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高中生物第2节 细胞的能量“货币”ATP导学案
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这是一份高中生物第2节 细胞的能量“货币”ATP导学案，共16页。学案主要包含了ATP是一种高能磷酸化合物，ATP与ADP可以相互转化，ATP的利用等内容，欢迎下载使用。
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1．中文名称：腺苷三磷酸。
2．结构简式：A—P～P～P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，～代表一种特殊的化学键。
3．结构特点
(1)ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物，含有2个特殊的化学键。
(2)ATP的化学性质不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的转移势能。
ATP的结构特点可用“一、二、三”来记忆，一个腺苷，二个特殊的化学键，三个磷酸基团。
4．功能：直接给细胞生命活动提供能量。
二、ATP与ADP可以相互转化
总反应式：ATPeq \(,\s\up9(酶1),\s\d9(酶2))ADP＋Pi＋能量。
三、ATP的利用
1．ATP水解释放的能量用于各项生命活动
(1)实例
(2)ATP为主动运输供能的过程分析
①Ca2＋主动运输的载体蛋白也是催化ATP水解的酶，膜内侧的Ca2＋与其载体结合时就激活该酶，将ATP水解。
②ATP水解释放的磷酸基团与载体蛋白结合即载体蛋白的磷酸化。
③载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化。
2．ATP是细胞内流通的能量“货币”
(1)吸能反应一般与ATP水解相联系；放能反应一般与ATP合成相联系，示意图如下：
(2)能量通过ATP在吸能反应和放能反应之间循环流通。
(1)ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写，其中“A”代表腺苷，“P”代表磷酸基团。(√)
(2)ATP脱去所有特殊的化学键后就是ADP。(×)
(3)ATP合成与ATP水解所需的酶不同，反应部位也不同。( √ )
(4)萤火虫发光所需的直接能源物质是ATP。( √ )
知识点一 ATP的结构和功能
1．书写ATP结构简式时避免两种错误
错误1：A—P—P～P。
错误2：A～P～P～P。
正确形式：A—P～P～P(含一个普通磷酸键，两个特殊的化学键)。
2．ATP≠能量
ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。1 ml ATP水解释放的能量高达30.54 kJ，所以ATP是与能量有关的一种物质，但不能将两者等同。
3．ATP与核苷酸的关系
组成ATP和核苷酸的元素是相同的，都是C、H、O、N、P。
4．生物体中与能量有关的物质归纳
(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。
发展素养
ATP中存在一个普通磷酸键和两个特殊的化学键。
破坏了两个特殊的化学键，剩余的部分是什么物质？(科学思维——水平二)
提示：腺嘌呤核糖核苷酸。
1．(2020·临沂高一检测)下图为ATP分子的结构式，下列相关叙述错误的是( )
A．图中五碳糖为核糖
B．图中虚线框中的基团是腺苷
C．该分子中有两个特殊的化学键
D．该分子水解掉两个磷酸基团后为核糖核苷酸
答案：B
2．下列关于ATP的叙述，正确的是( )
A．ATP中的五碳糖与DNA、RNA中的五碳糖相同
B．ATP分子中，其相邻的两个磷酸基团之间的化学键为特殊的化学键
C．ATP分子水解去掉两个磷酸基团后变成腺嘌呤脱氧核苷酸
D．ATP分子由一分子腺嘌呤和三分子磷酸基团组成
解析：选B。ATP与RNA中含有核糖，而DNA中含有脱氧核糖；ATP中共含有两个特殊的化学键，位于磷酸基团之间；ATP分子除去两个磷酸基团之后的结构称为腺嘌呤核糖核苷酸；ATP分子是由一分子腺苷和三分子磷酸基团组成的。
知识点二 ATP和ADP的相互转化及ATP的利用
ATP和ADP转化过程分析
(1)图示
(2)分析
①光合作用和呼吸作用等放能反应与ATP的合成相联系，将能量储存在ATP中。
②主动运输等吸能反应与ATP的水解相联系，所以ATP是直接能源物质。
[温馨提醒]
(1)ATP并不是生物体唯一的直接能源物质，只是绝大多数生物的直接能源物质，还存在其他直接能源物质，如CTP、GTP等。
(2)常见的消耗能量的生理过程：主动运输、胞吞和胞吐、蛋白质合成、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。
发展素养
经测定，ATP在人体内的含量极少，但一个成年人在静止的状态下，24 h内约需要40 kg的ATP提供能量，细胞是如何保持ATP含量相对稳定的？(科学思维——水平一)
提示：依赖ATP与ADP之间的快速转化，保持细胞内ATP含量相对稳定。
1.如图是ATP与ADP之间的转化图，由此可确定( )
A．A为ADP，B为ATP
B．能量1和能量2来源相同
