第2节 细胞的能量“货币”ATP
【学习目标】
1.依据ATP的分子简式,说出ATP的化学组成和特点。(生命观念)
2.根据ATP与ADP的相互转化,解释ATP在细胞生命活动中的作用。(科学思维)
【自主预习】
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1.中文名称: 腺苷三磷酸 。
2.结构简式: A—P~P~P 。
符号含义
3.特点
(1)高能量:ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物,含有2个 特殊的化学键 ,储存大量能量,ATP水解释放的能量高达30.54 kJ/mol。
(2)不稳定:ATP的化学性质不稳定,这是由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥,即末端磷酸基团具有较高的 转移势能 。在有关酶的催化作用下,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。
4.功能
ATP能够直接为生命活动提供能量,是驱动细胞生命活动的 直接能源物质 。
二、ATP与ADP可以相互转化
1.过程
(1)释放能量(ATP水解):ATP ADP +Pi+能量。
(2)储存能量(合成ATP):ADP+Pi+能量 ATP 。
2.能量的来源及去路
3.转化的原因及特点
(1)原因:ATP分子中 远离A的那个特殊的化学键 很容易断裂也容易形成。
(2)特点:时刻不停地发生并且处于 动态平衡 之中;ATP和ADP相互转化的能量供应机制,在所有生物的细胞内都是一样的,体现了生物界的统一性。
三、ATP的利用
1.ATP的利用的实例
2.ATP供能的过程
ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子 磷酸化 ,被磷酸化的分子 空间结构 改变, 活性 也被改变,因而参与各种化学反应。
3.ATP是细胞内流通的能量“货币”
(1)化学反应中的能量变化与ATP的关系
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。
(2)能量通过 ATP分子 在吸能反应和放能反应之间流通。
【合作探究】
任务1 理解ATP的结构和ATP与ADP的相互转化
活动1 阅读资料并分析ATP的结构,思考下列问题
资料1 据研究表明,萤火虫尾部能发光的原因是“萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶,荧光素接受能量后被激活,在荧光素酶的催化作用下,激活的荧光素与氧气发生化学反应,形成氧化荧光素并且发出荧光”。
资料2 ATP结构式如下图所示:
1.某同学认为激活荧光素的能源物质是ATP而不是葡萄糖,请写出验证该同学观点的实验思路和预期结果。(实验室有荧光素溶液、荧光素酶溶液、葡萄糖溶液、ATP溶液、试管等实验试剂和器材)
【提示】 实验思路:取两支洁净的试管,一支试管中加入适量的荧光素溶液、荧光素酶溶液和葡萄糖溶液,另一支试管中加入与试管一等量的荧光素溶液、荧光素酶溶液和ATP溶液,将试管放入黑暗环境中观察试管能否发出荧光。预期结果:加入ATP溶液的试管发出荧光,加入葡萄糖溶液的试管没有发出荧光。
2.图中①②③的结构分别是什么
【提示】 腺嘌呤、核糖、磷酸基团。
3.腺苷是由图中哪些结构组成的
【提示】 ①②。
4.ATP分子去掉2个磷酸基团后的剩余部分是什么物质
【提示】 腺嘌呤核糖核苷酸,也叫腺苷一磷酸或AMP。
5.若ATP完全水解,会得到哪些成分
【提示】 腺嘌呤、核糖、磷酸。
6.ATP中的“A”与碱基中的“A”是同一种物质吗
【提示】 不是。在ATP中,“A”代表腺苷(腺嘌呤+核糖);在碱基中,“A”代表腺嘌呤。
认知生成
1.能源物质:糖类、脂肪、蛋白质、ATP等。
