2024人教版新教材高中生物必修1同步练习--第2节　细胞的能量“货币”ATP（含解析）

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2024人教版新教材高中生物必修1
第2节　细胞的能量“货币”ATP
基础过关练
题组一　ATP的结构和功能　　　　 　　　　 　　　　
1.(2022黑龙江牡丹江三中期末)中国知名极限马拉松运动员陈盆滨在南极100公里极限马拉松勇夺冠军,成为史上首位赢得国际性极限马拉松比赛冠军的中国人。在比赛过程中为他直接提供能量的物质是(　　)
A.ATP　 B.葡萄糖　 C.肝糖原　 D.脂肪
2.图为ATP的结构示意图。下列相关叙述中,正确的是(　　)
A.细胞中所有需要能量的生命活动都由ATP直接提供能量
B.ATP水解通常断裂的是图中②
C.ATP中大量的能量储存在特殊的化学键中
D.图中③表示腺苷,④是构成RNA的基本组成单位之一
3.细胞代谢与ATP密切相关,下列说法正确的是　(　　)
A.由活细胞产生的ATP合成酶在体外不具有催化活性
B.ATP合成酶催化反应的最适温度与其保存温度相同
C.ATP脱去两个磷酸基团后可作为合成RNA的原料
D.代谢旺盛的细胞中ATP的水解速率大于合成速率
题组二　描述ATP与ADP的相互转化
4.如图表示ATP与ADP之间的转化图,下列分析错误的是(　　)
A.A为ATP,B为ADP
B.能量1和能量2来源不同
C.酶1和酶2是同一种酶
D.C1和C2是同一种物质
5.如图是ATP中化学键逐级水解的过程。据图判断,有关叙述正确的是(　　)
A.在温和条件下甲转化为ATP可快速发生是因为ADP含量高
B.胰岛素的分泌会加速细胞中的ATP→甲过程
C.由于两个相邻的磷酸基团都带有正电荷而相互排斥等,使得特殊化学键不稳定
D.ATP→甲与甲→ATP的过程属于可逆反应
6.(2022辽宁沈阳重点高中联合体联考改编)如图是ATP和ADP相互转化的过程,下列相关叙述正确的是(　　)
A.图中D代表AMP,T代表ATP,E代表能量
B.ATP和ADP相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中
C.ATP中的“A”与RNA中的碱基A含义相同
D.ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质分子磷酸化后,蛋白质的空间结构不会发生改变
7.(2021福建漳州期末)下列对ATP和ADP相互转化中“能量”相关的叙述,正确的是(　　)
A.ATP水解反应产生的能量可用于细胞对氧气的吸收
B.ATP水解反应产生的能量可用于细胞对水的吸收
C.ATP合成反应需要的能量可来自细胞内蛋白质的水解
D.ATP合成反应需要的能量可来自葡萄糖等有机物的氧化分解
题组三　ATP的利用
8.细胞内有些化学反应是需要吸收能量的,有些是释放能量的,这些过程一般与ATP的分解和合成相联系,请判断下列说法正确的是(　　)
A.植物体内的细胞呼吸伴随着ATP的合成,是吸能反应
B.由氨基酸脱水缩合形成蛋白质的过程需要消耗ATP,是放能反应
C.放能反应一般伴随着ADP合成,吸能反应一般伴随着ATP合成
D.能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通
9.(2022河北唐山育才月考)ATP是细胞的能量“货币”,能直接给细胞的生命活动提供能量。下列生命活动中,不需要消耗ATP的是(　　)
A.心肌细胞的舒张和收缩
B.电鳐受到刺激后放电
C.上课时的思考和记忆
D.甘油跨膜运输进入细胞
10.当细胞膜内侧的Ca2+与其在细胞膜上的载体蛋白结合时,该载体蛋白可以催化ATP分子末端的磷酸基团挟能量转移到载体蛋白上,使载体蛋白磷酸化。磷酸化后的载体蛋白空间结构发生改变,将Ca2+释放到膜外。下列叙述错误的是(　　)
