第3章 第1节 ATP是细胞内的“能量通货”（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（浙科版）

本讲义聚焦ATP是细胞内“能量通货”这一核心知识点，从实验验证ATP为直接能源切入，系统梳理其化学组成（1个核糖、1个腺嘌呤、3个磷酸基团）、结构特点（2个高能磷酸键），再阐述ATP与ADP的相互转化（水解释放能量、合成储存能量）及动态平衡机制，构建完整知识支架。 该资料以实验探究（如离体肌肉收缩、萤火虫发光实验）驱动学习，培养科学探究能力，通过任务分析（对比ATP与葡萄糖供能差异、转化条件）渗透物质与能量观（生命观念），结合实例练习题（如“蓝眼泪”现象）强化应用。课中辅助教师引导学生主动建构知识，课后助力学生巩固核心概念、弥补薄弱环节。

第一节　ATP是细胞内的“能量通货” [学习目标]　1.简述ATP的化学组成和特点。2.阐述ATP与ADP之间的相互转化。3.解释ATP在能量代谢中的作用，明确ATP在细胞中作为“能量通货”的原因。 一、ATP是细胞生命活动的直接能源 1．ATP的作用实验 (1)实验过程 有学者利用刚刚失去收缩功能的离体肌肉进行实验：在肌肉上滴加葡萄糖溶液后观察肌肉反应，肌肉没有收缩；然后，在同一块肌肉上滴加ATP溶液，肌肉很快发生了明显的收缩。 (2)实验结论：作为能源物质的葡萄糖不能直接被肌肉利用，而ATP可以。 2．ATP的能量转化特点 在细胞中，ATP转化率非常高，在它形成后的1 min内就被消耗掉了。 3．ATP的功能 研究发现，只有ATP不断生成，生命活动才能发生。因此，ATP是生命活动的直接能源。 4．ATP的结构 (1)ATP是由1个核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成的。核糖是一种五碳糖，腺嘌呤是一种含氮碱基。核糖与腺嘌呤结合成的基团称为腺苷。 (2)腺苷与3个磷酸基团组成腺苷三磷酸。 (3)高能磷酸键：连接2个磷酸基团之间的磷酸键稳定性较差，水解时可以释放出大量的能量，被称为高能磷酸键，以“～”表示。 判断正误 (1)ATP中的“A”由腺嘌呤、核糖和磷酸组成(　　) (2)ATP中含有三个磷酸基团和三个高能磷酸键(　　) (3)ATP为生命活动供能，是细胞内主要的能源物质(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)× 提示　(1)ATP中的“A”表示腺苷，由腺嘌呤、核糖组成。(2)1个ATP所具有的高能磷酸键数目为2个，以“～”表示。(3)ATP是细胞内的直接能源物质。 任务一：分析ATP的功能和结构 1．分析ATP的功能 用小刀将数十只萤火虫的发光器割下，干燥后研磨成粉末，取四等份分别装入四支试管中，各加入少量水使之混合，置于暗处，可见试管内有淡黄色荧光出现，约过15分钟后荧光消失。 分别向四支试管中加入蒸馏水、油脂、葡萄糖和ATP溶液，置于暗处观察试管发光情况。 (1)实验结果：A、B、C不发荧光，D发荧光。 (2)实验结论：葡萄糖、油脂不能直接被生命活动利用，而ATP是生命活动的直接能源。 2．根据ATP的结构式回答下列问题： (1)组成ATP的化学元素是什么？ 提示　C、H、O、N、P。 (2)图中结构①②③分别是什么？腺苷是由图中哪些结构组成的(写出序号)? 提示　结构①②③分别是腺嘌呤、核糖、磷酸基团。腺苷由①②组成。 (3)写出ATP的结构简式，腺苷用“A”表示，磷酸基团用“P”表示，普通磷酸键用“－”表示，高能磷酸键用“～”表示。 提示　A － P ～ P ～ P。 (4)ATP分子去掉末端2个磷酸基团后是什么物质？该物质与RNA的关系是什么？ 提示　腺嘌呤核糖核苷酸。该物质是组成RNA的基本单位之一。 1．一般情况下，生物体的主要能源物质、直接能源物质、储备能源物质及最终能源依次是(　　) A．太阳能、糖类、脂肪、蛋白质 B．ATP、糖类、脂肪、太阳能 C．糖类、ATP、脂肪、太阳能 D．糖类、ATP、淀粉、太阳能 答案　C 2．(2025·杭州高一期中)图示为ATP的结构，下列叙述正确的是(　　) A．①表示腺苷 B．②是DNA基本单位的组成成分 C．③断裂释放的能量最多 D．④是高能磷酸键 答案　D 解析　图中①为腺嘌呤，腺苷是由腺嘌呤和核糖组成的，A错误；②是核糖，核糖是构成RNA的组成成分，而DNA中含有的五碳糖是脱氧核糖，B错误；③是普通化学键，④是高能磷酸键，通常情况下，④(高能磷酸键)断裂释放的能量最多，C错误，D正确。 