第2单元 第12讲 细胞的能量“货币”ATP(Word学案)-【高考快车道】2026年高考生物大一轮专题复习总复习

该高中生物学学案系统覆盖细胞能量“货币”ATP的核心考点，以结构与转化、利用为框架，通过课标解读、知识网络概览构建体系，结合自测诊断与问题驱动，引导学生自主梳理ATP的结构功能、合成水解及供能机制，形成层次分明的知识网络。 亮点在于自主学习路径设计与核心素养融合，设自测强化（辨易错、练表达）诊断薄弱点，思维探究问题链培养科学思维（如ATP与ADP转化模型分析），真题演练链接高考提升应用能力。助力学生自主诊断提升，教师可依学情精准指导，落实生命观念与科学思维培育。

第12讲　细胞的能量“货币”ATP 课程标准解读 知识网络概览 【课标要求】 解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 【能力要求】 1.理解能力:运用模型与建模的方法分析ATP的结构与功能。 2.解决问题能力:应用ATP的合成、水解及利用的有关知识解决生产、生活实践中的具体问题。 考点一　ATP的结构与转化 精梳　攻教材 1.ATP是一种高能磷酸化合物: 【名师点睛】 细胞内供能的高能磷酸化合物不仅有ATP (1)ATP、GTP、CTP和UTP是细胞内四种高能磷酸化合物,都能为生命活动直接提供能量。脱去两个磷酸基团,可以作为RNA合成的原料。 (2)dATP、dGTP、dCTP和dTTP也能为生命活动直接提供能量。脱去两个磷酸基团,可以作为DNA复制的原料。 2.ATP与ADP 的相互转化: 【名师点睛】 (1)细胞中ATP含量很少:ATP与ADP转化非常迅速及时,能满足细胞对ATP的需求。 (2)体现生物界的统一性: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。 【自测强化】 1.辨易错 (1)1个ATP分子中含有1个腺嘌呤和3个磷酸基团。(×) 分析:1个ATP分子中含有1个腺苷和3个磷酸基团。 (2)ATP必须在有氧条件下合成。(×) 分析:无氧呼吸也可产生ATP。 (3)一分子AMP(腺苷一磷酸)中只有一个特殊的化学键。(×) 分析:AMP中不含特殊的化学键。 (4)DNA与ATP中所含元素的种类相同。(√) (5)人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。(×) 分析:在正常人体内,细胞内的ATP与ADP迅速转化,维持动态的平衡,保证能量的供应。 2.练表达(必修1 P87图5-4延伸) 据测算,一个人在剧烈运动时,每分钟约有0.5 kg 的ATP转化为ADP,释放能量,以供运动之需,但人体内ATP的含量很少且没有太大变化,原因是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。 精练　提能力 1.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 【解析】选B。该实验缺乏ATP与ADP转化的相关信息,因而不能说明细胞内全部ADP都转化成ATP,A错误;题干信息“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”说明32P标记的ATP水解产生的腺苷没有放射性,B正确;根据题干信息可知,32P在ATP的3个磷酸基团中出现的概率不同,C错误;该实验没有涉及ATP转化的场所,也就不能说明转化主要发生在细胞核内,D错误。 2.(2025·宿州模拟)图1为ATP的结构简式,图2为ATP与ADP相互转化的关系。在动物细胞中,以下说法正确的是(　　) A.由于细胞生命活动需要消耗大量ATP,因此,细胞中含有大量ATP和ADP B.ATP中的“A”表示腺嘌呤,图1中c处的化学键最容易断裂 C.依据结构与功能相适应的观点,图1中A替换为C、G、U等也可以作为细胞生命活动的直接能源物质 D.图2中能量①可来自吸能反应,能量②可用于大脑思考等需要能量的生命活动 【解析】选C。细胞中ATP和ADP含量较少,A错误;ATP中的“A”表示腺苷,B错误;图1中A替换为C、G、U等,结构和ATP类似,也含有特殊化学键,也可以作为细胞生命活动的直接能源物质,C正确;图2中反应①表示ATP的合成,ATP的合成与放能反应相联系,图2中ATP水解释放的能量用于各项生命活动,包括大脑思考等生命活动,D错误。 【加固训练】 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 主要用途 ATP 能量“货币” GTP 蛋白质合成 UTP 糖原合成 CTP 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,其脱去两个磷酸基团后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 【解析】选B。