第5章 第2节 细胞的能量“货币”ATP（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高一生物必修1 分子与细胞学习笔记（人教版 鲁湘辽黑吉专版）

本讲义聚焦“细胞的能量‘货币’ATP”核心知识点，系统梳理ATP的结构（腺苷三磷酸，简式A—P～P～P）、功能（直接能源物质）、与ADP的动态转化（能量来源及平衡）及利用（吸能与放能反应联系），通过判断正误、任务分析（如同位素标记实验）、核心归纳和例题构建学习支架。 该资料以结构与功能观（生命观念）贯穿，结合32P标记实验分析ATP水解特点（科学思维），设计萤火虫发光现象研究等探究任务（探究实践）。课中助力教师通过任务驱动提升教学效果，课后通过课时对点练帮助学生查漏补缺，强化知识应用。

第2节　细胞的能量“货币”ATP [学习目标]　1.通过分析ATP结构与功能之间的关系，认同结构与功能相适应。2.通过分析ATP与ADP之间的相互转化，提高理解能力，理解ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。3.通过比较与分类，说明动植物合成ATP所需能量的来源不同。4.通过对萤火虫发光现象的研究，了解荧光素对人类生活的影响。 一、ATP是一种高能磷酸化合物 1．中文名称：腺苷三磷酸。 2．结构简式：A—P～P～P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，～代表特殊的化学键。 3．特点 (1)ATP不稳定的原因：由于ATP中两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得特殊的化学键不稳定，末端磷酸基团具有较高的转移势能。 (2)ATP水解的过程就是释放能量的过程，1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ，所以说ATP是一种高能磷酸化合物。 4．功能：ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 5．ATP的供能机理：ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。 判断正误 (1)ATP是细胞内主要的能源物质(　　) (2)ATP由1个腺嘌呤和3个磷酸基团构成(　　) (3)ATP是高能磷酸化合物，含3个特殊化学键，其中末端的磷酸基团具有较高的转移势能(　　) (4)ATP脱去所有特殊的化学键后就是ADP(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)× 提示　(1)ATP是细胞内的直接能源物质。(2)ATP由1个腺苷和3个磷酸基团构成。(3)ATP是高能磷酸化合物，含2个特殊化学键。(4)ATP脱去所有特殊的化学键后是AMP。 任务一：分析ATP的结构及特点 1．ATP的结构 资料1　如图为ATP结构式： (1)ATP的元素组成是什么？图中①②③的结构分别代表什么？ 提示　ATP的元素组成是C、H、O、N、P。图中①代表腺嘌呤，②代表核糖，③代表磷酸基团。 (2)腺苷是由图中结构①②(填序号)组成的。 2．ATP的结构特点 资料2　α、β和γ表示ATP上三个磷酸基团所处的位置(A－Pα～Pβ～Pγ)，现有甲、乙两组ATP溶液，甲组用32P标记ATP的β位的磷酸基团，乙组用32P标记ATP的γ位的磷酸基团，然后分别加入等量的ATP水解酶，短时间后迅速分离溶液中游离的磷酸基团，结果发现只有乙组中游离的磷酸基团带有放射性。 (1)从实验结果可知ATP中哪一个化学键更容易断裂？ 提示　β位与γ位磷酸基团之间的化学键更容易断裂。 (2)写出ATP水解的反应式。 提示　ATPADP＋Pi(磷酸)＋能量。 (3)ATP分子去掉2个磷酸基团后，形成的物质是腺嘌呤核糖核苷酸。 核心归纳　 1．