2025届高考生物一轮复习：3.1 ATP是细胞的直接能源物质

3.1 ATP是细胞的直接能源物质 《一轮复习》 囊萤夜读 ATP 葡萄糖 1 ATP是细胞中的直接能源物质 枯枝败叶 遗体 遗体 遗体 根本能量来源：太阳能 主要储能物质： 提供能量物质： 主要能源物质： 脂肪/糖原/淀粉 糖类/脂肪/蛋白质 葡萄糖 C6H12O6＋6H2O＋6O2→6CO2＋12H2O＋大量能量 ①氧化释放能量多 ②结构稳定 ③不方便转移 ①释放能量较多 ②结构不稳定 ③方便转移 ATP是细胞的直接能源物质 吸能反应 放能反应 ATP在吸能反应和放能反应之间流通，是细胞内的能量“通货” Pi 能量 Pi 能量 水解 合成 反应场所：_______________________ 能量来源：_______________ 能量去路：_______________________ 反应场所：_________________ 能量来源：_________________________ 能量去路：_________________________ 细胞溶胶、线粒体 细胞呼吸 高能磷酸键断裂所释放的能量 如主动运输、胞吞胞吐、蛋白质合成、DNA复制/转录/翻译等 细胞中的需能部位 储存在ATP的高能磷酸键中 1 ATP和ADP可以相互转化 2 ATP和ADP相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中 3 ATP和ADP相互转化的速率越快，单位时间供能越多 4 ATP和ADP相互转化的能量供应机制普遍存在，体现了生物界的统一性 我不产生能量我只是能量的搬运工 不是可逆反应 因为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。 2.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，并且处于动态平衡之中。 不是可逆反应： （1）反应条件不同； （2）能量来源和去路不同； （3）反应场所不同。 拓展思考： 1.ATP与ADP的相互转化是不是一个可逆反应？为什么？ 2 ADP和ATP之间的能量转化 3 ATP是高能磷酸化合物 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 远离腺苷的高能磷酸键易水解 含量特点 在细胞中含量少，转化快 腺苷（A） ATP （腺苷三磷酸） ADP（腺苷二磷酸） AMP（腺苷一磷酸） 带负电的磷酸基团之间相互排斥,连接2个磷酸基团之间的磷酸键稳定性较差，水解时可以释放出大量的能量 RNA合成的原料 RNA的基本组成单位 高能磷酸键 30.54 kJ/mol 43.74 kJ/mol 模拟题提示： A-P~P~P中“~”称“高能磷酸键”，现人教版已不提，浙科版还在使用，模拟题会继续使用。 “ATP中高能磷酸键断开释放大量能量”，但在化学中断开化学键需要消耗能量，故如此表述不当，模拟题可能继续使用。 注意：一般ATP只水解远离腺苷的磷酸键 ATP中带负电的磷酸基团之间相互排斥而具有较高的转移势能 ADP中相互排斥的磷酸基团减少，势能降低 + HO- C-C- -O-C-C- 磷酸基团携带着转移的“势能”与其他分子结合 H ①ATP依次脱去三个磷酸基团，形成ADP、AMP和腺苷 ATP 脱磷酸 ADP 脱磷酸 AMP 脱磷酸 腺苷 ②RNA的四个结构单位分别为：AMP、CMP、GMP、UMP ③脱氧核苷酸用d-表示（deoxy）DNA的四个结构单位分别为：dAMP、dCMP、dGMP、dTMP ③脱氧核苷酸用d-表示（deoxy）DNA的四个结构单位分别为：dAMP、dCMP、dGMP、dTMP 拓展一：PCR的原料dNTP 拓展二：Sanger测序ddNTP d: 脱氧核糖 N：A T C G T：三个磷酸基团 ①原料 ②能量 可以终止DNA复制 H 2’，3’—双脱氧核苷三磷酸 辨析下面圆圈中的结构。 ①____________________ ②______________ ③_______________ ④__________________ ⑤____________________ ⑥_____________________ 腺苷 （腺嘌呤+核糖） 腺嘌呤 腺嘌呤 腺嘌呤脱氧核苷酸 腺嘌呤核糖核苷酸 腺嘌呤核糖核苷酸 1. 下图为dATP（d表示脱氧）的结构示意图，dATP 水解后能参与DNA 的合成。想要让新合成的DNA分子被32P标记，下列相关说法正确的是（ ） A. 应用32P标记③处的磷酸基团 B. dATP在DNA合成时既能作为原料，也能提供能量 C. dATP中的“T”指的是dATP含有3个特殊的化学键 D. dATP中含有特殊的化学键，是主要的能源物质 P P P ~ ~ 脱氧核糖 A B A.该实验表明，细胞内全部 都转化成了 B. 标记的 水解产生的腺苷没有放射性 C. 在 的3个磷酸基团中出现的概率相等 D. 与 相互转化速度快， 向 的转化主要发生在细胞核内 4.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( ） B ③ 2.