GTP分子脱去两个磷酸后,可得到鸟嘌呤核糖核苷酸,是组成RNA的基本单位,A错误;表中显示,UTP可用于糖原合成,另外其脱去两个磷酸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正确;无光情况下,叶肉细胞不能进行光合作用,此时叶肉细胞内合成ATP的过程只能是细胞呼吸,发生的场所是线粒体和细胞质基质,C错误;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错误。 考点二　ATP的利用 精梳　攻教材 1.ATP的利用举例: 2.ATP为主动运输供能的过程(以C释放为例): 【名师点睛】 参与主动运输的载体蛋白的功能 (1)催化功能:催化ATP水解,为主动运输提供能量。 (2)运输功能:运输物质通过生物膜。 3.ATP是细胞内的能量“货币”: 4.ATP的功能:驱动生命活动的直接能源物质。 【自测强化】 1.辨易错 (1)酶的水解需要ATP供能, ATP 的水解需要酶的催化。 (×) 分析:酶的水解不需要ATP供能。 (2)ATP水解酶合成时伴随ADP的生成。(√) (3)细胞内的放能反应就是指ATP水解释放能量。(×) 分析:细胞内的放能反应是指能够释放能量的反应,包括ATP水解释放能量。 (4)ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。(√) 2.练表达(必修1 P89楷体文字) (1)萤火虫发光的物质基础是尾部发光细胞中含有荧光素和荧光素酶。 (2)萤火虫发光需要ATP提供能量的原因是荧光素接受ATP提供的能量后就被激活,荧光素与氧在荧光素酶的催化下反应形成发光物质氧化荧光素。 【精研　强思维】 【思维探究】 为保证食品安全,执法人员会使用ATP荧光检测系统对餐饮行业中餐具等用品的微生物含量进行检测。其设计灵感来源于萤火虫尾部发光器发光的原理。 (1)(生命观念)“荧光素—荧光素酶生物发光法”中涉及的能量转化形式是什么?该检测过程中发挥催化作用的酶有哪些? 提示:能量转化形式是化学能转化为光能;参与的酶有ATP酶和荧光素酶。 (2)(科学思维)根据发光强度计算ATP含量的依据是什么?根据ATP含量估算细菌数量的依据又是什么? 提示:根据发光强度计算ATP含量的依据是荧光素接受ATP提供的能量后就被激活,在荧光素酶的作用下形成氧化荧光素并且发出荧光,因此ATP含量与发光强度成正比;根据ATP含量估算细菌数量的依据是每个细菌细胞中ATP含量大致相同且相对稳定。 (3)(社会责任)若测试餐具时显示ATP含量超过警戒值,可要求商家通过哪些措施降低微生物含量,以保证食品安全卫生? 提示:高温煮沸餐具等措施能降低微生物含量。 【思维建构】 “归纳法”梳理细胞内产生与消耗ATP的生理过程 转化场所 常见的生理过程 细胞膜 消耗ATP:主动运输、胞吞、胞吐 细胞质 基质 产生ATP:细胞呼吸第一个阶段; 消耗ATP:一些吸能反应 叶绿体 产生ATP:光反应; 消耗ATP:暗反应,自身DNA复制、转录和蛋白质合成等 线粒体 产生ATP:有氧呼吸第二、三个阶段; 消耗ATP:自身DNA复制、转录,蛋白质合成等 核糖体 消耗ATP:蛋白质的合成 细胞核 消耗ATP:DNA复制、转录等 精练　提能力 1.(2025·荆州模拟)ATP同葡萄糖相比有两个特点:一是1分子ATP水解释放的能量只有1分子葡萄糖彻底氧化分解释放能量的1/94;二是ATP分子中贮存的化学能活跃,而葡萄糖分子中贮存的化学能稳定,其能量无法直接被生命活动利用。根据以上资料不能推出(　　) A.ATP适合作为直接能源物质,而葡萄糖更适合作为储能物质 B.ATP和葡萄糖并不等价于能量,但二者都可作为能量的载体 C.葡萄糖氧化分解产生的能量可能先转移到多个ATP中,然后再从ATP中释放 D.葡萄糖氧化分解释放的能量,只有少部分储存在ATP中,绝大部分以热能形式散失 【解析】选D。ATP贮存的能量比葡萄糖活跃,且ATP释放的能量相对较少,故ATP适合作为直接能源物质,而葡萄糖更适合作为储能物质,A不符合题意;ATP和葡萄糖都是化学物质,虽然水解或氧化分解会释放能量,但不能等价于能量,二者都可作为能量的载体,B不符合题意;葡萄糖中的能量稳定,不能直接被生命活动利用,而ATP中的能量活跃,故葡萄糖氧化分解产生的能量可能先转移到多个ATP中,然后从ATP中释放,C不符合题意;根据信息无法得出葡萄糖与ATP之间的转化效率,D符合题意。 2.ATP水解释放的磷酸基团可以使蛋白质磷酸化,进而参与细胞内特定的化学反应,机理如图所示。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吸能反应 D.主动运输过程中载体蛋白中的能量先减少后增加 【解析】选B。据图可知,酶1能降低化学反应的活化能,但不能为蛋白质磷酸化过程提供化学反应的活化能,A错误;图中ATP为蛋白质磷酸化提供能量,磷酸化的蛋白质会通过改变自身的空间构象做功,B正确;ATP的水解是放能反应,磷酸化的蛋白质做功,分子势能下降,也属于放能反应,C错误;主动运输是消耗能量的过程,因此载体蛋白中的能量先增加后减少,D错误。 