2027届高考生物人教版一轮复习导学案：细胞的能量“货币”ATP

该高中生物学高考复习学案系统梳理了ATP的结构、功能、与ADP的相互转化及利用等核心考点，按照“元素组成-化学结构-供能原理-转化机制-生理应用”的逻辑层次构建知识网络，通过判断正误题和考向例题设计，引导学生自主辨析易混点，形成完整的物质与能量观认知框架。 亮点在于诊断性自测与科学思维训练结合，如开篇设置5道高考真题改编的判断正误题帮助学生自主诊断薄弱点，核心考向模块通过实例分析ATP转化的场所与机制，培养结构与功能观和科学思维能力。归纳总结部分的生理过程图表辅助知识整合，教师可通过训练反馈精准指导，助力学生自主提升和个性化复习。

2027届高考生物人教版一轮复习导学案：细胞的能量“货币”ATP 姓名： 学号： 班级： 课标 要求 解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 考情 分析 1.ATP与ADP的相互转化 2025·重庆卷，3；2024·全国甲卷，2；2023·天津卷，1 2.ATP的利用 2025·河北卷，1；2024·安徽卷，4 考点　ATP的结构和功能 1.ATP是一种高能磷酸化合物 （1）ATP的元素组成：C、H、O、N、P。ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写。 （2）ATP的化学组成：1分子腺嘌呤、1分子核糖、3分子磷酸基团。其结构简式为A—P～P～P。 （3）ATP和ADP的结构。 （4）ATP的供能原理。 （5）ATP的含量特点：在细胞中含量少，ATP与ADP之间的转化快。 （6）ATP的功能：驱动细胞生命活动的直接能源物质。 提醒　ATP并不是细胞内唯一的高能磷酸化合物，高能磷酸化合物在生物体内有很多种，如存在 于各种生物体细胞内的UTP、GTP、CTP等。因此，ATP并不是唯一的生命活动的直接供能物质。 2.ATP和ADP可以相互转化 提醒　ATP与ADP的相互转化不是可逆反应：ATP与ADP相互转化时，反应所需要的酶、能量的来源和去路、反应的场所不同。 3.ATP的利用 （1）ATP利用的实例。 （2）ATP为主动运输供能的过程。 （3）分子的磷酸化。 ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，空间结构发生变化，活性也被改变，因而可以参与特定的化学反应。 （4）ATP是细胞内流通的能量“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。 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。 【判断正误】 （1）（2025·重庆卷，3）核糖是ATP的组成成分，补充核糖有助于合成ATP。（　　） 答案：√ （2）（2024·安徽卷，4）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。（　　） 答案：× 提示：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。 （3）（2022·江苏卷，8）光照下，叶肉细胞中的ATP均源于光能的直接转化。（　　） 答案：× 提示：光照下，叶肉细胞可以进行光合作用和有氧呼吸，光合作用中产生的ATP来源于光能的转化，有氧呼吸中产生的ATP来源于有机物的氧化分解。 （4）（2022·江苏卷，8）蓝细菌没有线粒体，只能通过无氧呼吸分解葡萄糖产生ATP。（　　） 答案：× 提示：蓝细菌属于自养需氧型原核生物，但能通过有氧呼吸分解葡萄糖产生ATP，或光合作用产生ATP。 （5）（2021·天津卷，4）藻类的ATP和淀粉都是含磷化合物。