5.2 细胞的能量“货币”ATP-【大鹏生物】2024高考生物一轮复习讲义

第2节 细胞的能量“货币”ATP 2.1 ATP是一种高能磷酸化合物 1.ATP分子的名称及结构 （1）中文名称三磷酸腺苷（又称腺苷三磷酸）。 ①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。 ②元素组成：C、H、O、N、P。 （2）ATP分子的结构式 2.ATP分子水解释放能量 ATP分子中，由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得它们之间的特殊化学键不稳定，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。当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 mol ATP水解释放的能量多达30.54kJ，所以说ATP一种高能磷酸化合物。 3.ATP的功能 ATP是给细胞的生命活动直接提供能量的有机物。 4.NTP家族及功能 将ATP中的碱基A替换为G、U或C，则成为另外三种三磷酸苷，分别为三磷酸鸟苷（GTP）、三磷酸尿苷（UTP）和三磷酸胞苷（CTP），它们与三磷酸腺苷（ATP）一起构成了NTP家族。 核苷酸不能直接参与核酸的形成，而是先转化成相应的核苷三磷酸后，才能参与RNA或DNA的合成代谢。NTP均为高能化合物，水解掉两个磷酸基团后即成为核苷酸，参与核酸的组装。同时，还能解决能量需求。既作为原料，又是供能物质。 5.dNTP家族 dNTP家族成员包括dATP、dTTP、dCTP和dGTP，它们的合成方式与NTP有很多不同。大多数的生物中，脱氧核苷酸的形成是在核糖核苷二磷酸（NDP）基础上进行的，将NDP中核糖第二位碳原子上的氧原子脱去，即成为脱氧核糖核苷二磷酸，还原得到的dNDP进一步形成dNTP无论是细胞内DNA的复制，还是胞外PCR的进行，合成DNA的原料均为dNTP。与NTP一样，dNTP也是高能磷酸化合物，可为DNA合成提供能量。 2.2 ATP和ADP可以相互转化 1.反应式 （1）ATP化学性质不稳定，在ATP水解酶的催化作用下，ATP分子中末端磷酸基团很容易水解，形成ADP和Pi（磷酸），同时释放大量的能量。 （2）在ATP合成酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同时与一个游离的Pi结合，重新形成ATP。 2.相互转化的特点 （1）对细胞的正常生活来说，细胞内ATP的含量很少，但ATP与ADP的这种相互转化，时刻不停地发生并且十分迅速，使细胞内ATP的含量处于动态平衡之中。 （2）ATP与ADP相互转化的能量供应机制，是生物界的共性。 生物界的生物都以ATP作为直接能源物质，且ATP与ADP相互转化的能量供应机制，是生物界的共性，这也说明生物界具有统一性。 3.合成ATP的能量来源 （1）对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，合成ATP的能量均来自细胞进行呼吸作用时有机物分解释放的能量。 （2）对于绿色植物来说，除来自呼吸作用所释放的能量外，还来自叶绿体光合作用时吸收的光能。 4.相互转化的意义 ATP与ADP的相互转化，保证了细胞能及时而持续地满足各项生命活动对能量的需求。 5.ATP与ADP之间的相互转化是否为可逆反应？ 化学中对可逆反应的定义：在同一条件（相同条件、能量来源、反应场所等）下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应，叫作可逆反应。 （1）反应条件： 催化ATP的分解的酶属于水解酶；催化ATP的合成的酶属于合成酶。由于酶的专一性，故反应条件不同。 （2）能量来源： ATP水解释放的能量是储存在末端磷酸基团内的化学能；而合成ATP的能量主要来自呼吸作用释放的化学能和光合作用吸收的太阳能，故能量来源不同。 （3）反应场所： ATP的合成场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体；而ATP分解的场所众多，故ATP分解与合成的场所不尽相同。综上所述，ATP与ADP的相互转化反应并不是可逆反应。从两个反应的反应物和生成物分析，可以说ATP与ADP之间的相互转化反应中物质可逆，但能量不可逆。 2.3 ATP的利用 1.ATP的利用 ATP中的能量形式是活跃的化学能，它作为细胞的直接能源物质，其中的能量可以转化成各种形式的能量，用于各项生命活动。 （1）ATP中活跃的化学能——电能、光能：用于生物发电、发光、大脑思考。 （2）ATP中活跃的化学能——渗透能：主动运输，如Ca2+、Mg2+的跨膜运输。 （3）ATP中活跃的化学能——机械能、热能：肌肉收缩；动物体温的维持和提升。 （4）ATP中活跃的化学能——化学能：细胞内物质的合成（氨基酸——蛋白质）。 2.细胞内流通的能量“货币”——ATP （1）细胞内的化学反应有些是需要吸收能量的，如细胞内小分子物质合成大分子物质时需要消耗能量。即吸能反应一般与ATP水解的反应相联系。 （2）细胞内的化学反应有些是释放能量的