第9讲 细胞的能量“货币”ATP
复习目标 1.分析ATP的结构与功能，建立结构与功能相适应的观念； 2.通过分析ATP的分解和生成，构建物质和能量观； 3.通过ATP在生产生活中的应用实例，关注科学、技术和社会的发展。
@考点 ATP的结构与功能
A基础知识重点疑难
1.ATP的名称、结构和形成途径
(1)ATP的名称和结构
ATP是 腺苷三磷酸 的英文名称缩写，结构简式是 A—P～P～P ，其中A代表 腺苷 ，P代表磷酸基团，～代表一种特殊的化学键。
(2)ATP的形成途径
2.ATP与ADP的相互转化
项目 ATP的合成 ATP的水解
反应式 ADP＋Pi＋能量ATP ATPADP＋Pi＋能量
所需酶 ATP合成酶 ATP水解酶
能量来源 光能( 光合作用 )、化学能( 细胞呼吸 ) 末端磷酸基团的转移势能
能量去路 储存于ATP中 可直接转化成其他形式的能量，用于各项生命活动
反应场所 细胞质基质 、线粒体、叶绿体 生物体内的需能部位，如细胞膜、叶绿体基质等
关系 ATP与ADP的相互转化过程中反应的类型、反应所需的酶以及能量的来源、去路和反应场所都不完全相同，因此ATP的合成和水解并非简单的可逆反应
笔记：转化特点：ATP与ADP的相互转化时刻不停地发生，且处于动态平衡中
3.ATP的利用
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。
(1)实例
用于物质合成
用于肌肉收缩
(2)ATP为主动运输供能(以Ca2＋释放为例)
① ② ③
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。
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。
(3)吸能反应和放能反应：吸能反应是需要吸收能量的，许多吸能反应与 ATP水解反应 相联系，由 ATP水解 提供能量；放能反应是释放能量的，许多放能反应与 ATP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。能量通过 ATP分子 在吸能反应和放能反应之间流通。可以形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“货币”。
4.ATP产生量与O2供应量的关系
(1)AB段表示在一定范围内，ATP产生量随O2供应量的增大而增多。
(2)BC段：当O2供应量达到一定值时，ATP产生量不再增加，这是由于细胞中ATP的含量很少，且处于一种动态平衡中(因酶、有机物、ADP、磷酸有限)。
(3)A点表示在无 O2 条件下，细胞进行 无氧呼吸 也能产生少量ATP。
(4)若横坐标为呼吸强度，ATP产生量曲线应从 原点 开始。
5.萤火虫发光原理和应用
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ATP提供的能量后就被激活。在荧光素酶的催化作用下，荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素并且发出荧光。将荧光素酶基因导入植物后，再用荧光素溶液浇灌植物，使转基因植物在黑暗中发光，从而培育出一种能发光的“荧光树”。
6.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
提醒 ATP脱去两个磷酸基团后的产物为AMP，即腺嘌呤核糖核苷酸，为RNA的基本组成单位之一。
B拆解真题情境推理
[判断正误]
1.(2024·全国甲卷)小麦根细胞吸收离子消耗的ATP主要由叶绿体产生。(×)
2.(2024·全国甲卷)ATP转化为ADP可为离子的主动运输提供能量。(√)
3.(2024·安徽卷)ATP水解释放的磷酸分子与靶蛋白结合，使其磷酸化而有活性。(×)
4.(2021·北京卷)ATP必须在有氧条件下合成。(×)
5.(2022·浙江1月选考改编)腺苷三磷酸分子在水解酶的作用下不断地合成和水解，从而成为细胞中吸能反应和放能反应的纽带。(×)
6.(2023·河北卷)磷酸化可能引起蛋白质空间结构的变化。(√)
[情境推理]
1.“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。”诗中描述的萤火虫发光的原理是 。
提示：萤火虫尾部的发光细胞中的荧光素接受ATP提供的能量后被激活，在荧光素酶的催化作用下，激活的荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素而发光
2.科学家发现，一种化学结构与ATP相似的物质GTP(鸟苷三磷酸)也能为细胞的生命活动提供能量，请从化学结构的角度解释GTP也可以供能的原因： 。
提示：GTP含有两个特殊化学键，远离鸟苷的特殊化学键容易水解断裂，释放能量
3.在某细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子，短时间后分离出细胞中的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，分析该现象得到的结论是 。
