2025届高三一轮复习生物：酶和ATP 第2课时课件

高中生物学2025届一轮复习课例 第二单元 细胞的结构、功能和物质运输 第08讲 酶和ATP (第2课时 ) 复习目标要求 课标要求： 对标课本： 必修1 分子与细胞 第5章 细胞的能量供应和利用（第2节） 1.解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 新旧教材对比 增：①ATP供能机制及实例；②“～”特殊化学键不稳定的原因；③吸能反应与放能反应的实例。 改：①ATP中文名称，“～”代表特殊的化学键，不再说高能磷酸键；②能量“通货”改为能量“货币”。 考点 由高考知核心知识点 预测 细胞的能量“货币”ATP 考点一：ATP的结构和功能 （3年12考，全国卷3年0考） （2022·浙江）ATP的结构 （2021·海南）ATP的结构 （2023·天津）ATP的功能 （2022·江苏）ATP的功能 （2021·北京）ATP的功能 （2021·湖南）ATP的功能 题型：选择题 内容： （1）本专题知识难度较低、基础性强。常结合物质出入细胞的方式、光合作用和呼吸作用综合等考查 考点二：ATP与ADP可以相互转化及ATP的利用 （3年6考，全国卷3年0考） （2022·浙江）吸能反应与放能反应 （2021·北京）ATP与ADP的相互转化 （2021·海南）ATP与ADP的相互转化 考情分析 ATP的结构和功能 考点一 4 拓展 深挖教材细节 如图表示ATP的结构式，图中α、β、γ分别表示ATP中的三个磷酸基团 知识点一、ATP的结构 任务一 夯基·考点讲解 (1)据ATP的结构式分析，ATP的组成元素有哪些？含有几个磷酸基团？ (2)为什么ATP中远离A端的特殊化学键不稳定？ATP怎样实现能量的转移？ (3)ATP中的“A”与碱基中的“A”是同一种物质吗？ (4)如果β和γ位的磷酸基团都从ATP脱离，形成的物质名称是什么？它与核酸有何关系？ 任务一 夯基·考点讲解 1.提示：ATP的组成元素为C、H、O、N、P；含有3个磷酸基团。 3.提示：不是。在ATP中，“A”代表腺苷（腺嘌呤＋核糖）；在碱基中，“A”代表腺嘌呤。 2.提示：由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得这种化学键不稳定，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。 4.提示：如果β和γ位的磷酸基团都从ATP脱离，形成腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本单位之一。 任务一 夯基·考点讲解 腺苷单磷酸（AMP：腺嘌呤核糖核苷酸） A 核糖 P P P ~ ~ 腺苷(A) 腺苷二磷酸 （ADP） 腺苷三磷酸 （ATP） A-P~P~P 腺嘌呤 组成元素 C、H、O、N、P 化学组成 1分子核糖+1分子腺嘌呤+3分子磷酸基团 结构简式 A－P~P~P 结构特点 远离腺苷的特殊的化学键易水解，释放出能量，也可以接受能量而重新形成 含量特点 在细胞中含量少，ATP与ADP的转化快，处于动态平衡 中文名称 腺苷三磷酸 1molATP水解所释放的能量高达30.54kj。 RNA的基本单位 知识点一、ATP的结构 任务一 夯基·考点讲解 1. ATP是一种高能磷酸化合物，但ATP≠高能磷酸化合物。 2. ATP并不是细胞内唯一的高能化合物，高能化合物在生物体内有很多种，如存在于各种生物体细胞内的UTP、GTP、CTP及动物体内的磷酸肌酸。 (一P86) 知识点一、ATP的结构 1. ATP与RNA的关系？ ATP是RNA的基本单位的衍生物，AMP＋2个磷酸基团 任务一 夯基·考点讲解 知识点一、ATP的结构 梳理ATP与DNA、RNA、核苷酸的联系： dATP dCTP dGTP dTTP ATP CTP GTP UTP dNTP 五碳糖更换为脱氧核糖 ADP AMP（腺嘌呤核糖核苷酸） 水解 水解 RNA的基本单位 NTP 高能磷酸化合物 碱基更换 任务一 夯基·考点讲解 【拓展延伸】NTP与dNTP 注意：NTP与dNTP 均是高能磷酸化合物，可用作 RNA 或 DNA 的合成原料，合成过程中会脱去两个磷酸基团，并释放出大量的能量。在PCR反应中既可以提供能量，又能为反应提供原料，所以PCR不需要加入ATP。 知识点一、ATP的结构 任务一 夯基·考点讲解 知识点一、ATP的结构 腺苷 腺苷 腺嘌呤脱氧核苷酸 腺嘌呤核糖核苷酸 腺嘌呤 腺嘌呤脱氧核苷酸 腺嘌呤核糖核苷酸 腺嘌呤 ATP与DNA、RNA、核苷酸的联系：以下圈出来的部分表示什么？ 任务一 夯基·考点讲解 由于两个相邻的磷酸基团都带有负电荷而 等原因，使得ATP中的特殊化学键不稳定， 基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就具有较高的 能。当ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团 与其他分子结合，从而使后者发生变化。 相互排斥 末端磷酸 转移势 挟能量 ATP水解脱离下来的磷酸基团有几种去路？ 2种：①挟能量与其他分子结合，使后者发生变化；②成为游离的磷酸基团（Pi），在适当情况下与ADP结合重新形成ATP。 ATP水解的过程就是 的过程，1molATP水解释放的能量高达 kJ，所以说ATP是一种高能磷酸化合物。 释放能量 30.54 知识点二、ATP的供能原理 任务一 夯基·考点讲解 知识点三、ATP的功能 ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质 卖菜 买咖啡 货币 有机物中的化学能 ATP中的化学能 耗能的生命过程 细胞中流通的能量“货币” 问题1：如何设计实验探究ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质？ 任务一 夯基·考点讲解 问题1：如何设计实验探究ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质？ (一P89) 任务一 夯基·考点讲解 【拓展延伸】探究生命活动的直接能源物质是ATP (1)实验材料： 萤火虫发光器干燥后研成粉末，蒸馏水，葡萄糖，脂肪，ATP制剂等 (2)实验原理： 荧光素+能量+O2 氧化荧光素 荧光素酶 （发出荧光） (3)实验变量： 自变量： 因变量： 无关变量： 添加的物质（葡萄糖/脂肪/？） 是否发光 温度等 任务一 夯基·考点讲解 【拓展延伸】探究生命活动的直接能源物质是ATP 知识点三、ATP的功能 任务一 夯基·考点讲解 发光器粉末加入试管暗处理15分钟 加试剂 黑暗条件下观察 (4)实验过程： 消耗掉萤火虫发光器中残留的ATP 研磨液中的酶仍有活性 消耗ATP ATP是驱动细胞活动的直接能源物质 (5)实验结论： 任务一 夯基·考点讲解 知识点三、ATP的功能 2.应用：ATP荧光检测仪 ATP荧光检测仪基于萤火虫发光原理(P89)，利用“荧光素酶—荧光素体系”快速检测三磷酸腺苷（ATP）。由于所有生物活细胞中含有恒量的ATP，所以ATP含量可以清晰地表明样品中(食品、药品、水体等)微生物与其他生物残余的多少，用于判断卫生状况。 荧光素+O2+ATP 氧化荧光素(发出荧光) 荧光素酶 荧光强度越强→ATP含量越多→微生物数量越多 任务一 夯基·考点讲解 ATP 还是一种能在细胞间传递信息的信号分子 20世纪50年代，研究者发现ATP在神经系统的信息传递中可以作为一种兴奋性的神经递质发挥作用，并且在内脏、中枢及外周神经系统等多个部位的细胞质膜上发现了ATP受体，可见ATP还是一种能在细胞间传递信息的信号分子。 任务一 夯基·考点讲解 1.