第3章 第1节 第3课时 ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质（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（苏教版）

本讲义聚焦“ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质”核心知识点，从能源物质引入，系统梳理ATP的化学组成、结构特点（如A-P～P～P简式）、与ADP的相互转化机制及在能量代谢中的功能，通过判断正误、任务探究（如ATP结构分析、资料分析）、核心归纳等学习支架构建完整知识链。 该资料以物质与能量观深化生命观念，通过任务驱动（如分析ATP结构与核酸关系、探究转化速率意义）培养科学思维，结合萤火虫发光实验设计等探究实践题提升探究能力。课中任务助力教师引导学生深度理解，课后练习题与判断正误帮助学生查漏补缺，强化知识应用。

第3课时　ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质 [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。 1．能源物质 糖类、脂肪、蛋白质都富含能量。这些物质氧化分解释放的能量中有一部分用于产生ATP。 2．ATP的分子结构 (1)中文名称：腺苷三磷酸。 (2)结构简式：A—P～P～P。 (3)符号含义 3．ATP的特点 (1)由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得磷酐键容易断裂。ATP分子末端的磷酐键断裂后，ATP转化为腺苷二磷酸(ADP)和游离的Pi(HPO)。 (2)ATP是通过基团转移而不是简单的水解提供能量的，ATP转移的基团是一个磷酰基(—PO)，而不是磷酸基(—OPO)。 (3)ATP在细胞内含量很低，但转化十分迅速。 4．ATP和ADP的相互转化 (1)ATP的合成反应 ①反应式：ADP＋Pi＋能量1ATP。 ②图中“能量1”为光合作用、细胞呼吸产生的能量。 (2)ATP的水解反应 ①反应式：ATPADP＋Pi＋能量2。 ②图中“能量2”为通过磷酰基转移提供的能量。 (3)意义 ①为细胞提供所需的ATP。 ②使ATP仍然维持相对恒定的水平。 ③既能及时且持续地为生命活动提供能量，又能避免能量的浪费。 5．ATP的功能 (1)是细胞内绝大多数生命活动的直接能源物质。如生长、发育、运动、生殖和大多数需能反应等。 (2)是驱动细胞中各种生命活动的通用能量货币。糖类等有机物氧化分解释放的能量不能直接用于生命活动，需要转化为ATP中的能量才能满足生命活动的需求。 判断正误 (1)ATP含有3个磷酐键，但是只有一个磷酐键会发生断裂(　　) (2)根细胞产生ATP的生理过程为光合作用和细胞呼吸(　　) (3)ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处在动态平衡中(　　) (4)ATP中的“A”与核酸中的碱基“A”是同一种物质(　　) (5)ATP水解时，两个磷酐键都断裂，生成ADP和Pi(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)× 提示　(1)ATP含有2个磷酐键。(2)根细胞产生ATP的生理过程为细胞呼吸。(4)ATP中的“A”为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成，DNA和RNA中的碱基“A”是腺嘌呤。(5)ATP分子末端的磷酐键断裂后形成ADP和Pi。 任务一：ATP的结构 根据ATP的结构式思考下列问题： (1)图中①②③的结构分别是腺嘌呤、核糖、磷酸基团。 (2)腺苷是由图中①②(填序号)结构组成的。 (3)ATP分子去掉2个磷酸基团后的剩余部分是什么物质？它与核酸有何关系？ 提示　腺嘌呤核糖核苷酸。该物质是RNA的基本组成单位之一。 (4)若ATP完全水解，会得到哪些成分？ 提示　腺嘌呤、核糖和磷酸。 (5)为什么ATP中远离A端的磷酐键容易断裂？ 提示　由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得磷酐键容易断裂。 核心归纳　 1．ATP的结构 (1)由结构图示可知，ATP的组成元素有C、H、O、N、P，这与核酸的元素组成是相同的。 (2)由结构图示可看出，ATP的结构特点可概括为“一、二、三”，即一个腺嘌呤核苷、两个磷酐键、三个磷酸基团。 (3)ATP水解后脱下两个Pi就形成AMP(腺苷一磷酸)，AMP是RNA的基本组成单位之一。 2．不同化合物中“A”的含义 3．生物体内的能源物质总结 (1)能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP。 (2)主要能源物质：糖类。 (3)储能物质：脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。 (4)主要储能物质：脂肪。 (5)直接能源物质：ATP。 (6)最终能量来源：太阳能。 1．ATP分子的结构可简写成A－P～P～P，下列相关叙述正确的是(　　) A．A代表腺嘌呤，T代表三，P代表磷酸基团 B．“～”表示磷酐键，其断裂时需要吸收能量 C．ATP是通过转移磷酸基(－OPO)提供能量的 D．ATP是通过磷酐键断裂，直接释放大量能量的 答案　B 解析　“A”代表腺苷，A错误；“～”代表磷酐键，其断裂时需要先吸收能量使ATP分子处于活跃状态，然后在转变成ADP和Pi的过程中释放能量，B正确；ATP是通过转移磷酰基(－PO)提供能量的，而不是磷酸基(－OPO)，C错误；ATP分子水解，末端的磷酐键断裂，通过基团(－PO)的转移提供能量，D错误。 2．ATP是细胞的能量“货币”，如图所示为ATP的分子结构，a、b、c表示相应的结构，①②表示化学键。下列相关叙述错误的是(　　) A．ATP并不是细胞中所有需要能量的生命活动的唯一直接供能物质 B．图中①②对应的磷酐键都断裂后形成的产物是构成RNA的基本单位之一 C．GTP与ATP结构相似，GTP含有的糖为核糖，其中的“G”叫鸟苷 D．ATP水解产生的能量用于满足各项生命活动，如蔗糖的水解 答案　D 解析　ATP并不是细胞中所有需要能量的生命活动的唯一直接供能物质，细胞中还有GTP、CTP等直接供能物质，A正确；图中①②对应的磷酐键都断裂后形成的产物是腺嘌呤核糖核苷酸，是构成RNA的基本单位之一，B正确；GTP是三磷酸鸟苷，与ATP结构相似，GTP含有的糖为核糖，其中的“G”叫鸟苷，C正确；蔗糖的水解不消耗能量，D错误。 任务二：ATP和ADP的相互转化和ATP的利用 1．分析以下资料，回答相关问题： 资料1　研究显示，一个成年人一天在静止状态下所消耗的ATP约有48 kg；在剧烈运动的状态下，每分钟约有0.5 kg的ATP转化成ADP。 资料2　成人体内ATP总量约为2～10 mg，人体安静状态下，肌肉内ATP含量只能供肌肉收缩1～2 s。 资料3　每个细胞每秒可合成约1 000万个ATP且同时有等量的ATP 被水解。 (1)资料1和资料2说明了什么？ 提示　ATP的消耗量大，但是含量很低。 (2)资料3说明了什么？有什么意义？ 提示　ATP合成和水解即ATP和ADP的相互转化非常迅速，一方面为细胞提供所需的ATP，另一方面使ATP维持相对恒定的水平。 2．阅读教材有关ATP的利用和合成的相关内容，将ATP和ADP的转化概念图补充完整。 (1)吸能反应一般与ATP的水解相联系，由ATP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。 核心归纳　 1．ATP与ADP的相互转化 反应式 ATPADP＋Pi＋能量 ADP＋Pi＋能量ATP 场所 生物体的需能部位 细胞质基质、线粒体、叶绿体 物质变化 水解反应 合成反应 能量变化 释放能量 吸收能量 能量来源 基团(—PO)转移 细胞呼吸、光合作用 特点 时刻不停地发生，并且处于动态平衡之中 总反应式：ATPADP＋Pi＋能量。 