人教版（2019）高中生物必修1导学案：第5单元 细胞的能量供应和利用 第3课时 细胞的能量“通货”——ATP（含答案）

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第5单元 细胞的能量供应和利用
第3课时　细胞的能量“通货”——ATP
1.简述ATP的化学组成和结构特点。
2.写出ATP的分子简式。
3.解释ATP在能量代谢中的作用,了解ATP的用途。
4.说出ATP的形成途径。
5.说明ATP与ADP的相互转化的过程及意义。
课程重点:1.ATP的化学组成和结构特点及在能量代谢中的作用;2.ATP与ADP的相互转化及意义。
课程难点:1.ATP与ADP的相互转化;2.对能量“通货”的理解。
教学建议:理解能量“通货”,ATP是直接能源物质,如同“流通的货币”,其他的能源物质就如同“银行卡、大额支票、黄金”等,ATP释放的能量直接用于生物体各项生命活动。通过图解,掌握吸能反应和放能反应与ATP的分解和合成的关系。远离腺苷的高能磷酸键的断裂和生成代表着ADP与ATP之间的迅速转化,其物质可逆,但能量不可逆,因此,ADP与ATP的相互转化是不可逆反应。
　　一、ATP的组成和结构
ATP中文名称为①　三磷酸腺苷　,简称为ATP。它由②　腺嘌呤　、③　核糖　、④　磷酸　按一定方式连接组成。
二、ATP分子中的高能磷酸键
ATP结构简式:⑤　A—P~P~P　(“~”表示⑥　高能磷酸键　),一分子ATP含⑦　2个高能磷酸键　,储存大量的能量,所以它是各种活细胞内普遍存在的一种高能磷酸化合物。而且ATP分子不稳定,远离腺苷(A)的⑧　高能磷酸键　,在一定的条件下很容易断裂,而释放出其中的能量。
三、ATP与ADP的相互转化
ATP分子不稳定,在一定条件及有关酶的催化作用下,远离A的⑨　高能磷酸键　水解断裂,形成⑩　二磷酸腺苷　(ADP)和　磷酸　(Pi),同时储存在这个　高能磷酸键　中的能量释放出来。在另一条件另一种酶的催化作用下,ADP可以接受　能量　,同时与一个　磷酸　结合,从而转化成ATP。
四、ADP转化成ATP时所需能量的来源
在ADP转化成ATP的过程中,对于动物、人、真菌和大多数细菌来说,所需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;对于绿色植物来说,除了依赖呼吸作用所释放的能量外,还能利用　光能　。
五、ATP的功能与利用
ATP是细胞生命活动所需能量的　直接来源　,人们将它比喻为流通的能量“　通货　”。细胞分裂生长、细胞对离子的　跨膜运输　、人体肌细胞收缩、神经　兴奋传导　、生物发电或发光等各项生命活动需消耗的能量都直接源于　ATP　。
1.ATP中的A、T、P依次代表(　　)。
A.胸腺嘧啶、腺嘌呤、磷酸基团
B.胸腺嘧啶、三个、磷酸基团
C.腺苷、三个、磷酸基团
D.腺苷、三个、腺嘌呤
【解析】A代表腺苷、T代表三个,P代表磷酸基团。
【答案】C
2.在ATP分子中很容易断裂又很容易重新生成的化学键是(　　)。(如下图)
APPP
A.②　　　　B.③　　　　C.②③　　　D.①
【解析】ATP的化学性质不稳定。在有关酶的催化作用下,ATP中远离腺苷的那个高能磷酸键很容易水解,生成ADP和磷酸;反过来,在有关酶的催化作用下,ADP又可以接受能量,同时与一个游离的磷酸结合,重新生成ATP。
【答案】B
3.下图表示ATP转化为ADP的示意图,图中X代表(　　)。
A.H2O B.[H] C.P D.Pi
【答案】D
4.高等植物体内产生ATP的生理过程有(　　)。
A.细胞呼吸、渗透作用 B.细胞呼吸、蒸腾作用
C.光合作用、主动运输 D.光合作用、细胞呼吸
【解析】生物体内产生ATP是由ADP接受能量,结合一分子磷酸形成的。对于绿色植物来说,ADP转化成ATP所需要的能量,除了来自细胞呼吸(主要是有氧呼吸)分解有机物释放出的能量外,还可以来自光合作用。