C．酶1和酶2是同一种酶
D．X1和X2是同一种物质
解析：选D。由题图中能量的方向可以看出，A为ATP，B为ADP；能量1来自ATP水解所释放的化学能，能量2来自在动物体内有机物氧化分解释放的化学能，在植物体内除来自有机物氧化分解释放的化学能外，还可来自光能；酶1和酶2是催化不同化学反应的不同的酶；X1和X2表示的是Pi。
2．下列生理活动中不会导致细胞内ADP生成量增加的是( )
A．小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖
B．甲状腺细胞吸收碘
C．红细胞吸收葡萄糖
D．K＋进入小肠绒毛上皮细胞
解析：选C。A、B、D项所述的物质进入细胞的方式均是主动运输，需要消耗能量，会使ADP生成量增加。葡萄糖进入红细胞的方式是协助扩散，不需要消耗能量，不会使ADP生成量增加。
[随堂检测]
1．当条件满足时，20个腺苷和60个磷酸最多可以组成的ATP和ATP分子中所含的特殊的化学键的个数分别是( )
A．20个，30个 B．20个，40个
C．40个，40个 D．40个，60个
解析：选B。1个ATP分子中含有1个腺苷、3个磷酸基团、2个特殊的化学键。20个腺苷，对应60个磷酸，即只能形成20个ATP分子，共含有40个特殊的化学键。
2．(2020·河北黄骅中学高一月考)下图，ATP分子中哪个(些)键的水解会释放大量的能量( )
A．a B．b
C．c D．d
解析：选A。ATP化学性质不稳定，a键易水解释放大量的能量，故选A。
3．(2020·安徽芜湖高一期末)太阳光能转化成电鳗发出的电能，需要经过的主要生理过程的正确顺序是( )
A．光合作用、消化作用、主动运输、呼吸作用、ATP水解
B．光合作用、呼吸作用、消化作用、主动运输、ATP水解
C．呼吸作用、ATP水解、光合作用、主动运输、消化作用
D．主动运输、消化作用、ATP水解、有氧呼吸、光合作用
答案：A
4．枪乌贼是一种生活在海洋中的软体运动，它有巨大的神经细胞，能不断吸收K＋。科学家用一种有毒物质使枪乌贼神经细胞中毒后，其吸收K＋的功能就会丧失。如果再注入另外一种物质，神经细胞又能恢复吸收K＋的功能，一直到这种物质消耗完，则这种物质最可能是( )
A．淀粉 B．ATP
C．葡萄糖 D．麦芽糖
解析：选B。枪乌贼神经细胞吸收K＋的方式是主动运输，需要消耗能量，也需要载体蛋白协助，由题干信息分析可知，细胞吸收K＋的功能的丧失和恢复最可能与能量的变化有关，有毒物质抑制了细胞的呼吸作用，没有能量供应，细胞就不能吸收K＋，而注入另一种物质后，神经细胞又能恢复吸收K＋的功能，A、B、C、D四个选项所列的物质，可直接提供能量的物质是ATP，所以再注入的物质可能是ATP。
5．下图所示，甲代表生命活动的直接能源物质，下列叙述正确的是( )
A．在主动运输过程中，甲的含量会增加
B．甲→乙和丙→乙过程中，起催化作用的酶空间结构相同
C．丙中不含磷酸键，它是RNA的基本组成单位之一
D．丁由腺嘌呤和核糖组成，戊可用于甲的合成
解析：选D。甲是ATP，主动运输过程中需要消耗ATP，甲减少，但ATP与ADP的转化处于动态平衡中，故甲不会大量减少，A错误；甲→乙过程是水解酶起作用，而丙→乙过程是合成酶起作用，酶的种类不同，空间结构也不同，B错误；丙中含有一个普通磷酸键，C错误；丁由腺嘌呤和核糖组成，ATP合成时要消耗磷酸(戊)，D正确。
6．(2020·哈六中高一检测)经研究证实ATP是细胞的能量“货币”。请分析回答下列问题：
(1)ATP分子的结构简式是_______________，中文名称：______________。研究发现，正常成年人安静状态下24 h 有40 kg ATP发生转化，而细胞内ADP、ATP的浓度仅为2～10 mml/L，为满足能量需要，人体解决这一矛盾的合理途径是____________________________(写出方程式，标明条件)。
(2)ATP在有关酶的作用下，3个磷酸基团逐个脱离下来，最后剩下的是________。
(3)用小刀将数十只萤火虫的发光器割下，干燥后研成粉末状，取两等份分别装入两只小玻璃管中，各加入少量的水，使之混合，可以观察到玻璃管中发出淡黄色荧光。约过15 min荧光消失，如图所示。这时再将ATP溶液加入其中一只玻璃管中，将葡萄糖溶液加入另一只玻璃管中，发现加ATP溶液的玻璃管中发出荧光，而加葡萄糖溶液的管中不发荧光。
上述对照实验说明：
①萤火虫发光是将________能转变成________能的过程。
②这一过程所需的能量由__________提供。
③__________不是生命活动的直接能源物质。
答案：(1) A—P～P～P 腺苷三磷酸 ADP＋Pi＋能量eq \(,\s\up9(酶1),\s\d9(酶2))ATP (2)腺苷 (3)①化学 光 ②ATP ③葡萄糖
[课时作业]
A 合格性考试
1．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
解析：选B。ATP中含有C、H、O、N、P 五种元素，纤维素和脂肪只含有C、H、O 三种元素，蛋白质含有C、H、O、N等元素。
2．下图表示ATP的结构，其中表示特殊的化学键的是( )
A．①② B．①③
C．②③ D．③④
解析：选A。特殊的化学键位于磷酸基团之间，图中①②位置表示特殊的化学键。
3．如果测得一个特殊的化学键的化学能是8P，那么，一个ATP分子中的磷酸键所含的化学能应该是( )