【加固训练】 (2025·山东名校联考)高强度的运动需先经三磷酸腺苷—磷酸肌酸系统供能,该系统仅能持续供能约15 s。ATP和磷酸肌酸的能量转换关系如图。下列说法正确的是(　　) A.剧烈运动时,细胞内ATP/ADP的值会明显下降 B.磷酸肌酸和ATP都是细胞内的直接能源物质 C.磷酸肌酸去磷酸化反应属于吸能反应 D.运动员在400米短跑时消耗的能量主要来源于磷酸肌酸和葡萄糖 【解析】选D。剧烈运动时细胞内ATP/ADP的值不会明显下降,ATP与ADP转化速率快,处于相对稳定的比值,A错误;ATP是细胞内的直接能源物质,而磷酸肌酸不是,其中的能量要转移到ATP中才能被利用,B错误;磷酸肌酸去磷酸化反应要释放能量,属于放能反应,C错误;高强度的运动需先经三磷酸腺苷—磷酸肌酸系统供能,该系统仅能持续供能约15 s,可知运动员在400米短跑时消耗大量的ATP,这些ATP合成时所需的能量主要来源于磷酸肌酸的去磷酸化和葡萄糖的氧化分解,D正确。 【从教材走向高考】 【体验高考　链接教材】 1.(2024·全国甲卷)→(必修1 P86相关信息)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(特殊的化学键),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中 【解析】选C。本题考查ATP的相关知识。ATP为细胞内的直接能源物质,γ位磷酸基团脱离,ATP转化为ADP的过程释放能量,可为离子的主动运输提供能量,A正确;ATP分子水解两个特殊的化学键后,得到RNA的基本组成单位之一——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,如细胞核中可进行转录过程,ATP可以为RNA的合成提供能量,故β和γ位磷酸基团之间的特殊的化学键能在细胞核中断裂,C错误;光合作用光反应过程中,在有关酶的催化作用下,光合色素吸收的光能促成ADP与Pi发生化学反应,形成ATP,故光合作用可将光能转化为化学能储存于β和γ位磷酸基团之间的特殊的化学键中,D正确。 2.(2021·湖南高考)→(必修1 P88图5-7)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“货币”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】选B。由题干和图中信息可知:蛋白质磷酸化和去磷酸化改变了蛋白质的空间结构,进而实现细胞信号的传递,体现出蛋白质结构与信息传递功能相适应的观点,A正确;这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失,就不能发生磷酸化和去磷酸化,进而影响细胞信号传递,B错误;由图中信息可知ATP参与细胞信号传递,C正确;蛋白质磷酸化和去磷酸化反应需要蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用,而酶的活性受温度的影响,D正确。 【深研教材　预测高考】 3.(必修1 P86“相关信息”改编)NTP家族由 ATP(三磷酸腺苷)、GTP(三磷酸鸟苷)、三磷酸尿苷(UTP)和 CTP(三磷酸胞苷)构成。它们的结构只是碱基不同,如图是ATP的化学结构图,A、B表示物质,α~γ表示磷酸基团(Pi)的位置。下列叙述错误的是(　　) A.物质A和B分别是腺嘌呤和核糖,A和B组成腺苷 B.许多吸能反应与 ATP的水解反应相联系 C.1分子GTP彻底水解可得到3种小分子物质 D.CTP 中的胞苷(C)由胞嘧啶和脱氧核糖构成 【解析】选D。ATP的结构式可简写成A-P~P~P,式中A代表腺苷,由腺嘌呤(A)和核糖(B)组成,A正确;ATP的水解反应是放能反应,与之相联系的是吸收能量的反应,B正确;1分子GTP彻底水解可得到鸟嘌呤(G)、核糖和磷酸,C正确;CTP中的胞苷(C)由胞嘧啶和核糖构成,D错误。 4.(必修1 P88图5-7改编)参与Ca2+主动运输的载体蛋白也是一种能催化ATP水解的酶。如图所示,当膜内侧的Ca2+与其相应位点结合时,此酶被激活能催化ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合,这一过程伴随着能量的转移,这就是载体蛋白的磷酸化。下列叙述错误的是(　　) A.ATP通过对载体蛋白的磷酸化过程参与Ca2+主动运输 B.载体蛋白运输Ca2+的过程中其空间结构发生了变化 C.载体蛋白磷酸化引起Ca2+运出细胞体现了蛋白质结构与功能相适应观点 D.载体蛋白磷酸化反应不受温度的影响 【解析】选D。由题可知,ATP通过对载体蛋白的磷酸化过程参与Ca2+主动运输,A正确;根据题图可知,载体蛋白运输Ca2+的过程中其空间结构发生了变化,B正确;载体蛋白磷酸化引起Ca2+运出细胞体现了蛋白质结构与功能相适应观点,C正确;载体蛋白磷酸化和去磷酸化反应都需要相关酶的催化,而酶的活性受温度影响,D错误。 - 14 - 学科网（北京）股份有限公司 $