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第节 2细胞的能量“货币”ATP第 5 章高中生物学 必修11. 说出 ATP 的化学组成和特点。2. 解释 ATP 在细胞生命活动中的作用。学习目标重点1.ATP化学组成的特点及其在能量代谢中的作用。2.ATP与ADP的相互转化。难点ATP和ADP的相互转化及对“能量通货”的理解。重点难点一 ATP 的结构和利用ATP 的中文名称是[1] 。结构简式为[2] ，其中A 代表[3] ，P 代表[4] ，～代表[5] 。在有关酶的催化作用下，[6] 的高能磷酸键易水解，释放出大量能量。ATP 在细胞内含量[７] （填“高”或“低”），ATP 在细胞内与[８] 可以相互转化，转化速度[９] （填“快” 或“慢”），这种转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中。动物、人、真菌和大多数细菌形成ATP 所需的能量来自[10] ， 绿色植物形成ATP 所需的能量来自[11] 和[12] 。细胞内的吸能反应一般与ATP 的[13] 相联系， 放能反应一般与ATP 的[14] 相联系。 课前预习腺苷三磷酸A—P ～ P ～ P 腺苷磷酸基团一种特殊的化学键远离腺苷低ADP快呼吸作用呼吸作用光合作用水解合成判断题1. 活细胞内ATP 与ADP 的转化只能单向进行 （ ） 2. ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应（ ） 3. 人在饥饿时，细胞中ATP 与ADP 的含量难以达到动态平衡 （ ） 4.“能量”就是指ATP，ATP 就是“能量” （ ） 5. ATP 和ADP 相互转化的能量供应机制是生物界的共性 （ ） 深度思考思考1 ATP 和ADP 的转化是一种可逆反应吗？为什么？ 思考2 生物体中与能源有关的物质有哪些？ √√×××提示：直接能源物质——ATP ；储能物质——脂肪、淀粉、糖原；主要能源物质——葡萄糖。提示：不是。ATP 合成和水解的场所一般不相同。ATP 水解释放的能量和合成ATP 的能量来源是不同的。内容精解一 ATP 是一种高能磷酸化合物ATP 的组成 元素组成：由C、H、O、N、P 5 种元素组成，与核酸的元素组成相同。ATP 的结构（如图所示） 结构简式 A—P ～ P ～ P 【特别提醒】（1）ATP ≠能量，ATP 是一种物质，不是能量。在ATP 的化学键中储存着能量。（2）ATP 脱去一个磷酸基团后成为ADP，再脱去一个磷酸基团就成为RNA 的基本组成单位之一——腺嘌呤核糖核苷酸，简称AMP（也叫一磷酸腺苷）。ATP 的结构特点 高能量： ATP 是一种不稳定的高能磷酸化合物。不稳定：在有关酶的催化作用下，末端磷酸基团会离开ATP与其他分子结合，从而释放能量，供生命活动需要，也容易形成而储存能量。 例 1 （★）［2020·江苏镇江模拟］下图为 ATP 的分子结构图，a、b、c 表示相应的结构，①、②表示化学键。下列叙述正确的是 （ ）A. a 表示腺嘌呤，b 表示腺苷B. 化学键①与化学键②断开时所释放的能量不同C. 化学键②的形成所需的能量都来自化学能D. 化学键②中能量的释放往往与吸能反应相关联【解析】 a 表示腺苷（腺嘌呤核苷），b 表示腺嘌呤核糖核苷酸；化学键①和化学键②都为特殊化学键，断开时所释放的能量相同；化学键②的形成是 ATP 的合成过程，所需的能量来自光合作用中的光能或细胞呼吸中的化学能；化学键②中能量的释放过程是 ATP 水解的过程，往往与吸能反应相关联。【答案】D 例 2 ［2020·兰州理科综合改编］用 α、β、γ 表示 ATP 上三个磷酸基团所处的位置（A—P α ～ P β ～ P γ ），下列相关叙述正确的是 （ ）A. ATP 的 β、γ 位磷酸基团脱离，剩余部分可用于 DNA 的合成B. ATP 含有三个特殊磷酸键，都能为生命活动提供能量C. ATP 的 β、γ 位磷酸基团脱离，剩余部分可用于 RNA 的合成D. ATP 的 γ 位磷酸基团脱离，释放的能量可用于根尖吸收水分【解析】ATP 的 β、γ 位磷酸基团脱离，剩余部分为腺嘌呤核糖核苷酸，是组成 RNA 的基本单位，A 项错误，C 项正确；ATP 含有 2 个特殊化学键，B 项错误；根尖细胞吸收水分的跨膜运输方式为自由扩散，不消耗能量，D 项错误。【答案】C 例 3 ATP 是细胞的能量“通货”。下列有关 ATP的叙述，正确的是 （ ）ATP 含有 C、 H、O、 N、P 元素B. ATP 中的 A 代表腺嘌呤C. ATP 中含有三个特殊的化学键D. ATP 中的 T 代表胸腺嘧啶【解析】ATP 的组成元素为 C、H、O、N、P，A 项正确；ATP中的 A 代表“腺苷”，由腺嘌呤和核糖组成，B 项错误；ATP中含有两个特殊的化学键，三个磷酸基团，C 项错误；ATP 中的 T 代表三个，D 项错误。