2.主要能源物质:糖类。
3.储能物质:脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。
4.良好储能物质:脂肪。
5.直接能源物质:ATP(还有GTP、UTP、CTP等)。
6.最终能量来源:太阳能。
7.ATP的全名为腺苷三磷酸,属于高能磷酸化合物,一个ATP分子中有2个特殊的化学键。
8.ADP的全名为腺苷二磷酸。
9.AMP的全名为腺嘌呤核糖核苷酸(或腺苷一磷酸),可以作为合成RNA的原料。
例1 ATP是细胞内重要的高能磷酸化合物,对生命活动的正常进行具有非常重要的作用,其结构可用下图表示。下列相关叙述错误的是( )。
A.ATP与DNA的元素组成完全相同,但彻底水解后的产物有差别
B.图中③与④的相互转化与细胞内的吸能反应和放能反应相联系,保证了细胞内的能量供应
C.萤火虫发光所需的能量来源于图中“~”
D.在细胞的多个部位都同时进行着ATP的水解和合成
【答案】 D
【解析】 ATP与DNA的元素组成完全相同,都是C、H、O、N、P,但彻底水解后的产物有差别,ATP彻底水解后的产物有腺嘌呤、核糖和磷酸,DNA彻底水解后的产物有磷酸、脱氧核糖和四种碱基,A正确;图中③ADP与④ATP的相互转化与细胞内的吸能反应和放能反应相联系,保证了细胞内的能量供应,B正确;萤火虫发光所需的能量来源于图中“~”(特殊的化学键),C正确;在细胞的多个部位都进行着ATP的水解,但ATP的合成场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体,D错误。
对点练1 在下列几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.①和③ C.③和④ D.⑤和⑥
【答案】 D
【解析】 根据题意知,“○”中所对应的含义分别为①腺苷一磷酸(AMP或腺嘌呤核糖核苷酸)、②腺嘌呤、③DNA分子上的腺嘌呤脱氧核苷酸、④RNA分子上的腺嘌呤核糖核苷酸、⑤腺苷、⑥腺苷。
【归纳总结】 不同化合物中“A”的辨析
化合物 结构简式 “A”的含义 共同点
ATP 腺苷(由腺嘌呤和核糖组成) 所有“A”的共同点是都含有腺嘌呤
DNA 腺嘌呤脱氧核苷酸
RNA 腺嘌呤核糖核苷酸
核苷酸 腺嘌呤
活动2 阅读以下资料,思考关于ATP与ADP相互转化的问题
资料1 1997年诺贝尔化学奖的一半授予了美国的保罗·博耶和英国的约翰·沃克,以表彰他们在研究腺苷三磷酸如何利用能量进行自身再生方面取得的成就。“腺苷三磷酸”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团,末端两个特殊化学键水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。
资料2 成人体内ATP的总量是2~10 mg,但一个成人一天在静止状态下所消耗的ATP为40 kg,在剧烈运动时ATP的消耗量可达0.5 kg/min;在安静状态时,肌肉内ATP所释放能量只能维持肌肉收缩1~2 s。
回答下列问题:
1.ATP水解时,容易断裂的键是哪个键 形成的产物有哪些 化学反应方程式怎么写
【提示】 ATP水解时,远离A的那个特殊的化学键容易断裂。ATP水解后形成ADP和Pi(磷酸),并释放能量。
反应方程式:ATPADP+Pi+能量。
2.ATP在细胞内的含量有什么特点 生物体如何补充生命活动所需要的大量的ATP
【提示】 ATP在细胞内的含量很低。生物体通过ATP和ADP之间迅速地转化补充生命活动所需要的大量ATP。
3.ATP和ADP的相互转化是否为可逆反应 请完善下表并得出结论。
反应 ATPADP+Pi+能量 ADP+Pi+能量ATP
反应类型 ① 水解反应 ② 合成反应
酶的类型 ③ ATP水解酶 ④ ATP合成酶
场所 活细胞绝大多数需要能量的部位 线粒体、叶绿体、细胞质基质等