（　　） 答案：× 提示：ATP由C、H、O、N、P组成，淀粉只含C、H、O三种元素。 核心考向 考向1　围绕ATP的结构组成及其特点，考查生命观念 1.（2024·全国甲卷，2改编）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位磷酸基团之间的特殊的化学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位磷酸基团之间的特殊的化学键 答案：C 解析：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；ATP分子水解两个特殊的化学键后，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；ATP可在细胞核中发挥作用，如为rRNA合成提供能量，故β和γ位磷酸基团之间的特殊的化学键能在细胞核中断裂；光合作用的光反应阶段ADP与Pi发生反应形成ATP，此时光能转化为活跃的化学能储存于ATP的特殊的化学键中，故光合作用可将光能转化为化学能储存于β和γ位磷酸基团之间的特殊的化学键。 2.（2026·河南周口模拟）NTP家族由ATP（腺苷三磷酸）、GTP（鸟苷三磷酸）、UTP（尿苷三磷酸）和CTP（胞苷三磷酸）构成。它们的结构只是碱基不同。如图是ATP的化学结构图，甲、乙表示物质，α～γ表示磷酸基团（Pi）的位置。下列叙述错误的是（　　） A.物质甲和乙分别是腺嘌呤和核糖，物质甲和乙组成腺苷 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中的胞苷由胞嘧啶和脱氧核糖构成 答案：D 解析：分析题图可知，甲代表腺嘌呤，乙代表核糖，甲、乙组成腺苷；ATP的水解释放能量，与之相联系的是吸能反应；1分子GTP彻底水解可得到鸟嘌呤（G）、核糖和磷酸；CTP中的胞苷由胞嘧啶和核糖构成。 考向2　围绕ATP的转化和利用，考查科学思维 3.（2026·浙江绍兴期末）磷酸烯醇式丙酮酸和ADP可在丙酮酸激酶（PK）的催化下生成丙酮酸和ATP。人体红细胞中缺乏PK会引起Na＋积累，造成溶血，导致丙酮酸激酶缺乏症（PKD）。下列叙述正确的是（　　） A.该反应发生在红细胞的线粒体中 B.该反应与细胞内的放能反应相联系 C.ADP和磷酸利用PK的活化能合成ATP D.使用PK抑制剂能够有效治疗PKD 答案：B 解析：人体成熟的红细胞中没有线粒体；磷酸烯醇式丙酮酸和ADP可在丙酮酸激酶（PK）的催化下生成丙酮酸和ATP，该反应伴随ATP的合成，因此与细胞内的放能反应相联系；PK属于酶，并不为ADP和磷酸合成ATP这一反应提供活化能；人体红细胞中缺乏PK会引起PKD，因此使用PK抑制剂不能治疗PKD。 4.（2026·山东泰安检测）磷酸肌酸是动物和人的肌肉或其他兴奋性组织中的一种高能磷酸化合物，其分解释放的能量比ATP水解释放的还多。磷酸肌酸能在肌酸激酶的催化下，将其磷酸基团转移到ADP分子上，从而生成ATP和肌酸。细胞中的肌酸积累时，会被ATP磷酸化而生成磷酸肌酸和ADP。ATP和磷酸肌酸相互转化的过程如图所示。下列叙述错误的是（　　） 磷酸肌酸＋ADP肌酸＋ATP A.当肌酸转化为磷酸肌酸时，ATP末端的磷酸基团挟能量转移给肌酸 B.磷酸肌酸为细胞内的直接能源物质 C.ATP在肌肉细胞及其他细胞中均含量较少 D.细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制，体现整个生物界的统一性 答案：B 解析：当肌酸转化为磷酸肌酸时，ATP末端的磷酸基团挟能量转移给肌酸；由题意可知，磷酸肌酸在肌酸激酶的催化下，将磷酸基团转移到ADP分子上，从而生成肌酸和ATP，ATP是细胞内的直接能源物质；ATP在肌肉细胞及其他细胞中均含量较少，但ATP与ADP的转化速度很快；细胞内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，这体现了生物界的统一性。 