将标记的32P注入活细胞内，随后迅速分离细胞内的ATP，测定其放射性，下图代表ATP的结构。下列叙述错误的是（ ） A.①代表ATP中的“A”，ATP脱去④⑤成为腺嘌呤核糖核苷酸 B.④和⑤之间化学键的形成过程总是与放能反应相关联 C.ATP中磷酸基团⑤很快就会被32P标记， 但是ATP的含量基本不变 D.细胞癌变后ATP末端磷酸基团被取代的 速率加快 ①代表腺嘌呤，而ATP中的“A”代表腺苷，腺苷是由腺嘌呤和核糖结合而成的 ATP中远离腺苷的化学键容易断裂和生成，但是ATP的含量基本不变，故磷酸基团⑤很快就会被32P标记 细胞癌变后细胞代谢增强，ATP和ADP的转化加快 A 任务二 提升·真题研析 2.下列与ATP和酶有关的叙述，正确的是（ ） A.酶与ATP的合成都需要模板 B.酶的合成不需要ATP提供能量 C.ATP与绝大多数酶的组成元素相同 D.能合成酶的细胞一定能产生ATP ATP的合成不需要模板 ATP是直接能源物质，用于各项生命活动，包括酶的合成 ATP的元素组成是C、H、O、N、P，而绝大多数酶是蛋白质，元素组成是C、H、O、N等 能合成酶的细胞都能合成ATP，能合成ATP的细胞不一定能合成酶 D 任务二 提升·真题研析 3．dATP是脱氧腺苷三磷酸的英文名称缩写，其结构式可简写成dA—P～P～P(该结构式中的dA表示脱氧腺苷)。下列分析正确的是(　　) A．与ATP相比，dATP分子结构的主要区别是含氮碱基不同 B．在DNA复制过程中，dATP可直接参与DNA子链的合成 C．若dATP中的特殊化学键水解，也可为某些吸能反应供能 D．细胞内生成dATP时有能量的储存，常与吸能反应相联系 与ATP相比，dATP分子结构的主要区别是所含的五碳糖种类不同，前者含的是核糖，后者含的是脱氧核糖 dATP含有三个磷酸基团，不能直接作为合成DNA的原料，若dATP脱去两分子磷酸，剩余部分就是腺嘌呤脱氧核苷酸，可以直接参与DNA的复制 与合成ATP类似，细胞内合成dATP时需要储存能量，因此合成dATP的反应常与放能反应相联系 C 任务二 提升·真题研析 ATP与ADP可以相互转化及ATP的利用 考点二 24 知识点一、ATP与ADP可以相互转化 1.ATP的水解： 需要水解酶的参与 2.ATP的合成： 需要合成酶的参与 细胞质基质、线粒体、叶绿体 细胞质基质、线粒体 有机物中的化学能 光合作用和呼吸作用 注意：不是可逆反应，物质可逆，但所需的酶、场所、能量的来源是不同的 任务一 夯基·考点讲解 知识点一、ATP与ADP可以相互转化 3.放能反应与吸能反应： (1)吸能反应总是与____________相联系，由ATP水解提供能量； 放能反应总是与____________相联系，释放的能量贮存在ATP中。 (2)能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。 糖类、脂肪等有机物 储存有大量的能量， 但不能被直接利用。 ATP储存的能量相对较少，但能被直接利用。 释放 储存 ATP是细胞的能量“货币” ATP的水解 ATP的合成 任务一 夯基·考点讲解 1.如图是生物界中能量“货币”ATP的循环示意图。下列相关叙述正确的是( ) A.图中的M指的是腺苷，N指的是核糖 B.暗反应中ATP用于固定CO2和还原C3 C.ATP的“充电”需要酶的催化，而“放能”不需要 D.食物为ATP“充电”指的是有机物经过氧化分解，释放能量并生成ATP M指的是腺嘌呤、N为核糖 如果ATP来自光反应，则这部分ATP只能用于暗反应中还原C3，固定CO2不需要消耗能量 ATP的合成和分解均需要酶的催化 食物中稳定的化学能转化成ATP中活跃的化学能，需通过呼吸作用来完成 D 任务二 提升·真题研析 知识点一、ATP与ADP可以相互转化 (1)源于必修1 P87“图5－4”：人体内ATP的含量很少，但在剧烈运动时，每分钟约有0.5 kg的ATP转化为ADP，释放能量，以供运动之需，但人体内ATP总含量并没有太大变化，请分析原因： 。 (2)源于必修1 P89“拓展应用”：在植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都是以ATP作为能量“货币”的，由此说明：___________________________ ___________________________________________。 ATP与ADP时刻不停地发生快速相互转化，并且处于动态平衡之中 生物界具有统一性，也 说明种类繁多的生物有着共同的起源 【教材隐性知识】 任务一 夯基·考点讲解 知识点一、ATP与ADP可以相互转化 【归纳总结】ATP与ADP可以相互转化相关知识 (1)ATP与ADP相互转化不可逆：ATP与ADP的相互转化，从物质方面来看是可逆的，从酶、进行的场所、能量方面来看是不可逆的。 (2)ATP是与能量有关的一种物质，不可等同于能量：ATP是一种高能磷酸化合物，高能磷酸键水解时能够释放出高达30.54 kJ/mol 的能量。 (3)ATP转化为ADP消耗水：ATP转化为ADP又称为“ATP的水解反应”，这一过程需ATP水解酶的催化，同时也需要消耗水。蛋白质、脂肪、淀粉等的水解也都需要消耗水。 (4)ATP并不是细胞内唯一的高能化合物，高能化合物在生物体内有很多种，如存在于各种生物体细胞内的UTP、GTP、CTP及动物体内的磷酸肌酸。 (5)细胞中ATP和ADP的相互转化的能量供应机制，是生物界的共性。 任务一 夯基·考点讲解 1.与能量有关的物质 生物体内主要的能源物质   生物体内主要的储能物质   动物细胞中的储能物质   植物细胞中的储能物质   主要的直接的能源物质   能量的最终来源   糖类 (葡萄糖) 脂肪 糖原 淀粉 ATP 太阳 光能 知识点二、细胞内产生与消耗ATP的生理过程（常考点） 任务一 夯基·考点讲解 30 2.能量转化的过程 光能 ____和______中 活跃的化学能 (CH2O)中稳定的化学能 合成_______ 转化成______ 各项生命活动 光反应 细胞 呼吸 用于 转化 转化 脂肪、淀粉、糖原等 暗反应 ATP NA DPH ATP 热能 知识点二、细胞内产生与消耗ATP的生理过程（常考点） 任务一 夯基·考点讲解 31 知识点二、细胞内产生与消耗ATP的生理过程（常考点） 3.转化场所 常见的生理过程 细胞膜 细胞质基质 叶绿体 线粒体 核糖体 细胞核 消耗 ATP：主动运输、胞吞、胞吐 产生 ATP：细胞呼吸第一阶段 产生 ATP：光反应 消耗 ATP：暗反应和自身 DNA 复制、转录、翻译等 产生 ATP：有氧呼吸第二、三阶段 消耗 ATP：自身 DNA 复制、转录、翻译等 消耗 ATP：蛋白质的合成 消耗 ATP：DNA 复制、转录等 注意:不是所有的生理活动都要消耗ATP, 高中阶段所学的知识中有三种生理活动不消耗ATP: 被动运输、暗反应中CO2固定、水解反应。 任务一 夯基·考点讲解 2.如图为细胞中ATP及其相关物质和能量的转化示意图(M表示酶，Q表示能量，甲、乙表示化合物)，下列叙述正确的是(　　) A．吸能反应伴随着甲的形成，能量由Q2提供 B．两分子葡萄糖合成一分子麦芽糖的过程中，物质甲的量减少 C．物质乙由腺嘌呤和核糖组成，是构成RNA的基本单位之一 D．Q1可以来源于光能，Q2不能转化为光能，M1和M2不是同一种酶 吸能反应伴随着ATP的水解反应，即伴随着甲的形成，能量由Q2提供 两分子葡萄糖合成一分子麦芽糖的过程需要消耗能量，因此物质甲的量增多 物质乙由腺嘌呤、核糖和磷酸组成，是构成RNA的基本单位之一 Q1可以来源于光能，Q2能转化为光能，M1和M2不是同一种酶 A 任务二 提升·真题研析 末端 参与Ca2+主动运输的载体蛋白是一种能_________ _________。