版高中生物第4章光合作用和细胞呼吸第一节第1课时ATP和酶学案苏教版必修1.docx

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版高中生物第4章光合作用和细胞呼吸第一节第1课时ATP和酶学案苏教版必修1

第1课时　生命活动的能量“通货”——ATP

[学习目标]　1.描述ATP的结构并说明其结构特点。

2.说明ATP和ADP的转化过程中能量的变化。

3.说出细胞内产能和耗能的生理过程。

一、ATP的结构及特点

1.ATP的名称与简式

ATP

2.特点

（1）高能量：

ATP是一种不稳定的高能化合物，含有两个高能磷酸键。

（2）不稳定：

ATP末端的高能磷酸键容易水解断裂，水解时ATP生成腺嘌呤核苷二磷酸（ADP）和无机磷酸，同时释放能量。

（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“一个腺嘌呤核苷、两个高能磷酸键、三个磷酸基团”。

（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RNA的基本单位之一——腺嘌呤核糖核苷酸。

下图是ATP的组成，据图分析回答下列问题：

1.ATP的组成元素有哪些？

含有几个磷酸基团？

几个高能磷酸键？

答案　ATP的组成元素为C、H、O、N、P。

含有3个磷酸基团。

2个高能磷酸键。

2.ATP中的“A”、“T”和组成DNA中的“A”、“T”含义相同吗？

答案　不同。

ATP中的“A”指的是腺嘌呤核苷，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。

3.ATP彻底水解会得到哪些成分？

答案　ATP彻底水解会得到腺嘌呤、核糖和磷酸。

4.ATP和RNA在组成成分上有怎样的联系？

答案　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。

1.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的中文名称是腺嘌呤核苷三磷酸，结构式可简写为A—P～P～P，A代表腺嘌呤核苷，～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.ATP分子在细胞内能释放能量、储存能量，从结构上看（以腺嘌呤核苷为基点），其原因是（　　）

①腺嘌呤核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　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.②④C.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，远离腺嘌呤核苷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嘌呤核苷（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。

二、ATP与ADP的相互转化及ATP的利用

1.ATP与ADP的相互转化

反应式

ATP

ADP＋Pi＋能量

ADP＋Pi＋能量

ATP

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：

ATP

ADP＋Pi＋能量。

特别提醒

　ATP和ADP相互转化时，反应所需要的酶、能量的来源和去路、反应的场所不同，因此二者的转化不是可逆的，从两者相互转化的反应式来看，“物质是可逆的，但能量不可逆”。

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”

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流通。

归纳总结

（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。

在活细胞中，下图中的循环过程永不停止地进行着。

请运用所学知识，分析回答ATP和ADP循环中的有关问题：

1.在绿色植物的叶肉细胞内，与①相应的生理活动有哪些？

答案　光合作用和细胞呼吸。

2.A1和A2分别起什么作用？

二者相同吗？

答案　二者不相同。

A1催化ATP的合成，是合成酶；A2催化ATP的水解，是水解酶。

3.动物细胞中，能量E1的来源是什么？

答案　来自于细胞呼吸中糖类等有机物氧化分解释放的能量以及其他一些高能磷酸化合物的分解。

4.②中能量E2的去向有哪些？

答案　转化为其他各种形式的能量，用于生物体的各项生命活动。

3.下列有关“ATP

ADP＋Pi＋能量”的叙述中，正确的是（　　）

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.两个过程是可逆反应

D.植物细胞和动物细胞中发生这种反应的生理过程都一样

答案　B

解析　分析时应从以下两方面入手：

（1）生物体进行的“ATP

ADP＋Pi＋能量”的过程和“ADP＋Pi＋能量

ATP”的过程是两个截然不同的生理过程，它们发生的场所、所需的酶是不同的，也正是因为两个过程是在不同的场所、不同酶的作用下完成的，所以两个过程不是可逆反应，故A、C两项错误。

（2）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，故D项错误。

4.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。

归纳整合

　生物体中与能量有关的物质

（1）直接能源物质——ATP。

（2）主要的能源物质——糖类。

（3）主要的储能物质——脂肪。

（4）植物特有的储能物质——淀粉。

（5）动物特有的储能物质——糖原。

（6）最终能量来源——太阳能。

1.下列叙述，正确的打“√”，错误的打“×”。

（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RNA的基本单位之一（　　）

（3）人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡（　　）

（4）ATP在细胞内含量并不高，活细胞都能产生ATP，也都会消耗ATP（　　）

（5）酶的合成需要ATP供能，此ATP来自光合作用和细胞呼吸（　　）

（6）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）√　（5）×　（6）√

2.下图表示与ATP相关的部分结构示意图，下列分析中正确的是（　　）

A.a表示ADP，与ATP相比少了一个磷酸基团

B.b表示腺嘌呤核苷，是ATP中“A”代表的含义

C.c表示腺嘌呤核糖核苷酸，它是构成RNA的基本单位

D.d表示ATP，是生物体的直接能源物质

答案　D

解析　a是由核糖和腺嘌呤组成的腺嘌呤核苷，要比ATP少了三个磷酸基团，A项错误；b表示的是RNA的基本单位之一——腺嘌呤核糖核苷酸，而ATP中“A”的含义是腺嘌呤核苷，B项错误；c表示ATP失去一个磷酸基团的产物——ADP，而非RNA的基本单位，C项错误；d表示ATP，是生物体的直接能源物质，D项正确。