【答案】D
5.在水深 200 m 的深海处,光线极少,能见度极低。有一种电鳗有特殊的适应性,能通过自身发出高达 5000 V的生物电,击昏敌人,获得食物,保护自己。电鳗生物电的直接来源是(　　)。
A.葡萄糖彻底分解 B.氨基酸彻底分解
C.丙酮酸彻底分解 D.三磷酸腺苷的分解
【解析】电鳗放电是一种生命活动,其电能也是由生命活动的直接能源物质ATP水解释放的能量转化而来的。葡萄糖、氨基酸、脂肪的氧化分解均能释放能量,但它们分解所释放的能量必须储存在ATP中才能被生物体直接利用。
【答案】D
知识点一:ATP的组成和结构
1.下图表示ATP的结构,图中ATP是由什么物质组成的 图中的高能磷酸键指的是什么 共有几个
答案:ATP是由腺嘌呤、核糖和磷酸按一定的方式连接组成的。图中的高能磷酸键指的是“~”,共有2个。
2.ATP水解和形成的含义是什么
答案:ATP水解和形成,实际上是指ATP分子在不同酶的催化作用下,高能磷酸键的断裂和重新合成,一般是指远离腺苷的高能磷酸键的水解和形成。
3.为什么说ATP是直接的能源物质
答案:因为远离腺苷的高能磷酸键中储存了大量的能量,并且它很容易断裂和生成,在断裂时释放大量的能量供生物体利用,所以ATP是直接能源物质。
知识总结
ATP是高能磷酸化合物,可从两方面认识ATP。一方面作为化合物,其结构是由腺嘌呤与核糖组成的腺苷和三个磷酸基团组成的,若腺苷和一个磷酸基团结合则形成一磷酸腺苷AMP,从理论上讲,它是RNA的单体之一;若腺苷和两个磷酸基团结合则形成二磷酸腺苷ADP。另一方面作为直接能源物质,其供能时远离腺苷的高能磷酸键断裂,释放出能量供生命活动所需。
例1　“三磷酸腺苷”简称“腺三磷”,又叫ATP,是腺嘌呤的衍生物,含有三个相连的磷酸基,末端两个磷酸键分解时伴随有较大能量变化,是生物体内能量转化的中心物质。回答下列问题:
(1)ATP的分子简式是　　　　　　　　　,其中A代表　　　　　　　　　,T代表　　　　　　　　　　,P代表　　　　　　　　　,　　　代表高能磷酸键。
(2)写出三种下图表示的结构名称:　　　　　　　、　　　　　　　、　　　　　　　。
【解析】图示结构表示由1分子腺嘌呤、1分子核糖和1分子磷酸组成的1分子腺嘌呤核糖核苷酸,又叫一磷酸腺苷或AMP。
【答案】(1)A-P~P~P　腺苷　三个　磷酸基团　~
(2)一磷酸腺苷　AMP　腺嘌呤核糖核苷酸
　 技巧归纳
解题关键是理解RNA的单体的基本组成,其中腺嘌呤核糖核苷酸与AMP的组成是一样的,在此基础上,再分别理解ADP和ATP的组成。
知识点二:ATP与ADP的相互转化
1.高等动物、人体和高等植物细胞中形成ATP的场所及生理过程分别是什么
答案:细胞质基质和线粒体中完成的呼吸作用及高等植物细胞的叶绿体中完成的光合作用。
2.ATP与ADP之间的转化是否可逆 为什么
答案:不可逆。因为反应类型、条件、酶等不同,物质可逆,能量不可逆。
3.ATP与ADP之间的转化有什么特点及意义 正常情况下,细胞中ATP的含量是否稳定在一定的水平
答案:ATP与ADP之间的转化十分迅速,对于构成生物体内部稳定的供能环境具有重要意义。细胞中ATP的含量是稳定在一定的水平。
知识总结
ATP与ADP之间的转化是不可逆反应,其物质可逆,但能量不可逆。能量的变化主要与远离腺苷的高能磷酸键断裂与重新形成有关。能形成ATP的代谢活动是光合作用和细胞呼吸,但值得注意的是光合作用形成的ATP只用于完成光合作用过程所需,而细胞呼吸形成的ATP可用于需要能量的各项生命活动。ATP与ADP之间的转化的特点是转化非常迅速,在一定的时间内转化量非常大,但ATP在细胞内含量却很少,ATP和ADP的含量总是处于较低水平(2~10 mmol/L)的动态平衡中。
