创新设计高一生物人教版必修1学案第五章 第2节 细胞的能量通货ATP.docx

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创新设计高一生物人教版必修1学案第五章第2节细胞的能量通货ATP

第2节　细胞的能量“通货”——ATP

目标导航

　1.分析ATP的分子结构，了解ATP的结构特点。

2.结合ATP和ADP的相互转化示意图，阐明二者之间的关系。

3.结合教材图示，举例说明ATP的利用。

一、ATP分子中具有高能磷酸键（阅读P88）

1.中文名称：

三磷酸腺苷。

2.结构简式：

A－P～P～P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，～代表高能磷酸键。

3.特点

（1）ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物，含有两个高能磷酸键，其中储存大量能量。

（2）ATP的化学性质不稳定。

在有关酶的催化作用下，ATP分子中远离A的那个高能磷酸键很容易水解，释放出大量能量。

（3）ATP在细胞内含量很少，但转化是十分迅速的。

二、ATP和ADP可以相互转化（阅读P88－89）

1.相互转化过程

（1）释放能量：

ATP

ADP＋Pi＋能量。

（2）储存能量：

ADP＋Pi＋能量

ATP。

（3）相互转化特点：

时刻不停地发生，并且处于动态平衡之中。

2.形成ATP的能量来源

（1）动物、人、真菌和大多数细菌：

呼吸作用所释放的能量。

（2）绿色植物：

光能和呼吸作用所释放的能量。

三、ATP的利用（阅读P89－90）

1.列举利用ATP的实例

2.ATP是细胞内流通的能量“通货”

（1）化学反应中的能量变化与ATP的关系

（2）能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通。

判断正误：

（1）ATP的中文名称为三磷酸腺苷，结构简式为A－P～P～P，其中A为腺嘌呤。

（　　）

（2）1分子ATP中含有1个腺苷，一个普通磷酸键，2个高能磷酸键，3个磷酸基团。

（　　）

（3）ATP的化学性质不稳定。

在有关酶的催化作用下，远离A的那个高能磷酸键易水解，释放出大量能量。

（　　）

（4）ATP水解时，两个高能磷酸键都断裂，生成ADP和Pi。

（　　）

（5）ADP生成ATP的过程需要Pi，不需要能量。

（　　）

（6）ATP与ADP相互转化的反应式可表示为ATP

ADP＋Pi＋能量。

（　　）

（7）ATP与ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，且是生物界的共性。

（　　）

答案　

（1）×　

（2）√　（3）√　（4）×　（5）×　（6）√　（7）√

一、ATP的结构和功能

1.ATP的元素组成与结构

（1）图解

（2）ATP的结构特点可用“一、二、三”来记忆，即一个腺苷，二个高能磷酸键，三个磷酸基团。

2.ATP的结构与功能的关系

ATP（A－P～P～P）中含有两个高能磷酸键（～），其中远离A的那个高能磷酸键容易水解而断裂，释放出大量能量可被直接用于各项生命活动，即ATP是生命活动的直接能源物质。

1.ATP和组成RNA的基本单位有怎样的联系？

答案　ATP去掉两个磷酸基团后形成的结构就是腺嘌呤核糖核苷酸。

2.1分子ATP彻底水解会得到哪些成分？

答案　1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸。

1.关于ATP的化学组成的说法中，正确的是（　　）

A.ATP和核酸共有的元素是C、H、O、N、P

B.ATP中的A表示腺嘌呤

C.含有三个高能磷酸键

D.含有腺嘌呤和脱氧核糖

问题导析

（1）组成ATP的化学元素有C、H、O、N、P。

（2）1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸组成ATP，其中含有两个高能磷酸键，A代表腺苷，由腺嘌呤和核糖组成。

