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人教(2019)生物必修1课时训练
5.2 细胞的能量“货币”ATP
一、选择题
1.下列关于ATP的叙述中,错误的是( A )
A.ATP分子中含有两个带负电荷的磷酸基团
B.正常细胞中ATP与ADP的比值在一定范围内变化
C.ATP分子水解掉两个磷酸基团后变成腺嘌呤核糖核苷酸
D.ATP中的“A”与构成DNA、RNA中的碱基“A”表示的不是同一种物质
解析:ATP中含有三个带负电荷的磷酸基团,水解掉两个磷酸基团后变成腺嘌呤核糖核苷酸;细胞中ATP的含量不多,但能不断合成和水解并保持动态平衡,其比值在一定范围内变化;ATP分子中的A代表腺嘌呤和核糖组成的腺苷,而DNA、RNA中的碱基A都代表腺嘌呤。
2.在线粒体的内外膜间隙中存在着一类标志酶——腺苷酸激酶,它能将ATP分子末端的磷酸基团转移至腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)上,结果产生( B )
A.一分子AMP和一分子ADP
B.两分子ADP
C.一分子ATP和一分子ADP
D.一分子ADP
解析:ATP分子末端的磷酸基团转移至腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)上,即ATP分子(含3个磷酸基团)转化为ADP(含2个磷酸基团),AMP(含1个磷酸基团)结合磷酸转化为ADP(含2个磷酸基团)。
3.分析ATP与ADP相互转化示意图,下列有关说法正确的是( B )
A.图中Pi代表磷酸,B为ADP,C为ATP
B.在B→C的反应中,产生的E2来源于特殊的化学键的断裂释放出的能量
C.E1不是物质,对于人、动物、真菌、植物和细菌来说,E1来自细胞
呼吸
D.C→B与B→C都可以伴随着放能反应和吸能反应
解析:图中Pi代表磷酸,B为ATP,C为ADP;B→C过程为ATP的水解过程,释放的能量来源于特殊化学键的断裂;E1是合成ATP所需要的能量,对于植物来说,能量来自细胞呼吸或光能;在ATP与ADP的相互转化过程中,一般来说,ATP的合成伴随着放能反应,ATP的水解伴随着吸能反应。
4.ATP和ADP可以相互转化,下面有关的描述中,正确的是( C )
A.ATP在酶的作用下,可以连续脱下3个Pi,释放大量能量
B.ATP在酶的作用下,可以加上一个Pi,储存能量
C.ATP和ADP的相互转化都需要酶参与
D.在ATP与ADP的相互转化反应中,物质和能量都是可逆的
解析:ATP在ATP水解酶的作用下只能脱去一个磷酸基团;ATP不能再加上磷酸;ATP水解需要ATP水解酶的催化,ATP合成需要ATP合成酶的催化;在ATP与ADP相互转化过程中能量是不可逆的。
5.ATP分子在细胞内能够储存能量和释放能量,从结构上看,其原因是( B )
①腺苷很容易吸收能量和释放能量
②三个磷酸基团很容易从ATP上脱离和结合
③分子中的磷酸基团带负电荷而相互排斥
④ADP可以迅速地与磷酸基团结合,吸收能量形成高能磷酸键,使ADP转变成ATP
A.①③ B.③④ C.②④ D.①④
解析:ATP中的磷酸基团带负电荷而相互排斥,从而使特殊化学键容易断裂,末端磷酸基团容易脱离,即具有较高的转移势能,③正确;ADP可以迅速地与磷酸基团结合,吸收能量形成特殊化学键,使ADP转变成 ATP,④正确。
6.科学家研究发现,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;向同一肌肉上滴加ATP溶液,肌肉很快就发生收缩。这说明( D )
A.葡萄糖是能源物质
B.ATP是主要能源物质
C.葡萄糖是直接能源物质
D.ATP是直接能源物质
解析:向刚刚失去收缩功能的离体肌肉上滴加ATP溶液,肌肉很快发生收缩,而滴加葡萄糖溶液则不出现收缩现象,说明ATP是直接能源物质,而葡萄糖不是。