A.Ca2+从细胞内运输到细胞外的跨膜运输速率不受细胞呼吸的影响
B.Ca是一种大量元素,动物的血液中Ca2+含量过少会出现抽搐等症状
C.该Ca2+载体蛋白具有催化ATP水解的功能,可以作为一种酶
D.该Ca2+载体蛋白能进行Ca2+的跨膜逆浓度运输
11.(2022四川资阳期末)人的骨骼肌细胞中ATP的含量只能维持剧烈运动3 s以内的能量供应。某运动员参加短跑比赛过程中,肌肉细胞中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)a→b的变化过程,ATP被水解,释放的能量用于　。
(2)b→c过程中,ATP含量增加,说明　　　　增强,释放更多的能量,供ADP合成ATP,补充消耗的ATP。
(3)从整个曲线看,肌细胞中ATP的含量不会降为零,说明 　。
(4)写出细胞新陈代谢放能反应中ADP与ATP之间的转化关系式　　　　　　　　　　　　,在吸能反应中ADP与ATP之间的转化关系式　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
能力提升练
题组　综合分析ATP的结构、转化和利用　　　　 　　　　 　　　　
1.(2020山东师大附中月考)下列六种化合物的物质组成中,“”中所对应的含义最接近的是　(　　)
A.③④和⑤⑥ B.①③和②⑤
C.①④和⑤⑥ D.①④和②③
2.(2021山西运城期中改编)生物体内的高能磷酸化合物有多种,它们的用途有一定差异(如下表)。下列相关叙述正确的是(　　)
高能 磷酸 化合物 ATP GTP UTP CTP dATP
作用 用途 能量 “货币” 蛋白质 合成 糖原 合成 脂肪和 磷脂的 合成 DNA 合成
A.叶肉细胞内合成ATP的场所只有叶绿体
B.在糖原、蛋白质和磷脂等的合成过程中,消耗的能量均可来自ATP
C.UTP分子中所有特殊的化学键断裂后,可得到尿嘧啶脱氧核苷酸
D.葡萄糖和果糖反应生成麦芽糖的过程中,可由ATP直接供能
3.(2022湖北沙市期末)研究人员将32P标记的磷酸注入活的离体肝细胞,1~2 min后迅速分离得到细胞内的ATP。结果发现ATP的末端磷酸基团被32P标记,并测得ATP与注入的32P标记磷酸的总放射性强度几乎一致。下列有关叙述正确的是(　　)
A.该实验表明,细胞内全部ADP都转化成ATP
B.32P标记的ATP水解产生的腺苷没有放射性
C.32P在ATP的3个磷酸基团中出现的概率相等
D.ATP与ADP相互转化速度快,且转化主要发生在细胞核内
4.(2022河南南阳中学月考)磷酸肌酸(C~P)是动物和人的肌肉或其他兴奋性组织中的一种高能磷酸化合物,其分解释放的能量比ATP水解释放的还多。磷酸肌酸能在肌酸激酶的催化下,将其磷酸基团转移到ADP分子上,从而生成ATP和肌酸(C)。细胞中的肌酸积累时,会被ATP磷酸化而生成磷酸肌酸和ADP。ATP和磷酸肌酸相互转化的过程如下所示。下列相关叙述正确的是(　　)
磷酸肌酸(C~P)+ADPATP+肌酸(C)
A.磷酸肌酸去磷酸化时会伴随着ATP的水解
B.人在剧烈运动时,肌细胞内磷酸肌酸的数量不会变化
C.磷酸肌酸分子中的磷酸基团可来自ATP
D.与一般人相比,运动员肌细胞磷酸肌酸的含量较少
5.(2022江苏盐城阜宁中学月考)如图所示为ATP推动细胞做功的机理。据图分析,下列叙述错误的是(　　)
A.蛋白质磷酸化时,蛋白质蕴含的能量值升高
B.磷酸化的蛋白质做功时,释放的能量可用于合成ATP
C.磷酸化的蛋白质做功时,其空间结构会发生变化
D.图中蛋白质可能有ATP水解酶活性
6.(不定项)(2021山东聊城期中改编)腺苷酸激酶(AK)是生物体内普遍存在的一种单体酶,广泛存在于微生物、植物和动物体内,在维持细胞能量平衡中起重要作用。AK存在于线粒体内外膜间隙,可耐100 ℃高温而不失活,AK催化如下的反应:MgATP2-+AMP2-MgADP-+ADP3-。下列叙述错误的是(　　)