【答案】A 1. 下图表示 ATP 的结构简图。据图分析错误的是 （ ）图中 A 代表的是腺嘌呤 B. 图中 b、c 代表的是一种特殊的化学键C. 水解时 c 键更容易断裂 D. 图中 a 内的五碳糖是脱氧核糖【解析】根据分析可知，图中 A 为腺嘌呤，A 项正确；图中b、c 为一种特殊的化学键，其中 c 很容易断裂，也很容易重新合成，B、C 项正确；图中 a 内的五碳糖是核糖，D 项错误。【答案】D【即时练】2.（★★★）［2020·黑龙江大庆实验中学高一期末］在如下图所示四种化合物的化学组成中， “○”中所对应的含义最接近的是 （ ）A. ①和② B. ②和③ C. ③和④ D. ①和④【解析】①是 ATP，“○”中所对应的部分称为腺嘌呤核糖核苷酸；②是腺嘌呤核糖核苷酸，“○”中所对应的部分称为腺嘌呤；③是 DNA 分子片段， “○”中所对应的部分称为腺嘌呤脱氧核苷酸；④是 RNA分子片段，“○”中所对应的部分称为腺嘌呤核糖核苷酸。其中①和④的“○”中所对应的含义最接近。【答案】D归纳总结： ATP 与DNA、RNA、核苷酸的联系ATP 与 DNA、RNA、核苷酸的结构中都含有“A”，但 在不同物质中“A”表示的含义不同，如图所示。ATP 中的A 为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成。DNA 分子中的A 为腺嘌呤脱氧核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成。RNA 分子中的A 为腺嘌呤核糖核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸组成。核苷酸中的A 为腺嘌呤。二 ATP 的利用ATP 水解释放能量的用途 电能：神经系统中神经冲动的传导，产生生物电。渗透能：细胞的主动运输需要的能量。化学能：生物体内物质的合成需要的能量，如蛋白质的合成。光能：萤火虫发光需要的能量。热能：有机物氧化分解释放的能量，一部分变成热能。思考 1 ：怎样理解 ATP是细胞内“取之不尽”的直接 能源物质？ 提示： ATP 是一种不稳定的化合物，在细胞内的含量很少。ATP 和ADP 在细胞内能迅速转化，ATP 水解直接为生命活动提供能量，产生ADP 和Pi，ADP 和Pi 接受细胞代谢（主要是呼吸作用）产生的能量迅速合成ATP。思考 2 ：怎样理解 ATP 是细胞的能量“通货”？ 提示：能量通过ATP 分子在吸能反应和放能反应之间利用和形成。因此，可以形象地把ATP 比喻成细胞内的能量“通货”。 例 1 ［2020·山西运城康杰中学模拟］ATP 是细胞内的能量“通货”，下列有关叙述中不正确的是 （ ）A. ATP水解供能，实际上是指ATP分子中远离腺苷的那个特殊化学键的水解B. 细胞内 ATP 与 ADP 相互转化的能量供应机制是生物界的共性C. ATP 分子是由 1 个腺嘌呤和 3 个磷酸基团组成的D. ATP 是主动运输、肌肉收缩、大脑思考的直接能源物质【解析】ATP 分子由 1 个腺苷和 3 个磷酸基团组成，C 项错误。【答案】C例 2 难度★★★ 典型★★☆ 在人的骨骼肌细胞中，ATP 的含量仅够剧烈运动时3 s 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，请据图回答下列问题。（1）B → C 过程中，ATP 含量增加，说明 加强，释放出更多的能量，供ADP 合成ATP 使用，以补充细胞中的ATP。（2）从整条曲线来看，肌细胞中ATP 的含量不会降为零，说明 。【解析】ATP 是生物体各项生命活动所需能量的直接能源物质。（1）当ATP 由于消耗而大量减少时，肌细胞的呼吸作用加强， 以合成ATP 供人体利用。（2）正是由于ATP 与ADP 之间迅速地相互转化，才使得细胞内的ATP 不会用尽，保证人体生命活动的顺利进行。【答案】（1）呼吸作用 （2）ATP 的合成和分解是同时进行的 【即时练】1.下图是 ATP 提供能量，细胞转运 Ca 2+ 的过程示意图。下列对该过程的叙述，错误的是 （ ） A. 载体蛋白是催化 ATP 水解的酶B. ATP 水解释放的磷酸基团会与载体蛋白结合，载体蛋白发生磷酸化C. 在运输过程中，载体蛋白的结构不会发生改变D. 此为主动运输的过程【解析】由图可以看出，在物质运输过程中，载体蛋白的结构会发生改变，C 项错误。【答案】C2. 细胞内ATP 的含量总是处于动态的平衡中，这对生物的意义是（ ） A. 构成了生物体内稳定的供能环境B. 保证了生物体内的能量供应C. 使生物体内的能量不至于流失D. 保证了生物体总是处于生长状态 【解析】ATP 是细胞生命活动的直接能源物质，ATP 与ADP 的相互转化，使ATP 的含量始终保持相对恒定，保证了生物体内的能量供应。【答案】B3.