课时分层训练(十六) 细胞的能量“货币”ATP
知识点1 ATP是一种高能磷酸化合物
1．衣原体缺乏细胞呼吸所需的酶，则其需要从宿主细胞内摄取的物体是( )
A．葡萄糖 B．糖原
C．淀粉 D．ATP
D [细胞生命活动所需的能量主要是由细胞呼吸提供的，衣原体缺乏细胞呼吸所需的酶，不能进行细胞呼吸，缺乏能量，ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质，因此衣原体需要从宿主细胞内摄取的物质是ATP，D正确，A、B、C错误。]
2．下图表示ATP的结构式，其中能作为RNA的基本单位的是( )
A．① B．② C．③ D．④
B [图中①②③④分别表示腺苷、腺嘌呤核糖核苷酸、ADP和ATP，其中②(腺嘌呤核糖核苷酸)是组成RNA的基本单位之一。]
知识点2 ATP与ADP可以相互转化
3．下图表示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
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，能量2为用于ATP合成的能量，来自光能或细胞呼吸释放的能量。]
4．ATP在细胞内的含量及其转化速度分别是( )
A．很多；很快 B．很少；很慢
C．很多；很慢 D．很少；很快
D [ATP在细胞内的含量很少，其转化速度很快。]
知识点3 ATP的利用
5．海洋中的电鳗有放电现象，其电能是由( )
A．有机物进行氧化分解释放的化学能转变而来的
B．热能转变而来的
C．光能转变而来的
D．ATP转变成ADP时释放的化学能转变而来的
D [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来的。]
6．ATP是细胞的能量“货币”。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．电鳗受到刺激后放电
C．上课时的思考和记忆
D．甘油跨膜运输进入细胞
D [心肌细胞的舒张和收缩、电鳗放电、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。]
7．下列对“ATP ADP＋Pi＋能量”的叙述中，正确的是( )
A．①过程和②过程所需的酶都是一样的
B．①过程的能量供各项生命活动利用，②过程的能量来自糖类等有机物的氧化分解
C．①过程和②过程时刻发生，处于动态平衡之中
D．ATP中的能量可来源于光能、热能，也可以转化为光能、热能
C [①过程为水解酶催化的水解反应，释放的能量可供各项生命活动利用，②过程为合成酶催化的合成反应，能量来源于呼吸作用中糖类等有机物的氧化分解，在绿色植物中还可来源于光合作用吸收并转化的光能，A、B错误。生物体内ATP的水解与合成时刻发生，处于动态平衡之中，C正确。ATP中的活跃化学能可来源于光能，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、电能等多种形式的能量，D错误。]
8．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的ATP，发现其含量变化不大。但部分ATP的末端P已带上放射性标记，该现象不能说明( )
A．ATP中远离A的P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
C [由题意可知，ATP的含量变化不大，说明该过程中ATP既有合成又有分解；由题干信息“部分ATP的末端P已带上放射性标记”可知，ATP中远离A的P容易脱离，且32P参与了ATP的重新合成，故选C。]
9．右图是ATP与ADP的循环图解，其中①②表示过程。下列相关叙述错误的是( )
A．绿色植物在黑暗条件下，①过程也能发生
B．细胞中的吸能反应一般与②过程相联系
C．与平静状态时相比，剧烈运动时①过程减慢，②过程加快
D．在动物体内，①过程所需的能量一般来自细胞进行呼吸作用释放的能量
C [植物在黑暗条件下，能进行细胞呼吸，释放能量，合成ATP，①过程也能发生，A正确；细胞中需要能量的生命活动绝大多数是由ATP直接提供能量的，故细胞中的吸能反应一般与②过程相联系，B正确；与处于平静状态时相比，剧烈运动时需要能量较多，所以①②过程都会加快，C错误；在动物细胞内，①过程所需的能量一般来自细胞进行呼吸作用释放的能量，D正确。]