特别提醒　(1)ATP和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，因此二者的转化不是可逆的，从两者相互转化的反应式来看，“物质是可逆的，但能量不可逆”。 (2)ATP在细胞中含量很少。 (3)ATP≠能量。ATP中远离腺苷的磷酐键断裂时能够释放出能量，所以ATP是与能量有关的一种物质，不能将两者等同。 2．ATP的利用 (1)储存在ATP中的化学能可以转化为光能、电能、机械能等。 (2)常见的消耗ATP的生理过程：主动运输、蛋白质合成、胞吞、胞吐、细胞分裂等。 (3)常见的不消耗ATP的生理过程：简单扩散、协助扩散、气体交换、蒸腾作用等。 3.如图为ATP与ADP相互转化过程示意图，下列有关叙述正确的是(　　) A．过程①为ATP的水解过程 B．过程②往往同时伴随着放能反应 C．过程①中的能量可来自细胞呼吸 D．ATP与ADP相互转化是人体特有的 答案　C 解析　过程①为ADP接受能量，同时与Pi结合，重新形成ATP的过程，A错误；过程②为ATP水解释放能量，常常伴随着吸能反应，B错误；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，D错误。 4．(多选)下列有关人体细胞内ATP的叙述，正确的是(　　) A．处在寒冷环境中时，细胞产生ATP的速率增大 B．运动时，细胞内产生ATP的速率远大于产生ADP的速率 C．剧烈运动时，肌肉细胞水解ATP的速率迅速增加 D．饥饿时，细胞内产生ADP的速率远大于产生ATP的速率 答案　AC 解析　在任何状态下，ATP与ADP的相互转化均处于动态平衡之中，即细胞产生ADP的速率基本等于产生ATP的速率，B、D错误；处在寒冷环境中时，人体细胞代谢增强以维持体温恒定，细胞产生 ATP的速率增大，A正确；剧烈运动时需要的能量增多，肌肉细胞水解 ATP的速率迅速增加，C正确。 题点　ATP的功能机理 课时对点练 [分值：100分] 第1题4分；第2～13题，每题5分，共64分。 题组一　ATP的结构和特点 1．(2025·常州高一阶段检测)ATP的分子结构如图所示，下列叙述正确的是(　　) A．该结构中①的名称是腺苷 B．组成ATP的五碳糖与组成DNA的五碳糖相同 C．细胞生命所需能量主要由②③之间的磷酐键断裂提供 D．正常细胞内ATP的合成与分解保持动态平衡 答案　D 解析　图示结构中①的名称是腺嘌呤，A错误；组成ATP的五碳糖与组成RNA的五碳糖相同，与组成DNA的五碳糖不同，B错误；细胞生命所需能量主要由远离腺苷的磷酐键(题图中②的左侧)断裂提供，而不是由②③之间的磷酐键断裂提供，C错误。 题点　ATP的结构 2．下列关于水稻细胞内ATP的叙述，正确的是(　　) A．ATP的化学性质十分稳定 B．核糖体是合成ATP的主要场所 C．每个ATP分子中含有两个磷酸基团 D．水解释放的磷酸基团能与某些蛋白质结合 答案　D 解析　ATP化学性质不稳定，远离腺苷的磷酐键容易断裂，A错误；核糖体是合成蛋白质的主要场所，不能合成ATP，B错误；每个ATP分子中含有三个磷酸基团，C错误；水解释放的磷酸基团可转移到某些蛋白质的氨基酸残基上，使蛋白质磷酸化，D正确。 题点　ATP的结构 3．dATP与ATP结构相似，区别是其中所含的五碳糖为脱氧核糖。下列说法错误的是(　　) A．含有两个不稳定的磷酐键 B．能为蛋白质合成提供直接能源 C．含有C、H、O、N、P五种元素 D．dATP中的“A”代表腺苷 答案　D 解析　dATP中的“A”代表脱氧腺苷(由腺嘌呤和脱氧核糖组成)，ATP中的A代表腺苷(由腺嘌呤和核糖组成)，D错误。 题点　ATP的结构 题组二　ATP和ADP的相互转化 4．(2024·盐城第一中学高一期末)如图表示人体细胞内ATP和ADP相互转化的过程，下列叙述错误的是(　　) A．