当膜内侧的Ca2+与其相应位点结合时，其酶活性就被激活 在载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的______磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随着__________，这就是载体蛋白的________。 载体蛋白磷酸化导致其 _________发生变化，使Ca2+的结合位点转向膜外侧，将Ca2+释放到膜外。 催化ATP 水解的酶 末端 能量的转移 磷酸化 空间结构 载体蛋白 载体蛋白 载体蛋白 知识点三、ATP的供能机制 任务一 夯基·考点讲解 34 ATP为主动运输供能示意图 下列相关叙述错误的是（ ） A.图中载体蛋白既具有物质运输功能，又具有催化功能 B.载体蛋白磷酸化过程伴随着能量的转移和活性改变 C.Ca2＋与载体蛋白结合后，最终导致载体蛋白的空间结构发生变化 D.加入ATP合成抑制剂会提高Ca2＋跨膜运输的速率 载体蛋白 载体蛋白 载体蛋白 D 知识点三、ATP的供能机制 任务二 提升·真题研析 35 ① ② ③ 知识点三、ATP的供能机制 ATP水解释放磷酸基团 蛋白质等分子磷酸化 分子空间结构改变，活性也被改变 参与各种化学反应 任务一 夯基·考点讲解 1．氰化钾是阻止人体内新的ATP合成的毒药，人中毒后3到6分钟就会死亡。一个正常人体内ATP和ADP总量很少，基本保持一定，约2～6 mg，但一个成人一天在静止状态下所消耗的ATP为48 kg。 (1)以上资料说明了ATP有什么特点？ 提示：ATP的特点是在生物体内含量少，转化快，且对体内稳定的供能有重要意义。 (2)氰化钾主要作用于什么细胞器？ (3)ATP与ADP的相互转化是不是可逆反应？请分析原因。 提示：线粒体。 提示：不是。从物质方面来看是可逆的，从酶、进行的场所、能量的来源等方面来看是不可逆的。 教材拾遗 知识点四、构建ATP产生量与O2供给量曲线模型 无氧呼吸 有氧呼吸 酶 ATP、磷酸 无氧呼吸 O O2供给量 ATP产生量 A B C 甲 ATP产生量 O O2供给量 乙 任务一 夯基·考点讲解 1.（2022·浙江卷）下列关于腺苷三磷酸分子的叙述，正确的是（ ） A．由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成 B．分子中与磷酸基团相连接的化学键称为高能磷酸键 C．在水解酶的作用下不断地合成和水解 D．是细胞中吸能反应和放能反应的纽带 核糖 ATP分子的结构式可以简写成A-P ~ P ~ P，磷酸基团与磷酸基团相连接的化学键是一种特殊的化学键 ATP在水解酶的作用下水解，在合成酶的作用下ADP和磷酸吸收能量合成ATP 吸能反应一般与ATP的分解相联系，放能反应一般与ATP的合成相联系，故吸能反应和放能反应之间的纽带就是ATP D 任务二 提升·真题研析 2.ATP在生物体的生命活动中发挥着重要作用，下列有关ATP的叙述不正确的有几项(　) ①人体成熟的红细胞、蛙的红细胞、鸡的红细胞中均能合成ATP　 ②若细胞内Na＋浓度偏高，为维持Na＋浓度的稳定，细胞消耗ATP的量增加　 ③ATP中的“A”与构成DNA、RNA中的碱基“A”不是同一物质　 ④ATP是细胞中绝大多数需要能量的生命活动的直接供能物质　 ⑤质壁分离和复原实验过程中不消耗ATP ⑥ATP中的能量可以来源于光能、化学能，也可以转化为光能和化学能　 ⑦原核细胞合成ATP时能量只能来自细胞呼吸释放的化学能 A. 0项 B. 1项 C. 2项 D. 3项 原核细胞合成ATP时能量可来自细胞呼吸释放的化学能，也可来自光合作用，例如蓝藻，⑦错误。 B 任务一 夯基·考点讲解 3．磷酸肌酸(CP)是一种存在于肌细胞中的高能磷酸化合物，它和ATP在一定条件下可以相互转化。细胞在急需供能时，在酶的催化下，磷酸肌酸的磷酸基团转移到ADP分子上，余下部分为肌酸(C)，这样可以在短时间内维持细胞中ATP含量的相对稳定。下列叙述错误的是 A．