第5章 第2节 细胞的能量“货币”ATP（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中生物必修1分子与细胞（人教版2019 不定项版）

第2节　细胞的能量“货币”ATP 课时目标 1.结合物质与能量观，理解ATP在细胞中的作用。(生命观念) 2．分析比较不同生物合成ATP的能量来源。(科学思维) [对应学生用书P93] 一、ATP是一种高能磷酸化合物 1．中文名称：腺苷三磷酸。 2．分子结构：ATP分子的结构可以简写为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：末端磷酸基团具有较高的转移势能。 4．作用：驱动细胞生命活动的直接能源物质。 二、ATP与ADP可以相互转化 1．反应式 (1)ATP水解：ATPADP＋Pi＋能量。 (2)ATP合成：ADP＋Pi＋能量ATP。 2．转化特点 (1)ATP与ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中。 (2)ATP和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，体现了生物界的统一性。 3．ATP合成的能量来源 (1)绿色植物：光能、呼吸作用所释放的能量。 (2)动物、人、真菌和大多数细菌：细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能量。 三、ATP的利用 1．举例：大脑思考、电鳐发电、物质的主动运输等。 2．ATP为主动运输供能的机制 3．ATP是细胞内流通的能量“货币” (1)化学反应中的能量变化与ATP的关系 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。 (2)能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。 ◆名师点睛 1．腺苷＝腺嘌呤＋核糖，腺苷＋磷酸基团＝腺嘌呤核糖核苷酸。 2．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(良好)、淀粉(植物)、糖原(动物)。 (4)直接能源物质：ATP。 (5)最终能量来源：太阳能。 3．常见的消耗能量与不消耗能量的生理过程 (1)消耗能量：主动运输、蛋白质合成、胞吞、胞吐、细胞分裂等。 (2)不消耗能量：自由扩散、协助扩散、气体交换等。 ◆思维启迪 　一个ATP分子中有几个磷酸基团，几个特殊化学键？ 提示：3个磷酸基团，2个特殊化学键。 ◆基础速判(对的画“√”，错的画“×”) 1．ATP消耗量高但含量很少，是因为葡萄糖等也可以直接为生命活动提供能量。(　　×　　) 提示：葡萄糖不能直接提供能量。 2．体内ATP总量少，但消耗的却很多，是因为ATP和ADP可以快速转化。(　　√　　) 3．ATP是细胞内主要的能源物质。(　　×　　) 提示：ATP是细胞内的直接能源物质，主要能源物质是葡萄糖。 4．ATP由1个腺嘌呤和3个磷酸基团构成。(　　×　　) 提示：ATP由1个腺苷和3个磷酸基团构成。 5．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。(　　×　　) 提示：ATP是高能磷酸化合物，含2个特殊化学键。 6．吸能反应伴随着ATP的合成，放能反应伴随着ATP的水解。(　　×　　) 提示：吸能反应伴随着ATP的水解，放能反应伴随着ATP的合成。 7．载体蛋白磷酸化不会使其空间结构发生变化。(　　×　　) 提示：载体蛋白磷酸化使其空间结构发生变化。 [对应学生用书P94] 任务一__ATP的结构及特点 下图是ATP的结构式。 [问题探究] 1．图中①②③结构分别是什么？ 答案：腺嘌呤、核糖、磷酸基团。 2．腺苷是由图中哪些结构组成的？ 答案：①②。 3．ATP分子去掉2个磷酸基团后的剩余部分是什么物质？ 答案：腺嘌呤核糖核苷酸。 1．ATP分子的结构 2．ATP结构与功能的关系 (1)ATP的结构特点保证了细胞内有一个相对稳定的能量供应链。ATP中远离腺苷的特殊化学键容易水解和形成，可保证细胞内ATP含量的相对稳定和能量的持续供应。 (2)ATP为细胞内流通的能量“货币”，糖类、脂肪等能源物质中的能量需要转移到ATP分子中才能为生命活动供能；同时，ATP分子中的能量又可以转化为多种不同形式的能量。 3．生命活动的其他直接能源物质 ATP≠能量 ATP是一种高能磷酸化合物，储存大量能量。 1．下图为ATP的结构示意图，其中甲、乙和丙表示构成ATP的小分子物质，a、b表示某种化学键。下列叙述错误的是(　　　　　) A．甲表示磷酸基团 B．丙表示腺嘌呤 C．a、b表示特殊的化学键 D．乙表示脱氧核糖 D　解析：图示为ATP的结构，甲为磷酸基团，乙为核糖，丙为腺嘌呤，a、b为特殊的化学键。故选D。 组成ATP的一、二、三个 2．