【人教生物必修1知识梳理及训练】5.2 细胞的能量“货币”ATP（含解析）

生物学 必修1［RJ］（不定项）
人教生物必修1知识梳理及训练
5.2 细胞的能量“货币”ATP
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知识点1　ATP结构及功能
1.中文名称：ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写。
2.ATP结构
（1）结构简式：A—P～P～P，其中A代表腺苷（由腺嘌呤和核糖组成），T代表“三”，P代表磷酸基团，“—”代表普通化学键，“～”代表一种特殊的化学键。
（2）元素组成：C、H、O、N、P。
（3）特点
①不稳定：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“～”这种化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的转移势能。
②高能量：1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ，所以说ATP是一种高能磷酸化合物。
3.功能：ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
4.ATP的供能机理：ATP在酶的作用下水解，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。
知识点2　ATP与ADP可以相互转化及ATP的利用
1.转化过程
2.转化过程中能量来源和去向
（1）ADP合成ATP的能量来源
①绿色植物：既可来自光能，也可以来自呼吸作用所释放的能量。
②动物、人、真菌和大多数细菌：均来自细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能量。
（2）ATP水解成ADP释放的能量去向：为细胞中绝大多数需要能量的生命活动供能。
3.相互转化特点
（1）ATP在细胞内的含量很少。ATP和ADP相互转化是时刻不停地发生且处于动态平衡之中的。
（2）ATP和ADP相互转化的能量供应机制体现了生物界的统一性。
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1.ATP、ADP之间的相互转化过程是可逆的吗？为什么？
提示：不是可逆的。ATP转化成ADP和ADP转化为ATP时所需要的酶是不同的，所需能量来源也不同，所以不可逆。
2.ATP在细胞内的含量是很少的，每一时刻储存在人体内的ATP、ADP的总含量不到1 g，而一个正常成年人在静止状态下24 h，将有40 kg的ATP发生转化。为满足能量需要，分析生物体是如何解决这一矛盾的？
提示：ATP与ADP在细胞内的相互转化是十分迅速的，且物质可以重复利用，因此，能满足生命活动对能量的需要。
4.ATP的利用
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5.ATP是细胞内流通的能量“货币”
（1）吸能反应是需要吸收能量的，如蛋白质合成等。许多吸能反应与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量。
（2）放能反应是释放能量的，如葡萄糖的氧化分解等。许多放能反应与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中，用来为吸能反应直接供能。
（3）能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。
归纳总结
　能源物质的种类及关系
（1）生物体主要能源物质——糖类。
（2）生物体主要储能物质——脂肪。
（3）驱动细胞生命活动的直接能源物质——ATP。
（4）生物体生命活动的最终能量来源——太阳能。
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1.为什么说ATP是细胞的能量“货币”？
答案　ATP的合成与水解和细胞内放能反应与吸能反应相联系，即能量通过ATP分子在放能反应和吸能反应之间流通。
2.ATP与ADP是怎样相互转化的？这有什么意义？
答案　ATPADP＋Pi＋能量。ATP与ADP的相互转化，为生物界的能量供应机制，其时刻不停地发生且处于动态平衡中，保证了细胞各项生命活动的正常进行。
3.细胞中的哪些生命活动需要ATP提供能量？
答案　物质合成、肌肉收缩、物质的主动运输、大脑思考、生物发光放电。
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1.（目标1）关于ATP分子的叙述正确的是（　　）