10．在活细胞中，下图所示循环过程永不停止地进行着，请运用所学知识，分析完成下面ATP与ADP转化中的有关问题：
(1)图中B为________，C为________。
(2)ATP作为生物体生命活动的__________物质，其结构简式为____________________________________________________________。
(3)②反应中能量E2的去向有哪些？试举例。______________________
____________________________________________________________。
(4)在动物肌细胞中，进行②反应时，能量来自_______________________
____________________________________________________________。
解析：(1)由ATP和ADP的转化图可看出①是合成ATP的反应，B代表ATP，②是ATP水解为ADP的反应，C为ADP。(2)ATP是各项生命活动的直接能源物质，其结构简式为A—P～P～P。(3)、(4)ATP水解释放的能量(E2)来源于远离腺苷的特殊的化学键，用于生物体各项生命活动，如肌肉收缩、神经传导、主动运输等。
答案：(1)ATP ADP (2)直接能源 A—P～P～P (3)各项生命活动，如肌肉收缩、神经传导、主动运输等 (4)远离腺苷的特殊化学键
11．经研究证实ATP是细胞的能量“货币”。请分析回答问题：
(1)研究发现，正常成年人剧烈运动状态下每分钟有0.5 kg ATP发生转化，而细胞内ADP、ATP的浓度仅为2～10 mmol/L，为满足能量需要，人体解决这一矛盾的合理途径是_________________________________
_____________________________________________________________
________________________________(写方程式，标明条件)。
(2)细胞间隙中的ATP在有关酶的作用下，三个磷酸基团逐个脱离下来，最后剩下的是____________________________________________。
(3)用小刀将数十只萤火虫的发光器割下，干燥后研成粉末状，取两等份分别装入两支试管中，各加入少量的水，使之混合，可以观察到试管中发出淡黄色荧光。约15 min后荧光消失，如下图所示。这时再将ATP溶液加入其中一支试管中，将葡萄糖溶液加入另一支试管中，发现加入ATP溶液的试管中重新发出荧光，而加入葡萄糖溶液的试管中没有发出荧光。
上述对照实验说明：
①萤火虫发光是将__________能转变成________能的过程。
②这一过程所需的能量由__________提供。
③__________不是生命活动的直接能源物质。
④萤火虫尾部发光的意义在于________________________________。
解析：(1)ATP在生物体内含量很少，但在细胞内ATP与ADP的相互转化十分迅速。(2)ATP由一个腺苷和三个磷酸基团组成。ATP在有关酶的作用下，脱去三个磷酸基团后只剩下A，即腺苷。(3)分析题意可知，荧光消失后，加入ATP溶液的一组重新发出荧光，而加入葡萄糖溶液的一组没有发出荧光，这说明该过程所需的能量由ATP提供，因此葡萄糖不是生命活动的直接能源物质；萤火虫尾部发光的意义在于求偶炫耀，便于交尾。
答案：(1)ATPADP＋Pi＋能量 (2)腺苷 (3)①化学 光 ②ATP ③葡萄糖 ④求偶炫耀，便于交尾
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第2节
细胞的能量“货币”ATP
通过分析资料，概述细胞核的功能。
说出细胞核各部分的结构特点。
了解建构模型的概念，以及学会制作真核细胞的三维结构模型。
问题探讨
讨论：
1.萤火虫发光的生物学意义是什么？
2.萤火虫体内有特殊的发光物质吗？
3.萤火虫发光的过程有能量的转换吗？
相互传递求偶信号，以便繁衍后代。
荧光素和荧光素酶共同作用。
能量
荧光素酶
+氧气
氧化
荧光素
荧光
荧光素
激活荧光素
发出
“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。天阶夜色凉如水，卧看牵牛织女星。 ”让我们重温唐代诗人杜牧这情景交融的诗句，想象夜空中与星光媲美的点点流萤，思考有关的生物学问题。