（★★）下列关于 ATP 的叙述，正确的是 （ ）A. ATP 脱去 2 分子磷酸的剩余部分是构成DNA 分子的基本单位之一B. 植物只能通过光合作用合成 ATPC. 大脑在思考问题时，伴随着 ATP 与ADP 的相互转化D. 长期不进食的病人，细胞中 ATP 与ADP的含量难以达到动态平衡【解析】ATP 脱去 2 分子磷酸的剩余部分是腺嘌呤核糖核苷酸，为构成 RNA 分子的基本单位之一，A 项错误；绿色植物可在光合作用和细胞呼吸中产生 ATP，B 项错误；大脑在思考问题时需消耗 ATP，故伴随着 ATP 与 ADP 的相互转化，C 项正确；由于 ATP 消耗后可迅速合成，因此长期不进食的病人，细胞中 ATP 与 ADP 的含量仍能达到动态平衡，D 项错误。【答案】C 4.（★★）下列有关 ATP 的叙述，正确的是 （ ）A. ATP 转化成 ADP 的过程会产生水B. 细胞内的吸能反应一般与 ATP 的水解相联系C. 1 分子 ATP 彻底水解后得到 3 分子磷酸、1 分子腺苷D. 细胞中所有需要能量的生命活动都由 ATP 直接供能【解析】ATP 转化成 ADP 的过程是水解反应，会消耗水，A 项错误；细胞内的吸能反应一般与 ATP 的水解相联系，B项正确；1 分子 ATP 彻底水解后得到 3 分子磷酸、1 分子腺嘌呤和 1 分子核糖，C 项错误；细胞中需要能量的生命活动大多由 ATP 直接提供，细胞中除了 ATP 可以供能外，还有CTP、GTP 等也是直接能源物质，D 项错误。【答案】B 【错因分析】本题容易错选 D 项。错选原因是认为 ATP 是唯一的直接能源物质，除了 ATP 之外，细胞的直接能源物质还有 CTP、GTP 等。三 ATP 和ADP 可以相互转化ATP 水解释放能量 ATP 合成储存能量 过程 ATP 与 ADP 的相互转化 反应式： ATP ADP+Pi+ 能量。相互转化的特点1. ATP 和ADP 的相互转化时刻不停地发生且处于动态平衡之中。2. 细胞内ATP 和ADP 相互转化的能量供应机制是生物界的共性。【特别提示】 ATP 在细胞内的含量很少，但ATP 与ADP 在细胞内的相互转化十分迅速，使细胞内ATP 的含量保持相对稳定。 例 1 难度★★☆ 典型★★☆ ［2020·河南六校联考］下图为 ATP—ADP 的循环图解。下列叙述正确的是 （ ）①属于放能反应，在细胞内与其他吸能反应密切联系B. 溶酶体中蛋白质水解为氨基酸需要②过程提供能量C. 人在饥饿时，细胞内的过程①和②也能达到平衡D. 各种生物均能独立完成 ATP—ADP 循环【解析】① ADP+Pi+ 能量→ ATP，ATP 的合成属于吸能反应，①在细胞内与其他放能反应密切联系，A 项错误；溶酶体中蛋白质水解为氨基酸不需要 ATP 水解提供能量，B项错误；对细胞的正常生活来说，ATP 与 ADP 的相互转化，是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，故人在饥饿时，细胞内的过程①和②也能达到平衡，C 项正确；病毒不能独立完成 ATP—ADP 循环，D 项错误。【答案】C 例 2 难度★★☆ 典型★★☆ 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. 整个反应是一个动态平衡的过程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【即时练】1. 右图是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 答案：D2. 下图中 1 为 ATP 的结构简图，2 为 ATP 与ADP 相互转化的关系式。以下说法错误的是 （ ）图 1 中的 A 与 ATP 分子中的 A 为同一种物质B. 图 2 中反应向右进行时，图 1 中的 c 断裂并释放能量C. 酶 1 和酶 2 的作用机理都是降低化学反应所需的活化能D. ATP 与 ADP 的快速相互转化依赖于酶的高效性【解析】图 1 中的 A 代表的是腺嘌呤，ATP 分子中的 A 代表的是腺苷，A 项错误。【答案】 A3. （★★）［2020·湖南衡阳八中高一期末］下图中甲是生命活动的直接能源物质，下列叙述正确的是（ ）A. 在人体细胞进行主动运输的过程中，乙的含量会明显增加B. 丁由腺嘌呤和脱氧核糖组成，而戊可用于甲的合成C. 丙是 RNA 基本组成单位之一D. 黑暗条件下，植物细胞中不可以发生乙→甲过程【解析】细胞中的 ATP 含量能保持相对稳定，A 项错误；丁是腺苷，由腺嘌呤和核糖组成，戊是 Pi，可用于合成甲（ATP），B 项错误；丙中含有一个普通磷酸键，是 RNA 基本组成单位之一，C 项正确；黑暗条件下，植物细胞可进行细胞呼吸，可以发生乙→甲过程，D 项错误。【答案】 C 四 各类能源物质及其关系能源物质类型 各类能源物质之间的关系（如图） 深度拓展一 ATP 和ADP 转化不可逆的辨析【特别提示】判断一个化学反应是不是可逆反应，不仅要看反应物和产物是否相同，还要看反应的条件、场所是否相同。