内容正文:
第
11
讲
细胞的能量“货币”ATP
2025高考一轮复习精讲
考点 五年考情(2020-2024) 命题趋势
考点2 ATP的结构和功能(5年4考) 2024·全国、安徽、浙江2023·全国、山东2022·浙江、海南2021·北京、山东 从近五年全国各地的高考试题来看,酶和ATP专题常出现的考点里ATP常融合其他知识一块考查,也考查学生的迁移能力既能否从ATP类比出GTP等的结构特点。
ATP的结构
考点一
3
考点情境
ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。回答下列问题:
(1)下图中 (填“a”“β”或“γ”)位的磷酸酯键最容易断裂,欲用32P标记新合成的mRNA,应标记 (填“A”“B”或“C”)处的磷酸基团。ATP能为人体 (举出2例)等生命过程提供能量。
γ
A
主动运输、肌肉收缩
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。
考点情境
ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。回答下列问题:
(2)如果图的核糖换成脱氧核糖,其结构式可简写成______________(该结构式中的dA表示脱氧腺苷)。
(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:
dA—P~P~P
“A”代表______,
“P”代表__________,
“~”代表__________________
【任务1】
ATP的结构与功能
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
ATP
直接给细胞生命活动提供能量
腺苷三磷酸
C、H、O、N、P
A—P~P~P
腺苷
磷酸基团
一种特殊的化学键
中文名称
元素组成
结构简式
化学组成
1分子腺苷和3分子磷酸基团
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
1mol ATP水解可释放30.54kJ能量
结构特点
不稳定
能量高
功能
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~
P
P
P
~
腺苷(A)
腺嘌呤
核糖
腺苷一磷酸(AMP)
腺苷二磷酸(ADP)
腺苷三磷酸(ATP)
腺嘌呤核糖核苷酸RNA的基本组成单位之一
【任务2】
ATP和ADP的结构
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
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①______;②________;③__________________;④__________________。
腺苷
腺嘌呤
腺嘌呤脱氧核苷酸
腺嘌呤核糖核苷酸
【任务3】
辨析四种结构中“A”的含义
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
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由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因,使得这种特殊的化学键不稳定,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的化学键容易水解。
(2)(必修1 P86相关信息,拓展)假如将ATP和磷脂分子彻底水解,其产物分别是______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________。
1个ATP分子彻底水解形成1个核糖分子、1个腺嘌呤和3个磷酸基团;1个磷脂分子彻底水解形成2个脂肪酸分子,1个甘油分子,1个磷酸基团和1个含氮化合物
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
细节拾遗
(1)(必修1 P86正文,拓展)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的化学键容易水解的原因。
提示:
2025高考一轮复习精讲
1.(2024·湖南怀化五校联考)如图是ATP的结构简式,图中①②表示一种
特殊的化学键。下列相关叙述错误的是( )
A
A.②断裂后的产物可直接与Pi结合形成ATP
B.①断裂后的产物可作为合成RNA的原料
C.细胞中的高能磷酸化合物不止ATP一种
D.ATP和ADP相互转化的能量供应机制体现了生物界的统一性
考向一:ATP的结构和功能
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
考向突破