A.ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素
B.A中含有1个脱氧核糖和1个腺嘌呤
C.T表示三，因而ATP中含有三个特殊化学键
D.由1个腺苷和2个磷酸基团组成
答案　A
解析　A由1分子核糖和1分子腺嘌呤结合而成，B错误；T表示三，指的是三个磷酸基团，ATP中含有两个特殊化学键，C错误；ATP分子由1个腺苷和3个磷酸基团组成，D错误。
2.（目标1）ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质，下列有关ATP的正确说法是（　　）
A.ATP中的磷酸基团均具有较高的转移势能
B.ATP为腺苷三磷酸，脱去一个磷酸基团后变为ADP
C.细胞生命活动均由ATP直接提供能量
D.一分子ATP彻底水解产生3分子磷酸、1分子腺苷
答案　B
解析　ATP中远离腺苷的磷酸基团具有较高的转移势能，A错误；细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的，C错误；一分子ATP彻底水解产生3分子磷酸和1分子核糖、1分子腺嘌呤，D错误。
3.（目标2）如图为植物细胞中ATP与ADP相互转化示意图，下列相关叙述正确的是（　　）
A.过程①不需要酶的催化
B.过程②发生末端磷酸基团离开ATP的反应
C.过程①所需能量只能来自化学能
D.过程②放出的能量可以用于过程①
答案　B
解析　过程①②均需酶的催化，A错误；②是ATP水解，即末端磷酸基团离开ATP的反应，B正确；过程①所需能量来源可以是光能或有机物中化学能，C错误；②过程释放的能量可用于各项生命活动，但不能用于合成ATP，D错误。
4.（目标2）有关ATP的叙述，下列说法错误的是（　　）
A.动物CO中毒，会降低Ca2＋通过离子泵跨膜运输的速率
B.ATP与ADP循环中，放能反应释放的能量可用于吸能反应
C.正常细胞中ATP与ADP的比值随运动强度的变化而发生较大变化
D.物质跨膜运输消耗ATP时，载体蛋白磷酸化后构象改变
答案　C
解析　Ca2＋通过离子泵的跨膜运输方式为主动运输，需要ATP供能，动物CO中毒，会影响细胞中ATP的产生，进而降低Ca2＋通过离子泵跨膜运输的速率，A正确；放能反应释放的能量可用于ATP的合成，而ATP水解释放的能量可用于吸能反应，故通过ATP与ADP的循环，能量可在放能反应与吸能反应之间流通，B正确；正常细胞中ATP与ADP的比值相对稳定，C错误；物质跨膜运输消耗ATP时，ATP水解后，脱离下来的磷酸基团可与载体蛋白结合，载体蛋白磷酸化，空间结构发生变化，实现物质的转运，D正确。
5.（不定项）（目标2）下列有关ATP的叙述，正确的是（　　）
A.ATP中的能量可来源于光能，也可转化为光能
B.动物和植物形成ATP的途径分别是呼吸作用和光合作用
C.活细胞中ATP与ADP之间的相互转化随时发生
D.吸能反应与ATP的水解反应相联系
答案　ACD
解析　动物形成ATP的途径是呼吸作用，植物形成ATP的途径是呼吸作用和光合作用，B错误。
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[例1]　ATP、GTP、CTP和UTP是细胞内四种高能磷酸化合物，它们的结构只是碱基不同。下图是ATP的化学结构图，A、B表示物质，α～γ表示磷酸基团（Pi）的位置。下列叙述错误的是（　　）
A.叶肉细胞中蔗糖的合成过程消耗ATP
B.1分子GTP彻底水解可得到3个小分子物质
C.物质A和B分别是腺嘌呤和核糖，A和B组成腺苷
D.用32P标记ATP的α位的P，作为合成RNA的原料，可使RNA分子被标记
解题分析　1分子GTP彻底水解可得到5个小分子物质：3分子磷酸，1分子核糖，1分子鸟嘌呤，B错误。
答案　B
[例2]　（不定项）ATP在细胞中能够释放能量，下列关于ATP的说法错误的是（　　）
A.ATP合成所需能量只能来自呼吸作用
B.由于两个相邻的磷酸基团都带有正电荷而相互排斥等原因，使得特殊化学键不稳定
C.细胞质和细胞核中都有ATP的分布
D.1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ
解题分析　两个相邻的磷酸基团都带有负电荷而相互排斥。
答案　AB
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[例3]　下图是生物体内ATP和ADP相互转化表达式，下列相关叙述不正确的是（　　）
A.细菌内ATP与ADP相互转化的机制与真核生物的细胞都是一样的
B.ATP与ADP相互转化处于动态平衡
C.ATP与ADP迅速的相互转化保证了机体对能量的需求
D.ATP释放的能量主要用于再合成ATP
答案　D
