第3章 第1节 ATP是细胞内的“能量通货”-【金版教程】2024-2025学年高中生物必修1创新导学案word（浙科版2019）

第一节　ATP是细胞内的“能量通货” 学习目标 核心素养 1.解释ATP在能量代谢中的作用。 2.简述ATP的化学组成和特点。 3.简述ATP和ADP的相互转化。 1.生命观念：运用结构与功能观，认同ATP的结构与功能相适应。 2.科学思维：通过模型构建，构建ATP—ADP循环模型。 3.科学探究：通过对比实验，探究ATP是细胞生命活动的直接能源物质。 知识点一　ATP是细胞生命活动的直接能源 1．ATP是细胞生命活动直接能源的证据 实验材料 刚刚失去收缩功能的离体肌肉 实验现象 实验步骤 1 直接在肌肉上滴加葡萄糖溶液 肌肉没有收缩 2 在同一块肌肉上滴加ATP溶液 肌肉很快就发生明显的收缩 实验结论 葡萄糖不能直接被肌肉利用，而ATP可以直接被肌肉利用 2.ATP的中文名称和化学组成 (1)中文名称：腺苷三磷酸。 (2)化学组成：ATP是由1个核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成的。 知识拓展 ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写，其中A代表腺苷，T代表“三”，P代表磷酸基团。 3．ATP的结构 (1)根据ATP的结构，写出相应的名称 ①高能磷酸键；②磷酸基团；③核糖；④腺嘌呤；③＋④腺苷。 (2)结构特点 ①具有高能量特点：每个ATP含有2个高能磷酸键，水解时可以释放出大量的能量。 ②ATP具有不稳定性：连接2个磷酸基团之间的磷酸键稳定性较差。 (3)ATP可以作为生命活动的直接能源与其分子结构特点有关。 问题思考 1　ATP和RNA在组成成分上有怎样的联系？ 提示：ATP去掉两个磷酸基团后形成的结构就是腺嘌呤核糖核苷酸，是构成RNA的基本单位之一。 2　从ATP的分子结构推测ATP的元素组成？ 提示：C、H、O、N、P。 [例1]　下图为ATP的结构示意图，有关叙述正确的是(　) A．ATP的组成元素为C、H、O、P B．物质①是腺苷 C．核糖体中含有②物质 D．ATP中含有三个结构③ 解题分析　图中①是腺嘌呤，②是核糖，③是高能磷酸键，①腺嘌呤和②核糖结合成的基团称腺苷。ATP的组成元素为C、H、O、N、P，A错误；核糖体由RNA和蛋白质组成，RNA中含有核糖，C正确；ATP中含有两个高能磷酸键，D错误。 答案　C [例2]　下列关于ATP的叙述中，正确的是(　) A．腺苷三磷酸是生命活动的直接能源物质，其携带的是热能 B．ATP分子中的2个高能磷酸键不易断裂水解 C．ATP中的A是腺苷，由腺嘌呤和脱氧核糖结合而成 D．ATP脱去2个磷酸基团后，剩余部分是RNA的组成单位之一 解题分析　腺苷三磷酸(ATP)是生命活动的直接能源物质，其携带的是化学能，A错误；ATP分子中的2个高能磷酸键比较不稳定，容易断裂水解，其中远离A的那个高能磷酸键更容易断裂，B错误；ATP中的“A”是腺苷，由腺嘌呤和核糖结合而成，C错误；ATP水解失去2个磷酸基团后变成腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的组成单位之一，D正确。 答案　D 题后总结 生物体内的能源物质总结 (1)能源物质：糖类、油脂、蛋白质、ATP。 (2)主要能源物质：糖类。 (3)储能物质：油脂、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。 (4)主要储能物质：油脂。 (5)直接能源物质：ATP。 (6)最终能量来源：太阳能。 知识点二　细胞内ATP与ADP保持动态平衡 1．ATP分布及含量 (1)分布：在活细胞中，ATP广泛分布在细胞核、线粒体、叶绿体、细胞溶胶等结构中。 (2)含量：很低。 2．