【思维误区】误认为细胞中含有大量ATP 生命活动需要消耗大量能量，但细胞中ATP 含量很少。由于ADP、Pi 等可重复利用，只要提供能量（光能或化学能），生物体就可以不断合成ATP，满足生物体生命活动的需要。例 1 难度★★★ 典型★★☆ 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】ATP 是生命活动的直接能源物质，ATP 水解时，远离A 的高能磷酸键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。【答案】B走向高考一 ATP 的结构例 1 ［2016·全国Ⅰ高考节选］ 难度★★☆ 典型★★★在有关DNA 分子的研究中，常用32P 来标记DNA 分子。用α、β 和γ 表示ATP 或dATP（d 表示脱氧）上三个磷酸基团所处的位置（A—Pα ～ Pβ ～ Pγ 或dA—Pα ～ Pβ ～ Pγ）。回答下列问题： （1）某种酶可以催化ATP 的一个磷酸基团转移到DNA 末端上，同时产生ADP。如果要用该酶把32P 标记到DNA 末端上，那么带有32P 的磷酸基团应在ATP 的 （填“α”“β”或“γ”）位上。（2）若用带有32P 的dATP 作为DNA 生物合成的原料，将32P 标记到新合成的DNA 分子上，则带有32P 的磷酸基团应在dATP 的 （填“α”“β”或“γ”）位上。 走向高考一 ATP 的结构例1 ［2016·全国Ⅰ高考节选］ 难度★★☆ 典型★★★在有关DNA 分子的研究中，常用32P 来标记DNA 分子。用α、β 和γ 表示ATP 或dATP（d 表示脱氧）上三个磷酸基团所处的位置（A—Pα ～ Pβ ～ Pγ 或dA—Pα ～ Pβ ～ Pγ）。回答下列问题： （1）某种酶可以催化ATP 的一个磷酸基团转移到DNA 末端上，同时产生ADP。如果要用该酶把32P 标记到DNA 末端上，那么带有32P 的磷酸基团应在ATP 的 （填“α”“β”或“γ”）位上。（2）若用带有32P 的dATP 作为DNA 生物合成的原料，将32P 标记到新合成的DNA 分子上，则带有32P 的磷酸基团应在dATP 的 （填“α”“β”或“γ”）位上。 【解析】（1）某种酶可以催化ATP 的一个磷酸基团转移到DNA 末端上，同时产生ADP。在有关酶的作用下，远离腺苷的那个高能磷酸键容易水解，产生ADP 和Pi，释放的能量用于生物体的各项生命活动。据此并结合题意可知：如果要用该酶把32P 标记到DNA 末端上，那么带有32P 的磷酸基团应在ATP 的γ 位上。（2）dA—Pα ～ Pβ ～ Pγ（d 表示脱氧）脱去Pβ 和Pγ 这两个磷酸基团后，余下的结构为腺嘌呤脱氧核苷酸，是DNA 的基本组成单位之一。因此，若用带有32P 标记的dATP 作为DNA 生物合成的原料，将32P 标记到新合成的DNA 分子上，则带有32P 的磷酸基团应在dATP 的α 位上。【答案】（1）γ （2）α 例 2 ［2015·海南高考］ 难度★★☆ 典型★★☆ATP 是直接为细胞生命活动提供能量的有机物。关于ATP 的叙述，错误的是（ ） A. 酒精发酵过程中有ATP 生成B. ATP 可为物质跨膜运输提供能量C. ATP 中高能磷酸键（特殊的化学键）水解可释放能量D. ATP 由腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸组成【解析】ATP 由腺苷（腺嘌呤、核糖）和磷酸基团组成，D 项错误。【答案】D 例 3 ［2018·浙江 4 月选考］ 难度★★☆ 典型★★☆ATP 是细胞中的能量通货。下列叙述正确的是 （ ）A. ATP 中的能量均来自细胞呼吸释放的能量B. ATP—ADP 循环使得细胞储存了大量的 ATPC. ATP 水解形成 ADP 时释放能量和磷酸基团D. ATP 分子中的 2 个高能磷酸键（特殊的化学键）不易断裂水解【解析】光合作用的光反应阶段和细胞呼吸均可以产生ATP，A 项错误。ATP 在细胞中含量很少，ATP—ADP 循环不会使得细胞储存大量的 ATP，B 项错误。ATP 水解形成ADP 和磷酸基团，同时释放能量，C 项正确。ATP 中的 2 个高能磷酸键比较不稳定，易断裂水解，D 项错误。【答案】C 二 ATP 的功能例 4 ［2014·江苏高考］ 难度★★☆ 典型★★☆ 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【读题】判断选项给出的各种生命活动是否需要能量。【思路建立】思考淀粉水解为葡萄糖是放能过程还是吸能过程。【解析】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。【答案】C 谢 谢！
