最新高中生物同步讲义必修一第5章 第2节 细胞的能量通货ATP.docx

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最新高中生物同步讲义必修一第5章第2节细胞的能量通货ATP

第2节　细胞的能量“通货”——ATP

一、ATP的结构与功能

1.ATP的名称与简式

ATP

2.ATP的特点

（1）高能量：

ATP水解释放的能量多达30.54kJ/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”。

（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①处的化学键断裂，形成的化合物是________（核酸名称）的组成单位。

（3）ATP的水解过程常发生在图中的________（填“①”或“②”或“①②”）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）A—P～P～P　腺苷　

（2）RNA

（3）②　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。

二、ATP和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。

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。

特别提醒　

（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）√

1.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。

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a→b的变化过程，说明ATP被水解，释放的能量用于___________；b→c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1g，而一个正常成年人在静止状态下24h，将有40kg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A—P～P～P，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A—P～P～P，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①和②

B.过程①和②也可以发生在同一个细胞器内

C.过程①中需要的能量不是过程②释放的

D.维持人体体温的热能主要来自过程②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①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）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

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细胞的各项生命活动。

（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）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.（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A—P～P～P，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　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.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，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“ATP

ADP＋Pi＋能量”的叙述，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.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

解析　生物体进行的“ATP

ADP＋Pi＋能量”过程和“ADP＋Pi＋能量

ATP”过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。

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③④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④最易断裂，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（　　）

①细胞通过主动运输吸收K＋　②肌肉收缩　③蛋白质的分泌　④萤火虫发光　⑤大脑思考　⑥叶肉细胞中蔗糖的合成　⑦植物细胞的渗透吸水、失水过程

A.①②③④⑤⑥⑦

B.①②④⑤⑥

C.①②③④⑤⑥

D.①②④⑤⑦

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；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。

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）B→C

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B→C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）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。

①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。

②根据发光强度可以计算出ATP的含量，原因是发光强度与ATP含量成_______（填“正比”或“反比”）。

③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）①ATP　②正比　③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）①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。

②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。

③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。

（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。