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人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第2节 细胞的能量“货币”ATP精品达标测试
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这是一份人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第2节 细胞的能量“货币”ATP精品达标测试，共12页。试卷主要包含了ATP是一种高能磷酸化合物等内容，欢迎下载使用。
第2节 细胞的能量“货币”ATP
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，～代表特殊的化学键。
3．特点
(1)ATP不稳定的原因是ATP中两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得特殊的化学键不稳定，末端磷酸基团有较高的转移势能。
(2)ATP的水解过程就是释放能量的过程，1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ，所以说ATP是一种高能磷酸化合物。
4．功能：ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
5．ATP的供能机理：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)ATP由1个腺嘌呤和3个磷酸基团构成( )
(2)ATP是高能磷酸化合物，含3个特殊化学键，其中末端的磷酸基团具有较高的转移势能
( )
(3)ATP是细胞内主要的能源物质( )
答案 (1)× (2)× (3)×
易混辨析 生物体内的能源物质总结
(1)能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP。
(2)主要能源物质：糖类。
(3)储能物质：脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。
(4)主要储能物质：脂肪。
(5)直接能源物质：ATP。
(6)最终能量来源：太阳能。
根据ATP结构式思考下列问题：
(1)图中①②③的结构分别是什么？
提示 腺嘌呤、核糖、磷酸基团。
(2)腺苷是由图中哪些结构组成的？
提示 ①②。
(3)ATP分子去掉2个磷酸基团后的剩余部分是什么物质？
提示 腺嘌呤核糖核苷酸。
(4)若ATP完全水解，会得到哪些成分？
提示 腺嘌呤、核糖、磷酸。
归纳总结 ATP的分子组成(如图)
(1)元素组成：ATP是由C、H、O、N、P五种元素组成的，这与核酸的元素组成是相同的。
(2)AMP是RNA的基本组成单位之一。
(3)ATP的结构组成可以用“1、2、3”来总结，“1”表示1个腺苷，“2”表示两个特殊的化学键，“3”表示3个磷酸基团。
二、ATP与ADP之间的相互转化及ATP的利用
1．ATP与ADP之间的相互转化
(1)相互转化的过程及能量来源图解
(2)ATP与ADP转化的特点
①ATP与ADP的这种相互转化是时刻不停地发生并且处在动态平衡之中。
②ATP与ADP相互转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的，这体现了生物界的统一性。
2．ATP的利用
(1)ATP的利用
(2)ATP为主动运输供能的机理
①参与Ca2＋主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶。当膜内侧的Ca2＋与其相应位点结合时，其酶活性就被激活了。
②在载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随着能量的转移，这就是载体蛋白的磷酸化。
③载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2＋的结合位点转向膜外侧，将Ca2＋释放到膜外。
3．ATP是细胞内流通的能量“货币”
(1)吸能反应一般与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量。
(2)放能反应一般与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中。
(3)能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。
(1)细胞内储存有大量的ATP，为生命活动提供能量( )
(2)吸能反应伴随着ATP的合成，放能反应伴随着ATP的水解( )
(3)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)×
1．成人体内ATP的总量是2～10 mg，但一个成人一天在静止状态下所消耗的ATP为40 kg，在剧烈运动时ATP的消耗可达0.5 kg/min；在安静状态时，肌肉内ATP所释放能量只能维持肌肉收缩1～2 s。
(1)ATP在细胞内的含量多吗？
提示 含量很低。
(2)生物体如何补充生命活动所需要的大量的ATP?
提示 通过ATP和ADP之间迅速地转化。
2．ATP和ADP的相互转化是否是可逆反应？请完善下表并得出结论。