二、细胞内ATP与ADP保持动态平衡 1．ATP的分布及含量 (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的水解和合成反应 (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。ATP水解时释放出的能量可以被细胞利用，如肌肉收缩、神经细胞活动以及细胞中许多其他消耗能量的活动。 (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－ADP循环 (1)概念：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：①ATP－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。 ②ATP所含能量不多，便于流通使用，是细胞中的“能量通货”。 判断正误 (1)细胞内储存有大量ATP，为生命活动提供能量(　　) (2)剧烈运动时，骨骼肌细胞内ATP的水解速率显著大于其合成速率(　　) (3)ATP的水解和合成反应是可逆反应(　　) (4)吸能反应伴随着ATP的合成，放能反应伴随着ATP的水解(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)× 提示　(1)细胞中ATP的含量很低。(2)生物体内ATP的含量能够维持在相对稳定的水平，剧烈运动时，代谢旺盛的细胞中ATP的水解速率等于合成速率。(3)ATP的水解和合成反应不是可逆反应，物质可逆，能量不可逆，两反应所需要的酶也不同。(4)吸能反应伴随着ATP的水解，放能反应伴随着ATP的合成。 任务二：分析细胞内ATP与ADP的相互转化 1．ATP是一种不稳定的高能化合物，远离腺苷的那个高能磷酸键，在有关酶的催化下很容易水解断裂，释放能量 (30.54 kJ/mol)，用于多种生命活动。远离腺苷的那个高能磷酸键，在另一种酶的催化下同样很容易吸收能量，重新形成。请写出ATP水解、ATP合成的反应式。 提示　ATPADP＋Pi＋能量；ADP＋Pi＋能量ATP。 2．根据以下资料分析合成ATP所需的能量来源。 资料1　医生通常给术后不能进食的病人注射葡萄糖补充能量。 资料2　植物在光照条件下，叶绿体能合成ATP并制造糖类；在无光条件下，叶绿体不能合成ATP，也不能制造糖类。 提示　合成ATP所需的能量来自葡萄糖等有机物中的化学能(通过细胞呼吸合成ATP)、光能(通过光合作用合成ATP)。 3．根据以下资料分析ATP为生命活动提供能量的特点？ 资料3　人体内ATP的总量大约只有0.5 kg，1个成年人在安静状态下24 h内消耗的ATP约有40 kg；在剧烈运动时，ATP的消耗可达0.5 kg/min；ATP形成后不到1 min的时间就要发生转化；氰化钾能阻止人体合成ATP，人中毒后在3～6 min内就会死亡。 资料4　用32P标记磷酸加入细胞培养液中，短时间内快速分离出ATP，ATP的总量变化不大，但是大部分ATP末端的磷酸基团却已经带有放射性标记。 提示　细胞中的ATP含量少且相对稳定，ATP－ADP循环速度快，从而使细胞内的ATP含量保持动态平衡。 4．ATP和ADP的相互转化是不是可逆反应？请完善表格并得出结论。 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 活细胞所有部位 线粒体、叶绿体、细胞溶胶等 能量来源 高能磷酸键水解释放的能量 有机物中的化学能、光能 能量去向 用于各项生命活动 储存在高能磷酸键中 结论：物质是可逆的，能量是不可逆的，酶也不相同，因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应。 5．请完善能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通的模型图。 3．(2025·金华高一期中)下列有关人体中ATP的叙述，不正确的是(　　) A．细胞质和细胞核中都有ATP的分布 B．ATP中的能量可以来源于光能，也可以来源于化学能 C．ATP的合成总是伴随着放能反应的发生 D．