内容正文:
第10讲 细胞的能量“货币”———ATP
对应学生P55
知识体系———定内容 核心素养———定能力
ATP
能量来源
光合作用
细胞呼吸等
结构简式A-P~P~P
转化 ATP
酶1
酶2 ADP+Pi+能量
利用 生命活动的直接能源物质
生命
观念
理解ATP的结构与功能;基于酶和ATP在细胞
代谢中的作用,形成物质与能量观
科学
思维
通过构建ATP与ADP相互转化及ATP功能模
型,培养对问题进行推理并作出合理判断的能力
对应学生P55
考点 ATP的结构与功能
[必备知识复盘]
1.ATP是一种高能磷酸化合物
(1)ATP的中文名称:腺苷三磷酸
①ATP的元素组成:C、H、O、N、P.
②ATP结构简式:A—P~P~P.其中“A”代表
“腺苷”,“P”代表磷酸基团,“~”代表一种特殊的
化学键(这种化学键不稳定.)
(2)ATP和ADP结构特点
(3)ATP的供能原理
(4)ATP是一种高能磷酸化合物
ATP水解的过程就是释放能量的过程,1mol
ATP水解释放的能量高达30.54kJ,所以说 ATP
是一种高能磷酸化合物.
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
种生物细胞内的UTP、GTP、CTP及动物体内的
磷酸肌酸.因此,ATP并不是唯一的供应生命活
动的直接供能物质.
2.ATP和ADP的相互转化
3.ATP的利用
(1)ATP为主动运输供能的过程(以Ca2+释放为例)
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第二单元 细胞的能量供应和利用
(2)ATP———细胞内流通的能量“货币”
①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.
②放能反应: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.
4.ATP产生量与O2 供给量的关系分析
1.ATP水解释放的磷酸分子与靶蛋白结合,使其磷
酸化而有活性. (2024安徽卷,4C)(√)
2.Cl-、NO-3 通过离子通道进入液泡不需要ATP直
接供能. (2024浙江卷,15B)(×)
3.ATP必须在有氧条件下合成.
(2021北京卷,1B)(×)
1.(必修1P86“相关信息”和P42“思考与讨论”)ATP
和磷脂分子彻底水解后,其产物分别是什么?
答案: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.
2.(必修1P89“文字信息”)在萤火虫发光的过程中发
生了怎样的能量转换?
答案:荧光素接受 ATP提供的能量后就被激活.
在荧光素酶的催化作用下,荧光素与氧发生化学反
应,形成氧化荧光素并且发出荧光.
3.(情景探究)据图分析ATP的结构和特点,思考相
关问题.
(1)图示a处应为“—H”还是“—OH”?
答案:图示a处应为“—OH”,因为该五 碳 糖 为
“核糖”.
(2)图示b、c、d所示化学键是否相同? 其中最易断
裂和重建的是哪一个?
答案:图示b为普通磷酸键,c、d则为特殊化学键,
其中d处的键最易断裂和重建.
(3)图示框e的名称是什么? 它与DNA、RNA有
何关系?
答案:图示框e为腺嘌呤核糖核苷酸,它是构成
RNA的基本单位之一,当发生逆转录时,它可与
DNA链中的胸腺嘧啶脱氧核苷酸配对.
[关键能力提升]
◆[提升点1] 通过ATP的结构考查理解能力
1.(2025天津杨村一中高三第一次月考)ATP是驱
动细胞生命活动的直接能源物质.研究人员将32P
标记的磷酸注入活的离体肝细胞,1~2min后迅速
分离得到细胞内的ATP,结果发现ATP中末端磷
酸基团被32P标记,并测得ATP的总含量与注入前
几乎一致.下列有关叙述正确的是 ( )
A.许多放能反应与ATP的水解相联系
B.该实验中32P标记的ATP水解后产生的腺苷也
有放射性
C.32P在 ATP的3个磷酸基团中出现的概率不
相等
D.该实验表明细胞内全部ADP都转化成了ATP
解析:C [许多放能反应与 ATP的合成相联系,
许多吸能反应与ATP的水解相联系,A错误;根据
题意“结果发现ATP中末端磷酸基团被32P标记”,
ATP水解时脱去末端带标记的磷酸基团,故产生
的腺苷没有放射性,B错误;根据题意可知,放射性
几乎只 出 现 在 ATP的 末 端 磷 酸 基 团,故32P在
ATP的3个磷酸基团中出现的概率不相等,C正
确;该实验可说明细胞内的 ADP转化成了 ATP,
但是无法说明细胞内全部ADP都转化成了ATP,
D错误.]