答案　A

一题多变

判断正误：

（1）ATP中含有C、H、O、N、P五种元素（　　）

（2）动植物、细菌和真菌的细胞内都是以ATP作为能量“通货”的，说明了生物界具有统一性（　　）

（3）ATP分子由1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成（　　）

（4）ATP是生命活动的直接能源物质（　　）

答案　

（1）√　

（2）√　（3）×　（4）√

二、ATP和ADP的相互转化及ATP的利用

1.ATP、ADP的相互转化

比较项目

ATP合成

ATP水解

反应式

ADP＋Pi＋能量

ATP

ATP

ADP＋Pi＋能量

场所

线粒体、叶绿体、细胞质基质

细胞内所有需要能量的结构

条件

由ATP合成酶催化

由ATP水解酶催化

能量来源

合成ATP的能量主要来自光能（光合作用）和化学能（细胞呼吸）

ATP水解释放的能量是储存在远离A的高能磷酸键中的能量

能量去路

储存在ATP中

用于各项生命活动

从上表内容分析，ATP、ADP的相互转化不是可逆反应。

可以概括为“物质是可逆的，能量是不可逆的，酶也是不相同的”。

2．ATP中能量的来源和去向

1.ATP在细胞中的含量很少，如成年人细胞内ADP和ATP的总量仅为2～10mg，而一个正常成年人在静止状态下24h消耗40kgATP。

ATP在细胞中的含量并不多，为什么能为生命活动提供大量的能量？

答案　ATP在细胞内的含量很少，但ATP与ADP在细胞内的相互转化十分迅速，所以可以为生命活动提供直接能源，也使细胞内ATP的含量总处在动态平衡之中。

2.为什么说ATP是细胞内流通的能量“通货”？

答案　细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是ATP直接提供的。

能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通。

因此，可以形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“通货”。

2.关于“ATP

ADP＋Pi＋能量”的叙述中，正确的是（　　）

A.ATP与ADP是同一种物质的两种形态

B.①过程和②过程发生的场所是一样的

C.细胞内ATP含量很多，从而保证了生命活动所需能量的持续供应

D.ADP、ATP的相互转化，使细胞内的ATP含量处于动态平衡之中

问题导析

（1）ATP、ADP是两种不同的物质；①过程发生在细胞内需能部位，而②过程发生在线粒体、叶绿体、细胞质基质等部位。

（2）ATP含量很少但在细胞内转化迅速。

答案　D

一题多变

判断正误：

（1）ATP脱去2分子磷酸的剩余部分是构成DNA分子的基本单位之一（　　）

（2）绿色植物只在叶绿体中产生ATP（　　）

（3）大脑在思考问题时，伴随着ATP与ADP的相互转化（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）√

1.ATP转化为ADP可表示为下图，式中a和b分别代表（　　）

A.H2O、[H]B.Pi、H2O

C.H2O、PiD.能量、Pi

答案　C

解析　ATP在水解时，远离A的那个磷酸基团就脱离下来，形成Pi，同时释放能量。

2.高等绿色植物体内产生ATP的生理过程有（　　）

A.细胞呼吸、渗透作用

B.细胞呼吸、蒸腾作用

C.光合作用、主动运输

D.光合作用、细胞呼吸

答案　D

解析　生物体内产生的ATP是由ADP接受能量并结合一分子磷酸形成的。

对于高等绿色植物来说，ADP转化成ATP时所需要的能量除了来自细胞呼吸（主要是有氧呼吸）分解有机物释放出的能量外，还可以来自光合作用。

3.下列生理过程中不需要消耗ATP的是（　　）

A.在核糖体上合成血红蛋白

B.在肺泡表面进行气体交换

C.小肠吸收氨基酸

D.神经冲动的传导

答案　B

解析　在肺泡表面进行气体交换时，气体进出细胞的方式是自由扩散，不需要消耗能量。

4.如图是三磷酸腺苷的分子结构，请回答下列问题：

（1）ATP的结构简式为________________，图中虚线部分的名称是________________。

（2）一分子ATP可以看作是由________个磷酸分子、________个核糖分子和________个腺嘌呤缩合而成的。

（3）ATP水解为ADP是指ATP分子中远离A的______水解，水解时释放的能量是生物体进行________、______和______________等生命活动所需能量的直接来源。