ATP的水解与合成反应 (1)水解反应：在酶的作用下，远离腺苷的那个高能磷酸键水解，形成腺苷二磷酸(ADP)，释放出1个磷酸，同时释放能量，释放出的能量可以被细胞利用。 (2)合成反应：在另一种酶的作用下，ADP和1个磷酸结合重新形成ATP，在这个过程中吸收的能量以高能磷酸键的形式储存起来。 (3)ATP在细胞中易于水解，也易于再生。 (4)ATP－ADP循环 ①定义：通过ATP的合成和水解，使放能反应所释放的能量用于吸能反应，此过程被称为ATP－ADP循环。 ②特点：细胞内ATP－ADP循环速度很快，细胞内ATP的含量能够维持在相对稳定的水平。 知识拓展 (1)细胞内的化学反应分为吸能反应和放能反应。 (2)吸能反应是需要吸收能量的，如蛋白质合成等。许多吸能反应与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量。 (3)放能反应是释放能量的，如葡萄糖的氧化分解等。许多放能反应与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中，用来为吸能反应直接供能。 (4)能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。 3．ATP是细胞内流通的“能量通货”：ATP是细胞中普遍使用的能量载体，在细胞内能量转换和利用中起着关键作用。ATP所含能量不多，便于流通使用，所以又有细胞中的“能量通货”之称。 问题思考 ATP、ADP之间的相互转化过程是可逆的吗？ 提示：不是可逆的。ATP转化成ADP和ADP转化为ATP时所需要的酶是不同的，能量也不同。ATP发生水解时需要水解酶，释放能量，能量用于消耗能量的生命活动；合成ATP时需要合成酶，储存能量，能量来源于光能或呼吸作用所释放的能量。 [例3]　如图表示ATP－ADP循环的示意图，据此分析，下列说法不正确的是(　) A．图中的X表示ATP，Y表示ADP B．两个过程所用的酶不同 C．剧烈运动时，细胞内反应②的速率明显快于反应①的 D．植物细胞中的E1可表示放能反应释放的能量 解题分析　据图分析，图中的X表示ATP，Y表示ADP，A正确；两个过程属于不同的反应，所以所用的酶不同，B正确；剧烈运动时，消耗能量增多，ATP和ADP的转化加速，细胞内ATP与ADP的含量保持动态平衡，C错误；植物细胞中ATP合成需要能量E1，E1来自放能反应释放的能量，D正确。 答案　C [例4]　ATP是细胞中的“能量通货”，下列叙述正确的是(　) A．ADP转化为ATP过程中吸收的能量储存在核糖中 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．吸能反应所需要的能量直接用于放能反应 解题分析　ADP和1个磷酸结合形成ATP，这个过程中吸收的能量以ATP中高能磷酸键的形式储存起来，A错误；ATP－ADP循环使得细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，且ATP含量并不高，B错误；ATP水解，远离腺苷的高能磷酸键断裂，形成ADP和Pi，同时释放能量，C正确；通过ATP的合成与水解，使放能反应释放的能量用于吸能反应，D错误。 答案　C 知识拓展 ATP的水解与ATP的合成比较 反应式 ATP→ADP＋磷酸＋能量 ADP＋磷酸＋能量→ATP 类型 水解反应 合成反应 酶 水解酶 合成酶 能量转化 放能 储能 能量来源 高能磷酸键 细胞呼吸所释放的能量、光能 能量去向 用于各项生命活动 储存于ATP中 课堂小结 笔记空间　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．有人把ATP比作细胞的“能量通货”，说明ATP是细胞生命活动的(　) A．直接能源 B．储备能源 C．间接能源 D．主要能源 答案　A 2．下列关于ATP的结构和功能的叙述，正确的是(　) A．