2.鸟苷三磷酸(GTP)、尿苷三磷酸(UTP)和胞苷三
磷酸(CTP),它们与腺苷三磷酸(ATP)一起构成了
NTP家族,它们的结构只是碱基不同.下列叙述
错误的是 ( )
A.ATP的水解常与细胞内的吸能反应相联系
B.GTP彻底水解可得到3种小分子有机物
C.CTP断裂两个特殊化学键后可作为转录的原料
D.UTP可为细胞中某些生命活动提供能量
解析:B [ATP能为生命活动直接提供能量,因此
ATP的水解常与细胞内的吸能反应相联系,A正
确;GTP彻底水解可得到磷酸、核糖、鸟嘌呤,其中
磷酸是无机物,因此只能得到2种小分子有机物,
B错误;CTP断裂两个特殊化学键后为胞嘧啶核糖
核苷酸,可作为转录的原料,C正确;UTP可为细
胞中某些生命活动提供能量,D正确.]
86
高考总复习 生物学
◆[提升点2] 通过ATP的合成与利用考查获取信
息和探究能力
3.(2025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
解析:B [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.]
4.(不定项)(2025山东日照模拟)ATP水解释放的
磷酸基团可以使蛋白质磷酸化,进而参与细胞内各
种化学反应,机理如图.下列分析正确的是( )
A.酶1为蛋白质磷酸化过程提供化学反应的活化能
B.磷酸化的蛋白质会通过改变自身的空间构象做功
C.ATP的水解和磷酸化的蛋白质做功均为放能反应
D.主动运输过程中载体蛋白中的能量先减少后增加
解析:BC [酶能降低化学反应的活化能,但不能
提供能量,A错误;主动运输是消耗能量的过程,载
体蛋白中的能量先增加后减少,D错误.]
对应学生P57
[真题研析]———浸润素养
[例] (2023天津高考)衣原体是一类原核寄生生
物,缺乏细胞呼吸相关酶,不能产生自身生命活动
所需能量,因此需从寄主吸收 ( )
A.葡萄糖 B.糖原 C.淀粉 D.ATP
[关键信息点]
①
衣原体是原核寄生生物,营养物质都来自宿
主细胞
②
衣 原 体 缺 乏 细 胞 呼 吸 相 关 酶,不 能 合
成ATP
解析:D [细胞生命活动所需的能量主要是由细
胞呼吸提供的,衣原体缺乏细胞呼吸所需的酶,不
能进行细胞呼吸,缺乏能量,ATP是直接的能源物
质,因此衣原体需要从宿主细胞体内摄取的物质是
ATP,D正确,ABC错误.]
[真题品悟]———厚积素养
[考向1] ATP的结构
1.(2024宁夏四川高考)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
解析:C [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;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;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;
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.]
[考向2] ATP的功能
2.(2024安徽高考)在多细胞生物体的发育过程中,
细胞的分化及其方向是由细胞内外信号分子共同
决定的,某信号分子诱导细胞分化的部分应答通路
如图.下列叙述正确的是 ( )
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第二单元 细胞的能量供应和利用
A.细胞对该信号分子的特异应答,依赖于细胞内
的相应受体
B.酶联受体是质膜上的蛋白质,具有识别、运输和
催化作用
C.ATP水解释放的磷酸分子与靶蛋白结合,使其
磷酸化而有活性
D.活化的应答蛋白通过影响基因的表达,最终引
起细胞定向分化
解析:D [由题图可知,细胞对该信号分子的特异
应答,依赖于细胞外侧的酶联受体,A错误;酶联受
体位于质膜上,化学本质是蛋白质,能识别相应的
信号分子,磷酸化的酶联受体具有催化作用,但不
具有运输作用,B错误;ATP水解产生 ADP和磷
酸基团,磷酸基团与其他物质如靶蛋白结合,使其
磷酸化而有活性,C错误;细胞分化的实质是基因
的选择性表达,故信号分子调控相关蛋白质,活化
的应答蛋白通过影响基因的表达,最终引起细胞定
向分化,D正确.]