ATP的分子组成 (1)元素组成：ATP是由C、H、O、N、P五种元素组成的，与核酸的元素组成相同。 (2)AMP是RNA的基本组成单位之一。 (3)ATP的结构组成可以用“1、2、3”来总结，“1”表示1个腺苷，“2”表示两个特殊的化学键，“3”表示3个磷酸基团。 2．生物体内的能源物质总结 (1)能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP(直接能源物质)。 (2)重要能源物质：糖类。 (3)储能物质：脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。 (4)最终能量来源：太阳能。 1．科学家发现，小鼠的抑郁行为与星形胶质细胞释放ATP的多少有关。下列有关ATP的叙述，正确的是(　　) A．图中的A代表腺苷，b、c为特殊的化学键 B．a是构成DNA的基本单位之一 C．ATP是生物体内的储能物质 D．ATP中的“A”与构成RNA中的“A”表示的不是同一种物质 答案　D 解析　图中A代表的是腺嘌呤；a是组成RNA的基本单位之一；ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质，不是储能物质；ATP中的“A”代表腺苷，RNA中的“A”代表腺嘌呤核糖核苷酸。综上所述，D正确。 2．下列关于ATP分子的叙述，正确的是(　　) A．A表示腺嘌呤，P表示磷酸基团 B．ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素 C．1 mol ATP水解，释放出30.54 kJ的能量来自两个特殊化学键的断裂 D．T表示胸腺嘧啶，因而ATP的结构与核苷酸很相似 答案　B 解析　ATP分子的结构简式为A—P～P～P，其中的A代表腺苷，由核糖和腺嘌呤组成，P代表磷酸基团，～代表一种特殊的化学键，T表示三个(磷酸基团)，可见，ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素，A、D错误，B正确；1 mol ATP水解，释放出30.54 kJ的能量来自远离“腺苷”的那个特殊化学键的断裂，C错误。 二、ATP与ADP之间的相互转化及ATP的利用 1．ATP与ADP之间的相互转化 (1)相互转化的过程及能量来源图解 (2)ATP与ADP转化的特点 ①ATP与ADP的这种相互转化是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中的。 ②ATP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。 2．ATP的利用 (1)ATP的利用 (2)ATP为主动运输供能的机理 ①参与Ca2＋主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶。当膜内侧的Ca2＋与其相应位点结合时，其酶活性就被激活了。 ②在载体蛋白这种酶的作用下，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。 ③载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2＋的结合位点转向膜外侧，将Ca2＋释放到膜外。 (3)ATP是细胞内流通的能量“货币” ①吸能反应一般与ATP水解的反应相联系，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。 ③能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。 