A．8P B．16P
C．大于16P小于24P D．24P
解析：选C。ATP中含有一个普通磷酸键和两个特殊的化学键，所以ATP分子中磷酸键所含的化学能多于两个特殊的化学键的化学能(16P)，小于三个特殊的化学键的化学能(24P)。
4．某书法家脑出血后导致右侧肢体偏瘫，为改善患者的新陈代谢，尽快恢复其右手书写能力，在治疗时可用下列哪种方法辅助治疗( )
A．静脉滴注葡萄糖溶液
B．口服钙片
C．服用多种维生素液
D．肌肉注射ATP制剂
解析：选D。ATP是人体生命活动的直接能源物质。在生活中，常作为一种药品，有提供能量和改善患者新陈代谢状况的作用，常用于辅助治疗肌肉萎缩、心肌炎等疾病。
5．某同学对细胞内的葡萄糖、脂肪、ATP进行了如下总结，你认为不合理的是( )
A．葡萄糖是生物体主要的能源物质
B．ATP分子中含有的化学能比葡萄糖的多
C．脂肪的氧化分解能生成ATP，脂肪的合成需消耗ATP
D．ATP在细胞内含量很少，但细胞内ATP和ADP之间的转化很迅速
答案：B
6．下列生命活动中不需要ATP提供能量的是( )
A．叶肉细胞合成的糖运输到果实
B．吞噬细胞吞噬病原体的过程
C．淀粉酶催化淀粉水解为葡萄糖
D．细胞中由氨基酸合成新的肽链
解析：选C。在适宜的温度、pH条件下，淀粉酶催化淀粉水解，此过程释放能量，不需要ATP提供能量。
7．(2020·杭州高一检测)下列过程中能使细胞内ADP的含量增加的是( )
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
解析：选D。细胞内ADP的含量增加，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。水分子进出细胞为被动运输，不需要消耗能量；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。
8．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，但是两者的种类不同
C．细胞中的吸能反应一般与ATP的合成相联系
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
解析：选B。ATP是生命活动的直接能源物质，ATP水解时，特殊的化学键④最易断裂。图中酶1为ATP水解酶，酶2为ATP合成酶，两者种类不同，但化学本质均为蛋白质。细胞中的吸能反应所需的能量由ATP水解提供，而放能反应则与ATP的合成相联系。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。
9．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)E1的来源是_________________________________________________，
E2的来源是___________________________________________________。
(3)人体肌肉的收缩与图中________过程有关。
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，通过分析示意图可判断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，其末端特殊的化学键断裂释放能量。(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。
答案：(1)ATP ADP
(2)光能或生物化学反应释放的能量 ATP中特殊的化学键断裂释放出的能量
(3)B→C
10．(2020·北京东城区高一期末)ATP作为细胞中的直接能源物质为细胞生命活动直接提供能量。为了研究ATP合成过程中的能量转换机制，科学家利用提纯的大豆磷脂、某种细菌膜蛋白(Ⅰ)和牛细胞中的ATP合成酶(Ⅱ)构建了ATP体外合成体系，如下图所示。请回答下列问题：
(1)ATP在供能时，末端的________断裂，将能量释放出来。
(2)科学家利用人工体系进行了相关实验，如下表。
注：“＋”“－”分别表示人工体系中组分的“有”“无”。
①比较第1组和第2组的结果可知，Ⅰ可以转运H＋进入囊泡。进一步研究发现，第1组囊泡内pH比囊泡外低1.8，说明囊泡内的H＋浓度________囊泡外。
②比较第1组和第3组的结果可知，伴随图中的____________的过程，ADP和Pi合成ATP。
(3)结合图与实验分析，说明人工体系产生ATP的能量转换过程是光能→__________→ATP中的化学能。
答案：(1)特殊的化学键
(2)①高于(大于) ②H＋通过Ⅱ向囊泡外转运
(3)H＋电化学势能(H＋浓度梯度势能)
B 等级性考试
11．下列四项中，哪项能正确表示比赛时运动员肌细胞中ATP的变化(纵轴表示细胞中的ATP含量，横轴表示时间)( )
解析：选B。比赛时首先要消耗ATP，但体内ATP含量很少，其能量供应有限，所以有减少趋势，利用后可由ADP迅速转化，随着ATP的再生，其含量又会进一步增加，故变化趋势为先降低，后升高，B正确。
12．ATP是腺嘌呤核苷的衍生物，下图是ATP的分子结构图，下列有关叙述错误的是( )
A．ATP分子的结构简式可表示为A—P～P～P
B．ATP的水解，主要是指图中②处的水解
