生物化学ATP知识.docx

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生物化学ATP知识

第8讲细胞的能量“通货”—ATP

【温故知新】

1、生物体的三大能源物质是糖类、脂质、蛋白质、其中糖类是主要能源物质；生物体的主要储能物质是脂肪；动植物细胞的储能物质分别是糖原和淀粉，生物体生命活动的直接能源主要是ATP；生物体的最终能量来源是太阳能；生物体的高能磷酸化合物有ATP、NADPH、磷酸肌酸等。

2、ATP是英文名称缩写（简称），其全称为三磷酸腺苷。

其中A代表腺苷、T代表三个、P代表磷酸基团。

3、ATP的结构简式为A–P~P~P，其中“~”代表高能磷酸键。

4、高能磷酸化合物是指水解时释放的能量在20.92kJ/mol以上的磷酸化合物，ATP水解时释放的能量高达30.54kJ/mol，远远高于高能磷酸化合物水解时释放的能量。

故ATP是各种细胞内普遍存在的一种高能磷酸化合物，动物细胞内还有另一种高能磷酸化合物：

磷酸肌酸。

5、ATP的水解实际上是指ATP分子中高能磷酸键的水解。

6、ATP水解释放能量的反应式为：

ATPADP+Pi+能量

7、ADP转化为ATP的反应式为：

ADP+Pi+能量ATP。

式中能量的来源为：

①绿色植物的光合作用；②动、植物以及微生物的呼吸作用。

因此生物体细胞中合成ATP的部位有：

叶绿体基粒，细胞质基质以及线粒体等。

8、磷酸肌酸与ATP的互变反应式：

ATP+肌酸ADP+磷酸肌酸。

【重难探究】

1、认识ATP

ATP也叫三磷酸腺苷、腺三磷。

ATP的分子结构比较复杂，它的结构式是：

通过上式可以看出，腺嘌呤与核糖结合形成腺苷，腺苷通过核糖中的第5位羟基，与3个相连的磷酸基团结合形成ATP。

ATP中两个磷酸基团之间（也就是P与P之间）用“～”表示的化学键是高能磷酸键。

高能磷酸键水解时，释放出的能量是正常化学键的2倍以上。

例如，ATP末端磷酸基团水解时，释放出的能量是30.5kJ/mol，而6-磷酸葡萄糖水解时，释放出的能量只有13.8kJ/mol。

一般说来，水解时释放20.92kJ/mol以上能量的化合物叫高能化合物。

显然，ATP是一种高能化合物。

各种细胞都是用ATP作为直接能源的。

实际上，ATP是细胞内能量释放、储存、转移和利用的中心物质。

【练习1】下列关于ATP的叙述中，正确的是：

（D）

A．ATP分子中所有化学键都储存着大量的能量，所以被称为高能磷酸化合物。

B．三磷酸腺苷可简写为：

A~P~P–P

C．ATP中大量的能量都储存在腺苷和磷酸基团中

D．ATP中大量的能量储存在高能磷酸键中

【练习2】1分子ADP含有腺苷、磷酸基和高能磷酸键的数目依次是（B）

A．1、2、2B．1、2、1

C．2、1、2D．2、1、1

2、正确区分生物的主要能源、储存能源、直接能源和最终能源以及它们之间的相互关系。

生物的新陈代谢需要能量。

糖类是细胞的重要能源物质，脂肪是生物体内储存能量的物质，正常情况下一般由糖类氧化解释放能量，而糖类等氧化分解所释放的能量不能直接用于生命活动，其中一少部分能量以热能的形式散失掉了。