能量来源 特殊化学键中的化学能 有机物中的化学能、光能
能量去向 ⑤ 用于各项需能的生命活动 ⑥ 储存于特殊化学键中
结论:⑦ 物质是可逆的,能量是不可逆的,酶、反应场所也不相同,因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应
例2 ATP与ADP的转化关系如图,其中①和②为反应过程,③表示某化学键,下列叙述正确的是( )。
A.过程①是合成反应
B.过程②的能量来源可以不同
C.过程①和过程②需要的是同一种酶
D.细胞内所有的吸能反应均由ATP供能
【答案】 B
【解析】 过程①是ATP的水解反应,A错误。对于绿色植物来说,过程②的能量来源于光能或呼吸作用所释放的能量;对于动物、人、真菌和大多数细菌来说,过程②所需的能量均来自细胞呼吸,故过程②的能量来源可以不同,B正确。酶具有专一性,过程①和过程②需要的不是同一种酶,C错误。细胞内的吸能反应绝大多数是由ATP直接提供能量的,少数是由GTP、CTP、UTP等直接供能的,D错误。
对点练2 下图是ATP与ADP相互转化示意图,有关叙述错误的是( )。
A.ATP与ADP相互转化机制在生物界普遍存在
B.催化ATP合成与水解的酶在细胞中的分布不同
C.图解中两个能量的来源和形式完全不同
D.图解中的物质可以循环反复利用
【答案】 C
【解析】 ATP与ADP相互转化机制为生物界的共性,A正确;催化ATP合成与水解的酶是两种不同的酶,其在细胞中的分布不同,B正确;ATP与ADP相互转化过程中的物质可以循环反复利用,能量则不能循环利用,而且能量的形式不完全相同,形成ATP的能量来自光能或化学能,ATP水解释放的能量为储存在远离A的特殊化学键中的能量,C错误,D正确。
任务2 理解ATP合成的能量来源和去路
活动3 阅读课本,观察课本中的图片,思考并和同学讨论以下问题
1.图中人和动物等能通过什么生理活动产生能量合成ATP 其能量来源是什么 植物能通过什么生理活动产生能量合成ATP,其能量来源是什么 其他的生物呢 请尝试完成以下表格。
生物类别 合成ATP的生理活动 能量来源 能量用途
动物、人、真菌和大部分细菌 ① 呼吸作用 ② 有机物中的化学能 用于大多数生命活动
植物、蓝细菌和光合细菌等 ③ 呼吸作用 有机物中的化学能 用于除光合作用外的大多数生命活动
光合作用 ④ 光能 用于光合作用合成糖类等有机物
病毒 不能合成ATP ⑤ 宿主细胞 在宿主细胞内合成自身物质
2.请以Ca2+的主动运输为例,描述ATP为主动运输供能的过程。
【提示】
酶活性被激活 参与Ca2+主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶,当膜内侧的Ca2+与其相应位点结合时,其活性被激活,将ATP水解
载体蛋白的磷酸化 ATP水解时,脱离下来的磷酸基团与载体蛋白结合,即载体蛋白的磷酸化
Ca2+被释放 载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化,使Ca2+的结合位点转向膜外侧,将Ca2+释放到膜外
认知生成
1.由ADP合成ATP 所需能量,对于动物来说来自细胞呼吸时有机物分解所释放的能量;对于植物来说,既可以来自光能,也可以来自呼吸作用所释放的能量。
2.细胞呼吸产生的ATP水解释放的能量可用于细胞中大多数需要能量的生命活动,光反应产生的ATP主要被叶绿体利用。
3.ATP是细胞内主要的直接能源物质,而不是细胞内唯一的直接能源物质。
4.不是所有植物细胞都能通过光合作用合成ATP,有叶绿体的植物细胞在有光条件下才能通过光合作用合成ATP。
5.在细胞内,ATP含量少,转化迅速;细胞需要ATP多就合成多,需要少就合成少,总之ATP的量处于相对平衡状态。
6.ATP水解一般与吸能反应相联系;ATP合成一般与放能反应相联系。
7.ATP水解需要消耗水;ATP合成会产生水。
