（新教材）高中生物学修一 同步课件 5.2细胞的能量“货币”ATP

(共41张PPT)
高中生物学-RJ 必修 第一册
1. 说出 ATP 的化学组成和特点。
2. 解释 ATP 在细胞生命活动中的作用。
第 2 节 细胞的能量“货币”ATP
学习目标
重点
1.ATP化学组成的特点及其在能量代谢中的作用。
2.ATP与ADP的相互转化。
难点
ATP和ADP的相互转化及对“能量通货”的理解。
重点难点
一 ATP 的结构和利用
ATP 的中文名称是[1] 　　　 。结构简式为[2] 　　　 　 ，其中A 代表[3] 　　 　　，P 代表[4] 　　 　　，～代表[5] 　　　　 　　。在有关酶的催化作用下，[6] 　　 　　　的高能磷酸键易水解，释放出大量能量。
ATP 在细胞内含量[７] 　　（填“高”或“低”），ATP 在细胞内与[８] 　　　可以相互转化，转化速度[９] 　（填“快” 或“慢”），这种转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中。
动物、人、真菌和大多数细菌形成ATP 所需的能量来自[10] 　　 　， 绿色植物形成ATP 所需的能量来自[11] 　　 　　和[12] 　　 　　。
细胞内的吸能反应一般与ATP 的[13] 　　　　相联系， 放能反应一般与ATP 的[１４] 　　　相联系。
课前预习
腺苷三磷酸
A—P ～ P ～ P
腺苷
磷酸基团
一种特殊的化学键
远离腺苷
低
ADP
快
呼吸作用
呼吸作用
光合作用
水解
合成
判断题
1. 活细胞内ATP 与ADP 的转化只能单向进行 （　　）
2. ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应（ 　　）
3. 人在饥饿时，细胞中ATP 与ADP 的含量难以达到动态平衡 （　　）
4.“能量”就是指ATP，ATP 就是“能量” （　　）
5. ATP 和ADP 相互转化的能量供应机制是生物界的共性 （　　）
深度思考
思考1 　ATP 和ADP 的转化是一种可逆反应吗？为什么？
思考2 　生物体中与能源有关的物质有哪些？
√
√
×
×
×
提示：直接能源物质——ATP ；储能物质——脂肪、淀粉、糖原；主要能源物质——葡萄糖。
提示：不是。ATP 合成和水解的场所一般不相同。ATP 水解释放的能量和合成ATP 的能量来源是不同的。
内容精解
一 ATP 是一种高能磷酸化合物
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 ≠能量，ATP 是一种物质，不是能量。在ATP 的化学键中储存着能量。
（2）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）。
ATP 的结构特点
高能量： ATP 是一种不稳定的高能磷酸化合物。
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。
例 1 （★）下图为 ATP 的分子结构图，a、b、c 表示相应的结构，①、②表示化学键。下列叙述正确的是 （　　）
A. a 表示腺嘌呤，b 表示腺苷
B. 化学键①与化学键②断开时所释放的能量不同
C. 化学键②的形成所需的能量都来自化学能
D. 化学键②中能量的释放往往与吸能反应相关联
【解析】
a 表示腺苷（腺嘌呤核苷），b 表示腺嘌呤核糖核苷酸；化学键①和化学键②都为特殊化学键，断开时所释放的能量相同；化学键②的形成是 ATP 的合成过程，所需的能量来自光合作用中的光能或细胞呼吸中的化学能；化学键②中能量的释放过程是 ATP 水解的过程，往往与吸能反应相关联。
【答案】D
例 2 用 α、β、γ 表示 ATP 上三个磷酸基团所处的位置（A—P α ～ P β ～ P γ ），下列相关叙述正确的是 （　　）
A. ATP 的 β、γ 位磷酸基团脱离，剩余部分可用于 DNA 的合成
B. ATP 含有三个特殊磷酸键，都能为生命活动提供能量
C. ATP 的 β、γ 位磷酸基团脱离，剩余部分可用于 RNA 的合成
D. ATP 的 γ 位磷酸基团脱离，释放的能量可用于根尖吸收水分
【解析】
ATP 的 β、γ 位磷酸基团脱离，剩余部分为腺嘌呤核糖核苷酸，是组成 RNA 的基本单位，A 项错误，C 项正确；ATP 含有 2 个特殊化学键，B 项错误；根尖细胞吸收水分的跨膜运输方式为自由扩散，不消耗能量，D 项错误。
【答案】C
例 3 （★）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
【解析】
ATP 的组成元素为 C、H、O、N、P，A 项正确；ATP中的 A 代表“腺苷”，由腺嘌呤和核糖组成，B 项错误；ATP中含有两个特殊的化学键，三个磷酸基团，C 项错误；ATP 中的 T 代表三个，D 项错误。
【答案】A
1.（★★）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
【解析】
根据分析可知，图中 A 为腺嘌呤，A 项正确；图中b、c 为一种特殊的化学键，其中 c 很容易断裂，也很容易重新合成，B、C 项正确；图中 a 内的五碳糖是核糖，D 项错误。
【答案】D
【即时练】
2.（★★★）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
【解析】