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【解析】 ②断裂后的产物是ADP,ADP在有关酶的作用下,可以接受能量与一个游离的Pi结合形成ATP,A错误;①断裂后的产物是腺嘌呤核糖核苷酸,是构成RNA的基本组成单位之一,B正确;根据ATP的结构简式可以推测细胞中可能还会有GTP、CTP、UTP等高能磷酸化合物,C正确;ATP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,D正确。
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
考向突破
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B
2.(2024·湖北荆州三校联考)生物体内的高能磷酸化合物有多种,它们在人
体合成代谢中有一定差异,如表所示。下列相关叙述最为准确的是( )
高能磷酸化合物 ATP GTP UTP CTP
主要用途 能量“货币” 蛋白质合成 糖原合成 脂肪和磷脂的合成
A.GTP脱去两个磷酸基团是DNA的合成的原料之一
B.UTP除了用于糖原合成,还可作为转录的原料
C.无光情况下,叶肉细胞内合成ATP的场所是线粒体
D.在糖原、脂肪和磷脂的合成过程中,消耗的能量均不能来自ATP
考向一:ATP的结构和功能
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
考向突破
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【解析】 GTP脱去两个磷酸基团后,可得到鸟嘌呤核糖核苷酸,是组成RNA的基本单位之一,A不符合题意;由表可知,UTP可用于糖原合成,其脱去两个磷酸基团后可得到尿嘧啶核糖核苷酸,可作为合成RNA的原料,因而可作为转录的原料,B符合题意;无光情况下,叶肉细胞不能进行光合作用,此时叶肉细胞只能通过细胞呼吸合成ATP,场所是线粒体和细胞质基质,C不符合题意;ATP作为能量“货币”,在糖原、脂肪和磷脂的合成过程中,消耗的能量可来自ATP,D不符合题意。
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
考向突破
2025高考一轮复习精讲
ATP与ADP可以相互转化及ATP的利用
考点二
14
考点情境
人的骨骼肌细胞中,ATP含量仅够剧烈运动时3s以内的能量供给。运动员参加短跑比赛过程中,肌细胞中ATP的相对含量随时间的变化如图所示。
(4)图中B→C过程中,ATP含量增加说明_________速率加强,使更多ADP形成ATP,以补充细胞中ATP含量的不足;从整个曲线来看,肌细胞中ATP的含量不会降为零,说明_________________。
细胞呼吸
ATP的生成和分解是同时进行的(ATP与ADP相互迅速转化处于动态平衡)
能量
能量
合成
水解
ATP与ADP相互转化示意图
~
~
~
P
P
P
P
P
P
P
根据示意图分析ATP合成与水解过程中能量的来源与去处。以及反应的场所和所需要酶的类型
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
【任务4】
考点二 ATP与ADP相互转化及利用
动物/真菌/细菌 。
绿色植物 和 。
图示
类型
所需酶
反应场所
能量来源
能量去路
ATP水解酶
ATP合成酶
呼吸作用
呼吸作用
需能部位
细胞质基质、线粒体、叶绿体
ATP与ADP的相互转化
ATP
合成酶
ADP + Pi
+ 能量
ATP
水解酶
ADP + Pi
+ 能量
远离腺苷(A)的那个高能磷酸键
储存在ATP中,形成高能磷酸键
光合作用
用于各项生命活动: (机械能、电能等)
【任务4】
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
考点二 ATP与ADP相互转化及利用
考点情境
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。
(5)作为能量“货币”的ATP还具有什么功能?
参与细胞信号传递
(6)这些蛋白质磷酸化和去磷酸化过程体现了怎样的生物学意义?
通过蛋白质磷酸化和去磷酸化改变蛋白质的空间结构,进而来实现细胞信号的传递,体现出蛋白质结构与功能相适应的观点。
考点情境
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。
(7)蛋白质磷酸化和去磷酸化反应是否受温度的影响?判断的依据是什么?
受温度影响。温度会影响蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性,进而影响蛋白质磷酸化和去磷酸化反应。
载体蛋白的磷酸化。
载体蛋白空间结构发生变化
ATP 水解酶被激活。
Ca2+ 的结合位点转向膜外侧,将Ca2+ 释放到膜外
在ATP酶的作用下,ATP水解。
磷酸基团与载体蛋白结合