归纳总结 细胞内ATP产生与消耗的生理过程及场所 课堂训练 1.（2025·河北卷，1）ATP是一种能为生命活动供能的化合物，下列过程不消耗ATP的是（　　） A.肌肉的收缩 B.光合作用的暗反应 C.Ca2＋载体蛋白的磷酸化 D.水的光解 答案：D 解析：水的光解发生在光反应阶段，由光能驱动，不消耗ATP。 2.（2023·天津卷，1）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.脂肪 C.糖原 D.ATP 答案：D 解析：衣原体因缺乏细胞呼吸相关酶，无法利用葡萄糖、脂肪和糖原等物质作为呼吸作用的原料产生能量。因此，需从寄主吸收ATP这一直接能源物质，来为自身生命活动提供能量。 3.（2022·浙江1月选考，3改编）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都是特殊的化学键 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：腺苷三磷酸分子由1个核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成；ATP分子的结构式可以简写成A—P～P～P，只有磷酸基团与磷酸基团之间相连接的化学键是特殊的化学键；ATP在水解酶的作用下不断地水解；ATP是细胞中吸能反应和放能反应的纽带。 4.（2021·北京卷，1）ATP是细胞的能量“通货”，关于ATP的叙述错误的是（　　） A.含有C、H、O、N、P B.必须在有氧条件下合成 C.胞内合成需要酶的催化 D.可直接为细胞提供能量 答案：B 解析：ATP的结构简式是“A－P～P～P”，ATP的组成元素是C、H、O、N、P；有氧呼吸和无氧呼吸都可以合成ATP；细胞内合成ATP的生理过程是光合作用和细胞呼吸，因此需要酶的催化；生命活动的直接能源物质是ATP。 课后训练 1.（2025·安徽芜湖一模）下列有关细胞的能量“货币”ATP的说法，正确的是（　　） A.ATP是驱动细胞生命活动的唯一直接能源物质 B.细胞质和细胞核中都有ATP分布，合成ATP时磷酸提供能量 C.所有生物细胞内都存在ATP与ADP相互转化的能量供应机制 D.ATP的水解通常与放能反应相联系 答案：C 解析：细胞生命活动的直接能源物质除了ATP还有GTP、CTP、UTP等；合成ATP时的能量可来源于光能、有机物中的化学能，磷酸不能为ATP的合成提供能量；ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性；ATP的水解通常与吸能反应相联系。 2.（2025·辽宁沈阳模拟）细胞中的许多代谢活动与ATP密切相关。下列叙述正确的是（　　） A.ATP水解可产生构成RNA的基本单位，ATP中的“A”代表碱基A B.某些载体蛋白具有ATP酶活性，ATP水解产生的磷酸基团可与其结合 C.ATP的合成通常伴随着细胞中的吸能反应，ATP的水解则伴随着细胞中的放能反应 D.ATP在细胞中的含量和转化速率均与细胞代谢速率呈正相关 答案：B 解析：ATP水解可产生构成RNA的基本单位（腺嘌呤核糖核苷酸），ATP中的“A”代表腺苷；某些载体蛋白具有ATP酶活性，ATP水解产生的磷酸基团可与其结合；ATP的合成通常伴随着细胞中的放能反应，ATP的水解则伴随着细胞中的吸能反应；ATP在细胞中的含量比较稳定，其转化速率与细胞代谢速率呈正相关。 3.（2026·湖南长沙月考）细胞膜上的钙泵能把细胞内的Ca2＋转运到膜外，需ATP供能。下列相关叙述错误的是（　　） A.细胞外的Ca2＋浓度高于细胞内 B.