E代表的能量可以来自细胞呼吸 B．ATP中的“A”代表腺嘌呤 C．酶1是合成酶，酶2是水解酶 D．ATP与ADP相互转化处于动态平衡中 答案　B 解析　ATP中的“A”代表腺苷(由腺嘌呤和核糖组成)，B错误。 题点　ATP的功能机理 5．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可能来源于细胞呼吸或光合作用 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的功能机理 题组三　ATP的功能 6．下列能使细胞中ADP含量增加的是(　　) A．萎蔫的青菜放在清水中变得坚挺 B．葡萄糖进入哺乳动物红细胞 C．氨基酸被小肠上皮细胞逆浓度吸收 D．性激素进入细胞 答案　C 解析　萎蔫的青菜放入清水中，水分子通过简单扩散进入细胞，不消耗能量，A不符合题意；葡萄糖进入哺乳动物红细胞属于协助扩散，不消耗能量，B不符合题意；氨基酸被小肠上皮细胞逆浓度吸收属于主动运输，需消耗ATP，ADP含量增加，C符合题意；性激素进入细胞属于简单扩散，不消耗能量，D不符合题意。 题点　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．(2025·南通高一期中)“蓝眼泪”是生存在海中的夜光藻等微生物受到海浪拍击时，发出的蓝色荧光，这一过程与ATP密切相关，以下相关说法错误的是(　　) A．夜光藻细胞内ATP合成快，含量多 B．夜光藻可通过细胞呼吸释放的能量合成ATP C．夜光藻细胞内ATP/ADP的比值是相对稳定的 D．夜光藻发出荧光的过程由ATP直接供能 答案　A 解析　正常生活的细胞中ATP与ADP的相互转化是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，所以ATP在细胞内的含量很少，且夜光藻细胞内ATP/ADP的比值是相对稳定的，A错误。 题点　ATP的利用 9．(2025·连云港高一期中)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与脂肪分子所含的元素种类不相同 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 D．ATP在形成cAMP的过程中，初期会释放能量 答案　B 解析　cAMP含C、H、O、N、P五种元素，脂肪只含有C、H、O三种元素，A正确；虚线框中的成分是腺嘌呤，ATP中的“A”是腺苷，B错误；未环化的AMP是腺嘌呤核糖核苷酸，可作为RNA的基本组成单位，C正确；ATP在形成cAMP的过程中，初期会断裂磷酐键，释放能量，D正确。 题点　ATP的结构 10．(2025·连云港高一期中)蛋白质分子的磷酸化与去磷酸化与其活性的关系如图所示。下列相关叙述正确的是(　　) A．蛋白激酶使蛋白质发生去磷酸化而失去活性 B．磷酸化的蛋白质的磷酸基团可能来自ATP的合成 C．蛋白质磷酸化和去磷酸化过程都伴随着空间结构的改变 D．Na＋－K＋泵运输Na＋和K＋过程中不会发生图示两个过程 答案　C 解析　蛋白磷酸酶使蛋白质发生去磷酸化而失去活性，A错误；磷酸化的蛋白质的磷酸基团可能来自ATP的水解，B错误；蛋白质磷酸化和去磷酸化过程都导致空间结构发生改变，C正确；Na＋－K＋泵运输Na＋和K＋过程中会发生蛋白质磷酸化和去磷酸化两个过程，D错误。 题点　ATP的利用 11．(多选)下列有关酶与ATP的叙述，正确的是(　　) A．酶的形成需要消耗ATP B．冬季人体内酶的活性随环境温度的下降而降低 C．ATP的合成与水解依赖于酶的催化作用 D．酶和ATP不能在同一个细胞中合成 答案　AC 解析　人是恒温动物，冬季环境温度下降，而人的体温基本不变，所以酶的活性不变，B错误；ATP与ADP转化速度快，保证了机体对能量的需求，该过程依赖于酶催化作用的高效性，C正确；所有的活细胞都离不开酶，同时也离不开直接供能物质ATP，可见酶和ATP能在同一个细胞中合成，D错误。 