例3 据图分析下列有关ATP的叙述,错误的是( )。
A.ATP和ADP的相互转化保证了机体对能量的需求
B.图中两次ATP的水解,后者能量可用于细胞中绝大多数需能的生命活动
C.图中两次合成ATP,前者所需能量来源于光能且在人体细胞中不会发生
D.1分子ATP由3分子磷酸基团和1分子腺嘌呤构成
【答案】 D
【解析】 细胞中ATP和ADP的相互转化是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中的,保证了机体对能量的需求,A正确;图中两次ATP的水解,前者能量储存在有机物中,后者能量可用于细胞中绝大多数需能的生命活动,B正确;图中两次合成ATP,前者ATP的合成所需能量是通过光合作用产生的,能量来源于光能,在人体细胞中不会发生,C正确;1分子ATP由3分子磷酸基团和1分子腺苷(由腺嘌呤和核糖结合而成)构成,D错误。
【归纳总结】 由ATP直接提供能量的生命活动
ATP中的化学能各种形式的能量各项生命活动
化学能→电能 用于大脑思考、神经传导和生物发电
化学能→化学能 用于细胞内各种吸能反应(如物质合成),用于主动运输
化学能→机械能 用于肌肉收缩
化学能→光能 用于生物发光
化学能→热能 维持体温
对点练3 (不定项)下列生理过程中,消耗ATP的一组是( )。
A.蛋白质的合成和加工
B.植物根细胞吸收无机盐离子
C.萤火虫发出荧光
D.质壁分离和复原
【答案】 ABC
【解析】 蛋白质的合成和加工、植物根细胞吸收无机盐离子、萤火虫发出荧光都需要消耗能量,A、B、C符合题意。质壁分离与复原是水分子通过渗透作用进出液泡而导致的,该过程不消耗ATP,D不符合题意。
【归纳总结】 常见的消耗能量和不消耗能量的生理过程
1.常见的消耗能量的生理过程:主动运输、蛋白质合成、胞吞、胞吐、细胞分裂等。
2.常见的不消耗能量的生理过程:自由扩散、协助扩散、气体交换、渗透作用、蒸腾作用等。
素能提升 联系实际,探究ATP合成的机理(科学思维能力)
ATP合酶的分子由球形的头部和基部组成,广泛分布于线粒体内膜、叶绿体类囊体、异养菌和光合菌的质膜上,从而参与氧化磷酸化和光合磷酸化。1961年英国生物化学家米切尔(P.Mitchell)提出化学渗透假说,认为ATP的合成是由叶绿体类囊体内外H+浓度差引起的。1963年,贾格道夫通过巧妙实验为ATP合成的化学渗透机制提供了早期证据。假说内容及实验过程如图所示。请据图回答:
(1)类囊体中的H+通过 的方式运至类囊体外侧。
(2)第三步将类囊体置于pH=8的缓冲介质中是为了 。
(3)第四步在黑暗中进行的目的是 。
(4)该实验可证明ATP合成的直接动力来自 。
【答案】 (1)协助扩散 (2)使类囊体膜内外形成H+浓度梯度 (3)避免光照对ATP合成产生影响 (4)H+浓度梯度
【解析】 (1)类囊体中的H+通过H+通道运至类囊体外侧,借助离子通道从高浓度到低浓度的运输属于协助扩散。(2)经过第一步和第二步,类囊体内的pH被平衡到4,第三步将类囊体置于pH=8的缓冲介质中,就会使类囊体膜内pH=4,类囊体膜外pH=8,从而在类囊体膜内外形成H+浓度梯度。(3)第四步在黑暗中进行的目的是避免光照对ATP合成产生影响,排除光照的作用,用以证明实验中产生的ATP是由叶绿体类囊体膜内外H+浓度差引起的。(4)该实验可证明ATP合成的直接动力来自H+浓度梯度,即H+顺浓度梯度由类囊体膜内流向膜外的同时驱动了ATP的形成。
【随堂检测】
课堂小结 课堂小测
判断正误。 (1)ATP是高能磷酸化合物,只含有3个特殊的化学键。 (×) (2)ATP水解为ADP释放的能量来自特殊的化学键。 (√) (3)细胞内储存有大量的ATP,为生命活动提供能量。 (×) (4)ATP与ADP之间相互转化过程中的能量来源是相同的。 (×) (5)所有生物细胞内ATP合成所需要的能量都来自细胞呼吸作用分解有机物释放的能量。 (×) (6)人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。 (×)