第节 2细胞的能量“货币”ATP第 5 章高中生物学 必修11. 说出 ATP 的化学组成和特点。2. 解释 ATP 在细胞生命活动中的作用。学习目标重点1.ATP化学组成的特点及其在能量代谢中的作用。2.ATP与ADP的相互转化。难点ATP和ADP的相互转化及对“能量通货”的理解。重点难点一 ATP 的结构和利用ATP 的中文名称是[1] 。结构简式为[2] ，其中A 代表[3] ，P 代表[4] ，～代表[5] 。在有关酶的催化作用下，[6] 的高能磷酸键易水解，释放出大量能量。ATP 在细胞内含量[７] （填“高”或“低”），ATP 在细胞内与[８] 可以相互转化，转化速度[９] （填“快” 或“慢”），这种转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中。动物、人、真菌和大多数细菌形成ATP 所需的能量来自[10] ， 绿色植物形成ATP 所需的能量来自[11] 和[12] 。细胞内的吸能反应一般与ATP 的[13] 相联系， 放能反应一般与ATP 的[14] 相联系。 课前预习腺苷三磷酸A—P ～ P ～ P 腺苷磷酸基团一种特殊的化学键远离腺苷低ADP快呼吸作用呼吸作用光合作用水解合成判断题1. 活细胞内ATP 与ADP 的转化只能单向进行 （ ） 2. ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应（ ） 3. 人在饥饿时，细胞中ATP 与ADP 的含量难以达到动态平衡 （ ） 4.“能量”就是指ATP，ATP 就是“能量” （ ） 5. ATP 和ADP 相互转化的能量供应机制是生物界的共性 （ ） 深度思考思考1 ATP 和ADP 的转化是一种可逆反应吗？为什么？ 思考2 生物体中与能源有关的物质有哪些？ √√×××提示：直接能源物质——ATP ；储能物质——脂肪、淀粉、糖原；主要能源物质——葡萄糖。提示：不是。ATP 合成和水解的场所一般不相同。ATP 水解释放的能量和合成ATP 的能量来源是不同的。内容精解一 ATP 是一种高能磷酸化合物ATP 的组成 元素组成：由C、H、O、N、P 5 种元素组成，与核酸的元素组成相同。ATP 的结构（如图所示） 结构简式 A—P ～ P ～ P 【特别提醒】（1）ATP ≠能量，ATP 是一种物质，不是能量。在ATP 的化学键中储存着能量。（2）ATP 脱去一个磷酸基团后成为ADP，再脱去一个磷酸基团就成为RNA 的基本组成单位之一——腺嘌呤核糖核苷酸，简称AMP（也叫一磷酸腺苷）。ATP 的结构特点 高能量： ATP 是一种不稳定的高能磷酸化合物。不稳定：在有关酶的催化作用下，末端磷酸基团会离开ATP与其他分子结合，从而释放能量，供生命活动需要，也容易形成而储存能量。 例 1 （★）［2020·江苏镇江模拟］下图为 ATP 的分子结构图，a、b、c 表示相应的结构，①、②表示化学键。下列叙述正确的是 （ ）A. a 表示腺嘌呤，b 表示腺苷B. 化学键①与化学键②断开时所释放的能量不同C. 化学键②的形成所需的能量都来自化学能D. 化学键②中能量的释放往往与吸能反应相关联【解析】 a 表示腺苷（腺嘌呤核苷），b 表示腺嘌呤核糖核苷酸；化学键①和化学键②都为特殊化学键，断开时所释放的能量相同；化学键②的形成是 ATP 的合成过程，所需的能量来自光合作用中的光能或细胞呼吸中的化学能；化学键②中能量的释放过程是 ATP 水解的过程，往往与吸能反应相关联。【答案】D 例 2 ［2020·兰州理科综合改编］用 α、β、γ 表示 ATP 上三个磷酸基团所处的位置（A—P α ～ P β ～ P γ ），下列相关叙述正确的是 （ ）A. ATP 的 β、γ 位磷酸基团脱离，剩余部分可用于 DNA 的合成B. ATP 含有三个特殊磷酸键，都能为生命活动提供能量C. ATP 的 β、γ 位磷酸基团脱离，剩余部分可用于 RNA 的合成D. ATP 的 γ 位磷酸基团脱离，释放的能量可用于根尖吸收水分【解析】ATP 的 β、γ 位磷酸基团脱离，剩余部分为腺嘌呤核糖核苷酸，是组成 RNA 的基本单位，A 项错误，C 项正确；ATP 含有 2 个特殊化学键，B 项错误；根尖细胞吸收水分的跨膜运输方式为自由扩散，不消耗能量，D 项错误。【答案】C 例 3 ATP 是细胞的能量“通货”。下列有关 ATP的叙述，正确的是 （ ）ATP 含有 C、 H、O、 N、P 元素B. ATP 中的 A 代表腺嘌呤C. ATP 中含有三个特殊的化学键D. ATP 中的 T 代表胸腺嘧啶【解析】ATP 的组成元素为 C、H、O、N、P，A 项正确；ATP中的 A 代表“腺苷”，由腺嘌呤和核糖组成，B 项错误；ATP中含有两个特殊的化学键，三个磷酸基团，C 项错误；ATP 中的 T 代表三个，D 项错误。【答案】A 1. 下图表示 ATP 的结构简图。