该过程会导致细胞中的ATP大量减少 C.该过程中载体蛋白的磷酸化使其空间结构发生变化 D.钙泵能把细胞内的Ca2＋转运到膜外的过程为吸能反应 答案：B 解析：细胞膜上的钙泵能把细胞内的Ca2＋转运到膜外，需ATP供能，说明细胞内的Ca2＋转运到膜外为逆浓度梯度的运输，细胞外的Ca2＋浓度高于细胞内；在生物体内ATP与ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，该过程不会导致细胞中的ATP大量减少；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，该过程中载体蛋白的空间结构会发生变化；钙泵把细胞内的Ca2＋转运到膜外的过程需要消耗能量，为吸能反应。 4.（2026·贵州铜仁模拟）ATP是一种高能磷酸化合物，结构简式可表示为A—Pα～Pβ～Pγ，其中α、β和γ是ATP分子三个磷酸基团所处的位置。下列叙述正确的是（　　） A.ATP分子水解可为光合作用的光反应阶段提供能量 B.有氧呼吸释放的能量主要储存在ATP的β和γ位之间的特殊化学键中 C.ATP的β和γ位磷酸基团之间的特殊的化学键较为稳定 D.32Pα标记的ATP等材料可用于合成含32P的RNA 答案：D 解析：光合作用的光反应阶段是将光能转化为ATP和NADPH中的化学能，该过程产生ATP而不是消耗ATP；有氧呼吸释放的能量大部分以热能形式散失，少部分储存在ATP的β和γ位之间的特殊化学键中；ATP的β和γ位磷酸基团之间的化学键为特殊的化学键，该化学键不稳定，容易断裂和形成；ATP去掉末端两个磷酸基团后即A—Pα（腺嘌呤核糖核苷酸），是RNA的基本组成单位之一，用32Pα标记的ATP等材料可用于合成32P标记的RNA。 5.（2026·河北唐山模拟）鸟苷三磷酸（GTP）的结构与ATP类似。当细胞内Ca2＋浓度升高时，Ca2＋可与钙调蛋白CaM结合形成Ca2＋/CaM复合物，进而激活鸟苷酸环化酶，催化GTP转变为环磷酸鸟苷（cGMP）。下列叙述正确的是（　　） A.微量元素Ca对于维持生命活动的正常进行有重要意义 B.GTP彻底水解后可得到鸟嘌呤、脱氧核糖和三分子磷酸 C.与Ca2＋结合后，钙调蛋白CaM的空间结构可能发生改变 D.Ca2＋/CaM复合物能降低GTP转变为cGMP所需的活化能 答案：C 解析：钙（Ca）属于大量元素，而非微量元素；GTP彻底水解产物应为鸟嘌呤、核糖和磷酸，而非脱氧核糖；Ca2＋与钙调蛋白CaM结合后，会形成Ca2＋/CaM复合物，这一过程通常会导致CaM的空间结构发生改变，从而激活鸟苷酸环化酶；Ca2＋/CaM复合物通过激活鸟苷酸环化酶间接催化反应的进行，降低活化能的是酶本身，而非复合物。 6.（2026·江苏南京模拟）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 答案：B 解析：蛋白质在磷酸化和去磷酸化过程中，通过构象改变发挥相应的功能，能够体现蛋白质结构与功能相适应的观点；这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，会导致这些蛋白质不能发生磷酸化和去磷酸化，不能参与细胞信号传递；由题图可知，在蛋白质磷酸化过程中，ATP为蛋白质提供磷酸基团，参与了细胞信号传递；蛋白质磷酸化和去磷酸化反应均属于酶促反应，受温度的影响。 7.（2026·广东深圳月考）ATP检测试剂盒检测微生物数量的原理是试剂盒中含充足荧光素和荧光素酶，荧光素接受ATP提供的能量，在荧光素酶的催化下产生荧光，根据荧光的强度可推算出待测样品中微生物的数量。上述推算依据的主要前提是（　　） A.试剂盒中ATP的含量相同 B.试剂盒中荧光素的含量相同 C.每个活细胞中ATP的含量大致相同 D.