A.AK能专一性地将ATP分子末端的磷酸基团转移至AMP上形成ADP
B.AK经胰蛋白酶处理会失活,它能直接为ADP的合成提供能量
C.AK的热稳定性与其分子的特定空间结构有密不可分的关系
D.AMP转化为ADP破坏了ATP与ADP相互转化的能量供应机制
7.(2021重庆一中月考)腌制的腊肉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”中涉及的能量转换的形式是　 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　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.A　ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质(教材第86页),A正确。
归纳总结
生物体内常见的能源物质归纳
(1)主要能源物质:糖类。
(2)储能物质:脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。
(3)良好储能物质:脂肪。
(4)直接能源物质:ATP。
2.C　ATP是细胞生命活动的直接能源物质,但不是唯一的直接能源物质,如CTP、GTP等,A错误;ATP水解通常断裂的是图中远离腺苷的特殊化学键,B错误;图中③是腺嘌呤,④中含有的五碳糖是核糖,④为腺嘌呤核糖核苷酸,是RNA的基本组成单位之一,D错误。
3.C　酶活性的发挥需要适宜的条件,只要条件适宜,由活细胞产生的ATP合成酶在体外也具有催化活性,且其催化反应的最适温度与其保存温度不同,A、B错误;ATP脱掉两个磷酸基团后为腺苷一磷酸,是RNA的基本组成单位之一,C正确;代谢旺盛的细胞中ATP的水解速率依然等于合成速率,D错误。
4.C　A为ATP,B为ADP,C1、C2为磷酸,酶1为ATP水解酶,酶2为ATP合成酶,能量1为ATP水解释放出的能量,将用于各项生命活动,能量2来自光能或细胞呼吸释放的能量。
5.B　细胞中ADP含量不高,甲转化为ATP可在温和条件下快速发生是因为有酶的催化,A错误;由于两个相邻的磷酸基团都带有负电荷而相互排斥等,使得特殊化学键不稳定(教材第86页),C错误;ATP和ADP的相互转化不是可逆反应,催化两过程的酶不同,能量变化也不同,D错误。
易错警示
误认为ATP与ADP在细胞中含量很高
　　细胞中含有极少量的ATP和ADP,但是ATP与ADP的转化速率很快并且是时刻不停地发生。
6.B　D代表ADP,A错误。ATP中的“A”代表腺苷,由腺嘌呤和核糖构成;RNA中的碱基A代表腺嘌呤,C错误。ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质分子磷酸化后,蛋白质的空间结构会发生改变,D错误。
7.D　细胞对氧气、水的吸收方式属于被动运输,不需要消耗能量,A、B错误;在生物体内,ATP合成所需要的能量可来自细胞呼吸或光合作用,不能来自细胞内蛋白质的水解,C错误,D正确。
8.D　许多吸能反应与ATP水解的反应相联系,由ATP水解提供能量;许多放能反应与ATP的合成相联系,释放的能量储存在ATP中(教材第89页),A、B、C错误。
9.D　心肌细胞的舒张和收缩、电鳐发电、大脑思考和记忆均需要消耗能量,由ATP水解提供,A、B、C不符合题意;甘油跨膜运输进入细胞为自由扩散,不消耗能量,D符合题意。
10.A　Ca2+从细胞内运输到细胞外的跨膜运输方式是主动运输(逆浓度梯度进行),需要能量,受细胞呼吸的影响,A错误。
11.答案　(1)肌肉收缩等各项生命活动　(2)呼吸作用　(3)ATP和ADP相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中　(4)ADP+Pi+能量ATP　ATPADP+Pi+能量