据图分析错误的是 （ ）图中 A 代表的是腺嘌呤 B. 图中 b、c 代表的是一种特殊的化学键C. 水解时 c 键更容易断裂 D. 图中 a 内的五碳糖是脱氧核糖【解析】根据分析可知，图中 A 为腺嘌呤，A 项正确；图中b、c 为一种特殊的化学键，其中 c 很容易断裂，也很容易重新合成，B、C 项正确；图中 a 内的五碳糖是核糖，D 项错误。【答案】D【即时练】2.（★★★）［2020·黑龙江大庆实验中学高一期末］在如下图所示四种化合物的化学组成中， “○”中所对应的含义最接近的是 （ ）A. ①和② B. ②和③ C. ③和④ D. ①和④【解析】①是 ATP，“○”中所对应的部分称为腺嘌呤核糖核苷酸；②是腺嘌呤核糖核苷酸，“○”中所对应的部分称为腺嘌呤；③是 DNA 分子片段， “○”中所对应的部分称为腺嘌呤脱氧核苷酸；④是 RNA分子片段，“○”中所对应的部分称为腺嘌呤核糖核苷酸。其中①和④的“○”中所对应的含义最接近。【答案】D归纳总结： ATP 与DNA、RNA、核苷酸的联系ATP 与 DNA、RNA、核苷酸的结构中都含有“A”，但 在不同物质中“A”表示的含义不同，如图所示。ATP 中的A 为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成。DNA 分子中的A 为腺嘌呤脱氧核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成。RNA 分子中的A 为腺嘌呤核糖核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸组成。核苷酸中的A 为腺嘌呤。二 ATP 的利用ATP 水解释放能量的用途 电能：神经系统中神经冲动的传导，产生生物电。渗透能：细胞的主动运输需要的能量。化学能：生物体内物质的合成需要的能量，如蛋白质的合成。光能：萤火虫发光需要的能量。热能：有机物氧化分解释放的能量，一部分变成热能。思考 1 ：怎样理解 ATP是细胞内“取之不尽”的直接 能源物质？ 提示： ATP 是一种不稳定的化合物，在细胞内的含量很少。ATP 和ADP 在细胞内能迅速转化，ATP 水解直接为生命活动提供能量，产生ADP 和Pi，ADP 和Pi 接受细胞代谢（主要是呼吸作用）产生的能量迅速合成ATP。思考 2 ：怎样理解 ATP 是细胞的能量“通货”？ 提示：能量通过ATP 分子在吸能反应和放能反应之间利用和形成。因此，可以形象地把ATP 比喻成细胞内的能量“通货”。 例 1 ［2020·山西运城康杰中学模拟］ATP 是细胞内的能量“通货”，下列有关叙述中不正确的是 （ ）A. ATP水解供能，实际上是指ATP分子中远离腺苷的那个特殊化学键的水解B. 细胞内 ATP 与 ADP 相互转化的能量供应机制是生物界的共性C. ATP 分子是由 1 个腺嘌呤和 3 个磷酸基团组成的D. ATP 是主动运输、肌肉收缩、大脑思考的直接能源物质【解析】ATP 分子由 1 个腺苷和 3 个磷酸基团组成，C 项错误。【答案】C例 2 难度★★★ 典型★★☆ 在人的骨骼肌细胞中，ATP 的含量仅够剧烈运动时3 s 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，请据图回答下列问题。（1）B → C 过程中，ATP 含量增加，说明 加强，释放出更多的能量，供ADP 合成ATP 使用，以补充细胞中的ATP。（2）从整条曲线来看，肌细胞中ATP 的含量不会降为零，说明 。【解析】ATP 是生物体各项生命活动所需能量的直接能源物质。（1）当ATP 由于消耗而大量减少时，肌细胞的呼吸作用加强， 以合成ATP 供人体利用。（2）正是由于ATP 与ADP 之间迅速地相互转化，才使得细胞内的ATP 不会用尽，保证人体生命活动的顺利进行。【答案】（1）呼吸作用 （2）ATP 的合成和分解是同时进行的 【即时练】1.下图是 ATP 提供能量，细胞转运 Ca 2+ 的过程示意图。下列对该过程的叙述，错误的是 （ ） A. 载体蛋白是催化 ATP 水解的酶B. ATP 水解释放的磷酸基团会与载体蛋白结合，载体蛋白发生磷酸化C. 在运输过程中，载体蛋白的结构不会发生改变D. 此为主动运输的过程【解析】由图可以看出，在物质运输过程中，载体蛋白的结构会发生改变，C 项错误。【答案】C2. 细胞内ATP 的含量总是处于动态的平衡中，这对生物的意义是（ ） A. 构成了生物体内稳定的供能环境B. 保证了生物体内的能量供应C. 使生物体内的能量不至于流失D. 保证了生物体总是处于生长状态 【解析】ATP 是细胞生命活动的直接能源物质，ATP 与ADP 的相互转化，使ATP 的含量始终保持相对恒定，保证了生物体内的能量供应。【答案】B3.（★★）下列关于 ATP 的叙述，正确的是 （ ）A. ATP 脱去 2 分子磷酸的剩余部分是构成DNA 分子的基本单位之一B. 