反应
ATPADP＋Pi＋能量
ADP＋Pi＋能量ATP
反应类型
水解反应
合成反应
酶的类型
水解酶
合成酶
场所
活细胞所有部位
线粒体、叶绿体、细胞质基质等
能量来源
特殊化学键中的化学能
有机物中的化学能、光能
能量去向
用于各项生命活动
储存于特殊化学键中
结论：物质是可逆的，能量是不可逆的，酶也不相同，因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应。
归纳总结 ATP与ADP的相互转化及ATP的利用
(1)ATP与ADP的相互转化
①ATP合成：需要酶的催化，由动物的呼吸作用和植物的光合作用与呼吸作用提供能量。
②ATP水解：需要酶的催化，连接末端磷酸基团的那个特殊化学键水解释放能量，释放的能量用于各项生命活动。
③两者转化时，物质可逆，能量不可逆。
(2)ATP的利用特点
①ATP是生物体内的直接能源物质。
②虽然在生物体内含量少，但是ATP与ADP的相互转化十分迅速。
1．ATP的结构简式是A—P～P～P，其中A表示腺苷，P代表磷酸基团，～代表特殊的化学键。
2．细胞内ATP与ADP的相互转化体现了生物界的统一性。
3．合成ATP的途径包括光合作用和呼吸作用。
4．ATP是生命活动的直接能源物质。
1．ATP是腺嘌呤核苷的衍生物，如图是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．图中虚线部分的名称是腺苷
C．组成ATP的化学元素是C、H、O、N、P
D．图中①处的化学键易断裂，ATP转化为ADP
答案 D
解析 ATP中远离腺苷的特殊化学键②易断裂，可转化为ADP和Pi，D错误。
2．下列有关腺苷三磷酸(ATP)的叙述，正确的是( )
A．ATP中的A代表腺嘌呤
B．ATP是一种大分子高能磷酸化合物
C．ATP水解释放的磷酸基团可使载体蛋白磷酸化
D．ATP与ADP的相互转化无需酶的催化
答案 C
解析 ATP中的A代表腺苷，A错误；ATP分子量偏小，不属于大分子化合物，B错误；ATP与ADP的相互转化需要酶的催化，D错误。
3．如图是ATP与ADP之间的转化图，由此可确定( )
A．M为ADP，N为ATP
B．能量1和能量2来源相同
C．X1和X2是同一种物质
D．酶1和酶2是同一种酶
答案 C
解析 M生成N的过程释放能量，所以M为ATP，N为ADP，A错误；能量1来源于ATP中特殊化学键中的能量，用于各项生命活动，能量2是光能或化学能，所以能量1和能量2的来源是不同的，B错误；X1和X2都是磷酸基团，C正确；酶1和酶2一个是水解酶一个是合成酶，D错误。
4．(2019·山东师范大学附中高一月考)下列有关ATP的叙述，错误的是( )
A．细胞内ATP的含量很少，是细胞的能量“货币”
B．ATP由腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸组成
C．ATP和ADP迅速相互转化保证了持续为细胞提供能量
D．ATP水解掉两个磷酸基团后是RNA的基本组成单位之一
答案 B
5．(2019·辽阳县集美学校高一期末)下列有关ATP的叙述中，不正确的是( )
A．ATP的合成一般与放能反应相联系
B．ATP中的能量可以来源于光能、化学能
C．细胞内各种吸能反应一般需要消耗ATP
D．“能量”就是指ATP，ATP就是“能量”
答案 D
A组 基础对点练
题组一 ATP是一种高能磷酸化合物
1．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，～代表一种特殊化学键。
2．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的组成元素为C、H、O、N、P，纤维素的组成元素为C、H、O，A错误；核酸的组成元素为C、H、O、N、P，B正确；脂肪的组成元素为C、H、O，C错误；蛋白质的组成元素主要是C、H、O、N，D错误。
3．(2020·辽宁高一期末)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2个特殊的化学键
D．该分子水解掉2个磷酸基团后为核糖核苷酸
答案 B
解析 图中虚线框中的基团是腺嘌呤，B错误。
题组二 ATP与ADP之间的相互转化
4．下列关于ATP的叙述，不正确的是( )
A．ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
B．ATP中的A代表腺嘌呤，P代表磷元素
C．ATP与ADP的相互转化是时刻不停且处于动态平衡之中的
D．生成ATP所需能量可来自光能，也可来自呼吸作用释放的能量
答案 B
解析 ATP中的A代表腺苷，P代表磷酸基团，B错误。
5．(2020·北京高一期末)下列有关ATP的叙述，错误的是( )
A．细胞内ATP的含量很少，但消耗量很大
B．ATP与ADP相互转化过程中所需酶的种类相同
C．ATP和ADP迅速相互转化保证了机体对能量的需求
D．人体细胞内形成ATP的主要生理过程是呼吸作用
答案 B
解析 ATP与ADP相互转化中所需要的酶不相同，分别为ATP合成酶和ATP水解酶，B错误。
6．以下为ATP和ADP相互转化的示意图，对这一过程的叙述不正确的是( )
ATPADP＋Pi＋能量
A．存在着能量的释放和储存
B．保证了生命活动的顺利进行
C．持续不断地在生物活细胞中进行