一、ATP是一种高能磷酸化合物
【阅读书本P86-87的内容，思考下列问题】
1.ATP的全称是什么
2.ATP的元素组成
3.构建ATP分子的结构模型。
4.写出ATP结构简式，每部分分别代表什么？
5.为什么说ATP是一种高能磷酸化合物？
一、ATP是一种高能磷酸化合物
核糖
腺嘌呤
磷酸基团
1. ATP ：中文名称—腺苷三磷酸，（旧称：三磷酸腺苷）
腺苷（A）
2. 组成元素：C、H、O、N、P
假如用 代表腺嘌呤、
代表核糖、 代表磷酸基团，
尝试构建ATP的模型。
P
一、ATP是一种高能磷酸化合物
A
P
核糖
腺嘌呤
腺苷（A）
AMP腺苷一磷酸
ADP腺苷二磷酸
ATP腺苷三磷酸
说明：
AMP也叫腺嘌呤核糖核苷酸，
是RNA的基本单位之一。
~ P
~ P
3. 结构简图：
组成：1分子腺苷，2个特殊化学键，3分子磷酸基团
一、ATP是一种高能磷酸化合物
4. 结构简式：
A–P～P～P
腺苷
（腺嘌呤+核糖）
（旧称：高能磷酸键）
磷酸基团
普通化学键
特殊化学键
A-P~P~P
A-P~P：腺苷二磷酸
ADP
A-P：腺苷一磷酸
AMP
A-P~P~P
腺苷三磷酸
ATP
一、ATP是一种高能磷酸化合物
归纳：
一、ATP是一种高能磷酸化合物
为什么说ATP是一种高能磷酸化合物？(水解时释放20.92kJ/mol及以上能量的化合物称高能化合物)
因为1molATP水解释放的能量高达30.54kJ。
思考
α、β和γ表示ATP上三个磷酸基团所处的位置(A－Pα～Pβ～Pγ)，现有甲、乙两组ATP溶液，甲组用32P标记ATP的β位的磷酸基团，乙组用32P标记ATP的γ位的磷酸基团，然后分别加入等量的ATP水解酶，短时间后迅速分离溶液中游离的磷酸基团，结果发现只有乙组中游离的磷酸基团带有放射性。
α 位 β位 γ位
资料
一、ATP是一种高能磷酸化合物
从实验结果ATP中哪一个化学键更容易断裂？为什么？
ATP中两个相邻的磷酸基团带有负电荷而相互排斥，使得这种化学键不稳定，末端的磷酸基团具有较高的转移势能。
ADP相互排斥的磷酸基团减少，势能降低
β和γ位磷酸基团之间的化学键更容易断裂。
磷酸基团携带转移的
“势能”与其他分子结合
思考
一、ATP是一种高能磷酸化合物
【对点练习】
1．科学家发现，小鼠的抑郁行为与星形胶质细胞释放ATP的多少有关。下列有关ATP的叙述，正确的是( )
A．图中的A代表腺苷，b、c为特殊的化学键
B．a是构成DNA的基本单位之一
C．ATP是生物体内的储能物质
D．ATP中的“A”与RNA中的“A”表示的不是同一种物质
D
一、ATP是一种高能磷酸化合物
【对点练习】
2．cAMP是由ATP脱去两个磷酸基团后环化而成的，是细胞内的一种信号分子，其结构组成如图所示，下列表述中正确的是( )
A．X的名称是腺苷
B．每个cAMP中含有2个特殊的化学键
C．ATP脱去2个磷酸基团后可以成为RNA的基本单位
D．cAMP与DNA的元素种类不相同
C
二、ATP与ADP可以相互转化
【资料1】研究显示，一个成年人一天在静止状态下所消耗的ATP约有40kg；在剧烈运动的状态下，每分钟约有0.5kg的ATP转化成ADP。
【资料2】成人体内ATP总量约2~10mg，人体安静状态下，肌肉内ATP含量只能供肌肉收缩1~2s。
【资料3】每个细胞每秒钟可合成约1000 万个ATP 且同时有等量 ATP 被水解。
ATP消耗量多
但ATP含量很少
ATP合成和水解都非常迅速
ATP在水解的同时还在源源不断的的合成，ATP与ADP可以互相转化。
二、ATP与ADP可以相互转化
ATP水解酶
1. ATP转化成ADP的过程
A–P～P～P
A–P～P + Pi +
ADP
（腺苷二磷酸）
不稳定,易断裂,也易形成
游离磷酸
ATP
（腺苷三磷酸）
用于各项生命活动
场所：
活细胞所有部位
二、ATP与ADP可以相互转化
用于主动运输
ATP
用于生物放电
葡萄糖+果糖→蔗糖
酶
细胞内各种吸能反应
生物发光
渗透能
电能
光能
用于各种运动，如肌细胞收缩
机械能
化学能
热能
用于恒定体温
ATP的利用
二、ATP与ADP可以相互转化
ATP水解释放的 使 等分子 化。这些分子被 后，
发生 变化， 也被改变，因而可以参与各种 。
磷酸基团
磷酸
蛋白质
空间结构