C．图中虚线部分的名称是腺苷
D．图中①处的化学键断裂，ATP转化为ADP
解析：选D。ATP的结构简式表示为A—P～P～P；ATP水解实际上是指ATP分子中②处的水解；腺苷是由腺嘌呤和核糖连接而成的，图中虚线部分为腺苷；ATP水解时，末端的磷酸基团脱离下来，即②处的化学键断裂，ATP转化为ADP。
13．下列有关ATP的叙述，正确的是( )
A．线粒体是蓝细菌产生ATP的主要场所
B．动植物合成ATP的途径分别是呼吸作用和光合作用
C．ATP是细胞中吸能反应和放能反应的纽带
D．具有分泌功能的细胞内需要储存大量的ATP
解析：选C。蓝细菌是原核生物，无线粒体，ATP主要在蓝细菌的细胞质中产生，A错误；动物细胞合成ATP的途径为呼吸作用，植物细胞合成ATP的途径不仅有光合作用，还有呼吸作用，B错误；ATP既是储能的物质，又是供能物质，所以ATP是细胞中吸能反应和放能反应的纽带，C正确；细胞内ATP与ADP转化迅速，细胞内不会储存大量ATP，D错误。
14．科学家用含不同浓度NaF的水溶液喂养小白鼠，一段时间后，培养并测量小白鼠红细胞代谢产热量及细胞内的ATP浓度，分别获得产热量曲线和细胞内的ATP浓度数据如下。下列分析错误的是( )
A．该实验的测量指标是细胞产热量和细胞内的ATP浓度
B．高浓度的NaF组产热量峰值和ATP浓度均低于对照组
C．NaF对细胞代谢产生ATP有抑制作用
D．该实验采用了空白对照和相互对照
解析：选B。综合分析表格与曲线可知，该细胞产热量和细胞内的ATP浓度属于因变量，自变量是NaF浓度，A正确；该实验的对照组是A组，B组产热量峰值和ATP浓度均低于A组，C组产热量峰值高于A组而ATP浓度低于A组，B错误；表格中的数据显示，随着NaF浓度增加，ATP的生成量逐渐降低，说明NaF对细胞代谢产生ATP有抑制作用，C正确；实验中A组未做处理，作为空白对照，B组与C组处理的NaF浓度分别是50×10－4 g/mL和150×10－4 g/mL，二者互为对照，D正确。
15．研究证实ATP既是能量“货币”，也可作为神经细胞间信息传递中的一种信号分子，其作为信号分子的作用机理如下图所示。请分析回答下列问题：
(1)结合图示分析，下列相关说法正确的是________。
A．该细胞产生ATP的场所有线粒体、叶绿体、细胞质基质
B．ATP是直接能源物质，在细胞中含量很多
C．图中的AMP是构成RNA的基本单位之一
D．作为信号分子的ATP不能分解释放能量
(2)为了研究物质X对动物细胞的影响，某研究小组用不同浓度的物质X将细胞处理24 h，然后测量各组细胞内ATP的浓度和细胞死亡的百分率，经过多次实验后，所得数据如表所示。
①该实验的因变量是_________________________________________。
②实验数据表明，该实验的因变量之间有何联系？
_________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
③若用混有浓度为8 μg·mL－1的X物质的饮料饲喂大鼠，其小肠的消化和吸收功能受到抑制的主要原因是__________________________________________。
答案：(1)C (2)①细胞内ATP的浓度和细胞死亡的百分率 ②细胞内ATP浓度下降，能量供应减少，细胞死亡的百分率增加 ③细胞内ATP的浓度下降，能量供应减少，消化酶的合成和分泌受到阻碍，影响小肠的消化功能；同时物质的主动运输也受到阻碍，影响小肠的吸收功能课标要求
核心素养
素养对接
素养水平
1.简述ATP的化学组成和特点，写出ATP的结构简式。
2．阐述ATP与ADP之间的相互转化。
3．解释ATP在能量代谢中的作用，认同ATP在细胞中作为能量“货币”的原因。
生命观念：认同ATP在细胞生命活动中的作用与其结构特点的关系。
水平一
科学思维：结合ATP和ADP的相互转化模型，认同ATP在细胞中作为能量“货币”的原因。
水平二、三
反应式
ATPeq \(――→,\s\up9(酶))ADP＋Pi＋能量
ADP＋Pi＋能量eq \(――→,\s\up9(酶))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
末端磷酸基团转移势能
呼吸作用、光合作用
特点
时刻不停地发生，并且处于动态平衡之中
核心知识小结
[要点回眸]
[答题必备]
ATP的结构简式是A—P～P～P，其中“A”代表腺苷，“P”代表磷酸基团，“～”代表一种特殊的化学键。
一个ATP分子中有1个腺苷，3个磷酸基团，其中含有2个特殊的化学键。
ATP与ADP相互转化的反应式是ATPeq \(,\s\up9(酶1),\s\d9(酶2))ADP＋Pi＋能量。
细胞内ATP与ADP的相互转化是生物界的共性。
动物、人、真菌等合成ATP时所需能量的主要来源是呼吸作用。
绿色植物合成ATP时所需能量的主要来源是光合作用和呼吸作用。
ATP是生命活动的直接能源物质。
组
别
人工体系
H＋通过
Ⅰ的转运
H＋通过
Ⅱ的转运
ATP
大豆磷脂构成的囊泡
Ⅰ
Ⅱ
1
＋
＋
＋
有
有
产生
2
＋
－
＋
无
无
不产生
3
＋
＋
－
有
无
不产生
NaF浓度
/(10－4g/mL)
ATP浓度
/(10－4 ml/L)
A组
0
2.97
B组
50
2.73
C组
150
1.40
实验组编号
A
B
C
D
E
F
物质X的浓度
/(μg·mL－1)