D．此过程物质与能量变化都是可逆的
答案 D
解析 此过程物质变化是可逆的，而能量变化是不可逆的，D错误。
题组三 ATP的利用
7．(2020·辽河油田第二高级中学高一期末)据测定，世界著名重量级拳王——霍利菲尔德平均每次出拳的力量高达200磅，试问能引起如此之高的拳击力量的直接供能物质是( )
A．人体细胞内的ATP B．饮食中的淀粉
C．人体细胞内的糖类 D．人体细胞内的脂肪
答案 A
8．萤火虫腹部的发光器由部分组织细胞构成，离体的发光器会逐渐失去发光能力。将发光器研磨液分为两组，分别滴加等体积的ATP溶液和葡萄糖溶液后，ATP组立即重新出现荧光，葡萄糖组重新出现荧光的时间滞后。下列叙述不正确的是( )
A．发光器离体后细胞内能源物质逐渐耗尽
B．实验结果说明ATP是直接的能源物质
C．实验结果说明葡萄糖不能作为能源物质
D．有机物中的化学能可转化为发光的光能
答案 C
解析 实验结果说明葡萄糖不是荧光器发光的直接能源，但是不能说明葡萄糖不能作为能源物质，C错误。
9．(2020·山东高一期末)ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质，下列有关ATP的正确说法是( )
A．ATP中的磷酸基团均具有较高的转移势能
B．吸能反应与ATP的水解反应相联系
C．细胞生命活动均由ATP直接提供能量
D．一分子ATP彻底水解产生3分子磷酸、1分子腺苷
答案 B
解析 ATP中远离腺苷的磷酸基团具有较高的转移势能，A错误；吸能反应一般与ATP的水解相联系，B正确；细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的，C错误；一分子ATP彻底水解产生3分子磷酸和1分子核糖、1分子腺嘌呤，D错误。
10．(2019·葫芦岛市第八高级中学高一月考)如图是细胞内ATP与ADP相互转化的示意图，请据图回答下列问题：
(1)在人体内，图示左侧的能量来自__________作用，右侧的能量用于________(举一例)。
(2)在绿色植物体内，图示左侧的能量来自__________作用和________作用。
(3)从图中可知，在适宜的温度和酶的作用下，ADP转变成ATP时还需要的条件是________。将ADP转化为ATP的图示改写成反应式的形式__________________。
(4)经测定，正常成年人静止状态下24 h将有40 kg ATP发生转化，而细胞内ADP、ATP的总量仅为2～10 mmol/L，为满足能量需要，生物体内解决这一矛盾的合理途径是___________。
答案 (1)呼吸 大脑思考 (2)呼吸 光合 (3)能量 ADP＋能量＋PiATP (4)ATP和ADP的这种相互转化时刻不停地发生且处于动态平衡之中
解析 (1)在人体内，图示左侧的能量用来合成ATP，来自呼吸作用释放的能量，右侧的能量是ATP水解释放的能量，用于细胞中耗能的生命活动，如大脑思考、主动运输等。(2)在绿色植物体内，图示左侧的能量来自光合作用和呼吸作用。(3)从图中可知，在适宜的温度和酶的作用下，ADP转变成ATP时还需要能量。ADP转化为ATP的反应式为：ADP＋能量＋PiATP。(4)细胞内ADP、ATP的总量很少，为满足细胞的能量需要，ATP和ADP的相互转化在细胞内时刻不停地发生且处于动态平衡之中。
B组 综合强化练
1．(2020·天津市滨海新区塘沽第一中学高一期末)下列有关ATP的说法，正确的是( )
A．人体细胞内储存有大量的ATP
B．光合作用和呼吸作用都能产生ATP
C．线粒体是蓝细菌产生ATP的主要场所
D．ATP合成所需的能量由磷酸提供
答案 B
解析 细胞内的ATP含量不高，消耗后可迅速由ADP＋Pi合成，A错误；光合作用和呼吸作用都能产生ATP，B正确；蓝细菌为原核生物，无线粒体，其产生ATP的场所为细胞质基质，C错误；合成ATP的能量由光能(光合作用)或者有机物的化学能(呼吸作用)提供，D错误。
2．(2020·山东高一期末)有关ATP的叙述，下列说法错误的是( )
A．动物CO中毒，会降低Ca2＋通过离子泵跨膜运输的速率
B．ATP与ADP循环中，放能反应释放的能量可用于吸能反应
C．各植物组织中，呼吸作用强度相同的条件下ATP生成量也一定相同
D．物质跨膜运输消耗ATP时，载体蛋白磷酸化后构象改变
答案 C
解析 Ca2＋通过离子泵跨膜运输需要ATP供能，动物CO中毒，会抑制呼吸作用而降低ATP生成量，进而降低Ca2＋通过离子泵跨膜运输的速率，A正确；ATP的水解会释放能量，该过程一般与吸能反应相联系，B正确；呼吸作用强度相同的情况下，同一植物的绿色细胞和非绿色细胞产生ATP的量不一定相同，因绿色细胞还可在光照条件下进行光合作用产生ATP，C错误；物质跨膜运输消耗ATP时，载体蛋白磷酸化后构象改变，D正确。
3．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中末端的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 依题干信息ATP的含量变化不大，说明该过程中ATP既有合成又有分解；部分ATP的末端P已带上放射性标记，说明ATP中末端的P容易脱离，且32P参与了ATP的重新合成，故选C项。
4．下列生理过程伴随着形状改变，其中不一定需要ATP供能的是( )
A．在胰岛素分泌过程中细胞膜的形状发生改变
B．在篮球比赛等运动过程中骨骼肌发生收缩