Ca2+ 与其运输的载体蛋白相应位点结合
(主动运输为例看图5-7排序)
答案:
⑦-③-⑤-⑥-①-②-④
ATP的利用
(1)ATP为主动运输供能的过程(以Ca2+释放为例)
【任务4】
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
考点二 ATP与ADP相互转化及利用
分子的磷酸化及意义
ATP水解释放的____________使蛋白质等分子磷酸化,这些分子被磷酸化后,____________发生变化,________也被改变,因而可以参与各种化学反应。
磷酸基团
空间结构
活性
ATP的利用
(1)ATP为主动运输供能的过程(以Ca2+释放为例)
【任务4】
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
考点二 ATP与ADP相互转化及利用
ATP的利用
【任务4】
(2)ATP——细胞内流通的能量“货币”
放能反应
合成
水解
ATP
ADP
能量
能量
吸能反应
一般与ATP的水解反应相联系,由ATP水解提供能量。如蛋白质的合成。
一般与ATP的合成相联系,释放的能量储存在ATP中。如细胞内有机物的氧化分解反应。
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
必备知识
考点二 ATP与ADP相互转化及利用
1.(必修1 P89文字信息,改编)萤火虫发光的能量转换过程是__________________________________________。在荧光素酶的催化作用下,荧光素与氧发生化学反应,形成______________并且发出荧光。
氧化荧光素
荧光素接受ATP提供的能量后就被激活
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
细节拾遗
考点二 ATP与ADP相互转化及利用
B
3.(2024·江西金太阳联考)如图是生物体内ATP合成与分解示意图,下列叙
述正确的是( )
A.能量1可以来自蛋白质水解为氨基酸的过程
B.能量1可以来自丙酮酸的氧化分解
C.能量2可以用于叶绿体中H2O的光解
D.能量2可以用于光合作用中CO2的固定
考向一:ATP的转化和利用
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
考向突破
考点二 ATP与ADP相互转化及利用
【解析】 能量1为合成ATP的能量,来自呼吸作用或光合作用,A错误;能量1可以来自丙酮酸的氧化分解,B正确;H2O的光解所需能量来自光能,C错误;能量2可以用于各种需能的生命活动,但是光合作用中CO2的固定不需要消耗能量,D错误。
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
考向突破
考点二 ATP与ADP相互转化及利用
1.(2024·重庆巴蜀中学校考)磷酸肌酸(C~P)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
考向一:ATP的转化和利用
教学分析
细节拾遗
考向突破
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考向突破
考点二 ATP与ADP相互转化及利用
【解析】C 磷酸肌酸能在酶催化下,将其磷酸基团转移至ADP分子上,生成ATP,故磷酸肌酸转移磷酸基团是放能反应,A正确;磷酸肌酸可作为能量的存储形式,但不能直接为肌肉细胞供能,直接能源物质是ATP,B正确;剧烈运动时,消耗ATP加快,ADP转化为ATP的速率也加快,磷酸肌酸的磷酸基团转移到ADP分子上,产生肌酸,导致磷酸肌酸和肌酸含量的比值会有所下降,C错误;据题干可知,磷酸肌酸(C~P)+ADP→ATP+肌酸(C),故磷酸肌酸和肌酸的相互转化与ATP和ADP的相互转化相关联,D正确。
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
考向突破
考点二 ATP与ADP相互转化及利用
2.(2024·河北衡水模拟)ATP是细胞内的能量“货币”。如图表示ATP为Ca2+主动运输供能的过程,ATP分子末端磷酸基团脱离后与载体蛋白结合从而发生载体蛋白的磷酸化,载体蛋白的空间结构发生变化,活性也会改变。下列相关分析正确的是( )
考向一:ATP的转化和利用
A.载体蛋白的磷酸化导致其空间结构发生变化,该过程没有伴随着能量的转移
B.Ca2+通过Ca2+泵的跨膜运输是顺浓度梯度进行的,加入蛋白质变性剂会降低Ca2+泵跨膜运输Ca2+的速率
C.运输Ca2+过程中载体蛋白的转运活性保持不变
D.图中的载体蛋白既能运输Ca2+也能催化ATP水解
D
教学分析
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考向突破
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考向突破