0
2
4
8
16
32
细胞内ATP的浓度
/(nml·mL－1)
80
70
50
20
5
1
细胞死亡的百分率/%
1
3
10
25
70
95
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1．中文名称：腺苷三磷酸。
2．结构简式：A—P～P～P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，～代表一种特殊的化学键。
3．结构特点
(1)ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物，含有2个特殊的化学键。
(2)ATP的化学性质不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的转移势能。
ATP的结构特点可用“一、二、三”来记忆，一个腺苷，二个特殊的化学键，三个磷酸基团。
4．功能：直接给细胞生命活动提供能量。
二、ATP与ADP可以相互转化
总反应式：ATPeq \(,\s\up9(酶1),\s\d9(酶2))ADP＋Pi＋能量。
三、ATP的利用
1．ATP水解释放的能量用于各项生命活动
(1)实例
(2)ATP为主动运输供能的过程分析
①Ca2＋主动运输的载体蛋白也是催化ATP水解的酶，膜内侧的Ca2＋与其载体结合时就激活该酶，将ATP水解。
②ATP水解释放的磷酸基团与载体蛋白结合即载体蛋白的磷酸化。
③载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化。
2．ATP是细胞内流通的能量“货币”
(1)吸能反应一般与ATP水解相联系；放能反应一般与ATP合成相联系，示意图如下：
(2)能量通过ATP在吸能反应和放能反应之间循环流通。
(1)ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写，其中“A”代表腺苷，“P”代表磷酸基团。(√)
(2)ATP脱去所有特殊的化学键后就是ADP。(×)
(3)ATP合成与ATP水解所需的酶不同，反应部位也不同。( √ )
(4)萤火虫发光所需的直接能源物质是ATP。( √ )
知识点一 ATP的结构和功能
1．书写ATP结构简式时避免两种错误
错误1：A—P—P～P。
错误2：A～P～P～P。
正确形式：A—P～P～P(含一个普通磷酸键，两个特殊的化学键)。
2．ATP≠能量
ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。1 ml ATP水解释放的能量高达30.54 kJ，所以ATP是与能量有关的一种物质，但不能将两者等同。
3．ATP与核苷酸的关系
组成ATP和核苷酸的元素是相同的，都是C、H、O、N、P。
4．生物体中与能量有关的物质归纳
(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。
发展素养
ATP中存在一个普通磷酸键和两个特殊的化学键。
破坏了两个特殊的化学键，剩余的部分是什么物质？(科学思维——水平二)
提示：腺嘌呤核糖核苷酸。
1．(2020·临沂高一检测)下图为ATP分子的结构式，下列相关叙述错误的是( )
A．图中五碳糖为核糖
B．图中虚线框中的基团是腺苷
C．该分子中有两个特殊的化学键
D．该分子水解掉两个磷酸基团后为核糖核苷酸
答案：B
2．下列关于ATP的叙述，正确的是( )
A．ATP中的五碳糖与DNA、RNA中的五碳糖相同
B．ATP分子中，其相邻的两个磷酸基团之间的化学键为特殊的化学键
C．ATP分子水解去掉两个磷酸基团后变成腺嘌呤脱氧核苷酸
D．ATP分子由一分子腺嘌呤和三分子磷酸基团组成
解析：选B。ATP与RNA中含有核糖，而DNA中含有脱氧核糖；ATP中共含有两个特殊的化学键，位于磷酸基团之间；ATP分子除去两个磷酸基团之后的结构称为腺嘌呤核糖核苷酸；ATP分子是由一分子腺苷和三分子磷酸基团组成的。
知识点二 ATP和ADP的相互转化及ATP的利用
ATP和ADP转化过程分析
(1)图示
(2)分析
①光合作用和呼吸作用等放能反应与ATP的合成相联系，将能量储存在ATP中。
②主动运输等吸能反应与ATP的水解相联系，所以ATP是直接能源物质。
[温馨提醒]
(1)ATP并不是生物体唯一的直接能源物质，只是绝大多数生物的直接能源物质，还存在其他直接能源物质，如CTP、GTP等。
(2)常见的消耗能量的生理过程：主动运输、胞吞和胞吐、蛋白质合成、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。
发展素养
经测定，ATP在人体内的含量极少，但一个成年人在静止的状态下，24 h内约需要40 kg的ATP提供能量，细胞是如何保持ATP含量相对稳定的？(科学思维——水平一)
提示：依赖ATP与ADP之间的快速转化，保持细胞内ATP含量相对稳定。
1.如图是ATP与ADP之间的转化图，由此可确定( )
A．A为ADP，B为ATP
B．能量1和能量2来源相同
C．酶1和酶2是同一种酶
D．X1和X2是同一种物质
解析：选D。由题图中能量的方向可以看出，A为ATP，B为ADP；能量1来自ATP水解所释放的化学能，能量2来自在动物体内有机物氧化分解释放的化学能，在植物体内除来自有机物氧化分解释放的化学能外，还可来自光能；酶1和酶2是催化不同化学反应的不同的酶；X1和X2表示的是Pi。