7.驱动蛋白能催化ATP水解,还能与细胞骨架特异性结合,并沿着骨架定向行走,将所携带的细胞器或大分子物质送到指定位置,驱动蛋白每行走一步需要消耗一分子ATP。下列相关叙述正确的是( B )
A.驱动蛋白不能识别ATP分子和细胞骨架
B.细胞骨架是细胞器或大分子物质运输的轨道
C.ATP中有两个磷酸基团具有较高的转移势能
D.代谢旺盛的细胞中ATP的水解速率大于合成速率
解析:由题干可知,驱动蛋白能催化ATP水解,还能与细胞骨架特异性结合,说明驱动蛋白能识别ATP分子和细胞骨架;由题干可知,驱动蛋白与细胞骨架特异性结合后沿着骨架定向行走,将细胞器或大分子物质送到指定位置,所以细胞骨架是细胞器或大分子物质运输的轨道;ATP中的末端磷酸基团具有较高的转移势能,易携带能量脱离;细胞代谢旺盛时,ATP的水解速率和ATP的合成速率都提高,但水解速率与合成速率相等。
8.放线菌产生的寡霉素能够改变线粒体内膜上ATP合成酶的结构,使酶失活。据此推测,下列叙述正确的是( B )
A.放线菌合成寡霉素时需要多种具膜细胞器参与
B.放线菌内的放能反应一般与ATP的合成相联系
C.ATP合成酶能够降低ATP水解反应的活化能
D.寡霉素可抑制细菌细胞内需要能量的代谢过程
解析:放线菌为原核生物,细胞中只有一种细胞器——核糖体(无膜),因此其细胞中合成寡霉素时不需要多种具膜细胞器参与;放线菌内的放能反应一般与ATP的合成相联系,因为ATP的合成需要能量;酶能降低化学反应的活化能,据此可知,ATP合成酶能够降低ATP合成反应的活化能;根据题意,“放线菌产生的寡霉素能够改变线粒体内膜上ATP合成酶的结构,使酶失活”,但细菌细胞内释放能量的代谢过程没有线粒体参与,故寡霉素不能抑制细菌细胞内需要能量的代谢过程。
二、非选择题
9.如图是腺苷三磷酸的分子结构,请回答下列问题。
(1)ATP的结构简式为 ,图中虚线部分的名称是 。
(2)一分子ATP可以看作是由 个磷酸分子、 个核糖分子和 个腺嘌呤缩合而成的。
(3)ATP水解为ADP是指ATP分子中远离A的 水解,水解时释放的能量是生物体进行 、 和 等生命活动所需能量的直接来源。
解析:(1)ATP的结构简式为A—P～P～P,图中虚线部分的名称是腺苷(腺嘌呤核苷)。
(2)ATP的结构简式中的A代表腺苷,由核糖和腺嘌呤组成,P代表磷酸基团,～代表特殊的化学键,T表示3个。可见,一分子ATP可以看作是由3个磷酸分子、1个核糖分子和1个腺嘌呤缩合而成的。
(3)ATP水解为ADP是指ATP分子中远离A的特殊的化学键水解,水解时释放的能量是生物体进行肌肉收缩、大脑思考、离子的主动运输、生物的发电和发光、吸能反应等生命活动所需能量的直接来源。
答案:(1)A—P～P～P 腺苷(腺嘌呤核苷)
(2)3 1 1
(3)特殊的化学键 肌肉收缩 大脑思考 离子的主动运输(其他合理答案也可以)
10.腌制的腊肉中往往含有大量的细菌,可利用“荧光素—荧光素酶生物发光法”对市场上腊肉中的细菌含量进行检测:
①将腊肉研磨后离心处理,取一定量上清液放入分光光度计(测定发光强度的仪器)反应室内,加入适量的荧光素和荧光素酶,在适宜条件下进行反应;②记录发光强度并计算ATP含量;③测算出细菌数量。分析并回答下列问题。
(1)荧光素接受细菌细胞中 提供的能量后被激活,在荧光素酶的作用下形成氧化荧光素并且发出荧光。根据发光强度可以计算出生物组织中ATP的含量,原因是发光强度与ATP含量成 (填“正比”或“反比”)。
(2)“荧光素—荧光素酶生物发光法”中涉及的能量转换形式是 能→ 能。生物细胞中ATP的水解一般与 (填“吸能反应”或“放能反应”)相联系。
(3)研究人员用不同条件处理荧光素酶后,测定酶浓度与发光强度的关系如图所示。若要节省荧光素酶的用量,可以使用 处理;高温和Hg2+处理后酶活性 (填“可以”或“不可以”)恢复;Hg2+处理后酶活性降低可能是因为 。