判断正误 (1)吸能反应伴随着ATP的合成，放能反应伴随着ATP的水解(　　) (2)人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡(　　) (3)载体蛋白磷酸化不会使其空间结构发生变化(　　) (4)根细胞产生ATP的生理过程为呼吸作用和光合作用(　　) (5)ATP释放的能量可用于细胞吸收胆固醇(　　) (6)胞吞需要ATP水解时释放的能量(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)× (6)√ 提示　(1)吸能反应伴随着ATP的水解，放能反应伴随着ATP的合成。(2)人在饥饿时，细胞中ATP与ADP依然可以快速转化而达到动态平衡。(3)ATP水解释放的磷酸基团可使细胞膜上的载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化。(4)根细胞不能进行光合作用，产生ATP的生理过程为呼吸作用。(5)细胞通过自由扩散吸收胆固醇，不需要消耗能量。 任务二：ATP与ADP之间的相互转化 资料　研究显示，一个成年人一天在静止状态下所消耗的ATP约有40 kg；在剧烈运动的状态下，每分钟约有0.5 kg的ATP转化为ADP。而成人体内ATP总量约2～10 mg，在安静状态下，肌肉内ATP含量只能供肌肉收缩1～2 s。 1．根据资料可知人体内ATP含量很少，但需求量很大，机体是如何解决这个矛盾来满足人体对能量的需求呢？ 提示　通过ATP和ADP之间的快速转化，来满足人体对能量的需求。 2．请完善ATP与ADP相互转化的表格。 反应 ATPADP＋Pi＋能量 ADP＋Pi＋能量ATP 反应类型 水解反应 合成反应 酶的类型 水解酶 合成酶 场所 所有需能部位 线粒体、叶绿体、细胞质基质等 能量来源 特殊化学键中的化学能 有机物中的化学能、光能 能量去向 用于各项生命活动 储存于特殊的化学键中 结论：物质是可逆的，能量是不可逆的，所需要的酶也不相同，因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应。 3．下列有关ATP的叙述，不正确的是(　　) A．ATP的合成一般与放能反应相联系 B．ATP中的能量可以来源于光能、化学能 C．细胞内各种吸能反应一般需要消耗ATP D．“能量”就是指ATP，ATP就是“能量” 答案　D 4．(2025·葫芦岛高一月考)如图是细胞内ATP与ADP相互转化的示意图，请据图回答下列问题： (1)在人体内，图示左侧的能量来自 作用，右侧的能量用于 (举一例)。 (2)在绿色植物体内，图示左侧的能量来自 作用和 作用。 (3)从图中可知，在适宜的温度和酶的作用下，ADP转变成ATP时还需要的条件是 。 将ADP转化为ATP的图示改写成反应式的形式： 。 (4)经测定，正常成年人静止状态下24 h将有40 kg ATP发生转化，而细胞内ADP、ATP的总量仅为2～10 mg，为满足能量需要，生物体内解决这一矛盾的合理途径是 。 答案　(1)呼吸　大脑思考　(2)呼吸　光合　(3)能量和Pi　ADP＋能量＋PiATP (4)ATP与ADP的相互转化时刻不停地发生且处于动态平衡之中 解析　(1)在人体内，图示左侧的能量用来合成ATP，来自呼吸作用释放的能量，右侧的能量是ATP水解释放的能量，用于细胞中耗能的生命活动，如大脑思考、主动运输等。(4)细胞内ADP、ATP的总量很少，为满足细胞的能量需要，ATP与ADP的相互转化在细胞内时刻不停地发生且处于动态平衡之中。 课时对点练 [分值：100分] 第1～3题，每题4分；第4～13题，每题5分，共62分。 题组一　ATP是一种高能磷酸化合物 1．(2025·怀化高一阶段检测)腺苷三磷酸(ATP)是生命中的重要物质。下列关于ATP的叙述，正确的是(　　) A．腺苷三磷酸是生命活动的直接能源物质，其结构简式为A－T～P B．ATP分子中有3个特殊化学键易断裂水解 C．ATP中的“A”是腺苷，由腺嘌呤和脱氧核糖结合而成 D．活细胞内，ATP与ADP的相互转化时刻不停地进行 答案　D 解析　腺苷三磷酸的结构简式为A－P～P～P，A错误；ATP分子中有2个特殊化学键，B错误；ATP中的“A”代表腺苷，由腺嘌呤和核糖结合而成，C错误。 