2(共38张PPT)
第5章 细胞的能量供应和利用
第2节细胞的能量“货币”ATP
1.依据 的分子简式，说出 的化学组成和特点。（生命观念）
2.根据 与 的相互转化，解释 在细胞生命活动中的作用。（科学思维）
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1.中文名称：____________。
2.结构简式：____________。
腺苷三磷酸
核糖
磷酸基团
特殊的化学键
3.特点
（1）高能量： 是细胞内的一种高能磷酸化合物，含有2个______________，储存
大量能量， 水解释放的能量高达 。
（2）不稳定： 的化学性质不稳定，这是由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相
互排斥，即末端磷酸基团具有较高的__________。在有关酶的催化作用下，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。
4.功能
能够直接为生命活动提供能量，是驱动细胞生命活动的______________。
特殊的化学键
转移势能
直接能源物质
二、ATP与ADP可以相互转化
1.过程
（1）释放能量 水解 _____ 能量。
（2）储存能量 合成 能量 _____。
2.能量的来源及去路
作用
作用
3.转化的原因及特点
（1）原因： 分子中_________________________很容易断裂也容易形成。
（2）特点：时刻不停地发生并且处于__________之中； 和 相互转化的能量
供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的，体现了生物界的统一性。
远离A的那个特殊的化学键
动态平衡
三、ATP的利用
1. 的利用的实例
2. 供能的过程
水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子________，被磷酸化的分子__________改变，
______也被改变，因而参与各种化学反应。
磷酸化
空间结构
活性
主动运输
物质合成
思考
3. 是细胞内流通的能量“货币”
（1）化学反应中的能量变化与 的关系
放能反应：一般与____________相联系。
吸能反应：一般与____________相联系。
（2）能量通过__________在吸能反应和放能反应之间流通。
的合成
的水解
分子
任务1 理解ATP的结构和ATP与ADP的相互转化
活动1 阅读资料并分析ATP的结构，思考下列问题
资料1 据研究表明，萤火虫尾部能发光的原因是“萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶，荧光素接受能量后被激活，在荧光素酶的催化作用下，激活的荧光素与氧气发生化学反应，形成氧化荧光素并且发出荧光”。
资料2 ATP结构式如下图所示:
1.某同学认为激活荧光素的能源物质是 而不是葡萄糖，请写出验证该同学观点的
实验思路和预期结果。（实验室有荧光素溶液、荧光素酶溶液、葡萄糖溶液、 溶
液、试管等实验试剂和器材）
提示 实验思路：取两支洁净的试管，一支试管中加入适量的荧光素溶液、荧光素酶溶
液和葡萄糖溶液，另一支试管中加入与试管一等量的荧光素溶液、荧光素酶溶液和
溶液，将试管放入黑暗环境中观察试管能否发出荧光。预期结果：加入 溶液
的试管发出荧光，加入葡萄糖溶液的试管没有发出荧光。
2.图中①②③的结构分别是什么？
提示 腺嘌呤、核糖、磷酸基团。
3.腺苷是由图中哪些结构组成的？
提示 ①②。
4. 分子去掉2个磷酸基团后的剩余部分是什么物质？