代谢旺盛的细胞中ATP与ADP的含量也能达到动态平衡 答案　B 解析　人体中ATP中的能量来自糖类等物质氧化分解释放的化学能，但人体无法进行光合作用，ATP的能量不能来自光能，B错误；一般而言，ATP的合成伴随着放能反应的发生，ATP的水解伴随着吸能反应的发生，C正确；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，保证了机体对能量的需求，代谢旺盛的细胞中也是如此，D正确。 4.(2024·温州高一期中)如图为ATP－ADP循环图解，其中①和②表示过程。下列叙述正确的是(　　) A．ATP在细胞中的含量很高 B．①中能量可来源于光能，②中能量可转化为光能 C．生物体内各种吸能反应所需的能量均来自过程② D．在睡眠状态下人体肌肉细胞中过程①的速率和运动状态下相近 答案　B 解析　ATP在细胞中含量很低，A错误；①表示ATP的合成过程，合成ATP所需的能量可以来自光能和化学能，②表示ATP的水解过程，ATP水解释放的能量可以转化为光能和化学能，B正确；②表示ATP的水解过程，该过程往往伴随着吸能反应，但并不是所有的吸能反应所需的能量均来自ATP的水解，C错误；在睡眠状态下人体肌肉细胞中过程①(ATP合成)的速率小于运动状态下的，D错误。 课时对点练 [分值：100分] 第1～11题，每题5分；第12～13题，每题6分，共67分。 题组一　ATP的功能和结构 1．(2024·浙江浙南名校联盟高一月考)有学者利用刚刚失去收缩功能的离体肌肉进行实验：在肌肉上滴加葡萄糖溶液后，发现肌肉没有收缩；在同样的肌肉上滴加ATP溶液，肌肉很快发生了收缩。这一实验说明(　　) A．ATP在肌肉细胞内不能合成 B．ATP可以为肌肉收缩直接供能 C．葡萄糖不是能源物质 D．ATP中所含能量比葡萄糖多 答案　B 解析　向刚刚失去收缩功能的离体肌肉上滴加葡萄糖溶液，肌肉不收缩，说明葡萄糖不能直接提供能量；向同样的肌肉上滴加ATP溶液，肌肉很快就发生明显的收缩，说明ATP可以为肌肉收缩直接供能，B符合题意。 题点　ATP的功能 2．(2024·嘉兴高一期中)如图是ATP的结构示意图，下列有关叙述错误的是(　　) A．ATP中的糖类为核糖 B．ATP是生命活动的主要承载者 C．ATP含有C、H、O、N、P五种元素 D．每个ATP分子中含有2个高能磷酸键 答案　B 解析　蛋白质是生命活动的主要承载者，ATP是生命活动的直接能源，B错误。 题点　ATP的功能和结构 3．当条件适宜时，20个腺苷和60个磷酸基团最多可以组成的ATP个数和ATP分子中所含的高能磷酸键的个数分别是(　　) A．20个，30个 B．20个，40个 C．40个，40个 D．40个，60个 答案　B 解析　一个ATP分子中含有1个腺苷、3个磷酸基团、2个高能磷酸键，所以20个腺苷和60个磷酸基团最多可形成20个ATP分子，共含有40个高能磷酸键，B符合题意。 题点　ATP是一种高能磷酸化合物 题组二　ATP－ADP循环 4．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 题点　ATP与ADP的相互转化 5．(2024·温州高一联考)在某细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子，短时间内分离出细胞的ATP，发现其含量变化不大，但部分ATP的末端磷酸基团已被32P标记。该现象说明(　　) A．ATP中靠近腺苷的磷酸基团容易脱离 B．细胞中含有大量的ATP C．ATP是细胞内的直接能源 D．该过程中ATP既有合成又有分解 答案　D 解析　由“部分ATP的末端磷酸基团已被32P标记”可知，ATP中远离腺苷的磷酸基团容易脱离，A错误；细胞中ATP的含量很低，但保持相对稳定，B错误；由于题干信息中没有涉及ATP供能的过程，因此不能说明ATP是细胞内的直接能源，C错误；ATP含量变化不大，但部分ATP的末端磷酸基团已被32P标记，说明该过程中ATP既有合成又有分解，D正确。 题点　ATP与ADP的相互转化 6.如图所示为ATP和ADP之间的转化，下列说法正确的是(　　) A．M为ADP，N为ATP B．能量1和能量2来源相同 C．酶1和酶2是同一种酶 D．X1和X2是同一种物质 答案　D 解析　由图中能量的方向可以看出，M为ATP，N为ADP，A错误；能量1来自ATP中远离腺苷的高能磷酸键水解所释放的化学能，能量2在植物体内除了来自有机物氧化分解释放的化学能外，还可来自光能，B错误；酶1和酶2是催化不同反应的两种酶，C错误；X1和X2都代表磷酸基团，D正确。 