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。若要用该酶把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。 γ α (3)将一个噬菌体中一个DNA分子的两条链用32P进行标记，并使其感染大肠杆菌 在不含有32P的培养基中培养一段时间。若得到的所有噬菌体双链DNA分子都装配成噬菌体（N个）并释放，则其中含有32P的噬菌体所占比例为________，原因是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2/N 一个含有32P标记的噬菌体双链DNA经半保留复制后，标记的两条链只能分配到两个噬菌体的双链DNA分子中，因此复制得到的n个噬菌体中只有2个带标记 4 ATP是细胞的直接能源物质 1.ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物，是驱动细胞生命活动的直接能源物质（非唯一）。因而细胞内ATP含量极少，但与ADP间相互转化极快 2.ATP水解释放的磷酸基团可以使蛋白质等分子磷酸化，进而改变蛋白质分子空间结构和功能 GTP、UTP等也可以作为直接能源物质 功能 ATP水解释放的能量怎样被生物体利用？ ATP用作直接能源物质，这主要源于： ATP具有高能磷酸键 ATP在消耗后可以快速重新生成 Glu + ATP NH3 Gln Glu Pi ADP+Pi ATP ADP Pi NH3 ATP（提供磷酸基团）使谷氨酸活化，活化的谷氨酸再与NH3反应生成谷氨酰胺 谷氨酸生成谷氨酰胺 许多ATP供能的反应看起来像ATP水解直接供能，但是实际反应过程并不是如此，而是通常涉及到磷酸基团转移来实现势能转移 13 思考3、ATP水解释放的能量去往何方？ 用于细胞内物质运输（动能） 肌动蛋白利用ATP沿细胞骨架运输囊泡内的物质 肌动蛋白 细胞骨架 1.ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物，是驱动细胞生命活动的直接能源物质（非唯一）。因而细胞内ATP含量极少，但与ADP间相互转化极快 2.ATP水解释放的磷酸基团可以使蛋白质等分子磷酸化，进而改变蛋白质分子空间结构和功能 GTP、UTP等也可以作为直接能源物质 4 ATP是细胞的直接能源物质 功能 ATP水解释放的能量怎样被生物体利用？ 3.作为信息分子，参与各项生命活动的调节 ATP用作直接能源物质，这主要源于： ATP具有高能磷酸键 ATP在消耗后可以快速重新生成 研究证实ATP既是“能量通货”,也可作为神经细胞间信息传递中的一种信号分子， 其作为信号分子的作用机理如图所示。请分析回答: 1.神经细胞中的ATP主要产生于__________（生理过程） 2.一些神经细胞不仅能释放 典型神经递质，还能释放ATP，两者均能引起受体细胞的膜电位变化。据图分析,科学家当初推测ATP可作为神经细胞间传递信息的信号分子的实验思路是: ①科学家用化学物质阻断_________________在神经细胞间的信息传递后，发现靶细胞膜仍能接受到部分神经信号; ②科学家寻找到靶细胞膜上有ATP的______________ 3.作为信息分子，参与各项生命活动的调节 4 ATP是细胞的直接能源物质 细胞呼吸 受体 典型神经递质 知识拓展1：ATP合成酶 ATP合成的主要方式： ①光合磷酸化 ②氧化磷酸化 ③底物水平磷酸化 H+（质子）势能 ATP合成酶： ①主要存在于线粒体内膜，叶绿体光合膜、细菌的质膜上 ②利用 H+（质子）势能合成ATP（化学渗透学说） F0 F1 水力发电站的基本原理：修建大坝蓄水，高处的水具备重力势能，水从高处流下后冲击发电机，使发电机转动发电。 细胞内存在类似的装置，在某种膜的两侧构建H+浓度梯度（电化学势能），利用H+浓度梯度的电化学势能推动膜上的ATP合酶构象发生改变，从而生成ATP。 L T O ATP被释放ADP和Pi进入 ADP和Pi结合 形成ATP 例：如图所示为ATP合成酶结构及其作用机制。H＋沿着线粒体内膜上ATP合成酶内部的通道流回线粒体基质，推动ATP的合成。某些减肥药物能够增加线粒体内膜对H＋的通透性，降低H＋膜内外浓度差。下列相关叙述正确的是(　　) B A.ATP合成酶还存在于叶绿体内膜和叶绿体类囊体薄膜 B.图中合成ATP的能量来自H＋浓度差产生的势能 C.图中产生的ATP可用于一切生命活动 D.减肥药物会加快ATP的产生，有利于健康 例：如图,线粒体内膜上的Fo—F1颗粒物是ATP合成酶，其结构由突出于膜外的F1(头部)和嵌入膜内部Fo(尾部)组成,其功能是在跨膜H+浓度梯度推动下合成ATP。用尿素破坏该结构,将F1从含Fo的膜上分开,经检测处理后的内膜不能合成ATP。下列相关叙述正确的是( ) A.Fo—F1颗粒物中F1具有亲水性,Fo有疏水性 B.丙酮酸在线粒体内膜上分解产生CO2、[H]和ATP C.Fo—F1颗粒物合成需核糖体、内质网和高尔基体参与 D.Fo—F1颗粒物中Fo颗粒具有催化ATP合成的功能 A S z L w h 20 $$