①是 ATP，“○”中所对应的部分称为腺嘌呤核糖核苷酸；②是腺嘌呤核糖核苷酸，“○”中所对应的部分称为腺嘌呤；③是 DNA 分子片段， “○”中所对应的部分称为腺嘌呤脱氧核苷酸；④是 RNA分子片段，“○”中所对应的部分称为腺嘌呤核糖核苷酸。其中①和④的“○”中所对应的含义最接近。
【答案】D
归纳总结： 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。
二 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。
思考 1 ：怎样理解 ATP是细胞内“取之不尽”的直接 能源物质？
提示： 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。
思考 2 ：怎样理解 ATP 是细胞的能量“通货”？
提示：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”。
例 1 ATP 是细胞内的能量“通货”，下列有关叙述中不正确的是 （　　）
A. ATP水解供能，实际上是指ATP分子中远离腺苷的那个特殊化学键的水解
B. 细胞内 ATP 与 ADP 相互转化的能量供应机制是生物界的共性
C. ATP 分子是由 1 个腺嘌呤和 3 个磷酸基团组成的
D. ATP 是主动运输、肌肉收缩、大脑思考的直接能源物质
【解析】
ATP 分子由 1 个腺苷和 3 个磷酸基团组成，C 项错误。
【答案】C
例 2 难度★★★ 典型★★☆
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 　　　　　　。
【解析】ATP 是生物体各项生命活动所需能量的直接能源物质。（1）当ATP 由于消耗而大量减少时，肌细胞的呼吸作用加强， 以合成ATP 供人体利用。
（2）正是由于ATP 与ADP 之间迅速地相互转化，才使得细胞内的ATP 不会用尽，保证人体生命活动的顺利进行。
【答案】（1）呼吸作用　（2）ATP 的合成和分解是同时进行的
【即时练】
1.下图是 ATP 提供能量，细胞转运 Ca 2+ 的过程示意图。下列对该过程的叙述，错误的是 （　　）
　
A. 载体蛋白是催化 ATP 水解的酶
B. ATP 水解释放的磷酸基团会与载体蛋白结合，载体蛋白发生磷酸化
C. 在运输过程中，载体蛋白的结构不会发生改变
D. 此为主动运输的过程
【解析】
由图可以看出，在物质运输过程中，载体蛋白的结构会发生改变，C 项错误。
【答案】C
2. 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
【解析】
ATP 是细胞生命活动的直接能源物质，ATP 与ADP 的相互转化，使ATP 的含量始终保持相对恒定，保证了生物体内的能量供应。
【答案】B
3.（★★）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
【解析】
ATP 脱去 2 分子磷酸的剩余部分是腺嘌呤核糖核苷酸，为构成 RNA 分子的基本单位之一，A 项错误；绿色植物可在光合作用和细胞呼吸中产生 ATP，B 项错误；大脑在思考问题时需消耗 ATP，故伴随着 ATP 与 ADP 的相互转化，C 项正确；由于 ATP 消耗后可迅速合成，因此长期不进食的病人，细胞中 ATP 与 ADP 的含量仍能达到动态平衡，D 项错误。
【答案】C
4.（★★）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
【解析】
ATP 转化成 ADP 的过程是水解反应，会消耗水，A 项错误；细胞内的吸能反应一般与 ATP 的水解相联系，B项正确；1 分子 ATP 彻底水解后得到 3 分子磷酸、1 分子腺嘌呤和 1 分子核糖，C 项错误；细胞中需要能量的生命活动大多由 ATP 直接提供，细胞中除了 ATP 可以供能外，还有CTP、GTP 等也是直接能源物质，D 项错误。
【答案】B
【错因分析】本题容易错选 D 项。错选原因是认为 ATP 是唯一的直接能源物质，除了 ATP 之外，细胞的直接能源物质还有 CTP、GTP 等。
三 ATP 和ADP 可以相互转化
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。
例 1 难度★★☆ 典型★★☆
下图为 ATP—ADP 的循环图解。下列叙述正确的是 （　　）
①属于放能反应，在细胞内与
其他吸能反应密切联系
B. 溶酶体中蛋白质水解为氨基酸
需要②过程提供能量
C. 人在饥饿时，细胞内的过程①
和②也能达到平衡
D. 各种生物均能独立完成 ATP—ADP 循环
【解析】
① ADP+Pi+ 能量→ ATP，ATP 的合成属于吸能反应，①在细胞内与其他放能反应密切联系，A 项错误；溶酶体中蛋白质水解为氨基酸不需要 ATP 水解提供能量，B项错误；对细胞的正常生活来说，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，故人在饥饿时，细胞内的过程①和②也能达到平衡，C 项正确；病毒不能独立完成 ATP—ADP 循环，D 项错误。
【答案】C
例 2 难度★★☆ 典型★★☆
下列有关“ATP ADP+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
【解析】