C．载体蛋白协助运输葡萄糖过程中形状发生改变
D．植物细胞在KNO3溶液中发生质壁分离后自动复原
答案 C
解析 胰岛素分泌到细胞外的过程属于胞吐，需要ATP供能，A错误；在篮球比赛等运动过程中，骨骼肌的收缩需要消耗ATP，B错误；载体蛋白运输葡萄糖时可能不需要ATP，如葡萄糖通过协助扩散进入哺乳动物成熟的红细胞；也可能需要ATP，如葡萄糖通过主动运输进入小肠上皮细胞，C正确；植物细胞会通过主动运输吸收钾离子和硝酸根离子，需要ATP供能，当细胞液浓度增大后，会吸水而自动复原，D错误。
5．(2020·天津高一期末)下图是人体细胞代谢部分简图，图中甲表示ATP，下列有关叙述错误的是( )
A．甲→乙→丙→丁过程中，起催化作用的酶空间结构不同
B．丙是RNA的基本组成单位之一
C．丁由腺嘌呤和核糖组成，而戊可用于甲的合成
D．在红细胞吸收葡萄糖时，细胞中乙的含量会显著增加
答案 D
解析 腺苷三磷酸是一种不稳定的高能化合物，由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3个磷酸基团组成，简称ATP。甲表示ATP，乙表示ADP，丙表示AMP，丁表示腺苷，戊表示游离磷酸。葡萄糖进入红细胞的方式为协助扩散，不需要消耗能量，因此乙(ADP)的含量不会显著增加，故D项错误。
6．Na＋—K＋泵是存在于动物细胞膜上的一种载体蛋白，具有ATP酶活性，这种泵每消耗1分子的ATP，就逆浓度梯度将3分子的Na＋泵出细胞外，将2分子的K＋泵入细胞内。其具体过程如图所示，下列相关叙述错误的是( )
A．该蛋白将Na＋泵到细胞外的跨膜运输方式是主动运输
B．该蛋白既能催化ATP的水解，又能催化ATP的合成
C．若O2供应不足，将会影响图示过程的进行
D．该蛋白的结构发生改变，有利于其与离子的结合和分离
答案 B
解析 Na＋—K＋泵能催化ATP水解，不能催化ATP的合成，B错误。
7．(2019·山东师范大学附中高一月考)人的骨骼肌细胞中ATP的含量只能维持剧烈运动3 s以内的能量供应。某运动员参加短跑比赛过程中，肌肉细胞中ATP的相对含量随时间的变化如下图所示。请据图回答下列问题：
(1)a→b的变化过程，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，释放更多的能量，供ADP合成ATP，补充消耗的ATP。
(3)从整个曲线看，肌细胞中ATP的含量不会降为零，说明____________________________。
(4)写出细胞新陈代谢放能反应中ADP与ATP之间的转化关系式______________________，在吸能反应中ADP与ATP之间的转化关系式______________________________。
答案 (1)肌肉收缩等各项生命活动 (2)呼吸作用 (3)ATP在细胞内含量虽少，但与ADP之间的相互转化却十分迅速，使细胞内的ATP的含量总是处于动态平衡之中，构成生物体内部的稳定供能环境 (4)ADP＋Pi＋能量ATP ATPADP＋Pi＋能量
解析 (1)由图可知，a→b段ATP含量减少，ATP被水解，释放大量的能量，用于肌肉收缩等各项生命活动，来维持剧烈运动。(2)b→c段ATP含量增加，是由于呼吸作用的加强，释放了更多的能量，供ADP合成ATP，补充消耗的ATP。(3)从整个曲线看，肌细胞中ATP的含量不会降为零，说明虽然ATP在细胞内含量少，但与ADP之间的相互转化却十分迅速，使细胞内的ATP的含量总是处于动态平衡之中，使生物体内部的供能环境相对稳定，保证各项生命活动的正常进行。(4)细胞内的放能反应伴随着ATP的合成，吸能反应伴随着ATP的水解。
8．腌制的腊肉往往含有大量的细菌，可利用“荧光素—荧光素酶生物发光法”对市场上腊肉中的细菌含量进行检测：①将腊肉研磨后离心处理，取一定量上清液放入分光光度计(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；②记录发光强度并计算ATP含量；③测算出细菌数量。分析并回答下列问题：
(1)荧光素接受细菌细胞中________提供的能量后被激活，在荧光素酶的作用下形成氧化荧光素并且发出荧光。根据发光强度可以计算出生物组织中ATP的含量，原因是发光强度与ATP含量成________(填“正比”或“反比”)。
(2)“荧光素—荧光素酶生物发光法”中涉及的能量转换的形式是________能→________能。生物细胞中ATP的水解一般与____________(填“吸能反应”或“放能反应”)相联系。
(3)研究人员用不同条件处理荧光素酶后，测定酶浓度与发光强度的关系如图所示。若要节省荧光素酶的用量，可以使用________处理；高温和Hg2＋处理后酶活性________(填“可以”或“不可以”)恢复；Hg2＋处理后酶活性降低可能是因为_________________________。
答案 (1)ATP 正比 (2)化学 光 吸能反应 (3)Mg2＋ 不可以 Hg2＋破坏了酶的空间结构
解析 (1)ATP是生命活动所需能量的直接来源。荧光素接受ATP提供的能量，在荧光素酶的催化下，形成氧化荧光素并且发出荧光，其发光强度与ATP的含量成正比，所以根据发光强度可以计算出生物组织中ATP的含量。
(2)“荧光素—荧光素酶生物发光法”中涉及的能量转换是化学能转变为光能；放能反应一般与ATP的合成相联系，吸能反应一般与ATP的水解相联系。