解析:(1)ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。荧光素接受ATP提供的能量,在荧光素酶的催化下,形成氧化荧光素并且发出荧光,其发光强度与ATP的含量成正比,每个细菌细胞中ATP含量大致相同且相对稳定,所以根据发光强度可以计算出生物组织中ATP的含量。
(2)“荧光素—荧光素酶生物发光法”中涉及的能量转换是化学能转变为光能;放能反应一般与ATP的合成相联系,吸能反应一般与ATP的水解相联系。
(3)分析题图曲线可知,用Mg2+处理后,在较低浓度荧光素酶的条件下就能达到较高的发光强度,因此使用Mg2+处理,能够节省荧光素酶的用量。高温和Hg2+处理,均会破坏荧光素酶的空间结构,导致酶活性不可以恢复。可见,Hg2+处理后酶活性降低可能是因为Hg2+破坏了酶的空间结构。
答案:(1)ATP 正比
(2)化学 光 吸能反应
(3)Mg2+ 不可以 Hg2+破坏了酶的空间结构
11.当其他条件均满足时,20个腺苷和90个磷酸最多可以组成的ATP个数和ATP分子中所含的特殊的化学键个数是( B )
A.20个和30个 B.20个和40个
C.40个和40个 D.30个和60个
解析:一个ATP分子中含一个腺苷和三个磷酸基团,20个腺苷和 90个磷酸最多可以组成20个ATP,这20个ATP 分子中所含的特殊的化学键个数是20×2=40(个)。
12.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( C )
A.细胞呼吸产生的ATP可以用于分子开关中蛋白质的磷酸化过程
B.分子开关可能是通过改变蛋白质的空间结构来实现“开”和
“关”的
C.蛋白质去磷酸化过程是一个放能反应的过程,释放的能量有一部分可用于合成ATP
D.蛋白质的磷酸化和去磷酸化不属于可逆反应
解析:由题图可知,ATP水解产生的磷酸基团可参与蛋白质的磷酸化过程;结构决定功能,分子开关可能是通过改变蛋白质的空间结构来实现“开”和“关”的;蛋白质去磷酸化过程不是放能反应,没有产生ATP;蛋白质的磷酸化和去磷酸化两个过程所需的酶的种类不同,不属于可逆反应。
13.(不定项)ATP可将蛋白质磷酸化,磷酸化的蛋白质会改变形状做功,从而推动细胞内系列反应的进行(机理如图所示)。下列叙述错误的是( AD )
A.①过程是放能反应,磷酸化的蛋白质分子势能高
B.②表示的物质是ADP
C.若该细胞为肌肉细胞,肌肉中生成ATP的能量来自细胞呼吸
D.ATP推动蛋白质做功的过程中只有吸能反应没有放能反应
解析:ATP推动细胞做功过程中,蛋白质磷酸化过程是吸能反应,根据题图可知,磷酸化的蛋白质分子势能高;②物质是ATP脱去一分子磷酸基团形成的ADP;肌肉中生成ATP的能量来自细胞呼吸;ATP推动蛋白质做功的过程中,ATP的水解是放能反应,蛋白质磷酸化过程是吸能反应,因此该过程存在吸能反应和放能反应。
14.(不定项)细胞中绝大多数需要能量的生命活动都由ATP直接供能,下列叙述正确的是( CD )
A.ATP合成酶通过为ADP供能和降低活化能来催化ATP的合成
B.ATP在细胞中大量储存以保证生命活动对能量的需求
C.马拉松运动中,骨骼肌细胞内ATP的水解速率和合成速率处于动态平衡中
D.细胞中的能量通过ATP在吸能反应和放能反应之间流通
解析:ATP合成酶通过降低活化能来催化ATP的合成;细胞中ATP的含量并不多,但ATP与ADP之间能迅速转化以保证生命活动对能量的需求;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,所以马拉松运动中,骨骼肌细胞内ATP的水解速率与合成速率处于动态平衡之中;细胞中的能量通过ATP在吸能反应和放能反应之间流通。
15.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、标签纸若干及其他实验所需材料。