提示 腺嘌呤核糖核苷酸，也叫腺苷一磷酸或 。
5.若 完全水解，会得到哪些成分？
提示 腺嘌呤、核糖、磷酸。
6. 中的“A”与碱基中的“A”是同一种物质吗？
提示 不是。在 中，“A”代表腺苷（腺嘌呤 核糖）；在碱基中，“A”代表腺嘌呤。
认知生成
1.能源物质:糖类、脂肪、蛋白质、 等。
2.主要能源物质:糖类。
3.储能物质:脂肪、淀粉（植物细胞）、糖原（动物细胞）。
4.良好储能物质:脂肪。
5.直接能源物质: （还有 、 、 等）。
6.最终能量来源:太阳能。
7. 的全名为腺苷三磷酸，属于高能磷酸化合物，一个 分子中有2个特殊的化学
键。
8. 的全名为腺苷二磷酸。
9. 的全名为腺嘌呤核糖核苷酸（或腺苷一磷酸），可以作为合成 的原料。
例1 是细胞内重要的高能磷酸化合物，对生命活动的正常进行具有非常重要的作
用，其结构可用下图表示。下列相关叙述错误的是( )。
D
A. 与 的元素组成完全相同，但彻底水解
后的产物有差别
B.图中③与④的相互转化与细胞内的吸能反应和
放能反应相联系，保证了细胞内的能量供应
C.萤火虫发光所需的能量来源于图中“～”
D.在细胞的多个部位都同时进行着 的水解和
合成
[解析] 与 的元素组成完全相同，都是C、 、 、 、 ，但彻底水解后的产物有差别， 彻底水解后的产物有腺嘌呤、核糖和磷酸， 彻底水解后的产物有磷酸、脱氧核糖和四种碱基，A正确；图中 与 的相互转化与细胞内的吸能反应和放能反应相联系，保证了细胞内的能量供应，B正确；萤火虫发光所需的能量来源于图中“～”（特殊的化学键），C正确；在细胞的多个部位都进行着 的水解，但 的合成场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体，D错误。
对点练1 在下列几种化合物的化学组成中，“ ”中所对应的含义最接近的是( )。
D
A.①和② B.①和③ C.③和④ D.⑤和⑥
[解析] 根据题意知，“ ”中所对应的含义分别为①腺苷一磷酸 或腺嘌呤核糖核
苷酸 、②腺嘌呤、 分子上的腺嘌呤脱氧核苷酸、 分子上的腺嘌呤核糖
核苷酸、⑤腺苷、⑥腺苷。
&1& 不同化合物中“A”的辨析
化合物 结构简式 “A”的含义 共同点
腺苷（由腺嘌呤和核糖组成） 所有“A”的共同点是
都含有腺嘌呤
腺嘌呤脱氧核苷酸
腺嘌呤核糖核苷酸
核苷酸 腺嘌呤
活动2 阅读以下资料，思考关于ATP与ADP相互转化的问题
资料1 1997年诺贝尔化学奖的一半授予了美国的保罗·博耶和英国的约翰·沃克，
以表彰他们在研究腺苷三磷酸如何利用能量进行自身再生方面取得的成就。“腺苷三磷
酸”简称“腺三磷”，又叫 ，是腺嘌呤的衍生物，含有三个相连的磷酸基团，末端两
个特殊化学键水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。
资料2 成人体内 的总量是 ，但一个成人一天在静止状态下所消耗
的 为 ，在剧烈运动时 的消耗量可达 ；在安静状态时，肌肉
内 所释放能量只能维持肌肉收缩 。
回答下列问题：
1. 水解时，容易断裂的键是哪个键？形成的产物有哪些？化学反应方程式怎么写？
提示 水解时，远离A的那个特殊的化学键容易断裂。 水解后形成 和
（磷酸），并释放能量。
反应方程式: 。
2. 在细胞内的含量有什么特点？生物体如何补充生命活动所需要的大量的 ？
提示 在细胞内的含量很低。生物体通过 和 之间迅速地转化补充生命活动
所需要的大量 。
3. 和 的相互转化是否为可逆反应？请完善下表并得出结论。
反应
反应类型 ①__________ ②__________
酶的类型 ③____________ ④____________
场所 活细胞绝大多数需要能量的部 位 线粒体、叶绿体、细胞质基质
等
能量来源 特殊化学键中的化学能 有机物中的化学能、光能
能量去向 ⑤________________________ ⑥____________________
