第二单元 第1课时 ATP是细胞内的“能量通货”（教师用书word）-【步步高】2024年高考生物大一轮复习讲义（浙科版 浙桂第二版）

第1课时　ATP是细胞内的“能量通货” 课标要求　解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 考点一　ATP的结构与特点 1．ATP的结构及特点 2．ATP—ADP循环 (1)ATP的水解：ATPADP＋Pi＋能量(用表达式表示)。 (2)ATP的合成：ADP＋Pi＋能量ATP (用表达式表示)。 1．(必修1 P65)ATP是生物体内唯一的直接能源物质吗？除此之外还有哪些？ 提示　不是，在某些条件下还有UTP、GTP、CTP等。 2．(必修1 P65图3－1)ATP水解掉2分子磷酸后产生的物质的名称为腺嘌呤核糖核苷酸。 3．(必修1 P67思考与练习，T4)在某细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子，短时间后分离出细胞中的ATP，发现其含量变化不大，但部分ATP的末端P已带上放射性标记，分析该现象得到的结论是①ATP中远离A的磷酸基团容易脱离；②该过程中ATP既有合成又有水解；③部分32P标记的ATP是重新合成的。 1．据图判断，下列有关叙述错误的是(　　) A．神经细胞吸收K＋时，ATP→乙＋戊和乙＋戊→ATP的速度都会加快 B．丙中不含高能磷酸键，是RNA基本组成单位之一 C．丁物质为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成 D．ATP为生命活动提供能量需要经过图示的整个过程 答案　D 解析　神经细胞吸收K＋时为主动转运，需消耗能量，故ATP→乙(ADP)＋戊(Pi)和乙＋戊→ATP的速度都会加快，A正确；丙物质为ATP断裂掉两个高能磷酸键之后形成的AMP即腺嘌呤核糖核苷酸，为RNA的基本组成单位之一，B正确；ATP转化为ADP时为生物体的各项生命活动提供能量，不需两个高能磷酸键都断裂，只需末端的高能磷酸键断裂，D错误。 2．如图表示人体细胞内“ATP－ADP循环”的图解，其中①和②表示过程。下列叙述正确的是(　　) A．肌肉做功，ATP通过①过程吸能，使肌肉恢复原状 B．过程①进行的场所为细胞溶胶、线粒体、叶绿体 C．运输葡萄糖出入肝细胞的载体蛋白变形，需过程②供能 D．人体参加马拉松长跑时，腿部肌肉细胞中过程①、②的速率无显著差异 答案 　D 解析　肌肉做功，需过程②ATP水解释放能量，使肌肉恢复原状，A错误；人体细胞内过程①ATP合成来自呼吸作用，其场所为细胞溶胶、线粒体，B错误；运输葡萄糖入肝细胞的载体蛋白变形，是易化扩散，不需要过程②ATP水解供能，C错误；人体参加马拉松长跑时，腿部肌肉细胞中过程①ATP合成、②ATP水解的速率无显著差异，D正确。 易错警示　对ATP认识上的四个误区 (1)误区一：ATP与ADP的相互转化是可逆反应。ATP的合成和ATP的水解在所需的酶、能量来源、能量去路和反应场所方面都不尽相同，因此ATP和ADP的相互转化并不是可逆反应，但物质可重复利用。 (2)误区二：ATP转化为ADP不需要消耗水。ATP转化为ADP又称“ATP的水解反应”，这一过程需酶的催化，同时也需要消耗水。 (3)误区三：ATP＝能量。ATP是一种高能磷酸化合物，是与能量有关的一种物质，不能将两者等同起来。 (4)误区四：细胞中含有大量ATP。生命活动需要消耗大量能量，但细胞中ATP含量很少。由于ADP、Pi等可重复利用，只要提供能量(光能或化学能)，生物体就可不断合成ATP，满足生物体的需要。 考点二　ATP在能量代谢中的作用 1．ATP和ADP的相互转化及利用 2．ATP产生量与O2供给量的关系分析 (1)A点细胞可通过厌氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。 (2)AB段随O2供给量增多，需氧呼吸明显加强，ATP产生量逐渐增多。 (3)BC段O2供给量超过一定范围后，ATP的产生量不再增加，此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸等。哺乳动物成熟的红细胞ATP的产生不受氧气供应的影响。 