糖类等有机物中的能量几乎全部来自太阳能，所以太阳能是生命活动的最终能源。

【练习3】生物体内生命活动所需直接能源物质和主要能源物质依次是（C）

A．葡萄糖、ATPB．糖元、脂肪

C．ATP、糖类D．糖类、脂

3、ATP与ADP的相互转变是不可逆的。

理由如下：

（1）从该过程的条件上分析：

ATP的分解是一种水解反应，催化该反应的酶属水解酶；而ATP的合成是一种合成反应，催化该反应的酶属于合成酶。

酶具有专一性，因此反应条件不同。

（2）从该过程的能量上分析：

ATP水解释放的能量是储存在高能磷酸键内的化学能，被各项生命活动所利用。

而合成ATP的能量主要来自有机物分解释放的化学能和光合作用中吸收的太阳能。

因此，ATP合成所需能量的来源和ATP水解时释放能量的去向不同。

（3）从该过程进行的场所上分析：

ATP合成的场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体，而ATP分解的场所较多。

因此其合成与分解的场所不尽相同，显然，上述反应不是同时进行的。

综上所述，ATP与ADP的相互转化反应并不是可逆的，但也不能单纯地利用化学上的观点来判断反应是否可逆。

因为ATP与ADP在活细胞中是永无止境地循环的，两者在一定条件下的循环过程使ATP不会因为能量的不断消耗而用尽，从而保证生命过程的顺利进行。

【练习4】对“ATPADP+Pi+能量”的叙述中，正确的一项是（B）

A．反应向左进行和向右进行时需的酶都是一样的

B．反应向右进行时释放能量，向左进行时贮存能量

C．整个反应是一个动态平衡的过程

D．植物细胞和动物细胞发生这个反应的生理过程都一样

【练习5】下列有关ATP和ADP的描述中，哪一项是正确的？

（C）

A、ATP在酶的作用下，可以连续脱下3个Pi，释放大量的能量

B、ATP在酶的作用下，可以加上一个Pi，储存能量

C、ATP和ADP的相互转化都需要酶的参加

D、ATP和ADP的相互转化都不需要酶的参加

4、ATP的再生与利用

【练习6】下列有关ATP的叙述，正确的是（D）

A、线粒体是蓝藻细胞产生ATP的主要场所

B、光合作用产物中的化学能全部来自ATP

C、ATP分子由1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成

D、细胞连续分裂时，伴随着ATP与ADP的相互转化

5、ATP中能量的利用：

在生物体内能量的转换和传递中，ATP是一种关键物质。

生物体的一切生命活动都离不开ATP。

ATP是生物体内直接供给可利用能量的物质，是细胞内能量转换的“中转站”。

各种形式的能量转换都是以ATP为中心环节的。

生物体内由于有各种酶作为生物催化剂，同时又有细胞中生物膜系统的存在，因此，ATP中的能量可以直接转换成其他各种形式的能量，用于各项生命活动。

这些能量形式主要有以下几种：

（1）机械能。

生物体内的细胞以及细胞内各种结构运动都是在做机械功，所消耗的就是机械能。

例如，纤毛和鞭毛的摆动、肌细胞的收缩、细胞分裂期间染色体的运动等，都是由ATP提供能量来完成的。

（2）电能。

生物体内神经系统传导冲动的某些生物能够产生电流，所做的电功消耗的就是电能。

电能也是由ATP所提供的能量转换而成的。

（3）渗透能。

细胞的主动运输是逆浓度梯度进行的，物质过膜移动所做的功消耗了能量，这些能量叫做渗透能，渗透能也来自ATP。

（4）化学能。

生物体内物质的合成需要化学能，小分子物质合成大分子物质时，必须有直接或间接的能量供应。

另外，物质在分解的开始阶段，也需要化学能来活化，成为能量较高的物质（如葡萄糖活化成磷酸葡萄糖）。

在生物体的物质代谢中，可以说到处都需要由ATP转化的化学能来做化学功。

（5）光能。

目前关于生物发光的生理机制还没有完全弄清楚，但是已经知道，用于发光的能量仍然直接来源于ATP。

（6）热能。

生物体内的热能，来源于有机物的氧化分解。

大部分的热能通过各种途径向外界环境散发，只有一小部分热能用来维持细胞或恒温动物的体温。

通常情况下，热能的形成往往是细胞能量转换和传递过程中的副产品。

【练习6】生物体的下列生理活动中，不需要消耗ATP的是：

（C）

A、蛙的肌肉收缩B、洋葱根的生长

C、水稻根的生长D、胰岛素的合成

【练习7】动物体内ATP水解所释放的能量不可能用于（B）

A、物质的吸收B、有机物分解C、物质的合成D、肌肉收缩