下图为ATP分子的结构简式。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个特殊化学键 D．该分子水解掉2个磷酸基团后为核糖核苷酸 B　解析：ATP中的“A”代表腺苷，由核糖和腺嘌呤组成，因此图中五碳糖为核糖，A正确；图中虚线框中的基团是腺嘌呤，B错误；ATP分子中有2个特殊化学键，C正确；ATP分子水解掉2个磷酸基团后，剩余的部分是腺嘌呤核糖核苷酸，D正确。 3．(2024·黄冈高一统考期末)GTP的结构和性质与ATP相似，仅碱基A被G替代。蛋白质Arf需要与GTP结合才能被激活，从而发挥其运输功能。下列有关分析错误的是(　　　　　) A．GTP中的字母“G”代表的是鸟嘌呤 B．GTP丢失2个Pi后可参与构成RNA C．蛋白质Arf被激活可能需要GTP提供能量 D．蛋白质Arf被激活过程中其空间结构可能发生改变 A　解析：GTP的结构和性质与ATP相似，仅碱基A被G替代，ATP中“A”表示腺苷，那么GTP中的字母“G”代表的是鸟苷，A错误；GTP丢失2个Pi后，表示鸟嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本单位之一，可参与构成RNA，B正确；ATP是生物体内的直接能源物质，GTP的结构和性质与ATP相似，推测GTP也能为生物体生命活动提供能量，蛋白质Arf需要与GTP结合才能被激活，从而发挥其运输功能，故推测蛋白质Arf被激活可能需要GTP提供能量，C正确；结构决定功能，蛋白质Arf被激活过程中其空间结构可能发生改变，从而发挥其运输功能，D正确。 任务二__ATP与ADP的相互转化 下图为ATP与ADP相互转化的过程示意图。 [问题探究] 1．图中字母A、B代表的物质分别是________、________。 答案：Pi　ADP 2．在不同生物体内，能量1的来源相同吗？请举例说明。 答案：不相同。对于绿色植物来说，既可以来自光能，也可以来自呼吸作用所释放的能量； 对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，均来自细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能量。 1．ATP与ADP相互转化的原因 2．ATP与ADP间的相互转化过程不可逆 反应式 ATPADP＋Pi＋能量 能量＋Pi＋ADPATP 类型 水解反应 合成反应 场所 活细胞内多种场所 细胞质基质、线粒体、叶绿体 能量转化 放能——与吸能反应相联系 储能——与放能反应相联系 能量来源 特殊的化学键 光能和有机物中的化学能 能量去向 用于各项生命活动 储存于ATP中 综上所述，ATP和ADP相互转化的过程应理解为“物质是可逆的，能量是不可逆的”。 有关ATP与ADP相互转化的两点提醒 (1)ATP在体内的含量很少，但ATP与ADP在细胞内的转化十分迅速，使细胞内ATP含量保持相对稳定。 (2)ATP转化为ADP又称ATP的水解反应，这一过程需要酶的催化，同时也需要消耗水。 1．下图表示ATP与ADP之间的转化图，下列分析错误的是(　　　　　) A．A为ATP，B为ADP B．能量1和能量2来源不同 C．酶1和酶2是同一种酶 D．C1和C2是同一种物质 C　解析：在ATP水解酶的催化作用下，ATP分子中远离A的那个磷酸基团脱离形成磷酸，同时ATP中储存的能量释放出来，ATP转化成ADP; 在ATP合成酶的催化作用下，ADP可以接受能量，与磷酸结合形成ATP。分析图示可知，A为ATP，B为ADP，C1、C2都为磷酸。故选C。 2．(不定项) (2024·上饶高一检测)ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。在短跑比赛中，运动员肌细胞中ATP的相对含量随时间变化的曲线如图所示。下列分析正确的是(　　　　　) A．一个ATP分子中有三个特殊的化学键 B．AB段肌细胞内的ADP含量逐渐增加 C．细胞内的许多吸能反应常与BC过程的变化相联系 D．ATP供能实质是末端磷酸基团挟能量与其他分子结合 BD　解析：一个ATP分子中有两个特殊的化学键，A错误；ADP和ATP可以相互转化，AB段ATP相对含量降低，细胞内ADP的含量逐渐增加，B正确；BC段是ATP的合成过程，细胞内的许多吸能反应常与ATP的水解有关，C错误；ATP水解形成ADP时能产生磷酸和释放能量，供能实质是末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，D正确。 [对应学生用书P96] ATP合成酶——生命观念 ATP合成酶，又称F0F1­ATP酶，在细胞内可催化能源物质ATP的合成。在细胞呼吸或光合作用过程中，通过电子传递链释放的能量先转换为跨膜质子(H＋)梯度差，之后质子流顺梯度差通过ATP合成酶使ADP＋Pi合成ATP。 