高中生物人教版（2019）必修一第五章细胞的能量供应和利用-“ATP”章节重点归纳&典例示范学案（含答案）

《细胞的能量供应和利用》
“ATP”章节重点归纳&典例示范
【基础归纳】
【ATP的组成及结构】
ATP 的组成
元素组成：由C、H、O、N、P 5 种元素组成，与核酸的元素组成相同。
ATP 的结构（如图所示）
结构简式
A—P ～ P ～ P
【特别提醒】
（1）ATP 脱去一个磷酸基团后成为ADP，再脱去一个磷酸基团就成为RNA 的基本组成单位之一——腺嘌呤核糖核苷酸，简称AMP（也叫一磷酸腺苷）。
（2）ATP ≠能量，ATP 是一种物质，不是能量。在ATP 的化学键中储存着能量。
ATP 的结构特点
不稳定：在有关酶的催化作用下，末端磷酸基团会离开ATP与其他分子结合，从而释放能量，供生命活动需要，也容易形成而储存能量。
高能量： ATP 是一种不稳定的高能磷酸化合物。
ATP 与DNA、RNA、核苷酸的联系
ATP 与 DNA、RNA、核苷酸的结构中都含有“A”，但 在不同物质中“A”表示的含义不同，如图所示。
ATP 中的A 为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成。
DNA 分子中的A 为腺嘌呤脱氧核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成。
RNA 分子中的A 为腺嘌呤核糖核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸组成。
核苷酸中的A 为腺嘌呤。
典例示范
在如下图所示四种化合物的化学组成中， “○”中所对应的含义最接近的是 （　）
A. ①和②　B. ②和③　C. ③和④　D. ①和④
【答案】D
下图表示 ATP 的结构简图。据图分析错误的是 （ ）
图中 A 代表的是腺嘌呤　
B. 图中 b、c 代表的是一种特殊的化学键
C. 水解时 c 键更容易断裂　　
D. 图中 a 内的五碳糖是脱氧核糖
【答案】D
ATP 是细胞的能量“通货”。下列有关 ATP的叙述，正确的是 （　　）
ATP 含有 C、 H、O、 N、P 元素
B. ATP 中的 A 代表腺嘌呤
C. ATP 中含有三个特殊的化学键
D. ATP 中的 T 代表胸腺嘧啶
【答案】A
ATP 是直接为细胞生命活动提供能量的有机物。关于ATP 的叙述，错误的是（　　）
A. 酒精发酵过程中有ATP 生成
B. ATP 可为物质跨膜运输提供能量
C. ATP 中高能磷酸键（特殊的化学键）水解可释放能量
D. ATP 由腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸组成
【答案】D
在有关DNA 分子的研究中，常用32P 来标记DNA 分子。用α、β 和γ 表示ATP 或dATP（d 表示脱氧）上三个磷酸基团所处的位置（A—Pα ～ Pβ ～ Pγ 或dA—Pα ～ Pβ ～ Pγ）。回答下列问题：
（1）某种酶可以催化ATP 的一个磷酸基团转移到DNA 末端上，同时产生ADP。如果要用该酶把32P 标记到DNA 末端上，那么带有32P 的磷酸基团应在ATP 的
　　　　（填“α”“β”或“γ”）位上。
（2）若用带有32P 的dATP 作为DNA 生物合成的原料，将32P 标记到新合成的DNA 分子上，则带有32P 的磷酸基团应在dATP 的 　　　 　（填“α”“β”或“γ”）位上。
【答案】（1）γ　（2）α
【ATP的利用】
ATP 水解释放能量的用途
电能：神经系统中神经冲动的传导，产生生物电。
渗透能：细胞的主动运输需要的能量。
化学能：生物体内物质的合成需要的能量，如蛋白质的合成。
光能：萤火虫发光需要的能量。
热能：有机物氧化分解释放的能量，一部分变成热能。
怎样理解 ATP 是细胞的能量“通货”？
能量通过ATP 分子在吸能反应和放能反应之间利用和形成。因此，可以形象地把ATP 比喻成细胞内的能量“通货”。
怎样理解 ATP是细胞内“取之不尽”的直接 能源物质？
ATP 是一种不稳定的化合物，在细胞内的含量很少。ATP 和ADP 在细胞内能迅速转化，ATP 水解直接为生命活动提供能量，产生ADP 和Pi，ADP 和Pi 接受细胞代谢（主要是呼吸作用）产生的能量迅速合成ATP。
典例示范
下列生命活动中不需要 ATP 提供能量的是（　　）
A. 叶肉细胞合成的糖运输到果实
B. 吞噬细胞吞噬病原体的过程
C. 淀粉酶催化淀粉水解为葡萄糖
D. 细胞中由氨基酸合成新的肽链
【答案】C
下列有关 ATP 的叙述，正确的是 （　）
A. ATP 转化成 ADP 的过程会产生水
B. 细胞内的吸能反应一般与 ATP 的水解相联系