考点二 ATP与ADP相互转化及利用
【解析】D ATP分子末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合,发生载体蛋白的磷酸化,这一过程伴随着能量的转移,A错误;Ca2+通过Ca2+泵需要ATP提供能量,故跨膜运输方式是主动运输,是逆浓度梯度进行的,Ca2+泵的化学本质是蛋白质,加入蛋白质变性剂会降低Ca2+泵跨膜运输Ca2+的速率,B错误;载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化,使Ca2+结合位点转向膜外侧,将Ca2+释放到膜外,因而运输Ca2+过程中载体蛋白的转运活性会发生改变,C错误;由题图可知,参与Ca2+主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶,既能运输Ca2+也能催化ATP水解供能,D正确。
教学分析
细节拾遗
考向突破
归纳提示
考向突破
考点二 ATP与ADP相互转化及利用
在相应的位置上,加上磷酸基团称为磷酸化,将磷酸基团去除称为去磷酸化。腺苷二磷酸加上磷酸基团发生在叶绿体内,称光合磷酸化;腺苷二磷酸加上磷酸基团发生在线粒体内,称氧化磷酸化。这两种磷酸化过程中,都伴随着能量向ATP的转移。若蛋白质分子加上磷酸基团,称蛋白质分子的磷酸化,已磷酸化的蛋白质分子去除磷酸基团,称蛋白质分子的去磷酸化。磷酸化和去磷酸化,一般指的是蛋白质分子的磷酸化和去磷酸化。
蛋白质分子的磷酸化过程,往往伴随着ATP水解,提供磷酸基团。
磷酸化和去磷酸化
教学分析
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考点二 ATP与ADP相互转化及利用
C
经典真题
1.(2024·全国·高考真题)ATP可为代谢提供能量,也参与RNA的合成,ATP结构如图所示,图中~表示高能磷酸键,下列叙述错误的是( )
A.ATP转化为ADP可为离子的主动运输提供能量
B.用α位32P标记的ATP可以合成带有32P的RNA
C.β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键不能在细胞核中断裂
D.光合作用可将光能转化为化学能储存于β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键
经典真题
【详解】A、ATP为直接能源物质,γ位磷酸基团脱离ATP形成ADP的过程释放能量,可为离子主动运输提供能量,A正确;
B、ATP分子水解两个高能磷酸键后,得到RNA的基本单位之一——腺嘌呤核糖核苷酸,故用α位32P标记的ATP可以合成带有32P的RNA,B正确;
C、ATP可在细胞核中发挥作用,如为rRNA合成提供能量,故β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键能在细胞核中断裂,C错误;
D、光合作用光反应,可将光能转化活跃的化学能储存于ATP的高能磷酸键中,故光合作用可将光能转化为化学能储存于β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键,D正确。
C
经典真题
2.(2023·全国·统考高考真题)植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境。在无氧条件下,某种植物幼苗的根细胞经呼吸作用释放CO2的速率随时间的变化趋势如图所示。下列相关叙述错误的是( )
A.在时间a之前,植物根细胞无CO2释放,只进行无氧呼吸产生乳B.a~b时间内植物根细胞存在经无氧呼吸产生酒精和CO2的过程
C.每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP比产生乳酸时的多
D.植物根细胞无氧呼吸产生的酒精跨膜运输的过程不需要消耗ATP
经典真题
【详解】A、植物进行有氧呼吸或无氧呼吸产生酒精时都有二氧化碳释放,图示在时间a之前,植物根细胞无CO2释放,分析题意可知,植物可通过呼吸代谢途径的改变来适应缺氧环境,据此推知在时间a之前,只进行无氧呼吸产生乳酸,A正确;
B、a阶段无二氧化碳产生,b阶段二氧化碳释放较多,a~b时间内植物根细胞存在经无氧呼吸产生酒精和CO2的过程,是植物通过呼吸途径改变来适应缺氧环境的体现,B正确;
C、无论是产生酒精还是产生乳酸的无氧呼吸,都只在第一阶段释放少量能量,第二阶段无能量释放,故每分子葡萄糖经无氧呼吸产生酒精时生成的ATP和产生乳酸时相同,C错误;
D、酒精跨膜运输方式是自由扩散,该过程不需要消耗ATP,D正确。
3.(2022·浙江1月选考)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都是特殊的化学键
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
D
经典真题