2．下列生理活动中不会导致细胞内ADP生成量增加的是( )
A．小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖
B．甲状腺细胞吸收碘
C．红细胞吸收葡萄糖
D．K＋进入小肠绒毛上皮细胞
解析：选C。A、B、D项所述的物质进入细胞的方式均是主动运输，需要消耗能量，会使ADP生成量增加。葡萄糖进入红细胞的方式是协助扩散，不需要消耗能量，不会使ADP生成量增加。
[随堂检测]
1．当条件满足时，20个腺苷和60个磷酸最多可以组成的ATP和ATP分子中所含的特殊的化学键的个数分别是( )
A．20个，30个 B．20个，40个
C．40个，40个 D．40个，60个
解析：选B。1个ATP分子中含有1个腺苷、3个磷酸基团、2个特殊的化学键。20个腺苷，对应60个磷酸，即只能形成20个ATP分子，共含有40个特殊的化学键。
2．(2020·河北黄骅中学高一月考)下图，ATP分子中哪个(些)键的水解会释放大量的能量( )
A．a B．b
C．c D．d
解析：选A。ATP化学性质不稳定，a键易水解释放大量的能量，故选A。
3．(2020·安徽芜湖高一期末)太阳光能转化成电鳗发出的电能，需要经过的主要生理过程的正确顺序是( )
A．光合作用、消化作用、主动运输、呼吸作用、ATP水解
B．光合作用、呼吸作用、消化作用、主动运输、ATP水解
C．呼吸作用、ATP水解、光合作用、主动运输、消化作用
D．主动运输、消化作用、ATP水解、有氧呼吸、光合作用
答案：A
4．枪乌贼是一种生活在海洋中的软体运动，它有巨大的神经细胞，能不断吸收K＋。科学家用一种有毒物质使枪乌贼神经细胞中毒后，其吸收K＋的功能就会丧失。如果再注入另外一种物质，神经细胞又能恢复吸收K＋的功能，一直到这种物质消耗完，则这种物质最可能是( )
A．淀粉 B．ATP
C．葡萄糖 D．麦芽糖
解析：选B。枪乌贼神经细胞吸收K＋的方式是主动运输，需要消耗能量，也需要载体蛋白协助，由题干信息分析可知，细胞吸收K＋的功能的丧失和恢复最可能与能量的变化有关，有毒物质抑制了细胞的呼吸作用，没有能量供应，细胞就不能吸收K＋，而注入另一种物质后，神经细胞又能恢复吸收K＋的功能，A、B、C、D四个选项所列的物质，可直接提供能量的物质是ATP，所以再注入的物质可能是ATP。
5．下图所示，甲代表生命活动的直接能源物质，下列叙述正确的是( )
A．在主动运输过程中，甲的含量会增加
B．甲→乙和丙→乙过程中，起催化作用的酶空间结构相同
C．丙中不含磷酸键，它是RNA的基本组成单位之一
D．丁由腺嘌呤和核糖组成，戊可用于甲的合成
解析：选D。甲是ATP，主动运输过程中需要消耗ATP，甲减少，但ATP与ADP的转化处于动态平衡中，故甲不会大量减少，A错误；甲→乙过程是水解酶起作用，而丙→乙过程是合成酶起作用，酶的种类不同，空间结构也不同，B错误；丙中含有一个普通磷酸键，C错误；丁由腺嘌呤和核糖组成，ATP合成时要消耗磷酸(戊)，D正确。
6．(2020·哈六中高一检测)经研究证实ATP是细胞的能量“货币”。请分析回答下列问题：
(1)ATP分子的结构简式是_______________，中文名称：______________。研究发现，正常成年人安静状态下24 h 有40 kg ATP发生转化，而细胞内ADP、ATP的浓度仅为2～10 mml/L，为满足能量需要，人体解决这一矛盾的合理途径是____________________________(写出方程式，标明条件)。
(2)ATP在有关酶的作用下，3个磷酸基团逐个脱离下来，最后剩下的是________。
(3)用小刀将数十只萤火虫的发光器割下，干燥后研成粉末状，取两等份分别装入两只小玻璃管中，各加入少量的水，使之混合，可以观察到玻璃管中发出淡黄色荧光。约过15 min荧光消失，如图所示。这时再将ATP溶液加入其中一只玻璃管中，将葡萄糖溶液加入另一只玻璃管中，发现加ATP溶液的玻璃管中发出荧光，而加葡萄糖溶液的管中不发荧光。
上述对照实验说明：
①萤火虫发光是将________能转变成________能的过程。
②这一过程所需的能量由__________提供。
③__________不是生命活动的直接能源物质。
答案：(1) A—P～P～P 腺苷三磷酸 ADP＋Pi＋能量eq \(,\s\up9(酶1),\s\d9(酶2))ATP (2)腺苷 (3)①化学 光 ②ATP ③葡萄糖
[课时作业]
A 合格性考试
1．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
解析：选B。ATP中含有C、H、O、N、P 五种元素，纤维素和脂肪只含有C、H、O 三种元素，蛋白质含有C、H、O、N等元素。
2．下图表示ATP的结构，其中表示特殊的化学键的是( )
A．①② B．①③
C．②③ D．③④
解析：选A。特殊的化学键位于磷酸基团之间，图中①②位置表示特殊的化学键。
3．如果测得一个特殊的化学键的化学能是8P，那么，一个ATP分子中的磷酸键所含的化学能应该是( )
A．8P B．16P
C．大于16P小于24P D．24P
解析：选C。ATP中含有一个普通磷酸键和两个特殊的化学键，所以ATP分子中磷酸键所含的化学能多于两个特殊的化学键的化学能(16P)，小于三个特殊的化学键的化学能(24P)。