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.在某细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子，短时间内分离出细胞的ATP，发现其含量变化不大，但部分ATP的末端“P”已带上放射性标记，该现象不能说明（　　）

A.ATP中远离“A”的“P”容易脱离

B.部分32P标记的ATP是重新合成的

C.ATP是细胞内的直接能源物质

D.该过程中ATP既有合成又有分解

答案　C

解析　短时间内ATP的末端“P”被标记，说明远离“A”的“P”容易脱离与重新合成；ATP含量变化不大，但有新的ATP生成，所以ATP既有合成又有分解；该实验不能说明ATP是细胞内的直接能源物质。

5.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）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）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）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A—P～P～P，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生物体的各项生命活动。

（4）②反应为ATP的水解反应，释放的能量来自储存在ATP的高能磷酸键中的化学能。

（5）①反应为ATP的合成反应，其能量储存在ATP中。

②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.（2019·湖北宜昌期末）如图表示ATP的结构，下列相关说法正确的是（　　）

A.b键断裂后形成ADP和Pi

B.图中的3表示ATP中的“A”

C.由1、2、3各一分子形成的物质是组成DNA的基本单位之一

D.a键断裂释放的能量可以直接用于大脑思考、生物发电等生命活动

答案　D

解析　图中a、b表示高能磷酸键，1表示磷酸基团，2表示核糖，3表示腺嘌呤，b键断裂后形成AMP和Pi，A错误；图中的3表示腺嘌呤，ATP中的“A”表示腺苷，B错误；由1、2、3各一分子形成的物质是组成RNA的基本单位之一，C错误；a键断裂释放的能量可以直接用于大脑思考、肌肉收缩、生物发电等生命活动，D正确。

2.（2018·河北承德期末）如图是ATP的结构示意图，其中能作为组成RNA的基本单位之一的是（　　）

A.①B.②C.③D.④

答案　B

解析　图中①②③④分别表示腺苷、腺嘌呤核糖核苷酸、ADP和ATP，其中腺嘌呤核糖核苷酸是组成RNA的基本单位之一。

3.（2018·福州高一检测）生活在水深200m海洋中的电鳗能通过发出高达5000V的生物电，击昏敌害、保护自己、获取食物。

电鳗发出生物电的能量直接来自（　　）

A.脂肪的分解B.ATP的分解

C.蛋白质的分解D.葡萄糖的分解

答案　B

解析　ATP的中文名称叫腺嘌呤核苷三磷酸，是新陈代谢所需能量的直接来源，水解时远离A的那个高能磷酸键断裂释放能量，可转化成电鳗的生物电。

4.1分子ADP含有腺嘌呤核苷、磷酸基团和高能磷酸键的数目依次是（　　）

A.1、2、2B.1、2、1C.2、1、2D.2、1、1

答案　B

解析　ADP是腺嘌呤核苷二磷酸，它的结构简式可表示为A—P～P，从结构简式中可以看出ADP比ATP少了一个磷酸基团和一个高能磷酸键，关于ATP、ADP、AMP的关系可以表示如下图：

题组二　ATP与ADP的相互转化

5.（2018·绵阳中学质检）下列关于ATP的叙述，错误的是（　　）

A.细胞质和细胞核中都有ATP的分布

B.ATP合成所需的能量由磷酸提供

C.ATP可以水解为一个核苷酸和两个磷酸

D.正常细胞中，ATP与ADP的比值在一定范围内变化

答案　B

解析　ATP是生命活动的直接能源物质，在细胞质和细胞核中有许多吸能反应和放能反应，与ATP的分解和合成相关，故在细胞质和细胞核中都有ATP的分布，A项正确；ATP合成所需的能量来源于光能和有机物中的化学能，磷酸不含能量，B项错误；ATP可以水解为一个腺嘌呤核糖核苷酸和两个磷酸，C项正确；正常细胞中，ATP与ADP不停地发生着相互转化，处于相对平衡状态，两者的比值在一定范围内波动，D项正确。

6.下列关于生物体中ATP的叙述，其中正确的一项是（　　）

A.蓝藻细胞中的线粒体、叶绿体分别通过有氧呼吸、光合作用产生ATP

B.ATP与ADP是同一种物质的两种形态

C.ATP中存在2个高能磷酸键，在一定条件下均可释放其中的能量

D.生物体内ATP的含量很多，从而保证了生命活动所需能量的持续供应

答案　C

解析　蓝藻细胞是原核细胞，不含线粒体和叶绿体，A项错误；ATP和ADP是两种不同的物质，B项错误；ATP中存在2个高能磷酸键，在一定条件下均可释放其中的能量，C项正确；生物体内ATP的含量很少，但ATP与ADP转化非常迅速，从而保证了生命活动所需能量的持续供应，D项错误。