题点　酶和ATP的综合考察 12．(多选)如图所示为ATP的结构及ATP与ADP之间的相互转化过程，下列说法错误的是(　　) A．图一中的a代表腺苷，A代表的是腺嘌呤 B．ATP生成ADP时图一中的c键断裂释放的能量常用于吸能反应 C．ATP与ADP相互转化过程中物质和能量是可循环利用的 D．酶1和酶2调节作用的机理是降低化学反应的活化能 答案　ACD 解析　图一中的a代表腺嘌呤核糖核苷酸，A错误；ATP生成ADP为ATP的水解过程，图一中的c键不稳定，容易断裂并释放能量，所释放的能量常用于吸能反应，B正确；ATP与ADP相互转化的过程不是可逆反应，其中物质可循环利用，能量不可逆，C错误；酶催化作用的机理是降低化学反应的活化能，酶不具有调节作用，D错误。 题点　ATP与ADP的相互转化 13．(多选)(2024·无锡高一开学考试)GTP与ATP的化学结构相似。G蛋白由Gα、Gβ和Gγ三个亚基组成，具有GTP水解酶活性。G蛋白可以在活性状态与非活性状态之间相互转化，如图所示，激动剂与G蛋白偶联受体(GPCR)结合后可引起G蛋白转化为活性状态。下列叙述错误的是(　　) A．GTP中含2个磷酸基团，G代表鸟嘌呤核糖核苷酸 B．细胞中的GTP也可能作为生命活动的直接能源物质 C．G蛋白由非活性状态转化为活性状态与去磷酸化有关 D．生物体内G蛋白的活性只受温度和pH变化的影响 答案　ACD 解析　GTP中含3个磷酸基团，GTP中的G代表鸟苷，A错误；ATP是生物体内直接的能源物质，GTP与ATP的化学结构相似，细胞中的GTP也可能作为生命活动的直接能源物质，B正确；据题图分析，G蛋白由非活性状态转化为活性状态时，G蛋白上结合的GDP变为GTP，即发生磷酸化，C错误；据题意可知，G蛋白的活性还受激动剂的影响，D错误。 题点　有关ATP的综合 14．(18分)ATP是细胞中通用能量货币，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： ATPADP＋Pi＋能量 (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____________的研究方法。 答案　(1)A－P～P～P　化学　(2)光合作用　细胞呼吸　放能　(3)高效　降低化学反应的活化能　(4)1　(放射性)同位素标记法 题点　ATP与ADP的相互转化 15．(18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、标签纸若干及其他所需实验材料。 (1)实验步骤： ①配制不同浓度的ATP溶液，置于小烧杯中，贴上标签。 ②将____________分成若干等份，分别放入试管中，贴上标签。 ③在每支试管中加入_________________________________________________________。 ④观察发光现象并记录。 (2)实验现象预测及结论： 实验现象预测 实验结论 ①随ATP溶液浓度升高，发光现象逐渐增强 荧光强度与ATP浓度____________________ ②随ATP溶液浓度升高，发光现象________ _____________________________________ 荧光强度与ATP浓度____________________ ③________________________________________________________________________ 荧光强度与ATP浓度无关 (3)实验讨论： a．最可能的实验结果是(2)中的第______种。 b．萤火虫发光是________________能转变成________________能的过程。 答案　(1)②荧光器粉末　③等量不同浓度的ATP溶液　(2)成正比　逐渐减弱　成反比　随ATP溶液浓度升高，发光现象无变化　(3)a.①　b．ATP中的化学　光 题点　ATP的利用 学科网（北京）股份有限公司 $