植物只能通过光合作用合成 ATPC. 大脑在思考问题时，伴随着 ATP 与ADP 的相互转化D. 长期不进食的病人，细胞中 ATP 与ADP的含量难以达到动态平衡【解析】ATP 脱去 2 分子磷酸的剩余部分是腺嘌呤核糖核苷酸，为构成 RNA 分子的基本单位之一，A 项错误；绿色植物可在光合作用和细胞呼吸中产生 ATP，B 项错误；大脑在思考问题时需消耗 ATP，故伴随着 ATP 与 ADP 的相互转化，C 项正确；由于 ATP 消耗后可迅速合成，因此长期不进食的病人，细胞中 ATP 与 ADP 的含量仍能达到动态平衡，D 项错误。【答案】C 4.（★★）下列有关 ATP 的叙述，正确的是 （ ）A. ATP 转化成 ADP 的过程会产生水B. 细胞内的吸能反应一般与 ATP 的水解相联系C. 1 分子 ATP 彻底水解后得到 3 分子磷酸、1 分子腺苷D. 细胞中所有需要能量的生命活动都由 ATP 直接供能【解析】ATP 转化成 ADP 的过程是水解反应，会消耗水，A 项错误；细胞内的吸能反应一般与 ATP 的水解相联系，B项正确；1 分子 ATP 彻底水解后得到 3 分子磷酸、1 分子腺嘌呤和 1 分子核糖，C 项错误；细胞中需要能量的生命活动大多由 ATP 直接提供，细胞中除了 ATP 可以供能外，还有CTP、GTP 等也是直接能源物质，D 项错误。【答案】B 【错因分析】本题容易错选 D 项。错选原因是认为 ATP 是唯一的直接能源物质，除了 ATP 之外，细胞的直接能源物质还有 CTP、GTP 等。三 ATP 和ADP 可以相互转化ATP 水解释放能量 ATP 合成储存能量 过程 ATP 与 ADP 的相互转化 反应式： ATP ADP+Pi+ 能量。相互转化的特点1. ATP 和ADP 的相互转化时刻不停地发生且处于动态平衡之中。2. 细胞内ATP 和ADP 相互转化的能量供应机制是生物界的共性。【特别提示】 ATP 在细胞内的含量很少，但ATP 与ADP 在细胞内的相互转化十分迅速，使细胞内ATP 的含量保持相对稳定。 例 1 难度★★☆ 典型★★☆ ［2020·河南六校联考］下图为 ATP—ADP 的循环图解。下列叙述正确的是 （ ）①属于放能反应，在细胞内与其他吸能反应密切联系B. 溶酶体中蛋白质水解为氨基酸需要②过程提供能量C. 人在饥饿时，细胞内的过程①和②也能达到平衡D. 各种生物均能独立完成 ATP—ADP 循环【解析】① ADP+Pi+ 能量→ ATP，ATP 的合成属于吸能反应，①在细胞内与其他放能反应密切联系，A 项错误；溶酶体中蛋白质水解为氨基酸不需要 ATP 水解提供能量，B项错误；对细胞的正常生活来说，ATP 与 ADP 的相互转化，是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，故人在饥饿时，细胞内的过程①和②也能达到平衡，C 项正确；病毒不能独立完成 ATP—ADP 循环，D 项错误。【答案】C 例 2 难度★★☆ 典型★★☆ 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. 整个反应是一个动态平衡的过程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【即时练】1. 右图是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 答案：D2. 下图中 1 为 ATP 的结构简图，2 为 ATP 与ADP 相互转化的关系式。以下说法错误的是 （ ）图 1 中的 A 与 ATP 分子中的 A 为同一种物质B. 图 2 中反应向右进行时，图 1 中的 c 断裂并释放能量C. 酶 1 和酶 2 的作用机理都是降低化学反应所需的活化能D. ATP 与 ADP 的快速相互转化依赖于酶的高效性【解析】图 1 中的 A 代表的是腺嘌呤，ATP 分子中的 A 代表的是腺苷，A 项错误。【答案】 A3. （★★）［2020·湖南衡阳八中高一期末］下图中甲是生命活动的直接能源物质，下列叙述正确的是（ ）A. 在人体细胞进行主动运输的过程中，乙的含量会明显增加B. 丁由腺嘌呤和脱氧核糖组成，而戊可用于甲的合成C. 丙是 RNA 基本组成单位之一D. 黑暗条件下，植物细胞中不可以发生乙→甲过程【解析】细胞中的 ATP 含量能保持相对稳定，A 项错误；丁是腺苷，由腺嘌呤和核糖组成，戊是 Pi，可用于合成甲（ATP），B 项错误；丙中含有一个普通磷酸键，是 RNA 基本组成单位之一，C 项正确；黑暗条件下，植物细胞可进行细胞呼吸，可以发生乙→甲过程，D 项错误。【答案】 C 四 各类能源物质及其关系能源物质类型 各类能源物质之间的关系（如图） 深度拓展一 ATP 和ADP 转化不可逆的辨析【特别提示】判断一个化学反应是不是可逆反应，不仅要看反应物和产物是否相同，还要看反应的条件、场所是否相同。