例2　下图表示的是ATP和ADP之间的转化图,可以确定(　　)。
　　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
【解析】本题考查对ATP和ADP之间相互转化知识的理解和掌握。由图中能量的方向可以看出,A为ATP,B为ADP;能量1来自ATP中高能磷酸键的水解所释放的化学能,能量2在动物体内来自有机物氧化分解释放的化学能,在植物体内除来自有机物氧化分解所释放的化学能外,还可来自光能;酶1和酶2分别是水解酶和合成酶;X1和X2是同一种物质Pi。
【答案】D
　 技巧归纳
ATP与ADP之间的转化内容可从四方面理解:一是能量变化,掌握转化过程中能量的来源与去路,理解能量变化的不可逆性;二是物质变化,理解物质变化的可逆性;三是酶的区别;四是ATP与ADP形成的场所不相同。从而最终理解ATP与ADP之间的转化是不可逆反应。
1.下图表示ATP的结构,其中表示高能磷酸键的是(　　)。
A.①②　　　B.①③　　　C.②③　　　D.③④
【解析】高能磷酸键位于磷酸基团之间,图中①②位置表示高能磷酸键。
【答案】A
2.(2014年包头高一检测)ATP与ADP相互转化的反应式书写正确的是(　　)。
A.ADP+PiATP
B.ATP+PiADP
C.ADP+Pi+能量ATP
D.ATP+Pi+能量ADP
【解析】ADP合成ATP时,需要Pi、酶和能量;ATP分解需要酶,产物是ADP、Pi,而且ATP和ADP可以相互转化。
【答案】C
3.关于ATP与ADP相互转化的叙述,正确的是(　　)。
A.物质和能量的变化是可逆的
B.物质和能量的变化均不可逆
C.保证了机体对能量的需求
D.物质变化不可逆,能量变化可逆
【解析】ATP和ADP的相互转化之所以是不可逆的,其原因是酶不同、能量的来源和去向不同、场所不同,而物质是可以重复使用的,所以ATP是能量“通货”。
【答案】C
4.下列关于ATP的叙述,错误的是(　　)。
A.ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素
B.ATP分子中的“A”指腺嘌呤
C.ATP可以注射,也可以口服
D.ATP转化为ADP时要消耗水
【解析】ATP分子中的“A”指的是腺苷,由腺嘌呤(A)和核糖组成。
【答案】B
5.下图是细胞内ATP与ADP相互转化的示意图,请据图作答:
(1)在人体内,图示左侧的“能量”来自于　　　作用;右侧的“能量”用于各种生命活动,如(举一例)　　　　。
(2)在绿色植物体内,图示左侧的“能量”来自于　　　　作用和　　　　作用。
(3)从图中可知在适宜的温度和酶的作用下,ADP转变成ATP时还需要的条件是　　　　　。将ADP转化为ATP的图示改写成反应式的形式:　。
(4)经测定,正常成年人静止状态下24 h将有40 kg ATP发生转化,而细胞内ADP、ATP的总量仅为2~10 mmol/L,为满足能量需要,生物体内解决这一矛盾的合理途径是　　　　　　　　　　　　　。
【答案】(1)呼吸　肌细胞收缩　(2)呼吸　光合　(3)能量和Pi　ADP+Pi+能量ATP　(4)ATP与ADP之间迅速地进行相互转化
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下列有关ATP的结构与功能的叙述中,正确的是(　　)。
A.ATP分子脱去了两个磷酸基以后的剩余部分就成为DNA的基本组成单位中的一种
B.ATP与ADP的转化过程是可逆反应
C.ATP称为高能化合物,是因为第二个磷酸基很容易从ATP上脱离释放能量
D.催化ATP与ADP相互转化的酶不同
【解析】ATP分子脱去了两个磷酸基以后的剩余部分是腺嘌呤核糖核苷酸,是RNA的基本组成单位中的一种,A错误;ATP和ADP的转化是不可逆的,B错误;ATP称为高能化合物,是因为远离A的磷酸基很容易从ATP上脱离释放能量,C错误;由于ATP与ADP的转化发生的场所不同,催化的底物不同,故催化ATP与ADP相互转化的酶不同。
