放入上述溶液中， 观察不同浓度的 ATP 溶液中荧光器粉末的 发光情况。(2)实验现象有三种可能：随 ATP 溶液浓度升高，发光现象渐强，说明荧光强 度与 ATP 浓度成正比；随 ATP 溶液浓度升高，发光现象渐弱，说明荧光强度与 ATP 浓度 成反比 ； 随 ATP 浓度升高，发光现象无变化，说明荧光强度与 ATP 浓度无关。(3)由于 ATP 是生命活动的直接能源物质，所以实验最可能的结果是第种；萤火虫发光是 ATP 中活跃的 化学能转变成光能的过程。