磷酸肌酸转移磷酸基团的过程是放能反应 B．磷酸肌酸是能量的一种储存形式，但不能直接为肌肉细胞供能 C．剧烈运动时，肌细胞中磷酸肌酸与肌酸含量的比值会有所升高 D．磷酸肌酸和肌酸的相互转化与ATP和ADP的相互转化相关联 C 任务二 提升·真题研析 4.(2021湖南高考)某些蛋白质在蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用下,可在特定氨基酸位点发生磷酸化和去磷酸化,参与细胞信号传递,如图所示。下列叙述错误的是(　　) A.这些蛋白质磷酸化和去磷酸化过程体现了结构与 功能相适应的观点 B.这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失,不影响细胞信号传递 C.作为能量“通货”的ATP能参与细胞信号传递 D.蛋白质磷酸化和去磷酸化反应受温度的影响 磷酸化是指蛋白质在蛋白激酶的作用下,其氨基酸的羟基被磷酸基团取代,变成有活性有功能的蛋白质;去磷酸化是指磷酸化的蛋白质在蛋白磷酸酶的作用下去掉磷酸基团,复原成羟基,失去活性的过程 ATP在蛋白质磷酸化的过程中提供能量,参与细胞信号传递过程 蛋白质的磷酸化和去磷酸化都要在蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用下进行,温度影响酶的活性,因此蛋白质磷酸化和去磷酸化反应受温度的影响 B 任务二 提升·真题研析 5．蛋白质的磷酸化与去磷酸化被比喻为一种分子开关，分子开关的机理如图所示。形成有活性蛋白质是一个磷酸化的过程，即“开”的过程，形成无活性蛋白质是一个去磷酸化的过程，即“关”的过程。下列有关分子开关的说法错误的是(　　) A．蛋白质去磷酸化过程是一个放能的过 程，释放的能量有一部分可用于合成ATP B．ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质磷酸化 C.蛋白质活性的改变可能是通过蛋白质空间结构的变化来实现的 D．蛋白质磷酸化过程是一个吸能反应，与ATP的水解相联系 A 任务二 提升·真题研析 1. (教材必修1 P89)如果把糖类和脂肪比作大额支票，ATP相当于现金，这种比喻有道理的原因是: 糖类和脂肪分子中的能量很多而且很稳定，不能被细胞直接利用。这些稳定的化学能只有转化成ATP分子中活跃的化学能，才能被细胞直接利用 2. (教材必修1 P89“文字信息”)萤火虫尾部的发光细胞中含有 ，其中荧光素是其特有的发光物质。荧光素接受 提供的能量后就被激活。在荧光素酶的催化作用下，激活的荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素并且发出荧光，此过程发生的能量转换为 。 荧光素和荧光素酶 ATP ATP中的化学能转变为光能 教材拾遗 由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得磷酸键这种化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，因而远离腺苷的那个特殊化学键容易水解。 1.(科学思维)ATP中含有3个磷酸基团，磷酸基团带有负电荷。请从电荷间的相互作用角度解释ATP分子中远离腺苷的那个特殊化学键容易水解的原因。 生物界具有统一性，也说明种类繁多的生物有着共同的起源。 2．(科学思维)植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都以ATP作为能量“通货”，这说明了什么？ 3.（科学探究）人体内ATP的含量很少，但在剧烈运动时，每分钟约有0.5 kg的ATP转化为ADP，以供运动之需，但人体内ATP总含量并没有太大变化，请分析原因： ATP与ADP时刻不停地发生快速相互转化，并且处于动态平衡 任务三 拓展·长句表达 知识构建 Lavf58.46.101 $$