ATP是一种小分子高能磷酸化合物 B．ATP是细胞中主要的能源物质 C．ATP中所含能量越多越便于流通使用 D．ATP中的磷酸基团均具有较高的转移势能 答案　A 解析　ATP是细胞中直接的能源物质，糖类是细胞中主要的能源物质，B错误；ATP中所含能量不多，像小额钞票一样，便于流通使用，C错误。 3．下图为ATP的结构示意图，下列叙述正确的是(　) A．①表示腺苷 B.②表示脱氧核糖 C．③是高能磷酸键 D.③的形成产生能量 答案　C 解析　据图分析，①表示腺嘌呤，②表示核糖，两者共同组成腺苷，A、B错误；③是高能磷酸键，C正确；③的形成消耗能量，D错误。 4．下列关于细胞中ATP的叙述，错误的是(　) A．该化合物分解提供能量时，一般将两个高能磷酸键都断裂 B．该物质在细胞内的含量很少，但是转化很快 C．该物质水解时放出的能量可以转化为光能 D．该物质水解一定程度后的产物可以作为某种核酸的基本单位 答案　A 解析　ATP分解提供能量时，远离腺苷的高能磷酸键断裂，脱下1个Pi，释放大量能量，A错误；ATP在活细胞中的含量很少，但转化速度很快，使细胞内ATP的含量保持动态平衡，B正确；ATP水解时放出的能量也可以转化为光能，比如萤火虫发光，C正确；ATP中全部高能磷酸键断裂后，形成的产物是腺嘌呤核糖核苷酸和磷酸，其中腺嘌呤核糖核苷酸是RNA的基本单位之一，D正确。 5．下图是细胞内ATP与ADP相互转化的示意图。请据图回答下列问题： (1)ATP的中文名称是______。图中的物质M、N分别是____、____。 (2)物质甲和乙都是____。细胞中，由ADP转化为ATP所需的能量都来自____。 (3)细胞内进行过程①②均需要酶的催化，这两个过程所需要的酶____(填“相同”或“不同”)，原因是__________________________。 答案　(1)腺苷三磷酸　腺嘌呤　核糖 (2)磷酸　放能反应 (3)不同　这两个过程属于不同类型的化学反应，所需的酶不同 知识点一　ATP是细胞生命活动的直接能源 1．对刚制成的牛蛙坐骨神经—腓肠肌离体标本连续电刺激5分钟后，腓肠肌收缩强度减小至停止，然后给标本滴加适量某种溶液，腓肠肌开始收缩，该溶液最可能是(　) A．淀粉溶液 B.乳糖溶液 C．葡萄糖溶液 D.ATP溶液 答案　D 解析　ATP是细胞生命活动的直接能源物质，可以为腓肠肌收缩直接供能，D正确。 2．关于ATP分子的叙述正确的是(　) A．ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素 B．A中含有1个脱氧核糖和1个腺嘌呤 C．T表示三，因而ATP中含有三个高能磷酸键 D．由1个腺苷和2个磷酸基团组成 答案　A 解析　A表示腺苷，由1分子核糖和1分子腺嘌呤结合而成，B错误；T表示三，指的是三个磷酸基团，ATP中含有两个高能磷酸键，C错误；ATP分子由1个腺苷和3个磷酸基团组成，D错误。 3．ATP在能量代谢中的作用非常重要，下列关于ATP的说法正确的是(　) A．机体在运动时消耗ATP，睡眠时则不消耗ATP B．ATP中的能量可以来源于光能和化学能，也可以转化为光能和化学能 C．在冬季，需要大量储存ATP抵御寒冷 D．剧烈运动后，体内ATP的含量会明显下降 答案　B 解析　机体无论是在运动还是睡眠时，都会消耗ATP，A错误；ATP中的能量可以来源于光能和化学能，也可以转化为光能和化学能，B正确；细胞中的ATP含量极少，在冬季，借助ATP－ADP快速转化抵御寒冷，C错误；细胞内的ATP含量处于动态平衡之中，ATP的含量在剧烈运动后不会明显下降，D错误。 4．在下列几种化合物的化学组成中，“○”中所对应的含义最接近的是(　) A．①和② B．①和③ C．③和④ D．⑤和⑥ 答案　D 解析　根据题意知，“○”中所对应的含义分别为：①腺嘌呤核糖核苷酸，②腺嘌呤，③DNA分子上的腺嘌呤脱氧核苷酸，④RNA分子上的腺嘌呤核糖核苷酸，⑤腺苷，⑥腺苷。