(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,发光现象渐强 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)中哪一种
。
b.萤火虫发光是 能转化成 能的过程。
解析:(1)为了探究萤火虫的发光强度与ATP浓度的关系,自变量为ATP浓度,因变量为发光强度。首先应配制不同浓度的ATP溶液,随后将萤火虫的荧光器晒干后研成的粉末分成若干等份,分别放入试管中,在每支试管中加入等量不同浓度的ATP溶液。观察不同浓度的ATP溶液中荧光器粉末的发光情况。
(2)实验现象有三种可能:①随ATP溶液浓度升高,发光现象渐强,说明荧光强度与ATP浓度呈正相关;②随ATP溶液浓度升高,发光现象渐弱,说明荧光强度与ATP浓度呈负相关;③随ATP浓度升高,发光现象无变化,说明荧光强度与ATP浓度无关。
(3)由于ATP是驱动生命活动的直接能源物质,所以实验最可能的结果是第①种;萤火虫发光是ATP中活跃的化学能转化成光能的过程。
答案:(1)②荧光器粉末 ③等量不同浓度的ATP溶液
(2)①呈正相关 ②渐弱 呈负相关 ③随ATP浓度升高,发光现象无变化
(3)a.第①种 b.ATP中活跃的化学 光
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5.2 细胞的能量“货币”ATP
一、选择题
1.下列关于ATP的叙述中,错误的是( )
A.ATP分子中含有两个带负电荷的磷酸基团
B.正常细胞中ATP与ADP的比值在一定范围内变化
C.ATP分子水解掉两个磷酸基团后变成腺嘌呤核糖核苷酸
D.ATP中的“A”与构成DNA、RNA中的碱基“A”表示的不是同一种物质
2.在线粒体的内外膜间隙中存在着一类标志酶——腺苷酸激酶,它能将ATP分子末端的磷酸基团转移至腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)上,结果产生( )
A.一分子AMP和一分子ADP
B.两分子ADP
C.一分子ATP和一分子ADP
D.一分子ADP
3.分析ATP与ADP相互转化示意图,下列有关说法正确的是( )
A.图中Pi代表磷酸,B为ADP,C为ATP
B.在B→C的反应中,产生的E2来源于特殊的化学键的断裂释放出的能量
C.E1不是物质,对于人、动物、真菌、植物和细菌来说,E1来自细胞
呼吸
D.C→B与B→C都可以伴随着放能反应和吸能反应
4.ATP和ADP可以相互转化,下面有关的描述中,正确的是( )
A.ATP在酶的作用下,可以连续脱下3个Pi,释放大量能量
B.ATP在酶的作用下,可以加上一个Pi,储存能量
C.ATP和ADP的相互转化都需要酶参与
D.在ATP与ADP的相互转化反应中,物质和能量都是可逆的
5.ATP分子在细胞内能够储存能量和释放能量,从结构上看,其原因是( )
①腺苷很容易吸收能量和释放能量
②三个磷酸基团很容易从ATP上脱离和结合
③分子中的磷酸基团带负电荷而相互排斥
④ADP可以迅速地与磷酸基团结合,吸收能量形成高能磷酸键,使ADP转变成ATP
A.①③ B.③④ C.②④ D.①④
6.科学家研究发现,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;向同一肌肉上滴加ATP溶液,肌肉很快就发生收缩。这说明( )
A.葡萄糖是能源物质
B.ATP是主要能源物质
C.葡萄糖是直接能源物质
D.ATP是直接能源物质
7.驱动蛋白能催化ATP水解,还能与细胞骨架特异性结合,并沿着骨架定向行走,将所携带的细胞器或大分子物质送到指定位置,驱动蛋白每行走一步需要消耗一分子ATP。下列相关叙述正确的是( )
A.驱动蛋白不能识别ATP分子和细胞骨架
B.细胞骨架是细胞器或大分子物质运输的轨道
C.ATP中有两个磷酸基团具有较高的转移势能