题点　ATP与ADP的相互转化 7．(2025·杭州高一阶段检测)“蓝眼泪”是夜光藻等微生物受到海浪拍击时发出的蓝色荧光，该过程与ATP密切相关。下列叙述错误的是(　　) A．ATP是夜光藻细胞内的直接能源物质 B．夜光藻合成ATP需消耗ADP和Pi C．ATP彻底水解后的产物是腺嘌呤、核糖核酸和磷酸 D．夜光藻体内ATP与ADP快速转化，ATP含量保持相对稳定 答案　C 解析　ATP直接给细胞的生命活动提供能量，即ATP是夜光藻细胞内的直接能源物质，A正确；ATP彻底水解后的产物是腺嘌呤、核糖和磷酸，C错误。 题点　有关ATP的综合 8．(2024·杭州高一期中)如图表示萤火虫体内ATP－ADP循环示意图。下列关于该过程的叙述，正确的是(　　) A．图中的M指的是腺苷，N指的是核糖 B．ATP的“充电”需要酶的催化，体内产生大量ATP C．萤火虫飞行时快速生成ADP，同时释放的能量转换成肌肉收缩的机械能 D．在萤火虫体内，ATP中的能量可以转变为光能，光能也可以转变为ATP中的能量 答案　C 解析　图中的M指的是腺嘌呤，N指的是核糖，A错误；ATP的“充电”需要酶的催化，但体内ATP的含量很少，消耗的能量多产生的ATP就多，反之就少，B错误；ATP中的能量可以转变为光能，但对于萤火虫而言，不能进行光合作用，故不存在光能转变为ATP中的能量，D错误。 题点　ATP与ADP的相互转化 (2025·杭州高一阶段检测)阅读下列材料，完成第9、10小题。 为实时监测空气中的微生物数量，科研人员开发了以ATP生物发光测定法为基础的自动化ATP荧光检测系统。ATP生物发光测定法是通过检测细胞内源性ATP含量得到发光值，进而反映被测样本中微生物含量的一种快速定量测定方法。检测时，空气进入含细胞裂解液、荧光素等物质的检测试剂盒中，即可得到检测数据。 9．ATP荧光检测系统中，ATP的作用是(　　) A．发出荧光 B．吸收荧光 C．提供能量 D．催化反应 答案　C 题点　ATP是一种高能磷酸化合物 10．发光值可反映微生物含量的原因是(　　) A．ATP在微生物细胞内水解时会发光 B．微生物细胞内ATP含量相对稳定 C．ATP在微生物细胞内不易合成 D．ATP在微生物细胞内不易分解 答案　B 解析　ATP是细胞生命活动的直接能源物质，水解时可释放能量，但不能直接发光，A错误；微生物细胞内ATP含量相对稳定，故发光值可反映微生物含量，B正确；在酶的作用下，ATP中远离腺苷的那个高能磷酸键容易断裂和形成，即ATP在细胞中易分解和合成，C、D错误。 题点　ATP的利用 11．根据图示判断，下列相关叙述正确的是(　　) A．ATP在细胞中的含量很少，但每个ATP所含能量很多 B．丙为腺嘌呤，丁可用于某些脂质的合成 C．ATP为生命活动提供能量时需经过图示整个过程 D．乙不含高能磷酸键，是核糖核酸的基本组成单位之一 答案　D 解析　ATP在细胞内的含量很少，且所含能量并不多，但ATP与ADP在细胞内的相互转化十分迅速，可以为生命活动提供能量，A错误；丙为腺苷“A”，其组成包括腺嘌呤和核糖，丁是磷酸，是磷脂的组成成分之一，B错误；ATP转化为ADP时为生物体的各项生命活动提供能量，不需要经过图示整个过程，C错误；乙为ATP断裂掉两个高能磷酸键之后形成的物质，为AMP(即腺嘌呤核糖核苷酸)，是核糖核酸的基本组成单位之一，D正确。 题点　有关ATP的综合 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(如表所示)。下列相关推论正确的是(　　) 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 油脂和磷 脂的合成 A.蛋白质的合成可由GTP或ATP直接供能 B．GTP分子中所有的高能磷酸键断裂后，可得到鸟苷 C．UTP分子水解掉1个磷酸基团后，可作为RNA的基本组成单位之一 D．CTP在有油脂和磷脂合成的场所含量很高 答案　A 解析　GTP分子中所有的高能磷酸键断裂后，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RNA的基本组成单位之一，C错误；油脂和磷脂的合成会消耗CTP，但CTP在有油脂和磷脂合成的场所含量不会很高，D错误。 题点　ATP的结构 13．