题点　ATP的结构 2．如图是ATP的分子结构式，下列叙述错误的是(　　) A．ATP中含有C、H、O、N、P五种元素 B．图中虚线框中部分代表腺苷 C．ATP分子中①处断裂后形成了ADP D．ATP水解释放的能量可直接用于各项生命活动 答案　C 解析　ATP分子中②的断裂与形成是ATP与ADP相互转化的基础，C错误。 题点　ATP的结构 3．ATP上三个磷酸基团所处的位置可以用α、β、γ表示(A－Pα～Pβ～Pγ)。蛋白激酶能将ATP上的一个磷酸基团转移到载体蛋白的特定位置，同时产生ADP。若用32P验证蛋白激酶的上述功能，32P应位于ATP的位置是(　　) A．α位 B．β位 C．γ位 D．β位和γ位 答案　C 解析　ATP水解释放能量断裂的是末端的那个特殊的化学键，ATP中远离腺苷的化学键断裂后可产生ADP，故蛋白激酶可以催化ATP最末端的磷酸基团转移到载体蛋白的特定位置，同时产生ADP，则带有32P的磷酸基团应在ATP的γ位上。 题点　ATP的结构 题组二　ATP与ADP的相互转化 4．活细胞中，图示循环过程永不停歇地进行着。下列叙述错误的是(　　) A．E2可以用于生物体的多种生命活动 B．E1可能来源于呼吸作用或光合作用 C．比赛过程中，体内ATP 的分解速率远远大于合成速率 D．此循环是生物界普遍存在的 答案　C 解析　比赛过程中，体内ATP 的分解速率基本等于合成速率，C错误。 题点　ATP与ADP的相互转化 5．(2024·泰安高一质检)如图为ATP与ADP的相互转化，下列叙述正确的是(　　) A．ATP经酶水解后的产物是合成DNA的原料之一 B．ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团 C．ATP与ADP间相互转化的能量供应机制只发生在真核细胞内 D．ATP与ADP的相互转化使得细胞可以大量储存ATP 答案　B 解析　ATP经酶水解后的产物可以是腺嘌呤核糖核苷酸，是合成RNA的原料之一，A错误； ATP与ADP间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，C错误；ATP在细胞中的量很少，不能大量储存，D错误。 题点　ATP与ADP的相互转化 6．(2025·辽阳高一阶段检测)萤火虫尾部发光器中的荧光素接受ATP提供的能量后被激活，在荧光素酶的催化下，荧光素与氧发生化学反应并发出荧光。下列叙述错误的是(　　) A．萤火虫合成ATP需消耗ADP和Pi B．萤火虫尾部细胞中ATP的含量很少 C．ATP彻底水解后的产物是腺苷和磷酸 D．ATP的末端磷酸基团具有较高的转移势能 答案　C 解析　 ATP彻底水解后的产物是腺嘌呤、核糖和磷酸，C错误。 题点　ATP与ADP的相互转化 题组三　ATP的利用 7．细胞中绝大多数生命活动都需要ATP提供能量。如图为ATP利用的两个实例，下列相关叙述错误的是(　　) A．若实例①中A是葡萄糖、B是果糖，则生成物C是蔗糖 B．实例②说明ATP释放的能量可转化为机械能，用于肌肉收缩 C．吸能反应总是与ATP的合成相联系 D．电鳐发电利用的能量直接来自ATP 答案　C 解析　吸能反应总是与ATP的水解相联系，C 错误。 题点　ATP的利用 8．如图为Ca2＋通过载体蛋白磷酸化释放至细胞膜外的过程。下列叙述错误的是(　　) A．参与Ca2＋主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶 B．当膜内侧的Ca2＋与载体蛋白相应位点结合时，其酶活性就被激活了 C．ATP水解时，两个相邻的磷酸基团挟能量与该载体蛋白结合 D．载体蛋白磷酸化使其空间结构改变从而将Ca2＋释放到膜外 答案　C 解析　ATP水解时，脱离的末端磷酸基团(不是两个相邻的磷酸基团)挟能量与该载体蛋白结合，促使载体蛋白磷酸化后空间结构改变，从而将与载体蛋白结合的Ca2＋运往膜的另一侧(膜外)，C错误，D正确。 