设计1：考查知识迁移能力 (1)ATP合成酶应广泛分布于______________等细胞器的膜结构上。 设计2：考查科学思维与长句表达能力 (2)推测需氧型细菌的________上存在ATP合成酶，理由是___________________ ________________________________________________________________________。 设计3：考查长句表达能力与生命观念 (3)科学家发现，一种化学结构与ATP相似的物质——GTP(鸟苷三磷酸)也能为细胞的生命活动提供能量，请从化学结构的角度解释GTP也可以供能的原因：____________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)线粒体、叶绿体 (2)细胞膜　ATP合成酶与生物膜结合后能催化ATP的合成，而需氧型细菌的膜结构只有细胞膜 (3)GTP含有两个特殊化学键，远离鸟苷的特殊化学键容易水解断裂，释放能量 解析：(1)依据题干信息“在细胞呼吸或光合作用过程中，通过电子传递链释放的能量先转换为跨膜质子(H＋)梯度差，之后质子流顺梯度差通过ATP合成酶使ADP＋Pi合成ATP”可知，ATP合成酶应广泛分布于线粒体、叶绿体等细胞器的膜结构上。(2)据图分析可知，该酶与生物膜结合后能催化ATP的合成，而需氧型细菌的膜结构只有细胞膜，故推测需氧型细菌细胞膜上存在该酶。(3)由于GTP(鸟苷三磷酸)化学结构与ATP相似，含有两个特殊化学键，远离鸟苷的特殊化学键容易水解断裂，释放能量，故GTP也能为细胞的生命活动提供能量。 [对应学生用书P97] 1．当其他条件均可满足时，20个腺苷和90个磷酸分子最多可以组成的ATP个数和ATP分子中所含的特殊的化学键个数分别是(　　　　　) A．20和30 B．20和40 C．40和40 D．30和60 B　解析：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，所以20个腺苷和90个磷酸分子最多能组成20个ATP，共含有40个特殊的化学键，B正确。 2．下图是ATP和ADP相互转化的示意图，①②表示相关反应。下列有关叙述正确的是(　　　　　) A．ATP分子中的五碳糖是脱氧核糖 B．①和②需要的酶是同一种酶 C．①②过程在活细胞内时刻不停地发生 D．人体肌细胞中储存着大量的ATP C　解析：ATP分子中的五碳糖是核糖，A错误；①需要的酶是ATP水解酶，②需要的酶是ATP合成酶，B错误；ATP和ADP时刻不停地发生相互转化，从而保证细胞对ATP的大量需求，C正确；人体肌细胞中储存着少量的ATP，D错误。 3．《晋书·车胤传》有“囊萤映雪”的典故，记载了东晋时期名臣车胤日夜苦读，将萤火虫聚集起来照明读书的故事。萤火虫尾部可发光，为发光直接供能的物质是(　　　　　) A．淀粉 B．脂肪 C．ATP D．蛋白质 C　解析：淀粉是植物细胞的储能物质；脂肪是动植物细胞共有的储能物质；蛋白质是生命活动的主要承担者，一般不作为能源物质；细胞中的直接能源物质是ATP，ATP中的化学能可以转变成光能、电能等。故萤火虫尾部可发光，为发光直接供能的物质是ATP，C正确。 4．(2024·六安高一检测)ATP广泛存在于微生物细胞中，且在一定生理时期内含量较为稳定，因此利用ATP生物荧光检测技术能快速检测生活饮用水中的细菌数量，其原理如下图所示。下列说法错误的是(　　　　　) A.荧光素被氧化的过程是一个吸能反应 B．荧光检测仪测得的荧光值在一定程度上可以反映细菌数量的多少 C．反应产物AMP可以作为细胞合成DNA的原料 D．在代谢更旺盛的细胞中，其ATP含量并不会明显增多 C　解析：荧光素酶催化荧光素和氧气反应需要能量，故荧光素被氧化的过程是吸能反应，A正确；由于ATP广泛存在于微生物细胞中，且在一定生理时期内含量较为稳定，故荧光检测仪测得的荧光值越大，ATP越多，即说明取样水中的细菌数量越多，B正确；AMP是腺嘌呤核糖核苷酸，可以作为合成RNA的原料，C错误；ADP和ATP的相互转化是时刻进行并处于动态平衡之中的，代谢旺盛的细胞中ATP含量很低，但是合成很迅速，D正确。 5．图1是ATP的结构示意图，其中a、b、c表示化学键，①～⑥表示基团或方框所包括的多个基团部分；图2为ADP与ATP相互转化的过程示意图。请据图回答下列问题： (1)ATP中的A是图1中的[　　]________，其中含有的单糖是[　　]________。 (2)图2中ATP水解成ADP释放出大量能量，断裂的是图1中的________(填字母)键。ATP的合成一般与________(填“吸能”或“放能”)反应相关联。 答案：(1)③　腺苷　②　核糖 (2)c　放能 解析：(1)ATP中的A是图1中的③腺苷，其中含有的单糖是②核糖。(2)ATP水解时断裂的是图1中的c(远离腺苷的特殊化学键)。ATP的合成需要能量，一般与细胞中的放能反应相关联。 学科网（北京）股份有限公司 $$