(3)分析曲线图可知：用Mg2＋处理后，在较低荧光素酶浓度的条件下就能达到较高的发光强度，因此使用Mg2＋处理，能够节省荧光素酶的用量。高温和Hg2＋处理后酶活性不可以恢复。Hg2＋处理后酶活性降低可能是因为Hg2＋破坏了酶的空间结构。
第2节 细胞的能量“货币”ATP
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，～代表特殊的化学键。
3．特点
(1)ATP不稳定的原因是ATP中两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得特殊的化学键不稳定，末端磷酸基团有较高的转移势能。
(2)ATP的水解过程就是释放能量的过程，1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ，所以说ATP是一种高能磷酸化合物。
4．功能：ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
5．ATP的供能机理：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)ATP由1个腺嘌呤和3个磷酸基团构成( )
(2)ATP是高能磷酸化合物，含3个特殊化学键，其中末端的磷酸基团具有较高的转移势能
( )
(3)ATP是细胞内主要的能源物质( )
答案 (1)× (2)× (3)×
易混辨析 生物体内的能源物质总结
(1)能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP。
(2)主要能源物质：糖类。
(3)储能物质：脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。
(4)主要储能物质：脂肪。
(5)直接能源物质：ATP。
(6)最终能量来源：太阳能。
根据ATP结构式思考下列问题：
(1)图中①②③的结构分别是什么？
提示 腺嘌呤、核糖、磷酸基团。
(2)腺苷是由图中哪些结构组成的？
提示 ①②。
(3)ATP分子去掉2个磷酸基团后的剩余部分是什么物质？
提示 腺嘌呤核糖核苷酸。
(4)若ATP完全水解，会得到哪些成分？
提示 腺嘌呤、核糖、磷酸。
归纳总结 ATP的分子组成(如图)
(1)元素组成：ATP是由C、H、O、N、P五种元素组成的，这与核酸的元素组成是相同的。
(2)AMP是RNA的基本组成单位之一。
(3)ATP的结构组成可以用“1、2、3”来总结，“1”表示1个腺苷，“2”表示两个特殊的化学键，“3”表示3个磷酸基团。
二、ATP与ADP之间的相互转化及ATP的利用
1．ATP与ADP之间的相互转化
(1)相互转化的过程及能量来源图解
(2)ATP与ADP转化的特点
①ATP与ADP的这种相互转化是时刻不停地发生并且处在动态平衡之中。
②ATP与ADP相互转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的，这体现了生物界的统一性。
2．ATP的利用
(1)ATP的利用
(2)ATP为主动运输供能的机理
①参与Ca2＋主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶。当膜内侧的Ca2＋与其相应位点结合时，其酶活性就被激活了。
②在载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随着能量的转移，这就是载体蛋白的磷酸化。
③载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2＋的结合位点转向膜外侧，将Ca2＋释放到膜外。
3．ATP是细胞内流通的能量“货币”
(1)吸能反应一般与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量。
(2)放能反应一般与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中。
(3)能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。
(1)细胞内储存有大量的ATP，为生命活动提供能量( )
(2)吸能反应伴随着ATP的合成，放能反应伴随着ATP的水解( )
(3)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)×
1．成人体内ATP的总量是2～10 mg，但一个成人一天在静止状态下所消耗的ATP为40 kg，在剧烈运动时ATP的消耗可达0.5 kg/min；在安静状态时，肌肉内ATP所释放能量只能维持肌肉收缩1～2 s。
(1)ATP在细胞内的含量多吗？
提示 含量很低。
(2)生物体如何补充生命活动所需要的大量的ATP?
提示 通过ATP和ADP之间迅速地转化。
2．ATP和ADP的相互转化是否是可逆反应？请完善下表并得出结论。
反应
ATPADP＋Pi＋能量
ADP＋Pi＋能量ATP
反应类型
水解反应
合成反应
酶的类型
水解酶
合成酶
场所
活细胞所有部位
线粒体、叶绿体、细胞质基质等
能量来源
特殊化学键中的化学能
有机物中的化学能、光能
能量去向
用于各项生命活动
储存于特殊化学键中