(2025·温州高一期末)蛋白质分子的磷酸化和去磷酸化与其活性的关系如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．蛋白质的磷酸化和去磷酸化不属于可逆反应 B．蛋白质接受磷酸基团被激活，环境中会有ADP和磷酸分子的积累 C．蛋白质去磷酸化后与双缩脲试剂不再发生颜色变化 D．ATP中的A由腺嘌呤和脱氧核糖构成，含有可转移的磷酸基团 答案　A 解析　根据图示，蛋白质的磷酸化和去磷酸化中能量是不可逆的、酶的种类不同，因此属于不可逆反应，A正确；分析题图可知，蛋白质被磷酸化激活的过程中，蛋白质需要连接一个磷酸分子，所以周围环境中不会有磷酸分子的积累，B错误；蛋白质去磷酸化后，肽键并没有断裂，能与双缩脲试剂发生颜色变化，C错误；ATP中的A由腺嘌呤和核糖构成，ATP中含有可转移的磷酸基团，D错误。 题点　有关ATP的综合 14．(18分)(2025·宁波高一期中)在2024年巴黎奥运会上，中国运动员们奋力拼搏，最终为我国赢得了91枚奖牌。请回答下列问题： (1)图甲为某种能源物质的结构示意图。该物质的中文名称为______________，它含有________个高能磷酸键，在一定条件下可以转变为合成________的原料之一。 (2)(4分)运动员运动过程中，细胞时刻进行着各项生命活动，且大多数需要在很短时间内完成。ATP和葡萄糖都是能源物质，葡萄糖经过多步化学反应可释放大量能量，且一分子葡萄糖中的能量是ATP的100倍，但细胞可直接利用的能源物质一般是ATP，原因是____________ _______________________________________________________________________________。 (3)(8分)人的骨骼肌细胞中ATP含量仅能满足剧烈运动时三秒钟以内的能量供给。在某运动员参与短跑比赛的过程中，其骨骼肌细胞内的ATP相对含量随时间的变化情况如图乙所示。 ①a→b的变化过程说明___________________，此过程释放的能量用于肌肉收缩等生命活动。 ②b→c过程中ATP含量增加，说明________等能源物质氧化分解加强，释放更多能量供ADP形成ATP。此过程中涉及了下列哪几个反应？______(填字母)。 A．ATP水解 B．ATP合成 C．吸能反应 D．放能反应 答案　(1)腺苷三磷酸　2　RNA(核糖核酸)　(2)ATP的稳定性要比葡萄糖差；ATP所含能量比葡萄糖少；ATP和ADP可以快速地相互转化　(3)①ATP水解的速率大于ATP合成　②葡萄糖　ABCD 解析　(1)图甲的中文名称为腺苷三磷酸，它含有2个高能磷酸键，脱去2个磷酸基团是合成RNA的基本单位之一。(2)ATP的稳定性要比葡萄糖差；ATP所含能量比葡萄糖少；ATP和ADP可以快速 地相互转化，故相比于葡萄糖，细胞可直接利用的能源物质一般是ATP。(3)①图乙中a→b的变化过程中，ATP被水解，ATP的含量先降低，ATP水解的速率大于ATP合成，释放的能量用于肌肉收缩等生命活动。②b→c过程中ATP含量增加，说明细胞呼吸分解葡萄糖加强，释放更多能量供ADP形成ATP。 题点　有关ATP的综合 15．(每空3分，共15分)在自然界中生物的发光现象普遍存在，生物通过细胞的生化反应而发光。请设计实验探究萤火虫的发光强度与ATP浓度的关系。 实验材料：萤火虫的荧光器晒干后研磨成的粉末、ATP粉末、蒸馏水、大小相同的小烧杯若干、大小相同的试管若干、标签纸若干等其他实验所需材料。 (1)实验步骤： 第一步，配制不同浓度的ATP溶液置于小烧杯中，贴上标签。 第二步，将萤火虫的荧光器粉末分成若干等份分别放于试管中，贴上标签。 第三步，向每支试管中加入__________________________________________。 第四步，观察发光现象并记录。 (2)实验现象预测及结论： ①随ATP浓度升高，发光现象增强，说明荧光强度与ATP浓度呈__________； ②随ATP浓度升高，发光现象__________，说明荧光强度与ATP浓度呈负相关； ③在不同浓度的ATP溶液中，________________，说明荧光强度与ATP浓度无关。 (3)实验讨论： 萤火虫发光是__________能转化成光能的过程。 答案　(1)等量不同浓度的ATP溶液　(2)①正相关　②减弱　③发光现象无变化　(3)化学 题点　ATP的利用 学科网（北京）股份有限公司 $