C. 1 分子 ATP 彻底水解后得到 3 分子磷酸、1 分子腺苷
D. 细胞中所有需要能量的生命活动都由 ATP 直接供能
【答案】B
下列关于 ATP 的叙述，正确的是 （　）
A. ATP 脱去 2 分子磷酸的剩余部分是构成DNA 分子的基本单位之一
B. 植物只能通过光合作用合成 ATP
C. 大脑在思考问题时，伴随着 ATP 与ADP 的相互转化
D. 长期不进食的病人，细胞中 ATP 与ADP的含量难以达到动态平衡
【答案】C
1. 细胞内ATP 的含量总是处于动态的平衡中，这对生物的意义是（　　）
A. 构成了生物体内稳定的供能环境
B. 保证了生物体内的能量供应
C. 使生物体内的能量不至于流失
D. 保证了生物体总是处于生长状态
【答案】B
在人的骨骼肌细胞中，ATP 的含量仅够剧烈运动时3 s 以内的能量供给。某运动员参加短跑比赛过程中，ATP 的相对含量随时间的变化如图 所示，请据图回答下列问题。
（1）B → C 过程中，ATP 含量增加，说明 　 加强，释放出更多的能量，供ADP 合成ATP 使用，以补充细胞中的ATP。
（2）从整条曲线来看，肌细胞中ATP 的含量不会降为零，说明 　　　　　　。
【答案】（1）呼吸作用　（2）ATP 的合成和分解是同时进行的
【ATP与ADP的相互转化】
ATP 水解释放能量
ATP 合成储存能量
过程
ATP 与 ADP 的相互转化
反应式： ATP ADP+Pi+ 能量。
相互转化的特点
1. ATP 和ADP 的相互转化时刻不停地发生且处于动态平衡之中。
2. 细胞内ATP 和ADP 相互转化的能量供应机制是生物界的共性。
【特别提示】 　
ATP 在细胞内的含量很少，但ATP 与ADP 在细胞内的相互转化十分迅速，使细胞内ATP 的含量保持相对稳定。
典例示范
下图中甲是生命活动的直接能源物质，下列叙述正确的是（ ）
A. 在人体细胞进行主动运输的过程中，乙的含量会明显增加
B. 丁由腺嘌呤和脱氧核糖组成，而戊可用于甲的合成
C. 丙是 RNA 基本组成单位之一
D. 黑暗条件下，植物细胞中不可以发生乙→甲过程
【答案】 C
下图中 1 为 ATP 的结构简图，2 为 ATP 与ADP 相互转化的关系式。以下说法错误的是 （　）
图 1 中的 A 与 ATP 分子中的 A 为同一种物质
B. 图 2 中反应向右进行时，图 1 中的 c 断裂并释放能量
C. 酶 1 和酶 2 的作用机理都是降低化学反应所需的活化能
D. ATP 与 ADP 的快速相互转化依赖于酶的高效性
【答案】 A
下图是ATP 与ADP 之间的转化图，由此可确定（　　）
A. A 为ADP，B 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
下列有关“ATPADP+Pi + 能量”的叙述，正确的是（　　）
A. 反应向左进行和向右进行时所需的酶是一样的
B. 反应向右进行时释放能量，向左进行时储存能量
C. 整个反应是一个动态平衡的过程
D. 植物细胞和动物细胞中发生这种反应的生理过程都一样
【答案】B
【知识拓展】
【ATP与ADP转化过程不可逆】
项目 ATP 的合成 ATP 的水解
产生场所 仅具有分泌功能的细胞才能产生 活细胞（不考虑哺乳动物成熟的红细胞等）都能产生
反应式 ADP+Pi+ 能量ATP ATPADP+Pi+ 能量
所需酶 ATP 合成酶 ATP 水解酶
能量来源 光能（光合作用）、化学能（呼吸作用） 高能磷酸键中的能量
能量去路 形成高能磷酸键 用于各项生命活动
反应场所 细胞质基质、线粒体、叶绿体 生物体的需能部位
结论 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，因此两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， 但能量是不可逆的
【思维误区】
误认为细胞中含有大量ATP
生命活动需要消耗大量能量，但细胞中ATP 含量很少。由于ADP、Pi 等可重复利用，只要提供能量（光能或化学能），生物体就可以不断合成ATP，满足生物体生命活动的需要。
【特别提示】
判断一个化学反应是不是可逆反应，不仅要看反应物和产物是否相同，还要看反应的条件、场所是否相同。
典例示范
下图表示生物体内发生的两个化学反应，请判断下列相关说法中正确的是（　　）
A. ATP 分子水解时，图中所示的化学键③④最易断裂
B. 图中酶1 和酶2 的化学本质相同，但是两者的种类不同
C. 细胞中的吸能反应一般与ATP 的合成相联系
D. ATP 与ADP 间相互转化的能量供应机制只发生在真核细胞内
【答案】B
【各类能源物质及关系】
能源物质类型
各类能源物质之间的关系（如图）