【解析】 ATP中含有腺嘌呤、核糖与磷酸基团,故元素组成为C、H、O、N、、P,A正确;在无氧条件下,无氧呼吸过程释放的能量也能用于合成ATP,B错误;ATP合成过程中需要ATP合成酶的催化,C正确;ATP是生物体的直接能源物质,可直接为细胞提供能量,D正确。
4.(2021·海南卷,14)研究人员将32P标记的磷酸注入活的离体肝细胞,1~
2 min后迅速分离得到细胞内的ATP。结果发现ATP的末端磷酸基团被32P
标记,并测得ATP与注入的32P标记磷酸的放射性强度几乎一致。下列有关
叙述正确的是( )
A.该实验表明,细胞内全部ADP都转化成ATP
B.32P标记的ATP水解产生的腺苷没有放射性
C.32P在ATP的3个磷酸基团中出现的概率相等
D.ATP与ADP相互转化速度快,且转化主要发生在细胞核内
B
经典真题
【解析】 根据题意可知,该实验不能说明细胞内全部ADP都转化成ATP,A错误;腺苷由腺嘌呤和核糖构成,不含磷元素,无放射性,B正确;根据题意可知,放射性几乎只出现在ATP的末端磷酸基团,C错误;该实验不能说明转化主要发生在细胞核内,D错误。
经典真题
5.(经典高考题)参照表中内容,围绕真核细胞中ATP的合成来完成下表。
反应部位 (1)__________ 叶绿体的
类囊体膜 线粒体
反应物 葡萄糖 / 丙酮酸等
反应名称 (2)__________ 光合作用
的光反应 有氧呼吸的
部分过程
合成ATP的
能量来源 化学能 (3)__________ 化学能
终产物
(除ATP外) 乙醇、CO2 (4)_______________ (5)______________
经典真题
细胞质基质
无氧呼吸
光能
O2、NADPH
H2O、CO2
【解析】(1)(2)由反应产物乙醇、CO2可知,该反应为无氧呼吸,反应场所为细胞质基质。(3)由分析可知,光合作用的光反应中光能转化成活跃的化学能,储存在ATP中。(4)由分析可知,光合作用的光反应的产物为O2和NADPH。(5)由分析可知,线粒体内进行有氧呼吸的第二阶段产物为CO2和[H]([H]不是终产物),第三阶段产物为H2O。
经典真题
构建网络
ATP
全称:腺苷三磷酸
结构简式: A-P~P~P
ATP的来源:
ATP与ADP相互转化:
ATP的利用:各种形式的能量
光合作用
呼吸作用
ATP ADP+Pi+能量
酶1
酶2
总结:正是由于细胞内具有ATP这种能量“通货”,细胞才能及时而持续地满足各项生命活动对能量的需求。
40
备用习题
1.[2024·江苏淮安月考] 磷酸肌酸(C~P)是一种存在于肌细胞中的高能磷酸化合
物,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,
形成ATP,即磷酸肌酸(C~P)+ADP ATP+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 ( B )
A.磷酸肌酸转移磷酸基团的过程是放能反应
B.剧烈运动时,肌细胞中磷酸肌酸与肌酸含量的比值会有所上升
C.磷酸肌酸和肌酸的相互转化与ATP和ADP的相互转化相关联
D.ATP和磷酸肌酸均可作为细胞代谢的能量物质
备用习题
[解析]磷酸肌酸能在酶催化下,将其磷酸基团转移至ADP分子上,生成ATP,故磷酸肌酸转移磷酸基团的过程是放能反应,A正确;
剧烈运动时,消耗ATP加快,ADP转化为ATP的速率也加快,磷酸肌酸的磷酸基团转移到ADP分子上,产生ATP和肌酸,导致磷酸肌酸和肌酸含量的比值有所下降,B错误;
据题干可知,磷酸肌酸(C~P)+ADP ATP+肌酸(C),故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正确;
磷酸肌酸可作为能量的存储形式,ATP是直接能源物质,故ATP和磷酸肌酸均可作为细胞代谢的能量物质,D正确。
备用习题
2.[2024·四川成都石室中学月考] 下图展示了生物体内与ATP有关的部分反应,下列叙述错误的是 ( )
A.过程②⑥为ATP的水解,通常与吸能反应相联系
B.叶肉细胞内③的速率大于④的速率时,植物体的干重一定增加
C.若过程③的产物为糖类,其可在细胞内转化为氨基酸、脂肪等其他有机物
D.1个ATP含有1个腺苷和3个磷酸基团
[解析] 叶肉细胞内③的速率大于④的速率时,植物干重不一定增加,因为植株还有不能
进行光合作用的细胞也要通过呼吸作用消耗有机物,B错误。
备用习题
3.[2023·吉林长春质监] 腺苷三磷酸二钠片主要用于进行性肌萎缩等后遗症的辅助治疗,其药理是腺苷三磷酸可参与体内脂肪、蛋白质、糖类、核酸等的代谢。下列有关叙述错误的是 ( )
A.腺苷三磷酸的末端磷酸基团具有较高的转移势能
B.腺苷三磷酸脱掉两个磷酸基团后形成腺嘌呤脱氧核苷酸
C.腺苷三磷酸能够为人体内蛋白质等物质的合成提供能量
D.腺苷三磷酸可通过参与载体蛋白的磷酸化来影响物质运输
B
[解析]腺苷三磷酸含有核糖,脱掉两个磷酸基团后为腺嘌呤核糖核苷酸,可成为合成RNA
的原料,B错误。
$$