【练习8】ATP在细胞内的含量及其成生速度是（D）

A、很多、很快B、很少、很慢C、很多、很慢D、很少、很快

【练习9】下列哪些过程会使细胞中的ADP含量增加？

①肾小管上皮细胞重吸收原尿中的葡萄糖②红细胞中血红蛋白变为氧合血红蛋白③肺汽中O2进入血液④Na+、k+进入小肠上皮细胞

A、①③B、①④C、②③D、②④

【练习10】草履虫的纤毛运动和变形虫的变形运动，都是肌动蛋白利用ATP提供的能量完成的，此时能量利用的转化形式为：

（A）

A、机械能B、化学能C、渗透能D、电能

【典例剖析】

【例1】对植物叶肉细胞内关于ATP的叙述中，正确的是（）

A．ATP主要在线粒体、叶绿体中生成

B．它含有三个高能磷酸键

C．ATP转变为ADP的反应是可逆的

D．细胞内储有大量的ATP，以供生理活动需要

【命题意图】本题主要考查ATP的结构特性以及ATP的合成部位。

【解析】根据ATP的分子简式：

A–P~P~P可知，ATP含有两个高能磷酸键；ATP与ADP之间可以相互转化，但是两个反应所需要的反应条件、能量、进行的场所并不相同，所以ATP与ADP之间的相互转化并不是可逆的；生物细胞内并没有储存大量的ATP，当ATP大量消耗时，其他的高能化合物就释放出其中的能量，供给ADP生成ATP。

所以B、C、D都有错误，细胞中合成ATP的部位有细胞质基质、线粒体、叶绿体，主要为线粒体、叶绿体

【答案】A

【例2】下列生理过程中，不需要消耗ATP的是（）

A．核糖体上合成蛋白质

B．在肺泡表面进行气体交换

C．小肠吸收氨基酸

D．神经冲动在中枢传导

【命题意图】本题主要考查ATP的利用以及主动运输需要ATP这些知识点。

【解析】肺泡表面进行气体交换是通过自由扩散的方式进行的，不需要消耗细胞产生的ATP；而小肠吸收氨基酸是主动运输过程，需要ATP提供能量；核糖体上合成蛋白质和神经冲动在中枢传导需要ATP供能。

【答案】B

【例3】对“ATPADP+Pi+能量”的叙述中，正确的一项是（）

A．反应向左进行和向右进行时需的酶都是一样的

B．反应向右进行时释放能量，向左进行时贮存能量

C．整个反应是一个动态平衡的过程

D．植物细胞和动物细胞发生这个反应的生理过程都一样

【命题意图】本题意在考查学生对“ATP与ADP的立变是否可逆”这一问题的理解。

ATP与ADP的转变式实际上表示细胞内ATP与ADP的循环过程，并不表示化学上的可逆反应，这是因为两者反应条件不同、能量的来源不同、进行的场所不完全相同。

必须明确生物体细胞内ATP含量平衡，是许多个“ATPADP+Pi+能量”和“ADP+Pi+能量ATP”反应在不同场所进行的结果。

【解析】这是一道综合分析ATP和ADP相互转变关系的题目，有一定的难度，解析时应从以下两方面入手：

①生物体进行的“ATPADP+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，它们发生的位置、所需

的酶是不同的。

也正是因为两个过程是在不同的场所、不同的酶作用下完成的，所以就不存在动态平衡问题。

故C项不对。

②植物细胞可通过光合作用产生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，所以D项不对。

【答案】B

【例4】在活细胞中，下图中所示循环过程永无休止地进行着。

请运用所学知识，分析回答ATP和ADP循环中的有关问题：

（1）ATP作为生物体生命活动的物质，其分子结构简式为，在②过程中，是由于键的断裂而释放出能量的。

（2）在绿色植物细胞内，与①相应的生理活动主要是在细胞内的、中进行的。

（3）A1和A2分别起什么作用？

二者相同吗？

（4）①中能量E1的来源有哪些？

②中能量E2的去向有哪些？

【命题意图】本题意在考查学生对ATP与ADP相互转化综合知识的运用能力。

此题的综合性较强，考查学生对ATP的结构简式、ATP的功能、ATP的产生途径、ATP与ADP的相互转化等多方面的知识。

学生必须对ATP作为“能量中转站”“能量货币”有了进一步的了解才能回答该题。

【解析】ATP是生命活动的直接能源物质，ATP在水解时远离腺苷的那个高能磷酸键断裂。

ATP的水解和合成分别由水解酶和合成酶催化。

植物叶肉细胞产生ATP的部位主要是线粒体、叶绿体。

在光合作用的光反应阶段和呼吸作用的过程中，ADP可转化为ATP，所需要的能量分别来自色素吸收、转化的光能和糖