[考向3] ATP和ADP的相互转化
3.(2021湖南卷,5)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蛋白
质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
解析:B [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,A正确;如果
这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失,将会使
该位 点 无 法 磷 酸 化,进 而 影 响 细 胞 信 号 的 传 递,
B错误;根据题干信息:进行细胞信息传递的蛋白
质需要磷酸化才能起作用,而 ATP为其提供了磷
酸基团和能量,从而参与细胞信号传递,C正确;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,D正确.]
4.(2022天津高考)利用蓝细菌将CO2 转化为工业
原料,有助于实现“双碳”目标.
(1)蓝细菌是原核生物,细胞质中同时含有 ATP、
NADPH、NADH(呼吸过程中产生的[H])和丙酮
酸等中间代谢物.ATP来源于 和
等生理过程,为各项生命活动提供能量.
(2)蓝细菌可通过 D—乳酸脱氢酶(Ldh),利用
NADH将丙酮酸还原为D—乳酸这种重要的工业
原料.研究者构建了大量表达外源Ldh基因的工
程蓝细菌,以期提高D—乳酸产量,但结果并不理
想.分析发现,是由于细胞质中的 NADH 被大量
用于 作用产生ATP,无法为Ldh
提供充足的NADH.
(3)蓝细菌还存在一种只产生ATP不参与水光解
的光合作用途径.研究者构建了该途径被强化的
工程菌K,以补充ATP产量,使更多NADH用于
生成D—乳酸.测定初始蓝细菌、工程菌K中细胞
质ATP、NADH和NADPH含量,结果如下表.
注:数据单位为pmol∕OD730
菌株 ATP NADH NADPH
初始蓝细菌 626 32 49
工程菌K 829 62 49
由表可知,与初始蓝细菌相比,工程菌 K的 ATP
含量升高,且有氧呼吸第三阶段 (被抑
制∕被促进∕不受影响),光反应中的水光解
(被抑制∕被促进∕不受影响).
(4)研究人员进一步把Ldh基因引入工程菌K中,
构建工程菌L.与初始蓝细菌相比,工程菌L能积
累更多D—乳酸,是因为其 (双选).
A.光合作用产生了更多ATP
B.光合作用产生了更多NADPH
C.有氧呼吸第三阶段产生了更多ATP
D.有氧呼吸第三阶段节省了更多NADH
解析:(1)蓝细菌是原核生物,但含有叶绿素和藻蓝
素,能进行光合作用,能产生 NADH(呼吸过程中
产生的[H])和丙酮酸等中间代谢物,也能进行呼
吸作用,因此蓝细菌内的ATP来源于光合作用和
呼吸作用等生理过程,为各项生命活动提供能量.
(2)有 氧 呼 吸 第 三 阶 段 是 前 两 个 阶 段 产 生 的
NADH(呼吸过程中产生的[H])与氧气结合形成
水,同时释放大量能量,因此蓝细菌中细胞质中的
NADH可 被 大 量 用 于 有 氧 呼 吸 第 三 阶 段 产 生
ATP,无法为Ldh提供充足的NADH.
(3)NADH是有氧呼吸过程中的代谢产物,在有氧
呼吸第三阶段被利用,NADPH是光合作用过程中
的代谢产物,是水光解的产物,据表格可知,与初始
蓝细菌相比,工程菌 K的 NADH 较 高,NADPH
相同,说明有氧呼吸第三阶段被抑制,光反应中的
水光解不受影响.
(4)工程菌K存在一种只产生ATP不参与水光解
的光合作用途径,能使更多 NADH 用于生成D—
乳酸,把Ldh基因引入工程菌K中,构建工程菌L,
光合作用产生了更多 ATP,为各项生命活动提供
能量,这样有氧呼吸第三阶段节省了更多NADH,
这样工程菌L就能利用 NADH 将丙酮酸还原为
D—乳 酸,能 积 累 更 多 D—乳 酸,AD 正 确,
BC错误.
答案:(1)光合作用 呼吸作用
(2)有氧呼吸第三阶段
(3)被抑制 不受影响
(4)AD
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高考总复习 生物学