①和④、⑤和⑥“○”中对应的含义最接近，故选D。 知识点二　细胞内ATP与ADP保持动态平衡 5．ATP和ADP在细胞中的含量都很少。但一个成年人在安静状态下，24 h内竟有40 kg的ATP发生转化，这说明(　) A．ATP在人体细胞中分布广泛 B．ATP容易分解成ADP C．ATP容易合成ADP而储存起来 D．ATP和ADP的相互转化十分迅速 答案　D 解析　ATP和ADP在细胞中含量很少，但一个成年人在安静状态下24 h内有40 kg ATP发生转化，证明ATP与ADP的相互转化十分迅速。 6．ATP的结构示意图如下，①③表示组成ATP的物质或基团，②④表示化学键。下列有关叙述正确的是(　) A．肌肉收缩时伴随着②的形成 B．化学键②断裂的化学反应属于吸能反应 C．在ATP－ADP循环中③可重复利用 D．若化学键④断裂，则左边的化合物是ADP 答案　C 解析　肌肉收缩时需ATP水解提供能量，伴随着②的断裂，A错误；化学键②断裂的化学反应是ATP水解，属于放能反应，B错误；③表示磷酸基团，在ATP－ADP循环中可重复利用，C正确；化学键④断裂，释放2个磷酸基团，则左边的化合物是腺苷一磷酸(AMP)，D错误。 7．如图中甲物质为ADP，其转变为乙物质时需要提供(　) A．磷酸、酶、腺苷和能量 B．能量、腺苷和酶 C．磷酸、能量和酶 D．磷酸、能量 答案　C 解析　由题意可知，甲为ADP，乙的结构比甲多一个磷酸基团，应为ATP。由甲形成乙的过程即由ADP形成ATP的过程，该过程需要一分子磷酸、能量，还需要ATP合成酶的催化，C正确。 8．细胞内ATP－ADP循环的快速进行，使细胞内的ATP含量维持在相对稳定水平。如图表示ATP－ADP循环，下列叙述错误的是(　) A．能量a可来自放能反应 B．能量b可用于骨骼肌细胞活动 C．反应①中吸收的能量储存在磷酸和核糖之间 D．反应②中远离腺苷的高能磷酸键水解释放能量 答案　C 解析　反应①表示ATP的合成过程，吸收的能量储存在远离腺苷的高能磷酸键中，核糖和磷酸之间的化学键为普通磷酸键，C错误。 9．在2021东京奥运会田径男子百米半决赛中，中国选手苏炳添以9.83秒的成绩打破亚洲记录。下列四项中，哪项能正确表示比赛时其肌细胞中ATP的变化(纵轴表示细胞中的ATP含量，横轴表示时间)(　) 答案　B 解析　比赛时首先要消耗ATP，但体内ATP含量很少，其能量供应有限，所以有减少趋势，利用后可由ADP迅速转化，随着ATP的再生，其含量又会进一步增加，故变化趋势为先降低，后升高，B正确。 10．如图是ATP与ADP之间的转化图，由此可确定(　) A．A为ADP，B为ATP B．能量1和能量2来源相同 C．X1和X2是同一种物质 D．酶1和酶2是同一种酶 答案　C 解析　A生成B的过程释放能量，所以A为ATP，B为ADP，A错误；能量1来自ATP的水解，能量2来自光能或其他放能反应，所以能量1和能量2来源不同，B错误；X1和X2都是磷酸，C正确；酶1和酶2一个是合成酶，一个是分解酶，D错误。 11．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　分析图示，ATP推动细胞做功，首先需ATP水解释放能量，这是一种放能反应，能量用于蛋白质的磷酸化(吸能反应)，磷酸化的蛋白质通过做功释放能量，这是一种放能反应，A、C正确；磷酸化的蛋白质做功是一种放能反应，所释放的能量主要用于做功，合成ATP所需的能量主要来自细胞呼吸等过程，B错误；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，D正确。 12．生物体内的高能磷酸化合物有多种，它们的结构和功能类似，但是具体用途有一定差异(如表)。下列相关推论最合理的是(　) 高能磷酸化合物 ATP GTP UTP CTP 主要用途 能量通货 蛋白质合成 糖原合成 脂肪和磷脂的合成 A．