题点　ATP的利用 9．下列生理过程伴随着形状改变，其中不一定需要ATP供能的是(　　) A．在胰岛素分泌过程中细胞膜的形状发生改变 B．在篮球比赛等运动过程中骨骼肌发生收缩 C．载体蛋白协助运输葡萄糖过程中形状发生改变 D．植物细胞在KNO3溶液中发生质壁分离及复原 答案　C 解析　胰岛素分泌到细胞外的过程属于胞吐，需要ATP供能，A不符合题意；在篮球比赛等运动过程中，骨骼肌的收缩需要消耗ATP，B不符合题意；载体蛋白运输葡萄糖时可能不需要ATP，如葡萄糖通过协助扩散进入哺乳动物成熟的红细胞，C符合题意；植物细胞会通过主动运输吸收K＋和NO，需要ATP供能，当细胞液浓度增大后，会吸水而自动复原，D不符合题意。 题点　ATP的利用 10．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。下列分析错误的是(　　) A．cAMP与磷脂分子所含的元素种类可能相同 B．虚线框中的成分和ATP中的“A”是同一物质 C．未环化的AMP可作为RNA的基本组成单位之一 D．ATP在形成cAMP的过程中，初期会释放能量 答案　B 解析　虚线框中的成分是腺嘌呤，ATP的A是腺苷，B错误；未环化的AMP由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸基团组成，这是腺嘌呤核糖核苷酸，是组成RNA的基本单位之一，C正确；ATP在形成cAMP的过程中，会脱去两个磷酸基团，断裂两个特殊化学键，所以会释放能量，D正确。 题点　ATP的结构 11．(不定项)(2024·淄博高一月考)磷酸肌酸是主要存在于肌肉细胞中的一种高能磷酸化合物，它能在肌酸激酶的催化下，将自身的磷酸基团转移到ADP分子中合成ATP。下列相关说法正确的是(　　) A．磷酸肌酸转移磷酸基团是放能反应 B．ATP合成不一定需要游离的磷酸 C．肌肉细胞中磷酸肌酸和ATP含量都比较高，都能为肌肉运动直接供能 D．磷酸肌酸这种转移机制对维持细胞中ATP的含量相对稳定有重要意义 答案　ABD 解析　磷酸肌酸能在肌酸激酶催化下，将其磷酸基团转移至ADP分子上，生成ATP，据此推测磷酸肌酸转移磷酸基团时释放能量，用于合成ATP，且ATP合成不一定需要游离的磷酸，A、B正确；ATP能为肌肉运动直接供能，磷酸肌酸不能，细胞中ATP含量低，但人体消耗多，主要是依赖于ATP与ADP之间的快速转化，C错误。 题点　有关ATP的综合 12．(不定项)(2025·德州高一阶段检测)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。下列相关叙述不正确的是(　　) 高能磷酸化合物 ATP GTP UTP CTP 主要用途 能量“货币” 蛋白质合成 糖原合成 脂肪和磷脂的合成 A.GTP脱去两个磷酸基团是RNA的合成原料之一 B．人成熟的红细胞既不能合成酶，也不能产生ATP C．唾液淀粉酶水解淀粉的过程需ATP水解提供能量 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 答案　BCD 解析　人成熟红细胞没有细胞核和细胞器，因此不能合成酶，但能通过细胞呼吸产生ATP，B错误；唾液淀粉酶水解淀粉生成麦芽糖的过程是分解代谢，该过程释放能量，不需要ATP水解供能，C错误；ATP是细胞内的能量“货币”，糖原、脂肪和磷脂的合成也需要由ATP直接供能，D错误。 题点　有关ATP的综合 13．(不定项)蛋白质的磷酸化与去磷酸化被比喻为一种分子开关，分子开关的机理如图所示。形成有活性的蛋白质是一个磷酸化的过程，即“开”的过程；形成无活性的蛋白质是一个去磷酸化的过程，即“关”的过程。下列有关分子开关的说法，错误的是(　　) A．蛋白激酶和蛋白磷酸酶催化的底物不同 B．蛋白质的磷酸化和去磷酸化是可逆反应 C．蛋白质磷酸化过程是一个吸能反应 D．