【思维误区】误认为细胞中含有大量ATP 生命活动需要消耗大量能量，但细胞中ATP 含量很少。由于ADP、Pi 等可重复利用，只要提供能量（光能或化学能），生物体就可以不断合成ATP，满足生物体生命活动的需要。例 1 难度★★★ 典型★★☆ 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】ATP 是生命活动的直接能源物质，ATP 水解时，远离A 的高能磷酸键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。【答案】B走向高考一 ATP 的结构例 1 ［2016·全国Ⅰ高考节选］ 难度★★☆ 典型★★★在有关DNA 分子的研究中，常用32P 来标记DNA 分子。用α、β 和γ 表示ATP 或dATP（d 表示脱氧）上三个磷酸基团所处的位置（A—Pα ～ Pβ ～ Pγ 或dA—Pα ～ Pβ ～ Pγ）。回答下列问题： （1）某种酶可以催化ATP 的一个磷酸基团转移到DNA 末端上，同时产生ADP。如果要用该酶把32P 标记到DNA 末端上，那么带有32P 的磷酸基团应在ATP 的 （填“α”“β”或“γ”）位上。（2）若用带有32P 的dATP 作为DNA 生物合成的原料，将32P 标记到新合成的DNA 分子上，则带有32P 的磷酸基团应在dATP 的 （填“α”“β”或“γ”）位上。 走向高考一 ATP 的结构例1 ［2016·全国Ⅰ高考节选］ 难度★★☆ 典型★★★在有关DNA 分子的研究中，常用32P 来标记DNA 分子。用α、β 和γ 表示ATP 或dATP（d 表示脱氧）上三个磷酸基团所处的位置（A—Pα ～ Pβ ～ Pγ 或dA—Pα ～ Pβ ～ Pγ）。回答下列问题： （1）某种酶可以催化ATP 的一个磷酸基团转移到DNA 末端上，同时产生ADP。如果要用该酶把32P 标记到DNA 末端上，那么带有32P 的磷酸基团应在ATP 的 （填“α”“β”或“γ”）位上。（2）若用带有32P 的dATP 作为DNA 生物合成的原料，将32P 标记到新合成的DNA 分子上，则带有32P 的磷酸基团应在dATP 的 （填“α”“β”或“γ”）位上。 【解析】（1）某种酶可以催化ATP 的一个磷酸基团转移到DNA 末端上，同时产生ADP。在有关酶的作用下，远离腺苷的那个高能磷酸键容易水解，产生ADP 和Pi，释放的能量用于生物体的各项生命活动。据此并结合题意可知：如果要用该酶把32P 标记到DNA 末端上，那么带有32P 的磷酸基团应在ATP 的γ 位上。（2）dA—Pα ～ Pβ ～ Pγ（d 表示脱氧）脱去Pβ 和Pγ 这两个磷酸基团后，余下的结构为腺嘌呤脱氧核苷酸，是DNA 的基本组成单位之一。因此，若用带有32P 标记的dATP 作为DNA 生物合成的原料，将32P 标记到新合成的DNA 分子上，则带有32P 的磷酸基团应在dATP 的α 位上。【答案】（1）γ （2）α 例 2 ［2015·海南高考］ 难度★★☆ 典型★★☆ATP 是直接为细胞生命活动提供能量的有机物。关于ATP 的叙述，错误的是（ ） A. 酒精发酵过程中有ATP 生成B. ATP 可为物质跨膜运输提供能量C. ATP 中高能磷酸键（特殊的化学键）水解可释放能量D. ATP 由腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸组成【解析】ATP 由腺苷（腺嘌呤、核糖）和磷酸基团组成，D 项错误。【答案】D 例 3 ［2018·浙江 4 月选考］ 难度★★☆ 典型★★☆ATP 是细胞中的能量通货。下列叙述正确的是 （ ）A. ATP 中的能量均来自细胞呼吸释放的能量B. ATP—ADP 循环使得细胞储存了大量的 ATPC. ATP 水解形成 ADP 时释放能量和磷酸基团D. ATP 分子中的 2 个高能磷酸键（特殊的化学键）不易断裂水解【解析】光合作用的光反应阶段和细胞呼吸均可以产生ATP，A 项错误。ATP 在细胞中含量很少，ATP—ADP 循环不会使得细胞储存大量的 ATP，B 项错误。ATP 水解形成ADP 和磷酸基团，同时释放能量，C 项正确。ATP 中的 2 个高能磷酸键比较不稳定，易断裂水解，D 项错误。【答案】C 二 ATP 的功能例 4 ［2014·江苏高考］ 难度★★☆ 典型★★☆ 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【读题】判断选项给出的各种生命活动是否需要能量。【思路建立】思考淀粉水解为葡萄糖是放能过程还是吸能过程。【解析】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。【答案】C 谢 谢！
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