7.ATP转化为ADP可表示为下图，式中a和b分别代表（　　）

A.H2O、核糖B.Pi、H2O

C.H2O、PiD.能量、Pi

答案　C

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

8.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①不需要酶的催化

B.过程②发生高能磷酸键的断裂

C.过程①所需能量只能来自化学能

D.过程②放出的能量可以用于过程①

答案　B

解析　过程①是ATP的合成，需要ATP合成酶的催化，A项错误；过程②是ATP的水解，远离腺嘌呤核苷的高能磷酸键断裂，B项正确；过程①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②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。

题组三　ATP的利用

9.下列有关能量“通货”——ATP的说法中，正确的是（　　）

A.ATP失去两个磷酸基团后，可参与DNA分子的合成

B.生物体内的生化反应均需ATP作能源驱动

C.动物体内同化作用消耗的ATP少于异化作用生成的ATP

D.冬眠的动物在冬季来临之前需要储存一定量的ATP，用以抵抗低温对身体的伤害

答案　C

解析　ATP失去两个磷酸基团后成为腺嘌呤核糖核苷酸，可参与RNA的合成；生物体内有些放能的生化反应不需要ATP参与；动物所有的生命活动所消耗的能量都是靠细胞呼吸提供的，所以同化作用所消耗的ATP仅仅是细胞呼吸所合成的ATP中的一部分；ATP不能在体内大量储存，而是通过快速与ADP的转化来满足能量需要的。

10.人体中哪些过程不会使细胞中ADP的含量增加（　　）

①肠道中葡萄糖变为血糖　②血红蛋白变为氧合血红蛋白　③葡萄糖进入红细胞　④K＋进入肾小管的上皮细胞

A.①③B.②④

C.②③D.①④

答案　C

解析　肠道中葡萄糖变为血糖即吸收葡萄糖的过程，运输方式为主动运输，需消耗能量，会使ADP含量增加；K＋进入肾小管上皮细胞属于主动运输，消耗能量，会使ADP含量增加；氧气进入红细胞属于自由扩散，不消耗能量，与血红蛋白的结合也不需要能量；葡萄糖进入红细胞属于协助扩散，不消耗能量。

11.细胞内有些化学反应是需要吸收能量的，有些是释放能量的，这些过程一般与ATP的水解和合成相联系，请判断下列说法正确的是（　　）

A.植物体内的细胞呼吸伴随着ATP的合成，是吸能反应

B.由氨基酸脱水缩合形成蛋白质的过程需要消耗ATP，是放能反应

C.放能反应一般伴随着ADP的合成，吸能反应一般伴随着ATP的合成

D.能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通

答案　D

解析　细胞呼吸是放能反应，A项错误；脱水缩合形成蛋白质的过程是吸能反应，B项错误；吸能反应一般伴随着ATP的水解，放能反应一般伴随着ATP的合成，C项错误；能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通，D项正确。

12.（2018·沈阳高一检测）如图能体现人在100m跑步后细胞中ATP变化的是（　　）

答案　B

解析　人在100m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。

13.如图表示ATP水解产生ADP的过程。

请回答下列问题：

（1）图中A表示____________，P代表____________，ATP如果脱去两个磷酸基团后可作为________（物质）基本结构单位中的一种。

（2）图中①为____________，其中蕴藏着__________________________________________。

（3）图中②为________。

（4）图示过程中未标出的另一种反应物是________，催化该过程的酶与催化ATP再生时的酶________（填“是”或“不是”）同一种酶。

答案　

（1）腺嘌呤核苷　磷酸基团　RNA　

（2）高能磷酸键　大量的化学能　（3）能量　（4）水　不是

解析　ATP分子的结构式简写为A—P～P～P，其中“～”表示高能磷酸键，蕴藏着大量的化学能，可以为生命活动供能。

14.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而补充细胞中ATP含量的不足，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，保证了人体生命活动的顺利进行。

15.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、标签纸若干及其他所需实验材料。

（1）实验步骤：

①配制不同浓度的ATP溶液，置于小烧杯中，贴上标签；

②将____________分成若干等份，分别放入试管中，贴上标签；

③在每支试管中加入_________________________________________________________；

④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

①随ATP溶液浓度升高，发光现象渐强

荧光强度与ATP浓度__________

②随ATP溶液浓度升高，发光现象_________

荧光强度与ATP浓度__________

③____________________________________

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）②荧光器粉末　③等量不同浓度的ATP溶液

（2）①成正比　②渐弱　成反比　③随ATP溶液浓度升高，发光现象无变化　（3）a.第①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：

①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；②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；③随ATP溶液浓度升高，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①种；萤火虫发光是ATP中活跃的化学能转变成光能的过程。