3．如图是生物界中的“能量通货”——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．食物为ATP“充电”指的是细胞呼吸分解食物中的有机物产能 C．图中不同来源的ATP均可用于胞吞和胞吐 D．ATP的“充电”需要酶的催化，而“放能”不需要 答案　B 解析　图中的M指的是腺嘌呤，N指的是核糖，A错误；光合作用产生的ATP用于碳反应，不能用于胞吞和胞吐，C错误；ATP的“充电”和“放能”都需要酶的催化，D错误。 4．ATP可将蛋白质磷酸化，磷酸化的蛋白质会改变形状做功，从而推动细胞内一系列反应的进行(机理如图所示)。下列说法错误的是(　　) A．ATP推动细胞做功，存在吸能反应与放能反应过程 B．磷酸化的蛋白质做功，失去的能量主要用于再生ATP C．ATP水解与磷酸化的蛋白质做功均属于放能反应 D．肌肉在收缩过程中，肌肉中的能量先增加后减少 答案　B 解析　ATP推动细胞做功的过程中，ATP的水解是放能反应，蛋白质磷酸化过程是吸能反应，因此该过程存在吸能反应与放能反应，A正确；磷酸化的蛋白质做功，失去的能量主要用于推动细胞内系列反应的进行，并不能用于再生ATP，B错误；ATP水解是放能反应，磷酸化的蛋白质做功也属于放能反应，C正确；在肌肉收缩过程中，ATP先使肌肉中的能量增加，改变形状，这是吸能反应，然后肌肉做功，失去能量，恢复原状，这是放能反应，肌肉在收缩过程中，肌肉中的能量先增加后减少，D正确。 归纳提升　细胞内ATP合成与水解的生理过程及场所 1．(2022·浙江1月选考，3)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 答案　D 解析　1分子的ATP是由1个腺嘌呤、1个核糖和3个磷酸基团组成，A错误；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，被称为高能磷酸键，B错误；ATP在水解酶的作用下水解，ADP和1个磷酸在合成酶的作用下重新形成ATP，C错误；吸能反应一般与ATP的水解相联系，放能反应一般与ATP的合成相联系，因此ATP是吸能反应和放能反应之间的纽带，D正确。 2．(2019·浙江1月选考，14)下图是ATP的结构示意图，其中①、②、③表示化学键。下列叙述错误的是(　　) A．①、②和③均为磷酸键，其中①所含的能量最少 B．形成③所需的能量可来源于光能也可来源于化学能 C．细胞内的吸能反应所需能量都是由③断裂后直接提供 D．②和③都断裂后所形成的产物中有RNA的基本组成单位 答案　C 解析　细胞内吸能反应所需能量并不都是由ATP水解后提供，比如光合作用过程吸收太阳能，三碳酸还原时还有NADPH供能。 3．(2018·浙江4月选考，10)ATP是细胞中的能量通货。下列叙述正确的是(　　) A．ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量 B．ATP－ADP循环使得细胞储存了大量的ATP C．ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团 D．ATP分子中的2个高能磷酸键不易断裂水解 答案　C 解析　光反应和细胞呼吸都可以产生ATP，A错误；ATP在细胞内含量少，易再生，ATP－ADP循环不会使得细胞储存大量的ATP，B错误；ATP水解形成ADP和磷酸基团，同时释放能量，C正确；ATP中2个高能磷酸键比较不稳定，易断裂水解，D错误。 4．(2017·浙江4月选考，11)下列关于细胞中吸能反应和放能反应的叙述，错误的是(　　) A．糖的氧化反应是放能反应 B．光合作用的碳反应是吸能反应 C．ATP是吸能反应和放能反应的纽带 D．氨基酸合成蛋白质的过程是放能反应 答案　D 解析　糖的氧化反应是细胞呼吸过程，属于放能反应，A正确；光合作用的光反应产生的ATP用于碳反应，并将能量储存在有机物中，即光合作用的碳反应消耗能量，属于吸能反应，B正确；ATP的合成与放能反应相联系，ATP的水解与吸能反应相联系，故放能反应和吸能反应之间的纽带是ATP，C正确；氨基酸合成蛋白质的过程需消耗能量，属于吸能反应，D错误。 5．