ATP脱去两个磷酸基团后可作为某些病毒遗传物质的单体 答案　B 解析　蛋白质的磷酸化和去磷酸化过程需要的酶不同，不是可逆反应，B错误；由题图可知，蛋白质磷酸化需要消耗ATP，是一个吸能反应，C正确；ATP脱去两个磷酸基团后的物质是腺嘌呤核糖核苷酸，是组成RNA的单体之一，可作为某些病毒遗传物质的单体，如HIV病毒，D正确。 题点　ATP的利用 14．(18分)ATP是细胞的能量“货币”，是生命活动的直接能源物质。如图为ATP与ADP相互转化的关系式，请回答下列问题： (1)ATP分子的结构简式是 ，该分子具有较高的 能。 (2)由酶2催化的化学反应发生在 和 等生命活动中，从能量角度看，酶1催化的反应就是 (填“放能”或“吸能”)反应。 (3)ATP与ADP快速转化依赖于酶的 性，酶1和酶2催化作用的机理是 。 (4)用32P标记A—P1～P2～P3(ATP，数字表示磷酸基团的位置)中磷元素，则应标记其 (填“1”“2”或“3”)号位置的磷元素，才能在利用其水解产物AMP合成的RNA中检测到32P，此过程利用了 法。 答案　(1)A－P～P～P　化学　(2)光合作用　呼吸作用　放能　(3)高效　降低化学反应所需的活化能　(4)1　(放射性)同位素标记 解析　(1)ATP分子的结构简式是A－P～P～P，ATP是一种高能磷酸化合物，该分子具有较高的化学能。(2)由酶2催化的化学反应为ATP的合成反应，ATP的合成发生在光合作用和呼吸作用等生命活动中，从能量角度看，酶1催化的反应为ATP的水解过程，会释放能量，所以酶1催化的反应是放能反应。(3)细胞内的ATP含量比较低，ATP与ADP快速转化，这种快速转化依赖于酶的催化作用具有高效性，酶催化作用的机理是降低化学反应所需的活化能。(4)ATP水解失去2个磷酸基团形成的AMP(腺苷一磷酸)是RNA的基本组成单位之一，AMP的结构式为A—P1。要在利用ATP水解产物AMP合成的RNA中检测到32P，应标记其1号位置的磷元素，此过程利用了同位素标记法。 题点　ATP与ADP的相互转化 15．(20分)(2025·双鸭山高一月考)为保证市民的食品安全，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。请据图回答下列问题： (1)图1为萤火虫尾部发光器发光的原理，据图分析可知，萤火虫能够发光是由于萤火虫腹部细胞内的 催化荧光素反应，从而发出荧光。 (2)图2中的荧光检测仪可检测上述反应中荧光强度，从而推测微生物含量。该仪器可用作检测微生物含量的前提包括 (填序号)。 ①细胞中储备的ATP非常多　②所有生物活细胞中都含有ATP　③不同细胞中ATP浓度差异不大　④荧光强度与ATP供应呈正相关 综合上述材料分析，为保证该反应顺利进行，检测试剂中除了荧光素酶外，至少还应有 。根据酶的特性，检测试剂应在低温条件下保存，使用时再恢复至常温，原因是 。 (3)生物体对ATP的需求较大，但细胞内ATP的含量较少，细胞能满足生物体对ATP的需求的主要原因是 。 (4)请写出ATP水解反应式： 。 (5)为了研究萤火虫发光与ATP的关系，某研究小组做了下列相关实验。器材试剂：培养皿、试管、活萤火虫、ATP制剂、质量浓度为0.000 1 g/mL的葡萄糖溶液、生理盐水、蒸馏水等。 实验步骤：请补全实验步骤及现象。 试管 步骤① 发光熄灭时，立即进行步骤② 步骤② 现象 1 捣碎的发光器＋生理盐水 a. b. 2 捣碎的发光器＋生理盐水 5 mL葡萄糖溶液 不再发光 3 捣碎的发光器＋生理盐水 c. 不再发光 实验结论： 。 答案　(1)荧光素酶　(2)②③④　荧光素和O2　低温条件下酶的空间结构稳定，当升高温度时，酶的活性增加　(3)ATP与ADP的转化速率较快 (4)ATPADP＋Pi＋能量　(5)a.5 mL ATP制剂　b．恢复发光　c．5 mL蒸馏水　ATP是生命活动的直接能源物质，而葡萄糖不是生命活动的直接能源物质 题点　ATP的利用 学科网（北京）股份有限公司 $