【答案】D
2.下列关于ATP的说法中,正确的是(　　)。
A.ATP在植物体内与动物体内的来源相同
B.ATP既可以储存能量,又可以作为生命活动的直接能源物质
C.1 mol ATP完全氧化时释放2870 kJ的能量
D.ATP中的能量可以来源于光能、热能,也可以转化为光能、热能
【解析】ATP是生物体内的高能磷酸化合物,其高能磷酸键能够储存大量的活跃化学能,又能为各项生命活动直接供能。形成ATP的生理过程有光合作用和呼吸作用,前者能量来自光能,后者能量来自有机物中储存的稳定的化学能。1 mol葡萄糖完全氧化分解释放2870 kJ的能量,能合成 38 mol的ATP。ATP中的能量可来源于光能,但不能来源于热能。ATP中的活跃化学能可以转变为光能、热能、机械能、电能、渗透能等多种形式的能量。
【答案】B
3.将萤火虫腹部末端的发光器切下,干燥后研成粉末。将粉末装入试管,滴加蒸馏水,使之混合,则有淡黄色荧光出现,2 min 后,荧光消失了。接着在试管中滴加葡萄糖溶液,荧光不能恢复,如果滴一点ATP溶液,荧光将恢复。下列相关叙述中,错误的是(　　)。
A.滴入蒸馏水发出荧光,是由于试管内有荧光物质和ATP
B.荧光消失是由于ATP水解酶的活性降低所致
C.滴加ATP溶液,荧光恢复,说明萤火虫发出荧光需要消耗ATP
D.滴加葡萄糖溶液,荧光不能恢复,说明葡萄糖不是直接能源
【解析】ATP是直接能源物质,荧光消失是由于ATP消耗完了,而不是ATP水解酶的活性降低。
【答案】B
4.ATP在细胞内的含量及其生成速度(　　)。
A.很多、很快　　　　　B.很少、很慢
C.很多、很慢 D.很少、很快
【解析】 ATP和ADP之间的转化是迅速的,但它们在细胞内的含量却是很少的。
【答案】D
5.(2014年银川高一检测)ATP(甲)是生命活动的直接能源物质,据图判断下列叙述正确的是(　　)。
A.在主动运输过程中,乙的含量会减少
B.丙中不含磷酸键,是RNA基本组成单位之一
C.丁由腺嘌呤和核糖组成,而戊可用于甲的合成
D.甲→乙和乙→丙过程中,起催化作用的酶空间结构相同
【解析】在主动运输的过程中,乙的含量会增加;丙中也含有磷酸键,但不是高能磷酸键,丙为腺嘌呤核糖核苷酸;丁由腺嘌呤和核糖组成,戊为磷酸,可用于甲的合成;甲→乙和乙→丙过程中,底物分别是甲和乙,所以底物不同,起催化作用的酶的空间结构也不相同。
【答案】C
6.ATP在细胞中能够释放能量和储存能量,从其化学结构看,原因是(　　)。
①腺苷很容易吸收能量和释放能量　②第三个高能磷酸键很容易断裂和再结合　③第三个磷酸基团很容易从ATP上脱离(即第二个高能磷酸键断裂),使ATP转变成ADP,同时释放能量　④ADP可以在酶的作用下迅速与一分子磷酸结合,吸收能量形成第二个高能磷酸键,使ADP转变成ATP
A.①③　　　B.②④　　　C.③④　　　D.①④
【解析】解该题,需熟悉ATP的结构简式A—P~P~P,其中含有两个高能磷酸键,并非三个;在酶的作用下,远离腺苷的高能磷酸键断裂,形成ADP和Pi,该键又可接受能量,加上一分子磷酸重新形成ATP。在这里,高能磷酸键的断裂和再形成,保证了能量的释放和储存。
【答案】C
7.(2014年九江高一检测)某同学对细胞内的葡萄糖、脂肪、ATP进行了如下总结,你认为不合理的是(　　)。
A.葡萄糖是生物体主要的能源物质
B.ATP分子中含有的化学能比葡萄糖的多
C.脂肪的氧化分解能生成ATP,脂肪的合成需消耗ATP
D.ATP在细胞内含量很少,但细胞内ATP和ADP之间的转化很迅速