4．某书法家脑出血后导致右侧肢体偏瘫，为改善患者的新陈代谢，尽快恢复其右手书写能力，在治疗时可用下列哪种方法辅助治疗( )
A．静脉滴注葡萄糖溶液
B．口服钙片
C．服用多种维生素液
D．肌肉注射ATP制剂
解析：选D。ATP是人体生命活动的直接能源物质。在生活中，常作为一种药品，有提供能量和改善患者新陈代谢状况的作用，常用于辅助治疗肌肉萎缩、心肌炎等疾病。
5．某同学对细胞内的葡萄糖、脂肪、ATP进行了如下总结，你认为不合理的是( )
A．葡萄糖是生物体主要的能源物质
B．ATP分子中含有的化学能比葡萄糖的多
C．脂肪的氧化分解能生成ATP，脂肪的合成需消耗ATP
D．ATP在细胞内含量很少，但细胞内ATP和ADP之间的转化很迅速
答案：B
6．下列生命活动中不需要ATP提供能量的是( )
A．叶肉细胞合成的糖运输到果实
B．吞噬细胞吞噬病原体的过程
C．淀粉酶催化淀粉水解为葡萄糖
D．细胞中由氨基酸合成新的肽链
解析：选C。在适宜的温度、pH条件下，淀粉酶催化淀粉水解，此过程释放能量，不需要ATP提供能量。
7．(2020·杭州高一检测)下列过程中能使细胞内ADP的含量增加的是( )
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
解析：选D。细胞内ADP的含量增加，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。水分子进出细胞为被动运输，不需要消耗能量；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。
8．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，但是两者的种类不同
C．细胞中的吸能反应一般与ATP的合成相联系
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
解析：选B。ATP是生命活动的直接能源物质，ATP水解时，特殊的化学键④最易断裂。图中酶1为ATP水解酶，酶2为ATP合成酶，两者种类不同，但化学本质均为蛋白质。细胞中的吸能反应所需的能量由ATP水解提供，而放能反应则与ATP的合成相联系。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。
9．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)E1的来源是_________________________________________________，
E2的来源是___________________________________________________。
(3)人体肌肉的收缩与图中________过程有关。
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，通过分析示意图可判断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，其末端特殊的化学键断裂释放能量。(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。
答案：(1)ATP ADP
(2)光能或生物化学反应释放的能量 ATP中特殊的化学键断裂释放出的能量
(3)B→C
10．(2020·北京东城区高一期末)ATP作为细胞中的直接能源物质为细胞生命活动直接提供能量。为了研究ATP合成过程中的能量转换机制，科学家利用提纯的大豆磷脂、某种细菌膜蛋白(Ⅰ)和牛细胞中的ATP合成酶(Ⅱ)构建了ATP体外合成体系，如下图所示。请回答下列问题：
(1)ATP在供能时，末端的________断裂，将能量释放出来。
(2)科学家利用人工体系进行了相关实验，如下表。
注：“＋”“－”分别表示人工体系中组分的“有”“无”。
①比较第1组和第2组的结果可知，Ⅰ可以转运H＋进入囊泡。进一步研究发现，第1组囊泡内pH比囊泡外低1.8，说明囊泡内的H＋浓度________囊泡外。
②比较第1组和第3组的结果可知，伴随图中的____________的过程，ADP和Pi合成ATP。
(3)结合图与实验分析，说明人工体系产生ATP的能量转换过程是光能→__________→ATP中的化学能。
答案：(1)特殊的化学键
(2)①高于(大于) ②H＋通过Ⅱ向囊泡外转运
(3)H＋电化学势能(H＋浓度梯度势能)
B 等级性考试
11．下列四项中，哪项能正确表示比赛时运动员肌细胞中ATP的变化(纵轴表示细胞中的ATP含量，横轴表示时间)( )
解析：选B。比赛时首先要消耗ATP，但体内ATP含量很少，其能量供应有限，所以有减少趋势，利用后可由ADP迅速转化，随着ATP的再生，其含量又会进一步增加，故变化趋势为先降低，后升高，B正确。
12．ATP是腺嘌呤核苷的衍生物，下图是ATP的分子结构图，下列有关叙述错误的是( )
A．ATP分子的结构简式可表示为A—P～P～P
B．ATP的水解，主要是指图中②处的水解
C．图中虚线部分的名称是腺苷
D．图中①处的化学键断裂，ATP转化为ADP
解析：选D。ATP的结构简式表示为A—P～P～P；ATP水解实际上是指ATP分子中②处的水解；腺苷是由腺嘌呤和核糖连接而成的，图中虚线部分为腺苷；ATP水解时，末端的磷酸基团脱离下来，即②处的化学键断裂，ATP转化为ADP。