生物体内进行的“ATP ADP+Pi + 能量”和“ADP+Pi + 能量 ATP ”是两个截然不同的生理过程，合成ATP 和利用ATP 往往不是在同一时间、同一场所进行的，且是在不同酶的催化下完成的，所以就不存在动态平衡问题，故A、C 两项错误。
植物细胞可以通过光合作用产生ATP 和消耗ATP，也可以通过呼吸作用产生ATP，而动物细胞不能进行光合作用，故D 项错误。
【答案】B
【即时练】
1. 右图是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
2. （★★）］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
【解析】
图 1 中的 A 代表的是腺嘌呤，ATP 分子中的 A 代表的是腺苷，A 项错误。
【答案】 A
3. （★★）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
【解析】
细胞中的 ATP 含量能保持相对稳定，A 项错误；丁是腺苷，由腺嘌呤和核糖组成，戊是 Pi，可用于合成甲（ATP），B 项错误；丙中含有一个普通磷酸键，是 RNA 基本组成单位之一，C 项正确；黑暗条件下，植物细胞可进行细胞呼吸，可以发生乙→甲过程，D 项错误。【答案】 C
四 各类能源物质及其关系
能源物质类型
各类能源物质之间的关系（如图）
深度拓展
一 ATP 和ADP 转化不可逆的辨析
项目 ATP 的合成 ATP 的水解
产生场所 只有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 ATP ADP+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 【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。
【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。
例 1 难度★★★ 典型★★☆
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
【解析】ATP 是生命活动的直接能源物质，ATP 水解时，远离A 的高能磷酸键④最易断裂。
图中酶1 为ATP 水解酶，酶2 为ATP 合成酶，两者种类不同， 但化学本质均为蛋白质。
细胞中的吸能反应所需的能量由ATP 水解提供，而放能反应则与ATP 的合成相联系。
细胞内ATP 与ADP 间相互转化的能量供应机制是生物界的共性之一，也存在于原核细胞中。
【答案】B
走向高考
一 ATP 的结构
例 1 难度★★☆ 典型★★★
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。
走向高考
一 ATP 的结构
例1 ［2016·全国Ⅰ高考节选］ 难度★★☆ 典型★★★
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。
【解析】
（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。在有关酶的作用下，远离腺苷的那个高能磷酸键容易水解，产生ADP 和Pi，释放的能量用于生物体的各项生命活动。据此并结合题意可知：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γ 位上。
（2）dA—Pα ～ Pβ ～ Pγ（d 表示脱氧）脱去Pβ 和Pγ 这两个磷酸基团后，余下的结构为腺嘌呤脱氧核苷酸，是DNA 的基本组成单位之一。因此，若用带有32P 标记的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α 位上。
【答案】（1）γ　（2）α
例 2 难度★★☆ 典型★★☆
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
【解析】
ATP 由腺苷（腺嘌呤、核糖）和磷酸基团组成，D 项错误。
【答案】D
例 3 难度★★☆ 典型★★☆
ATP 是细胞中的能量通货。下列叙述正确的是 （　　）
A. ATP 中的能量均来自细胞呼吸释放的能量
B. ATP—ADP 循环使得细胞储存了大量的 ATP
C. ATP 水解形成 ADP 时释放能量和磷酸基团
D. ATP 分子中的 2 个高能磷酸键（特殊的化学键）不易断裂水解
【解析】
光合作用的光反应阶段和细胞呼吸均可以产生ATP，A 项错误。ATP 在细胞中含量很少，ATP—ADP 循环不会使得细胞储存大量的 ATP，B 项错误。ATP 水解形成ADP 和磷酸基团，同时释放能量，C 项正确。ATP 中的 2 个高能磷酸键比较不稳定，易断裂水解，D 项错误。
【答案】C
二 ATP 的功能
例 4 难度★★☆ 典型★★☆
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
【读题】判断选项给出的各种生命活动是否需要能量。
【思路建立】思考淀粉水解为葡萄糖是放能过程还是吸能过程。
【解析】在适宜的温度、pH 条件下，淀粉酶催化淀粉水解，此过程释放能量，不需要ATP 提供能量。
【答案】C
【戮力同心 共赴前程】
生如蝼蚁当立鸿鹄之志
命如纸薄应有不屈之心
谢谢
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