【解析】葡萄糖是细胞呼吸最常利用的物质,有生命的燃料之称。1 mol葡萄糖彻底氧化分解释放的能量为2870 kJ,ATP中高能磷酸键水解时释放的能量多达30.54 kJ/mol,故1 molATP分子含有的化学能小于葡萄糖的。脂肪作为主要储能物质,氧化分解释放的能量,部分用于合成ATP,部分以热能的形式散失掉;脂肪属于生物大分子,在合成时需消耗ATP。细胞内ATP和ADP之间的转化很迅速,保证了细胞能量的持续供应。
【答案】B
8.关于ATP的叙述,错误的是(　　)。
A.ATP中含有C、H、O、N、P元素
B.活细胞中ATP与ADP之间的相互转化时刻发生
C.ATP是生物体生命活动的直接能源物质
D.动植物形成ATP的途径分别是呼吸作用和光合作用
【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。
【答案】D
9.ATP(三磷酸腺苷)是生命活动所需能量的直接来源,故称之为“能量分子”。发现“能量分子”形成过程的科学家获得了1997年度的诺贝尔化学奖,ATP的结构如下:
(1)ATP的结构简式为　　　　　　。
(2)请指出图中②、③、④所代表内容的名称:②　　　　　,③　　　　　　,④　　　　　　。
(3)ATP分子中含有两个P~O高能磷酸键,每水解断开一个P~O键,反应可释放约30.54 kJ能量。高能键的断开与形成过程即是传递能量的过程,转化关系式为:ATPADPAMP,其中反应④为　　　　。
A.释能反应　　B.吸能反应　　C.水解反应
【解析】(1)由图中ATP的结构式可写出其分子式,ATP的结构简式是A—P~P~P。(2)图中②是核糖,③是高能磷酸键,④是三个磷酸基团。(3)AMP转化为ADP,需要吸收能量,应为吸能反应。
【答案】(1)A—P~P~P　(2)核糖　高能磷酸键　三个磷酸基团　(3)B
10.在某细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子,短时间内分离出细胞中的ATP,发现其含量变化不大,但部分ATP的末端Pi已带上放射性标记,该现象不可能说明(　　)。
A.ATP中远离A的Pi容易脱离
B.部分32P标记的ATP是重新合成的
C.ATP是细胞内的直接能源物质
D.该过程中ATP既有合成又有分解
【解析】ATP在细胞内的含量很少,但作为生物体内的直接能源物质,ATP与ADP的转化是非常迅速的,所以加入32P标记的磷酸分子,短时间内分离出细胞中的ATP,其含量变化虽不大,但部分ATP的末端Pi已带上放射性。本实验不能说明ATP是细胞内的直接能源物质。
【答案】C
11.下图中,能正确表示动物组织内ATP的生成量与氧气供应量之间关系的是(　　)。
　　【解析】在动物细胞内ATP的产生途径有:磷酸肌酸的转化、无氧呼吸、有氧呼吸,主要来自有氧呼吸。
【答案】B
12.下图为生物体的新陈代谢与ATP关系的示意图,请回答:
(1)海洋中的电鳗有放电现象,其电能是由图中的　　　　过程释放的能量转变而来的;某人感冒发烧,其体温上升所需要的能量是由图中　　　　过程释放出来的。
(2)用图中的数字依次表示光能转变为骨骼肌收缩所需能量的过程:　　　　　　。
(3)医药商店出售的ATP注射液可治心肌炎。若人体静脉滴注这种药物,ATP到达心肌细胞内最少要通过　　　　层细胞膜。
A.1　　　　B.2　　　　C.3　　　　D.4
(4)如果人体在一段时间内不进行体力和脑力劳动,并且体重不变,呼吸作用释放的能量主要转变成　　　　。
A.电能 B.热能 C.机械能 D.渗透能
【解析】ATP注射液被注射进入人体血液中,随血液循环到达心脏内毛细血管,通过毛细血管管壁(由一层上皮细胞构成,通过2次细胞膜)进入到组织液,再通过心肌细胞膜进入心肌细胞内。
【答案】(1)④　③　(2)①②③④　(3)C　(4)B
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