13．下列有关ATP的叙述，正确的是( )
A．线粒体是蓝细菌产生ATP的主要场所
B．动植物合成ATP的途径分别是呼吸作用和光合作用
C．ATP是细胞中吸能反应和放能反应的纽带
D．具有分泌功能的细胞内需要储存大量的ATP
解析：选C。蓝细菌是原核生物，无线粒体，ATP主要在蓝细菌的细胞质中产生，A错误；动物细胞合成ATP的途径为呼吸作用，植物细胞合成ATP的途径不仅有光合作用，还有呼吸作用，B错误；ATP既是储能的物质，又是供能物质，所以ATP是细胞中吸能反应和放能反应的纽带，C正确；细胞内ATP与ADP转化迅速，细胞内不会储存大量ATP，D错误。
14．科学家用含不同浓度NaF的水溶液喂养小白鼠，一段时间后，培养并测量小白鼠红细胞代谢产热量及细胞内的ATP浓度，分别获得产热量曲线和细胞内的ATP浓度数据如下。下列分析错误的是( )
A．该实验的测量指标是细胞产热量和细胞内的ATP浓度
B．高浓度的NaF组产热量峰值和ATP浓度均低于对照组
C．NaF对细胞代谢产生ATP有抑制作用
D．该实验采用了空白对照和相互对照
解析：选B。综合分析表格与曲线可知，该细胞产热量和细胞内的ATP浓度属于因变量，自变量是NaF浓度，A正确；该实验的对照组是A组，B组产热量峰值和ATP浓度均低于A组，C组产热量峰值高于A组而ATP浓度低于A组，B错误；表格中的数据显示，随着NaF浓度增加，ATP的生成量逐渐降低，说明NaF对细胞代谢产生ATP有抑制作用，C正确；实验中A组未做处理，作为空白对照，B组与C组处理的NaF浓度分别是50×10－4 g/mL和150×10－4 g/mL，二者互为对照，D正确。
15．研究证实ATP既是能量“货币”，也可作为神经细胞间信息传递中的一种信号分子，其作为信号分子的作用机理如下图所示。请分析回答下列问题：
(1)结合图示分析，下列相关说法正确的是________。
A．该细胞产生ATP的场所有线粒体、叶绿体、细胞质基质
B．ATP是直接能源物质，在细胞中含量很多
C．图中的AMP是构成RNA的基本单位之一
D．作为信号分子的ATP不能分解释放能量
(2)为了研究物质X对动物细胞的影响，某研究小组用不同浓度的物质X将细胞处理24 h，然后测量各组细胞内ATP的浓度和细胞死亡的百分率，经过多次实验后，所得数据如表所示。
①该实验的因变量是_________________________________________。
②实验数据表明，该实验的因变量之间有何联系？
_________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
③若用混有浓度为8 μg·mL－1的X物质的饮料饲喂大鼠，其小肠的消化和吸收功能受到抑制的主要原因是__________________________________________。
答案：(1)C (2)①细胞内ATP的浓度和细胞死亡的百分率 ②细胞内ATP浓度下降，能量供应减少，细胞死亡的百分率增加 ③细胞内ATP的浓度下降，能量供应减少，消化酶的合成和分泌受到阻碍，影响小肠的消化功能；同时物质的主动运输也受到阻碍，影响小肠的吸收功能课标要求
核心素养
素养对接
素养水平
1.简述ATP的化学组成和特点，写出ATP的结构简式。
2．阐述ATP与ADP之间的相互转化。
3．解释ATP在能量代谢中的作用，认同ATP在细胞中作为能量“货币”的原因。
生命观念：认同ATP在细胞生命活动中的作用与其结构特点的关系。
水平一
科学思维：结合ATP和ADP的相互转化模型，认同ATP在细胞中作为能量“货币”的原因。
水平二、三
反应式
ATPeq \(――→,\s\up9(酶))ADP＋Pi＋能量
ADP＋Pi＋能量eq \(――→,\s\up9(酶))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
末端磷酸基团转移势能
呼吸作用、光合作用
特点
时刻不停地发生，并且处于动态平衡之中
核心知识小结
[要点回眸]
[答题必备]
ATP的结构简式是A—P～P～P，其中“A”代表腺苷，“P”代表磷酸基团，“～”代表一种特殊的化学键。
一个ATP分子中有1个腺苷，3个磷酸基团，其中含有2个特殊的化学键。
ATP与ADP相互转化的反应式是ATPeq \(,\s\up9(酶1),\s\d9(酶2))ADP＋Pi＋能量。
细胞内ATP与ADP的相互转化是生物界的共性。
动物、人、真菌等合成ATP时所需能量的主要来源是呼吸作用。
绿色植物合成ATP时所需能量的主要来源是光合作用和呼吸作用。
ATP是生命活动的直接能源物质。
组
别
人工体系
H＋通过
Ⅰ的转运
H＋通过
Ⅱ的转运
ATP
大豆磷脂构成的囊泡
Ⅰ
Ⅱ
1
＋
＋
＋
有
有
产生
2
＋
－
＋
无
无
不产生
3
＋
＋
－
有
无
不产生
NaF浓度
/(10－4g/mL)
ATP浓度
/(10－4 ml/L)
A组
0
2.97
B组
50
2.73
C组
150
1.40
实验组编号
A
B
C
D
E
F
物质X的浓度
/(μg·mL－1)
0
2
4
8
16
32
细胞内ATP的浓度
/(nml·mL－1)
80
70
50
20
5
1
细胞死亡的百分率/%
1
3
10
25
70
95
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