答案　

（1）A—P～P～P　腺苷　

（2）3　1　1

（3）高能磷酸键　肌肉收缩　大脑思考　离子的主动运输

基础巩固

1.在ATP分子中很容易断裂又很容易重新形成的化学键是（如下图）（　　）

A.②B.③

C.②③D.①

答案　B

解析　ATP的化学性质不稳定。

在有关酶的催化作用下，ATP分子中远离腺苷的那个高能磷酸键很容易水解，生成ADP和磷酸，并且释放能量；反过来，在有关酶的催化作用下，ADP又可以接受能量，同时与一个游离的磷酸结合，重新形成ATP。

2.下列关于ATP的表述，正确的是（　　）

A.ATP包括一分子的腺嘌呤和三个磷酸基团

B.ATP和葡萄糖都是生命活动的直接能源

C.因为生命不能缺少能量，所以ATP可以在细胞内大量储存

D.某些疾病可以利用ATP作药物进行辅助治疗

答案　D

解析　ATP可以作为药物辅助治疗某些疾病，如心肌炎。

3.下列有关ATP的叙述，正确的是（　　）

A.线粒体是蓝藻细胞产生ATP的主要场所

B.ATP分子由一分子腺嘌呤和三分子磷酸基团组成

C.剧烈运动后，体内ATP的含量不会明显下降

D.小麦根尖分生区细胞通过光合作用和呼吸作用产生ATP

答案　C

解析　蓝藻细胞中无线粒体；ATP分子由一分子腺苷和三分子磷酸基团组成；小麦根尖细胞不能进行光合作用。

4.ATP在细胞内的含量及其形成速度分别为（　　）

A.很多、很快B.很少、很慢

C.很多、很慢D.很少、很快

答案　D

解析　细胞内的ATP含量很少，但转化迅速，一直保持动态平衡。

5.ATP中含有的化学元素与下面哪种物质含有的化学元素种类相同（　　）

A.纤维素B.核酸

C.脂肪D.蛋白质

答案　B

解析　ATP与核酸均由C、H、O、N、P五种元素组成。

6.海洋中的电鳗有放电现象，其电能是（　　）

A.由有机物氧化分解释放的化学能转化而来的

B.由热能转化而来的

C.由光能转化而来的

D.由ATP转化成ADP时释放的化学能转化而来的

答案　D

解析　电鳗等动物体内可产生生物电，它们所做的电功消耗的就是电能，电能是由ATP提供的化学能转化而来的。

7.下列有关“①ATP

ADP＋Pi＋能量”、“②ADP＋Pi＋能量

ATP”反应的叙述中，正确的是（　　）

A.①②在活细胞中永无休止地进行，保证了生命活动的顺利进行

B.所有生物体内的②过程所需要的能量都来自于呼吸作用

C.当细胞吸收钾离子时，ATP的消耗量不变

D.ATP与ADP相互转化的过程中，物质和能量的变化都是可逆的

答案　A

解析　②过程所需能量还可来自光合作用；K＋的吸收为主动运输，消耗ATP；ATP与ADP的相互转化中，物质可逆，能量不可逆。

巩固提升

8.下列关于ATP和ADP相互转化的叙述，正确的是（　　）

A.ATP和ADP相互转化是一种可逆反应

B.细胞可以利用热能将ADP转化为ATP

C.ATP转化成ADP时，所有的高能磷酸键都断裂

D.活细胞中ATP与ADP之间的相互转化时刻发生

答案　D

解析　ATP和ADP的转化不是可逆反应，但时刻不停地进行；合成ATP所需能量是太阳光能或有机物中的化学能，而不能利用热能；ATP转化成ADP时，仅远离腺苷的高能磷酸键断裂。

9.ATP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（　　）

①腺苷很容易吸收和释放能量　②第三个高能磷酸键极容易断裂和形成　③第三个磷酸很容易从ATP上脱离，第二个高能磷酸键断裂，使ATP转化为ADP　④ADP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.①③B.②④

C.③④D.①④

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，ADP在另一种酶的作用下，接受能量，与一个磷酸结合，从而转化成ATP，此时接受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。