[例4]　钙离子释放到细胞膜外是一个主动运输的过程。下图是ATP为钙离子运输提供能量的示意图。下列有关该过程的叙述，错误的是（　　）
A.参与Ca2＋主动运输的载体蛋白能催化ATP水解
B.脱离ATP分子的末端磷酸基团使载体蛋白磷酸化，载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化
C.人的红细胞吸收葡萄糖分子的过程与此图类似
D.ATP末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，具有较高的转移势能
解题分析　转运Ca2＋的载体蛋白是催化ATP水解的酶，A正确；脱离ATP分子的末端磷酸基团使载体蛋白磷酸化，载体蛋白磷酸化后其空间结构发生变化，B正确；人的红细胞吸收葡萄糖分子的过程是协助扩散，不消耗ATP，C错误；ATP末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，具有较高的转移势能，D正确。
答案　C
知识拓展
（1）ATP是一种高能磷酸化合物，是与能量有关的一种物质，不可等同于能量。
（2）ATP转化为ADP又称“ATP的水解反应”，这一过程需ATP水解酶的催化，同时也需要消耗水。
（3）ATP并不是细胞内唯一的高能磷酸化合物，高能磷酸化合物在生物体内有很多种，如存在于各种生物体细胞内的UTP、GTP、CTP及动物体内的磷酸肌酸。
（4）ATP与ADP转化总处于“动态平衡”中，如剧烈运动时ATP分解量增加，此时其合成量也增加。
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[单项选择题]
INCLUDEPICTURE"圆点.TIF" INCLUDEPICTURE "圆点.TIF" \* MERGEFORMAT 知识点一　ATP是一种高能磷酸化合物
1.生物体主要储能物质、最终能源、主要能源物质和直接能源物质依次是（　　）
A.淀粉、阳光、葡萄糖、ATP
B.脂肪、ATP、糖类、阳光
C.蛋白质、阳光、葡萄糖、ATP
D.脂肪、阳光、糖类、ATP
答案　D
2.如图是ATP转化为ADP的示意图，下面相关叙述正确的是（　　）
A.ATP分子含有3个特殊的化学键
B.X代表能量
C.ADP分子含有1个磷酸基团
D.在运动时细胞中的ATP才转化成ADP
答案　B
3.如图为ATP分子结构式。下列相关叙述正确的是（　　）
A.1个ATP分子由1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成
B.ATP分子水解去掉两个磷酸基团后变成腺嘌呤脱氧核苷酸
C.主动运输、肌肉收缩、蛋白质水解等生命活动都需ATP水解提供能量
D.ATP中的能量可来自光能或化学能，也可转化为光能或化学能
答案　D
INCLUDEPICTURE"圆点.TIF" INCLUDEPICTURE "圆点.TIF" \* MERGEFORMAT 知识点二　ATP与ADP的相互转化及ATP的利用
4.下列有关“ATPADP＋Pi＋能量”的叙述中，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.两个过程是可逆反应
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
解析　ATP与ADP转化过程所需酶种类不同，A错误；ATP水解释放能量，ATP合成储存能量，B正确；ATP、ADP的相互转化不是可逆反应，因酶不同，能量来源不同，C错误；植物细胞中合成ATP的过程有光合作用和呼吸作用，动物无光合作用，D错误。
5.ATP是生物体直接的能源物质，在ATP酶的作用下水解供能。下列说法错误的是（　　）
A.ATP中的“A”是由腺嘌呤和核糖构成
B.ATP逐步水解三个磷酸基团时放能相同
C.动物和植物中ADP转化成ATP所需能量都可来自细胞呼吸所释放的能量
D.ATP快速合成和分解以满足细胞能量需求
答案　B
解析　ATP中“—”中含有的能量小于“～”中含有的能量，ATP水解为ADP，此过程中由于位于ATP分子中远离腺苷的特殊化学键断裂而释放大量能量，B错误；对于动物细胞，ADP转化成ATP所需能量来自细胞呼吸时有机物分解释放的能量，植物细胞除来自细胞呼吸时有机物分解释放的能量还可以来自光能，C正确；ATP在细胞内的含量很少，通过快速合成和分解以满足细胞能量需求，D正确。
6.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，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生成，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