结论：物质是可逆的，能量是不可逆的，酶也不相同，因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应。
归纳总结 ATP与ADP的相互转化及ATP的利用
(1)ATP与ADP的相互转化
①ATP合成：需要酶的催化，由动物的呼吸作用和植物的光合作用与呼吸作用提供能量。
②ATP水解：需要酶的催化，连接末端磷酸基团的那个特殊化学键水解释放能量，释放的能量用于各项生命活动。
③两者转化时，物质可逆，能量不可逆。
(2)ATP的利用特点
①ATP是生物体内的直接能源物质。
②虽然在生物体内含量少，但是ATP与ADP的相互转化十分迅速。
1．ATP的结构简式是A—P～P～P，其中A表示腺苷，P代表磷酸基团，～代表特殊的化学键。
2．细胞内ATP与ADP的相互转化体现了生物界的统一性。
3．合成ATP的途径包括光合作用和呼吸作用。
4．ATP是生命活动的直接能源物质。
1．ATP是腺嘌呤核苷的衍生物，如图是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．图中虚线部分的名称是腺苷
C．组成ATP的化学元素是C、H、O、N、P
D．图中①处的化学键易断裂，ATP转化为ADP
答案 D
解析 ATP中远离腺苷的特殊化学键②易断裂，可转化为ADP和Pi，D错误。
2．下列有关腺苷三磷酸(ATP)的叙述，正确的是( )
A．ATP中的A代表腺嘌呤
B．ATP是一种大分子高能磷酸化合物
C．ATP水解释放的磷酸基团可使载体蛋白磷酸化
D．ATP与ADP的相互转化无需酶的催化
答案 C
解析 ATP中的A代表腺苷，A错误；ATP分子量偏小，不属于大分子化合物，B错误；ATP与ADP的相互转化需要酶的催化，D错误。
3．如图是ATP与ADP之间的转化图，由此可确定( )
A．M为ADP，N为ATP
B．能量1和能量2来源相同
C．X1和X2是同一种物质
D．酶1和酶2是同一种酶
答案 C
解析 M生成N的过程释放能量，所以M为ATP，N为ADP，A错误；能量1来源于ATP中特殊化学键中的能量，用于各项生命活动，能量2是光能或化学能，所以能量1和能量2的来源是不同的，B错误；X1和X2都是磷酸基团，C正确；酶1和酶2一个是水解酶一个是合成酶，D错误。
4．(2019·山东师范大学附中高一月考)下列有关ATP的叙述，错误的是( )
A．细胞内ATP的含量很少，是细胞的能量“货币”
B．ATP由腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸组成
C．ATP和ADP迅速相互转化保证了持续为细胞提供能量
D．ATP水解掉两个磷酸基团后是RNA的基本组成单位之一
答案 B
5．(2019·辽阳县集美学校高一期末)下列有关ATP的叙述中，不正确的是( )
A．ATP的合成一般与放能反应相联系
B．ATP中的能量可以来源于光能、化学能
C．细胞内各种吸能反应一般需要消耗ATP
D．“能量”就是指ATP，ATP就是“能量”
答案 D
A组 基础对点练
题组一 ATP是一种高能磷酸化合物
1．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，～代表一种特殊化学键。
2．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的组成元素为C、H、O、N、P，纤维素的组成元素为C、H、O，A错误；核酸的组成元素为C、H、O、N、P，B正确；脂肪的组成元素为C、H、O，C错误；蛋白质的组成元素主要是C、H、O、N，D错误。
3．(2020·辽宁高一期末)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2个特殊的化学键
D．该分子水解掉2个磷酸基团后为核糖核苷酸
答案 B
解析 图中虚线框中的基团是腺嘌呤，B错误。
题组二 ATP与ADP之间的相互转化
4．下列关于ATP的叙述，不正确的是( )
A．ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
B．ATP中的A代表腺嘌呤，P代表磷元素
C．ATP与ADP的相互转化是时刻不停且处于动态平衡之中的
D．生成ATP所需能量可来自光能，也可来自呼吸作用释放的能量
答案 B
解析 ATP中的A代表腺苷，P代表磷酸基团，B错误。
5．(2020·北京高一期末)下列有关ATP的叙述，错误的是( )
A．细胞内ATP的含量很少，但消耗量很大
B．ATP与ADP相互转化过程中所需酶的种类相同
C．ATP和ADP迅速相互转化保证了机体对能量的需求
D．人体细胞内形成ATP的主要生理过程是呼吸作用
答案 B
解析 ATP与ADP相互转化中所需要的酶不相同，分别为ATP合成酶和ATP水解酶，B错误。
6．以下为ATP和ADP相互转化的示意图，对这一过程的叙述不正确的是( )
ATPADP＋Pi＋能量
A．存在着能量的释放和储存
B．保证了生命活动的顺利进行
C．持续不断地在生物活细胞中进行
D．此过程物质与能量变化都是可逆的
答案 D
解析 此过程物质变化是可逆的，而能量变化是不可逆的，D错误。
题组三 ATP的利用
7．(2020·辽河油田第二高级中学高一期末)据测定，世界著名重量级拳王——霍利菲尔德平均每次出拳的力量高达200磅，试问能引起如此之高的拳击力量的直接供能物质是( )
A．人体细胞内的ATP B．饮食中的淀粉
C．人体细胞内的糖类 D．人体细胞内的脂肪