(经典高考题)下列有关ATP的叙述，正确的是(　　) ①人长时间剧烈运动时，骨骼肌细胞中每摩尔葡萄糖生成ATP的量与安静时相等 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 ③人在寒冷时，肾上腺素和甲状腺激素分泌增多，细胞产生ATP的量增加 ④人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 答案　B 解析　人在安静时只进行需氧呼吸，在剧烈运动时骨骼肌细胞可进行厌氧呼吸来获得部分能量。要维持Na＋浓度的平衡，就得将多余的Na＋运输出细胞，而Na＋的运输是耗能的主动转运过程。肾上腺素和甲状腺激素都能促进物质的分解代谢，可释放更多的热量来维持寒冷时体温的相对恒定，同时ATP的产量会增加。人不管在什么状态下，细胞中的ATP和ADP含量总是要维持动态的平衡状态的，否则最终会导致能量供应出现问题而影响正常生命活动的进行，在饥饿时可通过分解释放体内糖类等有机物的能量来维持两者的含量相对平衡。 课时精练 一、选择题 1．ATP是细胞中的“能量通货”，下列有关叙述正确的是(　　) A．ATP由1个腺嘌呤、3个磷酸基团组成 B．ATP的3个磷酸基团通过高能磷酸键相连接 C．吸能反应总是与ATP的合成直接联系 D．细胞中的ATP易于生成，难于水解 答案　B 解析　ATP由1个腺嘌呤、3个磷酸基团和1个核糖组成，A错误；吸能反应与ATP的水解直接联系，C错误；细胞中的ATP易于生成和水解，D错误。 2．下列关于吸能反应和放能反应的叙述，正确的是(　　) A．所有细胞中最重要的放能反应是糖的氧化 B．吸能反应所需要的能量全部来自放能反应 C．在肌肉收缩过程中，肌肉做功，失去能量，恢复原状，是吸能反应 D．因为ATP所含能量较多，所以能作为细胞中普遍使用的能量载体 答案　A 解析　细胞中最重要的放能反应是细胞呼吸，糖的氧化分解，A正确；吸能反应所需要的能量一般来自放能反应，B错误；肌肉收缩过程中需消耗能量，属于吸能反应，肌肉做功，失去能量，恢复原状，属于放能反应，C错误。 3．ATP是一种高能磷酸化合物。下列关于ATP的叙述，正确的是(　　) A．如细胞代谢强度增加一倍，则细胞内ATP的含量也将增加一倍 B．ATP中全部高能磷酸键断裂后，形成的产物有腺嘌呤核糖核苷酸和磷酸 C．ATP分子结构中含有一个普通磷酸键，该键易断裂和形成 D．有丝分裂后期，受纺锤丝牵引，着丝粒断裂，该过程需要ATP水解供能 答案　B 解析　细胞内ATP与ADP的含量很少且保持相对稳定，A错误；ATP分子结构中含有一个普通磷酸键和两个高能磷酸键，易断裂和形成的是高能磷酸键，C错误；有丝分裂后期着丝粒分裂并非纺锤丝牵引所致，D错误。 4．下列有关ATP的叙述，错误的是(　　) A．ATP和ADP的相互转化保证了机体对能量的需求 B．图中两次ATP的水解，后者能量可用于各项生命活动 C．图中两次合成ATP，前者能量来源于光能，且在人体细胞中不会发生 D．ATP由3个磷酸基团和1个腺嘌呤构成 答案　D 解析　ATP由3个磷酸基团和1个腺苷(由腺嘌呤和核糖结合而成)构成，D项错误。 5．(2023·金华高三月考)cAMP(环化腺苷一磷酸)是由ATP脱去两个磷酸基团后环化而成的一种细胞内的信号分子，其结构组成如图所示。下列分析正确的是(　　) A．A所示物质的名称是腺苷 B．每个cAMP分子含有2个高能磷酸键 C．ATP在形成cAMP的过程中，会释放能量 D．cAMP与磷脂分子所含的元素种类不完全相同 答案　C　 解析　图中的A是腺嘌呤，腺嘌呤与核糖构成腺苷，A错误；cAMP中不含高能磷酸键，B错误；ATP在形成cAMP的过程中，需断裂两个高能磷酸键，释放能量，C正确；cAMP与磷脂分子都由C、H、O、N、P组成，D错误。 6．下列关于叶肉细胞内ATP的描述，正确的是(　　) A．ATP的结构决定了其在叶肉细胞中不能大量储存 B．光合作用产生的ATP可以为Mg2＋进入叶肉细胞直接提供能量 C．ATP水解失掉两个磷酸基团后，可作为逆转录的原料 D．葡萄糖分子在线粒体内彻底氧化分解，可以产生大量ATP 答案　A 解析　植物叶肉细胞吸收Mg2＋的方式是主动转运，需要消耗细胞呼吸产生的ATP，光合作用产生的ATP只能用于碳反应，B错误；ATP失去两个磷酸基团后为腺嘌呤核糖核苷酸，可作为转录的原料，C错误；葡萄糖分子不能直接进入线粒体，其在细胞溶胶中水解为丙酮酸，丙酮酸进入线粒体内氧化分解，D错误。 