蛋白质的合成可由GTP或ATP直接供能 B．GTP分子中所有高能磷酸键断裂后，可得到鸟苷 C．UTP分子水解掉1个磷酸基团后，可作为组成RNA的基本单位之一 D．CTP在有脂肪和磷脂合成的场所含量很高 答案　A 解析　由表格可知，ATP是细胞内的“能量通货”且GTP主要用途是蛋白质合成，因此蛋白质的合成可由GTP或ATP直接供能，A正确；GTP分子中所有高能磷酸键断裂后，可得到鸟嘌呤核糖核苷酸，B错误；UTP分子水解掉2个磷酸基团后，可作为组成RNA的基本单位之一，C错误；脂肪和磷脂合成消耗CTP，因此CTP在有脂肪和磷脂合成的场所含量不会很高，D错误。 13．下图是腺苷三磷酸的分子结构。请据图回答下列问题： (1)每一分子的ATP是由________________________________组成的。 (2)图中方框中的物质名称是____。 (3)在离体肌肉组织上滴一滴ATP溶液，肌肉很快发生了明显的收缩，这说明肌肉收缩所需能量是________转化的，可以用反应式____________表示。 (4)当人体处于寒冷环境中时，骨骼肌会出现不自主地战栗，这时大量消耗的直接能源物质是(　) A．ATP B．肌糖原 C．磷酸 D．葡萄糖 答案　(1)1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸　(2)腺苷 (3)ATP中的化学能　ATPADP＋Pi＋能量　(4)A 14．如图表示ATP水解产生ADP的过程。请据图回答下列问题： (1)图中A表示____，P表示____，ATP脱去两个磷酸基团后可作为____(物质)的基本组成单位之一。 (2)图中①表示______，其性质不稳定。 (3)图中②表示____________的过程，其作用是____________。 (4)催化该过程的酶与催化ATP生成的酶____(填“是”或“不是”)同一种酶。 答案　(1)腺苷　磷酸基团　RNA　(2)高能磷酸键 (3)ATP水解释放能量　为生命活动提供能量　(4)不是 解析　(1)由ATP的结构简式可知，A表示腺苷、P表示磷酸基团、①代表高能磷酸键，ATP水解掉两个磷酸基团后形成的腺嘌呤核糖核苷酸可作为RNA的基本组成单位之一。 15．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，可见到玻璃管中发出淡黄色荧光，约过15 min荧光消失，如下图。再将ATP溶液加入其中一只玻璃管中，将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，而加葡萄糖溶液的玻璃管中不发荧光。 (1)向A、B两管中加水后，两管均发荧光，这能说明水对生物正常的生命活动有何重要意义？这也说明了发光器研磨成的粉末中含有哪种物质？ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)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____直接提供； ③____不是生命活动的直接能源物质。 (3)若向刚切下并荧光消失的萤火虫的发光器上滴加葡萄糖溶液，你认为会发荧光吗？为什么？ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)生物体内许多重要的生物化学反应均要在水中才能进行。粉末中含有少量的ATP (2)①化学　光　②ATP　③葡萄糖 (3)会发荧光。因为葡萄糖进入组成发光器的细胞中后可被氧化分解，使细胞中生成ATP供发光用 解析　发光器之所以发光是因其内有荧光素和荧光素酶，该过程需要ATP作为直接能源物质提供能量，而葡萄糖不是直接能源物质。刚切下的萤火虫发光器，构成它的细胞可利用葡萄糖氧化分解释放能量，合成ATP，以供发光利用，这一系列反应能够发生，还必须提供一个液体环境。 学科网（北京）股份有限公司 $$