解析　(1)a→b段ATP相对含量减少,ATP被水解,释放大量的能量,用于肌肉收缩等各项生命活动。(2)动物、人、真菌和大多数细菌中,ADP转化成ATP的过程中所需要的能量均来自细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能量。(3)ATP在细胞内含量虽少,但与ADP之间的相互转化却十分迅速,使细胞内ATP的含量总是处于动态平衡之中,构成生物体内部的稳定供能环境。(4)细胞内的放能反应伴随着ATP的合成,吸能反应伴随着ATP的水解。
能力提升练
1.C　①为ATP,其“”中为腺嘌呤核糖核苷酸;②为腺嘌呤脱氧核苷酸,其“”中表示腺嘌呤;③为DNA片段,其“”中表示腺嘌呤脱氧核苷酸;④为RNA片段,其“”中为腺嘌呤核糖核苷酸;⑤为ATP,其“”中表示腺苷;⑥是腺嘌呤核糖核苷酸,其“”中表示腺苷。故选C。
2.B　叶肉细胞内光合作用和呼吸作用均可以合成ATP,因此合成ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体,A错误;根据表格信息可知,ATP是细胞的能量“货币”,也就是说蛋白质、糖原、磷脂的合成可由ATP直接供能,B正确;UTP分子中所有特殊的化学键断裂后,可得到尿嘧啶核糖核苷酸,C错误;葡萄糖和果糖反应生成蔗糖,可由ATP直接供能,D错误。
3.B　该实验说明32P标记的磷酸已全部转移到ATP,但不能说明细胞内全部ADP都转化成ATP,A错误;放射性几乎只出现在ATP的末端磷酸基团上,C错误;该实验不能说明ATP与ADP的转化主要发生在细胞核内,D错误。
4.C　磷酸肌酸(C~P)+ADPATP+肌酸(C),磷酸肌酸去磷酸化会伴随着ATP的合成;当肌酸积累时,ATP+肌酸(C)磷酸肌酸(C~P)+ADP,肌酸被ATP磷酸化生成磷酸肌酸和ADP,A错误,C正确。人在剧烈运动时,ATP会被大量消耗,此时磷酸肌酸转化成ATP的过程加快,来供给消耗,会使肌细胞内磷酸肌酸的数量发生变化,B错误。磷酸肌酸(C~P)是一种高能磷酸化合物,其分解释放的能量比ATP水解释放的多,推测与一般人相比,运动员肌细胞磷酸肌酸的含量较多,D错误。
5.B　ATP在ATP水解酶的催化作用下水解时,脱去的磷酸基团可以使蛋白质磷酸化,蛋白质构象发生改变,进行做功,C、D正确。蛋白质磷酸化后,分子的势能增大,即蛋白质蕴含的能量值升高,A正确。磷酸化的蛋白质做功时,释放的能量用于各项生命活动,而不是用于合成ATP,B错误。
6.BD　明确AK的特点及功能(维持细胞能量平衡、耐高温、催化MgATP2-+AMP2-MgADP-+ADP3-)是解题的关键。AK是一种酶,具有催化作用,能专一性地将ATP分子末端的磷酸基团转移至AMP上形成ADP,不能为反应提供能量,A正确,B错误;AK在维持细胞能量平衡中起重要作用,AK催化AMP转化为ADP的过程没有破坏ATP与ADP相互转化的能量供应机制,D错误。
7.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
解析　(1)ATP是生命活动所需能量的直接来源。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,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)用Mg2+处理后,在较低荧光素酶浓度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+处理后酶活性不可以恢复。Hg2+处理后酶活性降低可能是因为Hg2+破坏了酶的空间结构。
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