活性
化学反应
磷酸化
ATP为主动运输供能的机理
2．在载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随着能量的转移，这就是载体蛋白的磷酸化。
3．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。
1．参与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，其酶活性就被激活了。
二、ATP与ADP可以相互转化
资料分析
ATP
消耗量大
ATP
含量很少
研究显示，一个成年人一天在静止状态下所消耗的ATP约有40kg；在剧烈运动的状态下，每分钟约有0.5kg的ATP转化成ADP。
成人体内ATP总量约2~10mg，人体安静状态下，肌肉内ATP含量只能供肌肉收缩1~2s。
ATP的利用
二、ATP与ADP可以相互转化
ATP合成和水解都非常迅速
每个细胞每秒钟可合成约1000 万个ATP 且同时有等量 ATP 被水解
吸能反应一般与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量
放能反应一般与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中
ATP ADP＋Pi＋能量
ADP＋Pi＋能量 ATP
（水解酶）
（合成酶）
ATP与ADP相互转化的反应式？
ATP的利用
二、ATP与ADP可以相互转化
ATP合成酶
2. ADP转化成ATP的过程
A–P～P + Pi
ADP
（腺苷二磷酸）
游离磷酸
A–P～P～P
ATP
（腺苷三磷酸）
动物和人
呼吸作用
呼吸作用
光合作用
线粒体、细胞质基质、叶绿体等
场所：
二、ATP与ADP可以相互转化
3. 吸能反应和放能反应
ATP
合成酶
水解酶
ADP + Pi
+ 能量
吸能反应：与ATP的水解相联系，如合成蛋白质、合成淀粉等。
放能反应：与ATP的合成相联系，如葡萄糖的氧化分解等。
ATP在吸能反应和放能反应之间流通，是细胞内的能量“货币”
二、ATP与ADP可以相互转化
（1）ATP只能作为能源物质吗？
（2）有其他的直接能源物质吗？
资料2 如果将ATP中的碱基A替换为G、U、C，分别为鸟苷三磷酸、尿苷三磷酸和胞苷三磷酸，一起组成NTP家族，其脱去核糖第二位C上的O原子组成dNTP家族，均为高能化合物。
资料1 20世纪50年代，研究者发现ATP在神经系统的信息传递中可以作为一种兴奋性的神经递质发挥作用，并且在内脏、中枢及外周神经系统等多个部位的细胞质膜上发现了ATP受体，可见ATP还是一种能在细胞间传递信息的信号分子。
ATP是一种能源物质，也是能在细胞间传递信息的信号分子。
结论：
结论：
除了ATP外，鸟苷三磷酸GTP、尿苷三磷酸UTP和胞苷三磷酸CTP，也可以直接供能。
3．蛋白质分子的磷酸化和去磷酸化与其活性的关系如下图所示。下列说法正确的是( )
A．伴随蛋白质磷酸化形成的ADP可进一步水解作为构建DNA分子的单体
B．蛋白质被磷酸化激活的过程中，周围环境中会积累ADP和磷酸分子
C．蛋白磷酸酶为蛋白质的去磷酸化过程提供化学反应的活化能
D．在蛋白激酶的作用下Ca2+载体蛋白的空间结构发生变化，Ca2+逆浓度梯度进入细胞
【对点练习】
D
二、ATP与ADP可以相互转化
结论：______________________________________________________________
___________________。
物质是可逆的，能量是不可逆的，酶也不相同，因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应
4.ATP和ADP的相互转化是否是可逆反应？请完善下表并得出结论。
反应 ATP ADP＋Pi＋能量 ADP＋Pi＋能量 ATP
反应类型 水解反应 合成反应
酶的类型 ________ ________
场所 活细胞所有部位 线粒体、叶绿体、细胞质基质等
能量来源 _____________________ _______________________
能量去向 ___________________ ____________________
水解酶
合成酶
特殊化学键中的化学能
有机物中的化学能、光能
用于各项生命活动
储存于特殊化学键中