答案　D
解析　细胞呼吸释放能量是放能反应，A错误；脱水缩合形成蛋白质的过程需要消耗能量，是吸能反应，B错误；吸能反应一般伴随着ATP的水解，放能反应一般伴随着ATP的合成，C错误。
7.ATP的结构如图所示，①③表示组成ATP的化学基团，②④表示化学键。下列有关叙述正确的是（　　）
A.①为腺嘌呤，即结构简式中的A
B.②为一种稳定的普通磷酸键
C.在ATP与ADP相互转化中，③可重复利用
D.若化学键④断裂，可生成化合物ADP
答案　C
解析　①为腺嘌呤，结构简式中的A是腺苷，A错误；化学键②为特殊的化学键，B错误；③是磷酸基团，在ATP－ADP循环中可重复利用，C正确；若④特殊的化学键断裂，即丢掉两个磷酸基团，则生成的化合物是AMP（或腺嘌呤核糖核苷酸），D错误。
8.下列关于ATP的叙述中，正确的是（　　）
A.ATP分子中所有化学键都储存着大量的能量，所以被称为高能磷酸化合物
B.人体细胞内储存有大量ATP，供生命活动利用
C.线粒体是蓝细菌产生ATP的主要场所
D.剧烈运动后体内ATP含量不会明显下降
答案　D
解析　1 mol ATP水解释放的能量高达30.54 kJ，所以说ATP是一种高能磷酸化合物，ATP分子中含有两个特殊的化学键，其余的是普通的化学键，其中特殊的化学键中储存着大量的能量，A错误；ATP在细胞内的含量很少，但转化速率很快，B错误；蓝细菌为原核生物，不含线粒体，C错误；剧烈运动后，人体ATP含量基本不变，D正确。
[不定项选择题]
9.图示为蛋白质磷酸化的过程。下列分析正确的是（　　）
A.ADP是组成核酸的基本单位
B.图中蛋白质可能有ATP水解酶的活性
C.蛋白质磷酸化后结构发生改变
D.蛋白质磷酸化为吸能反应，磷酸化的蛋白质蕴含的能量值更高
答案　BCD
解析　ADP再去掉一个磷酸即AMP是RNA（核糖核酸）的基本单位之一，A错误；图中的蛋白质与ATP结合后，ATP变成ADP和Pi，说明图中蛋白质可能有水解ATP的特性，B正确；蛋白质磷酸化是蛋白质与磷酸结合，故蛋白质的结构改变，C正确；蛋白质磷酸化过程中ATP水解，故为吸能反应，磷酸化的蛋白质中含有能量且比原蛋白质更高，D正确。
10.细胞中时刻进行着许多化学反应，如图表示ATP逐级水解的过程。下列叙述正确的是（　　）
A.ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应
B.反应消耗等量的相同底物时，过程Ⅲ释放的能量最少
C.ATP中含有③，有些酶的分子结构中也可能含有③
D.ATP与①相互转化的能量供应机制是生物界的共性
答案　ABCD
解析　ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应，A正确；反应消耗等量的底物时，过程Ⅰ、Ⅱ断裂的化学键释放的能量多，而过程Ⅲ断裂的化学键释放的能量少，B正确；③代表腺苷，有些酶是RNA，分子结构中含有腺苷，C正确；①是ADP，ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性，D正确。
[非选择题]
11.在生物体内能量的转换和传递中，ATP是一种关键的物质。
（1）人体骨骼肌细胞中，ATP的含量仅够剧烈运动3 s内的能量供给。在校运动会上，某同学参加100 m短跑过程中，其肌细胞中ATP相对含量变化如图所示，请回答：
①由A到B的变化过程中，ATP被水解，释放的能量用于　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②由整个曲线来看，肌细胞中ATP的含量不会降为零，说明　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（2）某同学进行一项实验，目的是观察ATP可使离体的、刚刚丧失收缩功能的新鲜骨骼肌产生收缩这一现象，说明ATP是肌肉收缩所需能量的直接来源。
①实验中，必须待离体肌肉自身的　　　　消耗完之后，才能进行实验。
②在程序上，采取自身前后对照的方法：先滴加　　　　　　（填“葡萄糖溶液”或“ATP溶液”），观察肌肉是否收缩，再滴加　　　　（填“葡萄糖溶液”或“ATP溶液”），现象观察。
③如果将上述顺序颠倒一下，实验结果　　　　（填“具有”或“不具有”）可靠性，其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
答案　（1）①肌肉收缩等各项生命活动　②ATP的生成和分解是同时进行的
（2）①ATP　②葡萄糖溶液　ATP溶液
③不具有　如果外源ATP尚未耗尽，会出现滴加葡萄糖溶液肌肉也会收缩的现象，造成葡萄糖也能被肌肉直接利用的假象
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