D.代谢旺盛的细胞中ATP的水解速率大于合成速率
8.放线菌产生的寡霉素能够改变线粒体内膜上ATP合成酶的结构,使酶失活。据此推测,下列叙述正确的是( )
A.放线菌合成寡霉素时需要多种具膜细胞器参与
B.放线菌内的放能反应一般与ATP的合成相联系
C.ATP合成酶能够降低ATP水解反应的活化能
D.寡霉素可抑制细菌细胞内需要能量的代谢过程
二、非选择题
9.如图是腺苷三磷酸的分子结构,请回答下列问题。
(1)ATP的结构简式为 ,图中虚线部分的名称是 。
(2)一分子ATP可以看作是由 个磷酸分子、 个核糖分子和 个腺嘌呤缩合而成的。
(3)ATP水解为ADP是指ATP分子中远离A的 水解,水解时释放的能量是生物体进行 、 和 等生命活动所需能量的直接来源。
10.腌制的腊肉中往往含有大量的细菌,可利用“荧光素—荧光素酶生物发光法”对市场上腊肉中的细菌含量进行检测:
①将腊肉研磨后离心处理,取一定量上清液放入分光光度计(测定发光强度的仪器)反应室内,加入适量的荧光素和荧光素酶,在适宜条件下进行反应;②记录发光强度并计算ATP含量;③测算出细菌数量。分析并回答下列问题。
(1)荧光素接受细菌细胞中 提供的能量后被激活,在荧光素酶的作用下形成氧化荧光素并且发出荧光。根据发光强度可以计算出生物组织中ATP的含量,原因是发光强度与ATP含量成 (填“正比”或“反比”)。
(2)“荧光素—荧光素酶生物发光法”中涉及的能量转换形式是 能→ 能。生物细胞中ATP的水解一般与 (填“吸能反应”或“放能反应”)相联系。
(3)研究人员用不同条件处理荧光素酶后,测定酶浓度与发光强度的关系如图所示。若要节省荧光素酶的用量,可以使用 处理;高温和Hg2+处理后酶活性 (填“可以”或“不可以”)恢复;Hg2+处理后酶活性降低可能是因为 。
等级考试训练
11.当其他条件均满足时,20个腺苷和90个磷酸最多可以组成的ATP个数和ATP分子中所含的特殊的化学键个数是( )
A.20个和30个 B.20个和40个
C.40个和40个 D.30个和60个
12.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.细胞呼吸产生的ATP可以用于分子开关中蛋白质的磷酸化过程
B.分子开关可能是通过改变蛋白质的空间结构来实现“开”和
“关”的
C.蛋白质去磷酸化过程是一个放能反应的过程,释放的能量有一部分可用于合成ATP
D.蛋白质的磷酸化和去磷酸化不属于可逆反应
13.(不定项)ATP可将蛋白质磷酸化,磷酸化的蛋白质会改变形状做功,从而推动细胞内系列反应的进行(机理如图所示)。下列叙述错误的是( )
A.①过程是放能反应,磷酸化的蛋白质分子势能高
B.②表示的物质是ADP
C.若该细胞为肌肉细胞,肌肉中生成ATP的能量来自细胞呼吸
D.ATP推动蛋白质做功的过程中只有吸能反应没有放能反应
14.(不定项)细胞中绝大多数需要能量的生命活动都由ATP直接供能,下列叙述正确的是( )
A.ATP合成酶通过为ADP供能和降低活化能来催化ATP的合成
B.ATP在细胞中大量储存以保证生命活动对能量的需求
C.马拉松运动中,骨骼肌细胞内ATP的水解速率和合成速率处于动态平衡中
D.细胞中的能量通过ATP在吸能反应和放能反应之间流通
15.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、标签纸若干及其他实验所需材料。
(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,发光现象渐强 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)中哪一种
。
b.萤火虫发光是 能转化成 能的过程。
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