微生物细胞中ATP的合成场所相同 答案：C 解析：试剂盒中ATP的含量相同与否并不是推算待测样品中微生物数量的主要依据，因为检测的是样品中微生物自身产生的ATP所带来的荧光强度并以此来推算微生物数量，而不是依赖试剂盒中ATP的含量；试剂盒中荧光素的含量是否相同不是关键前提，只要荧光素能满足反应需求（足量），其含量是否相同与推算微生物数量没有直接的必然联系；由于荧光素接受ATP提供的能量在荧光素酶催化下产生荧光，荧光的强度与ATP的量相关，如果每个活细胞中ATP含量大致相同，那么样品中微生物数量越多，所含的ATP总量就越多，产生的荧光强度也就越强，这样就可以根据荧光强度来推算待测样品中微生物的数量；微生物细胞中ATP的合成场所是否相同与通过荧光强度推算微生物数量没有直接关系。 8.（2026·云南丽江联考）脱氧核苷三磷酸（dNTP）和核苷三磷酸（NTP）参与核酸合成等多种生理过程，其结构如图所示。下列叙述错误的是（　　） A.当图中基团X为H时，则该物质可为RNA合成提供反应所需的原料和能量 B.NTP、dNTP的元素组成都是C、H、O、N、P C.以α位带32P的dATP为原料，会使新合成的DNA分子被32P标记 D.ATP的γ位磷酸基团使细胞中某些蛋白质分子磷酸化，导致这些分子空间结构发生变化 答案：A 解析：当图中基团X为H时，五碳糖是脱氧核糖，则该物质是dNTP，可为DNA合成提供反应所需的原料和能量；NTP、dNTP的元素组成都是C、H、O、N、P；dATP脱去β和γ位的磷酸基团后是DNA的基本组成单位腺嘌呤脱氧核苷酸，故以α位带32P标记的dATP作为DNA合成的原料，可使DNA分子被32P标记；ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的γ位磷酸基团与某些蛋白结合，使蛋白磷酸化，从而使这些蛋白结构发生变化，活性也被 改变。 9.（2026·辽宁沈阳模拟）细胞内合成的ATP也可以释放到细胞外起作用，关于ATP释放机制主要存在两种解释：一是ATP同分泌蛋白一样通过囊泡释放；二是ATP通过某种通道介导释放。科学家研究发现红细胞膜上的PXL通道蛋白可以介导ATP释放。下列叙述正确的是（　　） A.哺乳动物成熟的红细胞内合成ATP的场所有细胞质基质和线粒体 B.蛋白质和ATP水解释放的磷酸基团结合后其空间结构和活性都发生改变 C.若ATP的释放方式同分泌蛋白一样，则不需要考虑浓度差也不消耗能量 D.若红细胞通过膜上的PXL通道蛋白介导释放ATP，则该运输方式属于主动运输 答案：B 解析：哺乳动物成熟的红细胞在发育过程中，细胞核和众多细胞器逐渐退化消失，没有线粒体；蛋白质与ATP水解释放的磷酸基团结合后，空间结构和活性均会改变，这是细胞内广泛存在的“磷酸化—去磷酸化”调控机制的核心，对生命活动（代谢、信号传导等）起关键调节作用；分泌蛋白释放的方式是胞吐，胞吐过程需要消耗能量；通过通道蛋白介导的物质运输方式属于协助扩散。 10.（2026·陕西汉中模拟）腌制的泡菜往往含有大量的细菌，可利用“荧光素—荧光素酶生物发光法”对市场上泡菜中的细菌含量进行检测。荧光素接受细菌细胞ATP提供的能量后被激活，在荧光素酶的作用下形成氧化荧光素并且发出荧光，根据发光强度可以计算出生物组织中ATP的含量。下列相关叙述错误的是（　　） A.ATP荧光检测仪中含有荧光素和荧光素酶 B.ATP荧光检测仪检测不出样品中病毒的含量 C.荧光素酶催化的反应是放能反应，ATP中的化学能转化为光能 D.因不同细胞中ATP浓度差异小，所以荧光强度可反映微生物数量多少 答案：C 解析：由题意可知，荧光素接受细菌细胞ATP提供的能量后被激活，在荧光素酶的作用下形成氧化荧光素并发出荧光，由此可知，该过程伴随着ATP水解供能，即荧光素酶催化的反应是吸能反应，ATP中的化学能转化为光能。 高三生物学导学案 第2页（共2页） 学科网（北京）股份有限公司 $