10.在下列四种化合物的化学组成中，大圆圈中所对应的含义最接近的是（　　）

A.①和②B.①和④

C.③和④D.②和④

答案　B

解析　①与④中大圆圈是指腺嘌呤核糖核苷酸，②中大圆圈是指腺嘌呤，③中大圆圈是腺嘌呤脱氧核苷酸。

11.ATP是与能量代谢关系最为密切的化合物，请回答下列有关ATP的问题：

（1）写出在能量代谢过程中，ATP释放和储存能量的反应式_____________________________。

（2）在动物细胞内形成ATP所需要的能量主要来自________作用，在动物细胞的________（结构）中能合成ATP。

（3）如果ATP分子去掉两个磷酸基团，则成为一磷酸腺苷，它是构成________的基本单位之一。

（4）用

三种符号分别表示磷酸、核糖与腺嘌呤，试写出这三种分子在ATP中的连接方式________________________________________________________________________。

答案　

（1）ATP

ADP＋Pi＋能量

（2）呼吸　线粒体和细胞质基质

（3）RNA　（4）

解析　ATP的结构简式为A—P～P～P，水解去掉两个磷酸基团后成为腺嘌呤核糖核苷酸，是构成RNA的基本单位之一。

动物细胞生命活动所需的能量绝大多数来自线粒体。

12.如图所示ADP转化成ATP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②反应时，能量来自________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（5）①②反应进行时所需要的酶一样吗？

为什么？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（6）进行①反应时能量用于______________________，进行②反应时能量用于________，由此可见能量是__________________________，物质是________。

答案　

（1）2

（2）呼吸作用　光合作用

（3）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①和②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

13.人的骨骼肌细胞中，ATP含量仅够剧烈运动时3s以内的能量供给。

某运动员参加短跑比赛过程中ATP的相对含量随时间的变化如图所示，请据图回答下面的问题：

（1）A―→B的变化过程，说明ATP被水解，释放的能量用于________________________________________________________________________。

（2）B―→C过程中，ATP含量增加，说明________加强，释放出更多的能量，供ADP形成ATP使用，以补充细胞中ATP含量的不足。

（3）从整个曲线来看，肌细胞中ATP的含量不会降为零，说明____________________________。

答案　

（1）肌肉收缩等生命活动　

（2）细胞呼吸　（3）ATP的合成和分解是同时进行的

解析　ATP是生物体各项生命活动所需能量的直接来源，可为人体肌肉收缩直接提供能量。

当ATP由于消耗而大量减少时，肌肉细胞的细胞呼吸加强，以合成ATP供人利用，正是由于ATP与ADP无休止地相互转化，才使细胞内的ATP不会用尽，保证人体生命活动的顺利进行。

走进高考

14.判断正误：

（1）（2014·大纲全国卷，2A）线粒体合成的ATP可在细胞核中发挥作用（　　）

（2）（2014·大纲全国卷，2B）机体在运动时消耗ATP，睡眠时则不消耗ATP（　　）

（3）（2014·大纲全国卷，2D）植物根细胞吸收矿元素离子所需的ATP来源于呼吸作用（　　）

（4）（2012·广东卷，1A）膜载体蛋白的合成不需要ATP（　　）

（5）（2008·天津卷，6①）人长时间剧烈运动时，骨骼肌细胞中每摩尔葡萄糖生成ATP的量与安静时相等（　　）

（6）（2008·天津卷，6④）人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡（　　）

答案　

（1）√　

（2）×　（3）√　（4）×　（5）×　（6）×

15.（2014·海南卷，10）下列物质中，能够直接给细胞生命活动提供能量的是（　　）

A.脂肪B.钙离子

C.糖D.ATP

答案　D

解析　ATP是细胞生命活动的直接供能物质，故选D。

备选题

1.如果测得1个高能磷酸键的化学能是8P，那么ATP中的磷酸键能是（　　）

A.8PB.8P～16P

C.16P～24PD.24P

答案　C

解析　1个ATP中有2个高能磷酸键和1个普通磷酸键，所以其键能应在16P与24P之间。

2.新陈代谢的进行不仅需要酶，而且需要能量。

下列关于ATP的描述正确的是（　　）

A.ATP分子中含有3个高能磷酸键

B.动物体内主要的储能物质是ATP

C.ATP是生命活动的直接能源物质

D.ATP的合成与分解都需要同一种酶的催化

答案　C

解析　ATP分子中有2个高能磷酸键，是生物的直接能源物质，其合成与分解需要的分别是合成酶和分解酶。