答案 A
8．萤火虫腹部的发光器由部分组织细胞构成，离体的发光器会逐渐失去发光能力。将发光器研磨液分为两组，分别滴加等体积的ATP溶液和葡萄糖溶液后，ATP组立即重新出现荧光，葡萄糖组重新出现荧光的时间滞后。下列叙述不正确的是( )
A．发光器离体后细胞内能源物质逐渐耗尽
B．实验结果说明ATP是直接的能源物质
C．实验结果说明葡萄糖不能作为能源物质
D．有机物中的化学能可转化为发光的光能
答案 C
解析 实验结果说明葡萄糖不是荧光器发光的直接能源，但是不能说明葡萄糖不能作为能源物质，C错误。
9．(2020·山东高一期末)ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质，下列有关ATP的正确说法是( )
A．ATP中的磷酸基团均具有较高的转移势能
B．吸能反应与ATP的水解反应相联系
C．细胞生命活动均由ATP直接提供能量
D．一分子ATP彻底水解产生3分子磷酸、1分子腺苷
答案 B
解析 ATP中远离腺苷的磷酸基团具有较高的转移势能，A错误；吸能反应一般与ATP的水解相联系，B正确；细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的，C错误；一分子ATP彻底水解产生3分子磷酸和1分子核糖、1分子腺嘌呤，D错误。
10．(2019·葫芦岛市第八高级中学高一月考)如图是细胞内ATP与ADP相互转化的示意图，请据图回答下列问题：
(1)在人体内，图示左侧的能量来自__________作用，右侧的能量用于________(举一例)。
(2)在绿色植物体内，图示左侧的能量来自__________作用和________作用。
(3)从图中可知，在适宜的温度和酶的作用下，ADP转变成ATP时还需要的条件是________。将ADP转化为ATP的图示改写成反应式的形式__________________。
(4)经测定，正常成年人静止状态下24 h将有40 kg ATP发生转化，而细胞内ADP、ATP的总量仅为2～10 mmol/L，为满足能量需要，生物体内解决这一矛盾的合理途径是___________。
答案 (1)呼吸 大脑思考 (2)呼吸 光合 (3)能量 ADP＋能量＋PiATP (4)ATP和ADP的这种相互转化时刻不停地发生且处于动态平衡之中
解析 (1)在人体内，图示左侧的能量用来合成ATP，来自呼吸作用释放的能量，右侧的能量是ATP水解释放的能量，用于细胞中耗能的生命活动，如大脑思考、主动运输等。(2)在绿色植物体内，图示左侧的能量来自光合作用和呼吸作用。(3)从图中可知，在适宜的温度和酶的作用下，ADP转变成ATP时还需要能量。ADP转化为ATP的反应式为：ADP＋能量＋PiATP。(4)细胞内ADP、ATP的总量很少，为满足细胞的能量需要，ATP和ADP的相互转化在细胞内时刻不停地发生且处于动态平衡之中。
B组 综合强化练
1．(2020·天津市滨海新区塘沽第一中学高一期末)下列有关ATP的说法，正确的是( )
A．人体细胞内储存有大量的ATP
B．光合作用和呼吸作用都能产生ATP
C．线粒体是蓝细菌产生ATP的主要场所
D．ATP合成所需的能量由磷酸提供
答案 B
解析 细胞内的ATP含量不高，消耗后可迅速由ADP＋Pi合成，A错误；光合作用和呼吸作用都能产生ATP，B正确；蓝细菌为原核生物，无线粒体，其产生ATP的场所为细胞质基质，C错误；合成ATP的能量由光能(光合作用)或者有机物的化学能(呼吸作用)提供，D错误。
2．(2020·山东高一期末)有关ATP的叙述，下列说法错误的是( )
A．动物CO中毒，会降低Ca2＋通过离子泵跨膜运输的速率
B．ATP与ADP循环中，放能反应释放的能量可用于吸能反应
C．各植物组织中，呼吸作用强度相同的条件下ATP生成量也一定相同
D．物质跨膜运输消耗ATP时，载体蛋白磷酸化后构象改变
答案 C
解析 Ca2＋通过离子泵跨膜运输需要ATP供能，动物CO中毒，会抑制呼吸作用而降低ATP生成量，进而降低Ca2＋通过离子泵跨膜运输的速率，A正确；ATP的水解会释放能量，该过程一般与吸能反应相联系，B正确；呼吸作用强度相同的情况下，同一植物的绿色细胞和非绿色细胞产生ATP的量不一定相同，因绿色细胞还可在光照条件下进行光合作用产生ATP，C错误；物质跨膜运输消耗ATP时，载体蛋白磷酸化后构象改变，D正确。
3．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中末端的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 依题干信息ATP的含量变化不大，说明该过程中ATP既有合成又有分解；部分ATP的末端P已带上放射性标记，说明ATP中末端的P容易脱离，且32P参与了ATP的重新合成，故选C项。
4．下列生理过程伴随着形状改变，其中不一定需要ATP供能的是( )
A．在胰岛素分泌过程中细胞膜的形状发生改变
B．在篮球比赛等运动过程中骨骼肌发生收缩
C．载体蛋白协助运输葡萄糖过程中形状发生改变
D．植物细胞在KNO3溶液中发生质壁分离后自动复原
答案 C
解析 胰岛素分泌到细胞外的过程属于胞吐，需要ATP供能，A错误；在篮球比赛等运动过程中，骨骼肌的收缩需要消耗ATP，B错误；载体蛋白运输葡萄糖时可能不需要ATP，如葡萄糖通过协助扩散进入哺乳动物成熟的红细胞；也可能需要ATP，如葡萄糖通过主动运输进入小肠上皮细胞，C正确；植物细胞会通过主动运输吸收钾离子和硝酸根离子，需要ATP供能，当细胞液浓度增大后，会吸水而自动复原，D错误。