7．ATP是腺嘌呤核苷的衍生物，如图是ATP的分子结构示意图。下列分析正确的是(　　) A．圆圈内所示为含氮碱基腺嘌呤 B．方框内所示为腺嘌呤核糖核苷酸 C．细胞合成蛋白质时利用①断裂释放的能量 D．②在光合作用过程中容易形成但不易断裂 答案　A 解析　ATP由1个腺嘌呤、1个核糖和3个磷酸基团构成，有2个高能磷酸键(图中①②)，图中圆圈内为腺嘌呤，A正确；方框内的结构为腺苷，B错误；细胞合成蛋白质时，ATP中远离腺苷的高能磷酸键(②)断裂供能，C错误；光合作用过程中，ATP中远离腺苷的高能磷酸键容易形成也容易断裂，光反应阶段ADP与Pi利用光能形成ATP，而碳反应阶段ATP水解(即②断裂)供能，D错误。 8．(2023·绍兴高三检测)炎症反应是临床常见的一个病理过程，可以发生于机体各部位的组织和器官。炎症状态下，损伤或濒死细胞可释放大量ATP到细胞外，作用于靶细胞膜上的P2X7受体，促进靶细胞产生并分泌淋巴因子等物质，促进炎症反应。一种纳米抗体可以阻断炎症并减轻疼痛，其作用机理如图所示。下列分析错误的是(　　) A．图中ATP作用的靶细胞可能是辅助性T细胞 B．坏死细胞释放大量ATP，使靶细胞内渗透压降低 C．纳米抗体可以减少ATP与P2X7受体结合的机会 D．ATP是人体细胞的直接能源物质，也是一些细胞的调节类物质 答案　B　 解析　辅助性T细胞可以合成淋巴因子，A正确；坏死细胞释放的ATP作为信息分子发挥作用，不进入靶细胞内，因此不会改变靶细胞渗透压，B错误；纳米抗体可与P2X7受体结合，从而减少ATP与P2X7受体结合的机会，从而缓解炎症反应，C正确；ATP可作为直接能源物质，也可作为信息分子，调节生命活动，D正确。 9．磷酸肌酸主要储存于动物和人的肌细胞中，是一种高能磷酸化合物，ATP和磷酸肌酸在一定条件下可相互转化，示意图如下。下列相关叙述错误的是(　　) 磷酸肌酸(C～P)＋ADP===ATP＋肌酸(C) A．磷酸肌酸是能量的一种储存形式，是细胞内的直接能源物质 B．磷酸肌酸和肌酸的相互转化与ATP和ADP的相互转化相偶联 C．肌肉收缩时，在磷酸肌酸的作用下使ATP的含量保持相对稳定 D．可推测生物体内还存在着其他的高能磷酸化合物，如GTP、CTP等 答案　A 解析　磷酸肌酸是能量的一种储存形式，但不是细胞内的直接能源物质，需要转化为ATP中的能量，才能被细胞利用，A错误。 10．生物体内含有ATP、GTP、UTP、CTP等高能磷酸化合物，它们结构上的差异是组成分子的碱基种类不同，功能上的差异主要体现在为生命活动供能的情况不同(如表)。下列相关叙述正确的是(　　) 高能磷酸化合物 ATP GTP UTP CTP 主要作用 能量通货 蛋白质合成 糖原合成 脂肪和磷脂的合成 A.蛋白质合成过程中消耗的能量可来自ATP和GTP B．UTP三个高能磷酸键断裂释放的能量供糖原合成 C．由CTP的作用推测其在高尔基体中含量较多 D．细胞内的吸能反应一般与高能磷酸化合物的合成相关 答案　A 解析　 ATP是能量通货，GTP可用于蛋白质的合成，因此蛋白质合成过程中消耗的能量可来自ATP和GTP，A正确；UTP含有两个高能磷酸键，B错误；脂肪和磷脂都是脂质，内质网与脂质的合成有关，因此由CTP的作用可推测其在内质网中含量较多，C错误；细胞内的吸能反应一般与高能磷酸化合物的水解相关，D错误。 11．ATP合成酶是一种分子马达，被称为生命能量的“印钞机”，其作用机理如图所示。下列有关说法错误的是(　　) A．该酶与生物膜结合后能催化合成ATP，ATP的水解通常与放能反应相联系 B．如图的膜结构可能是线粒体内膜、类囊体膜，也可能是细胞膜 C．图中H＋跨膜运输方式是易化扩散，因其顺浓度梯度运输且需要载体 D．该酶所催化的反应在细胞中持续进行并与ATP的水解处于动态平衡 答案　A 解析　ATP合成酶催化ADP和Pi结合形成ATP，ATP的合成通常与放能反应相联系，ATP的水解通常与吸能反应相联系，A错误；据图分析，H＋跨该膜的运输是从高浓度到低浓度，需要载体蛋白，但没有消耗能量，属于易化扩散，C正确；该酶催化ATP合成，而细胞内ATP－ADP循环是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中的，D正确。 