结论：⑦__________________________________________________________________ ___________________________
水解反应
合成反应
水解酶
合成酶
用于各项需能的生命活动
储存于特殊化学键中
物质是可逆的，能量是不可逆的，酶、反应场所也不相同，因此 和 的相互转化不是可逆反应
例2 与 的转化关系如图，其中①和②为反应过程，③表示某化学键，下列叙
述正确的是( )。
B
A.过程①是合成反应
B.过程②的能量来源可以不同
C.过程①和过程②需要的是同一种酶
D.细胞内所有的吸能反应均由 供能
[解析] 过程①是 的水解反应，A错误。对于绿色植物来说，过程②的能量来源于
光能或呼吸作用所释放的能量；对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，过程②所需
的能量均来自细胞呼吸，故过程②的能量来源可以不同，B正确。酶具有专一性，过
程①和过程②需要的不是同一种酶，C错误。细胞内的吸能反应绝大多数是由 直
接提供能量的，少数是由 、 、 等直接供能的，D错误。
对点练2 下图是 与 相互转化示意图，有关
叙述错误的是( )。
C
A. 与 相互转化机制在生物界普遍存在
B.催化 合成与水解的酶在细胞中的分布不同
C.图解中两个能量的来源和形式完全不同
D.图解中的物质可以循环反复利用
[解析] 与 相互转化机制为生物界的共性，A正确；催化 合成与水解的酶是两种不同的酶，其在细胞中的分布不同，B正确； 与 相互转化过程中的物质可以循环反复利用，能量则不能循环利用，而且能量的形式不完全相同，形成 的能量来自光能或化学能， 水解释放的能量为储存在远离A的特殊化学键中的能量，C错误，D正确。
任务2 理解ATP合成的能量来源和去路
活动3 阅读课本，观察课本中的图片，思考并和同学讨论以下问题
1~2.1.图中人和动物等能通过什么生理活动产生能量合成 ？其能量来源是什么？植
物能通过什么生理活动产生能量合成 ，其能量来源是什么？其他的生物呢？请尝
试完成以下表格。
生物类别 合成 的生理 活动 能量来源 能量用途
动物、人、真菌和大 部分细菌 ①__________ ②________________ __ 用于大多数生命活动
植物、蓝细菌和光合 细菌等 ③__________ 有机物中的化学能 用于除光合作用外的
大多数生命活动
光合作用 ④______ 用于光合作用合成糖
类等有机物
病毒 不能合成 ⑤__________ 在宿主细胞内合成自
身物质
呼吸作用
有机物中的化学能
呼吸作用
光能
宿主细胞
2.请以 的主动运输为例，描述 为主动运输供能的过程。
提示
酶活性被激活 参与 主动运输的载体蛋白是一种能催化 水解的酶，当膜内
侧的 与其相应位点结合时，其活性被激活，将 水解
载体蛋白的磷 酸化 水解时，脱离下来的磷酸基团与载体蛋白结合，即载体蛋白的磷
酸化
被释放 载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使 的结合位点转向
膜外侧，将 释放到膜外
认知生成
1.由 合成 所需能量，对于动物来说来自细胞呼吸时有机物分解所释放的能量；
对于植物来说，既可以来自光能，也可以来自呼吸作用所释放的能量。
2.细胞呼吸产生的 水解释放的能量可用于细胞中大多数需要能量的生命活动，光
反应产生的 主要被叶绿体利用。
3. 是细胞内主要的直接能源物质，而不是细胞内唯一的直接能源物质。
4.不是所有植物细胞都能通过光合作用合成 ，有叶绿体的植物细胞在有光条件下
才能通过光合作用合成 。
5.在细胞内， 含量少，转化迅速；细胞需要 多就合成多，需要少就合成少，
总之 的量处于相对平衡状态。
6. 水解一般与吸能反应相联系； 合成一般与放能反应相联系。