5．(2020·天津高一期末)下图是人体细胞代谢部分简图，图中甲表示ATP，下列有关叙述错误的是( )
A．甲→乙→丙→丁过程中，起催化作用的酶空间结构不同
B．丙是RNA的基本组成单位之一
C．丁由腺嘌呤和核糖组成，而戊可用于甲的合成
D．在红细胞吸收葡萄糖时，细胞中乙的含量会显著增加
答案 D
解析 腺苷三磷酸是一种不稳定的高能化合物，由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3个磷酸基团组成，简称ATP。甲表示ATP，乙表示ADP，丙表示AMP，丁表示腺苷，戊表示游离磷酸。葡萄糖进入红细胞的方式为协助扩散，不需要消耗能量，因此乙(ADP)的含量不会显著增加，故D项错误。
6．Na＋—K＋泵是存在于动物细胞膜上的一种载体蛋白，具有ATP酶活性，这种泵每消耗1分子的ATP，就逆浓度梯度将3分子的Na＋泵出细胞外，将2分子的K＋泵入细胞内。其具体过程如图所示，下列相关叙述错误的是( )
A．该蛋白将Na＋泵到细胞外的跨膜运输方式是主动运输
B．该蛋白既能催化ATP的水解，又能催化ATP的合成
C．若O2供应不足，将会影响图示过程的进行
D．该蛋白的结构发生改变，有利于其与离子的结合和分离
答案 B
解析 Na＋—K＋泵能催化ATP水解，不能催化ATP的合成，B错误。
7．(2019·山东师范大学附中高一月考)人的骨骼肌细胞中ATP的含量只能维持剧烈运动3 s以内的能量供应。某运动员参加短跑比赛过程中，肌肉细胞中ATP的相对含量随时间的变化如下图所示。请据图回答下列问题：
(1)a→b的变化过程，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，释放更多的能量，供ADP合成ATP，补充消耗的ATP。
(3)从整个曲线看，肌细胞中ATP的含量不会降为零，说明____________________________。
(4)写出细胞新陈代谢放能反应中ADP与ATP之间的转化关系式______________________，在吸能反应中ADP与ATP之间的转化关系式______________________________。
答案 (1)肌肉收缩等各项生命活动 (2)呼吸作用 (3)ATP在细胞内含量虽少，但与ADP之间的相互转化却十分迅速，使细胞内的ATP的含量总是处于动态平衡之中，构成生物体内部的稳定供能环境 (4)ADP＋Pi＋能量ATP ATPADP＋Pi＋能量
解析 (1)由图可知，a→b段ATP含量减少，ATP被水解，释放大量的能量，用于肌肉收缩等各项生命活动，来维持剧烈运动。(2)b→c段ATP含量增加，是由于呼吸作用的加强，释放了更多的能量，供ADP合成ATP，补充消耗的ATP。(3)从整个曲线看，肌细胞中ATP的含量不会降为零，说明虽然ATP在细胞内含量少，但与ADP之间的相互转化却十分迅速，使细胞内的ATP的含量总是处于动态平衡之中，使生物体内部的供能环境相对稳定，保证各项生命活动的正常进行。(4)细胞内的放能反应伴随着ATP的合成，吸能反应伴随着ATP的水解。
8．腌制的腊肉往往含有大量的细菌，可利用“荧光素—荧光素酶生物发光法”对市场上腊肉中的细菌含量进行检测：①将腊肉研磨后离心处理，取一定量上清液放入分光光度计(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；②记录发光强度并计算ATP含量；③测算出细菌数量。分析并回答下列问题：
(1)荧光素接受细菌细胞中________提供的能量后被激活，在荧光素酶的作用下形成氧化荧光素并且发出荧光。根据发光强度可以计算出生物组织中ATP的含量，原因是发光强度与ATP含量成________(填“正比”或“反比”)。
(2)“荧光素—荧光素酶生物发光法”中涉及的能量转换的形式是________能→________能。生物细胞中ATP的水解一般与____________(填“吸能反应”或“放能反应”)相联系。
(3)研究人员用不同条件处理荧光素酶后，测定酶浓度与发光强度的关系如图所示。若要节省荧光素酶的用量，可以使用________处理；高温和Hg2＋处理后酶活性________(填“可以”或“不可以”)恢复；Hg2＋处理后酶活性降低可能是因为_________________________。
答案 (1)ATP 正比 (2)化学 光 吸能反应 (3)Mg2＋ 不可以 Hg2＋破坏了酶的空间结构
解析 (1)ATP是生命活动所需能量的直接来源。荧光素接受ATP提供的能量，在荧光素酶的催化下，形成氧化荧光素并且发出荧光，其发光强度与ATP的含量成正比，所以根据发光强度可以计算出生物组织中ATP的含量。
(2)“荧光素—荧光素酶生物发光法”中涉及的能量转换是化学能转变为光能；放能反应一般与ATP的合成相联系，吸能反应一般与ATP的水解相联系。
(3)分析曲线图可知：用Mg2＋处理后，在较低荧光素酶浓度的条件下就能达到较高的发光强度，因此使用Mg2＋处理，能够节省荧光素酶的用量。高温和Hg2＋处理后酶活性不可以恢复。Hg2＋处理后酶活性降低可能是因为Hg2＋破坏了酶的空间结构。
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