12．细菌紫膜质是一种膜蛋白，ATP合成酶能将H＋势能转化为ATP中的化学能。科学家分别将细菌紫膜质和ATP合成酶重组到脂质体(一种由磷脂双分子层组成的人工膜)上，在光照条件下，观察到如图所示的结果。下列叙述错误的是(　　) A．图甲中H＋跨膜转运的方式是主动转运 B．ATP合成酶不能将光能直接转化为ATP中的化学能 C．ATP合成酶既具有催化作用也具有运输作用 D．破坏跨膜H＋浓度梯度对ATP的合成无影响 答案　D 解析　由图甲可知，在光照条件下，H＋能逆浓度梯度跨膜转运，则其跨膜转运的方式是主动转运，A正确；由图乙、图丙可知，ATP合成酶能将H＋势能转化为ATP中的化学能，不能将光能直接转化为ATP中的化学能，B正确；由图丙可知，ATP合成酶既具有催化ATP合成的作用也具有运输H＋的作用，C正确。 二、非选择题 13．在生物体内能量的转换和传递中，ATP是一种关键的物质，其分子结构式如图所示。请回答下列问题： (1)1个ATP含有________个高能磷酸键。 (2)ATP之所以称为“能量通货”，主要是因为ATP是__________。 A．主要的能源物质 B．高能化合物 C．直接能源物质 D．能量储备物质 (3)人的骨骼肌细胞中ATP含量仅能满足剧烈运动时三秒钟以内的能量供给。某运动员参加短跑比赛过程中，骨骼肌细胞中ATP的相对含量随时间的变化如图所示，请据图回答： ①a→b的变化过程说明ATP被水解，此过程释放的能量用于__________________________ _______________________________________________________________________________。 ②b→c过程中ATP含量增加说明______________加强，释放更多________供ADP形成ATP，以补充细胞中ATP含量的不足。 ③从整条曲线来看，骨骼肌细胞中ATP的含量不会降为零，说明______________________ _______________________________________________________________________________。 答案　(1)2　(2)C　(3)①肌肉收缩等生命活动　②细胞呼吸　能量　③ATP的水解和合成是同时进行的 14．经研究证明ATP是细胞内的“能量通货”。请分析回答下列问题： (1)ATP分子的中文名称是__________________。研究发现，正常成年人安静状态下24 h有40 kg ATP发生转化，而细胞内ADP、ATP的浓度仅为2～10 mmol/L，为满足能量需要，人体解决这一矛盾的合理途径是_____________________________________________________ _______________________________________________________________________________ (写方程式，标明条件)。 (2)细胞间隙中的ATP在有关酶的作用下，三个磷酸基团逐个脱离下来，最后剩下的是________。 (3)如图所示，用小刀将数十只萤火虫的发光器割下，干燥后研成粉末状，取两等份分别装入两只小玻璃管中；各加入少量的水，使之混合，可以观察到玻璃管中发出淡黄色荧光；约过15 min荧光消失；这时再将ATP溶液加入其中一只玻璃管中，将等量葡萄糖溶液加入另一只玻璃管中，发现加ATP溶液的玻璃管中发出荧光，而加葡萄糖溶液的管中不发出荧光。 上述对照实验说明： ①萤火虫发光是将______能转变成____能的过程。 ②这一过程所需的能量由________提供。 ③________不是生命活动的直接能源物质。 答案　(1)腺苷三磷酸　ATPADP＋磷酸＋能量 (2)腺苷 (3)①化学　光　②ATP　③葡萄糖 解析　(3)分析题意：荧光消失后，加入ATP的一组发出荧光，而加入葡萄糖的一组没有发出荧光，这说明该过程所需的能量由ATP提供，葡萄糖不是生命活动的直接能源物质。 学科网（北京）股份有限公司 $$