7. 水解需要消耗水； 合成会产生水。
例3 据图分析下列有关 的叙述，错误的是( )。
D
A. 和 的相互转化保证了机体对能量的需求
B.图中两次 的水解，后者能量可用于细胞中绝大多数需能的生命活动
C.图中两次合成 ，前者所需能量来源于光能且在人体细胞中不会发生
D.1分子 由3分子磷酸基团和1分子腺嘌呤构成
[解析] 细胞中 和 的相互转化是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中的，保证了机体对能量的需求，A正确；图中两次 的水解，前者能量储存在有机物中，后者能量可用于细胞中绝大多数需能的生命活动，B正确；图中两次合成 ，前者 的合成所需能量是通过光合作用产生的，能量来源于光能，在人体细胞中不会发生，C正确；1分子 由3分子磷酸基团和1分子腺苷（由腺嘌呤和核糖结合而成）构成，D错误。
由 直接提供能量的生命活动
中的化学能 各种形式的能量 各项生命活动
化学能 电能 用于大脑思考、神经传导和生物发电
化学能 化学能 用于细胞内各种吸能反应（如物质合
成），用于主动运输
化学能 机械能 用于肌肉收缩
化学能 光能 用于生物发光
化学能 热能 维持体温
对点练3 （不定项）下列生理过程中，消耗 的一组是( )。
ABC
A.蛋白质的合成和加工 B.植物根细胞吸收无机盐离子
C.萤火虫发出荧光 D.质壁分离和复原
[解析] 蛋白质的合成和加工、植物根细胞吸收无机盐离子、萤火虫发出荧光都需要消耗能量。质壁分离与复原是水分子通过渗透作用进出液泡而导致的，该过程不消耗 ，D不符合题意。
&3& 常见的消耗能量和不消耗能量的生理过程
1.常见的消耗能量的生理过程：主动运输、蛋白质合成、胞吞、胞吐、细胞分裂等。
2.常见的不消耗能量的生理过程：自由扩散、协助扩散、气体交换、渗透作用、蒸腾作用等。
素能提升 联系实际，探究 合成的机理（科学思维能力）
合酶的分子由球形的头部和基部组成，广泛分布于线粒体内膜、叶绿体类囊体、
异养菌和光合菌的质膜上，从而参与氧化磷酸化和光合磷酸化。1961年英国生物化学
家米切尔 提出化学渗透假说，认为 的合成是由叶绿体类囊体内外
浓度差引起的。1963年，贾格道夫通过巧妙实验为 合成的化学渗透机制提供了早
期证据。假说内容及实验过程如图所示。请据图回答:
（1）类囊体中的 通过__________的方式运至类囊体外侧。
协助扩散
[解析] 类囊体中的 通过 通道运至类囊体外侧，借助离子通道从高浓度到低浓度
的运输属于协助扩散。
（2）第三步将类囊体置于 的缓冲介质中是为了___________________________
_____。
使类囊体膜内外形成 浓度梯度
[解析] 经过第一步和第二步，类囊体内的 被平衡到4，第三步将类囊体置于
的缓冲介质中，就会使类囊体膜内 ，类囊体膜外 ，从而在类囊体膜内
外形成 浓度梯度。
（3）第四步在黑暗中进行的目的是____________________________。
避免光照对 合成产生影响
[解析] 第四步在黑暗中进行的目的是避免光照对 合成产生影响，排除光照的作用，
用以证明实验中产生的 是由叶绿体类囊体膜内外 浓度差引起的。
（4）该实验可证明 合成的直接动力来自_____________。
浓度梯度
[解析] 该实验可证明 合成的直接动力来自 浓度梯度，即 顺浓度梯度由类囊体膜内流向膜外的同时驱动了 的形成。
课堂小结
课堂小测
判断正误。
（1） 是高能磷酸化合物，只含有3个特殊的化学键。( )
×
（2） 水解为 释放的能量来自特殊的化学键。( )
√
（3）细胞内储存有大量的 ，为生命活动提供能量。( )
×
（4） 与 之间相互转化过程中的能量来源是相同的。( )
×
（5）所有生物细胞内 合成所需要的能量都来自细胞呼吸作用分解有机物释放的能
量。( )
×
（6）人在饥饿时，细胞中 与 的含量难以达到动态平衡。( )
×