提示：①ATP中远离A的磷酸基团容易脱离；②该过程中ATP既有合成又有水解；③部分32P标记的ATP是重新合成的
4.(必修1 P87“正文”拓展)人体内ATP的含量很少，但在剧烈运动时，每分钟约有0.5 kg的ATP转化为ADP，释放能量，以供运动之需，但人体内ATP总含量并没有太大变化，请分析原因： 。
提示：ATP与ADP时刻不停地发生快速相互转化，并且处于动态平衡之中
C升华思维实战演练
ATP的结构和特点
1.(2025·江西鹰潭一模)ATP是生命活动的直接能源物质，下列叙述错误的是( C )
A.ATP脱去两个磷酸基团后可作为合成某些酶的原料
B.ATP、几丁质、脂质均含有C、H、O元素
C.蛙的红细胞、鸡的红细胞、牛的成熟红细胞中均能合成酶和ATP
D.某蛋白磷酸化过程伴随着能量的转移，其空间结构也往往发生改变
解析：ATP脱去两个磷酸基团后是腺嘌呤核糖核苷酸，可作为RNA的原料，而酶的本质少数是RNA，A正确；ATP组成元素为C、H、O、N、P，几丁质的组成元素为C、H、O、N，脂质的元素组成主要是C、H、O，有的含有P和N，故ATP、几丁质、脂质均含有C、H、O元素，B正确；牛的成熟红细胞没有细胞核和细胞器，不能合成酶，C错误；载体蛋白磷酸化过程伴随着ATP水解，即伴随着能量的转移，其空间结构也往往发生改变，D正确。
导图建构 找答案
2.(2024·全国甲卷)ATP可为代谢提供能量，也参与RNA的合成，ATP结构如图所示，图中～表示高能磷酸键，下列叙述错误的是( C )
A.ATP转化为ADP可为离子的主动运输提供能量
B.用α位32P标记的ATP可以合成带有32P的RNA
C.β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键不能在细胞核中断裂
D.光合作用可将光能转化为化学能储存于β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键
解析：ATP为直接能源物质，γ位磷酸基团脱离ATP形成ADP的过程释放能量，可为离子主动运输提供能量，A正确；ATP分子水解两个高能磷酸键(特殊化学键)后，得到RNA的基本单位之一——腺嘌呤核糖核苷酸，故用α位32P标记的ATP可以合成带有32P的RNA，B正确；ATP可在细胞核中发挥作用，如为rRNA合成提供能量，故β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键能在细胞核中断裂，C错误；光合作用光反应过程中，可将光能转化为化学能储存于ATP的高能磷酸键中，故光合作用可将光能转化为化学能储存于β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键，D正确。
事例支撑 找答案：细胞核中会发生DNA复制、转录等过程，均 消耗 能量，需要高能磷酸键(特殊化学键)断裂提供能量，由以上可以推断C 错误 。
ATP与ADP的相互转化和ATP的利用
3.(2025·广东潮州期末)“蓝眼泪”是生存在海中夜光藻等微生物受到海浪拍击时，发出蓝色荧光，这一过程与ATP密切相关。以下关于ATP叙述不正确的是( D )
A.ATP是夜光藻细胞内的直接能源物质
B.发出荧光所需能量由ATP水解提供
C.ATP的合成需消耗夜光藻内的ADP和Pi
D.ATP在夜光藻体内含量很高可持续供能
解析：ATP直接给细胞的生命活动提供能量，即ATP是夜光藻细胞内的直接能源物质，A正确；吸能反应一般与ATP的水解相联系，即发出荧光所需能量由ATP水解提供，B正确；ATP的合成需消耗ADP和Pi，C正确；ATP在细胞内的含量很少，但ATP与ADP在细胞内的相互转化十分迅速且处于动态平衡中，即ATP在夜光藻体内含量很低，D错误。
解题方法
细胞内ATP合成与水解的生理过程及场所
4.(2025·华中师范大学附中期中)如下图所示，当ATP浓度较低时，肌酸激酶将磷酸基团从肌酸～P转移到ADP；当ATP浓度较高时，相同的酶可催化逆向反应，以增加肌酸～P库存。下列叙述错误的是( C )
A.肌酸激酶有利于维持ATP/ADP在细胞中的稳定
B.肌酸激酶可能存在于线粒体和细胞质基质等结构中
C.肌酸～P也可直接用于物质跨膜运输等耗能过程
D.肌酸～P为ADP合成ATP提供“高能”磷酸基团
解析：据题意可知，当ATP浓度较低时，肌酸激酶将磷酸基团从肌酸～P转移到ADP；当ATP浓度较高时，相同的酶可催化逆向反应，以增加肌酸～P库存，A正确；由于线粒体基质和内膜以及细胞质基质都能合成ATP，所以肌酸激酶可能存在于线粒体和细胞质基质等结构中，B正确；ATP可直接用于物质跨膜运输等耗能过程，肌酸～P不能，C错误；当ATP浓度较低时，肌酸激酶将磷酸基团从肌酸～P转移到ADP合成ATP，故肌酸～P为ADP合成ATP提供“高能”磷酸基团，D正确。
溯源教材 找答案：ATP是驱动细胞生命活动的 直接 能源物质，由以上可以推断C 错误 。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)(共25张PPT)
第二单元 细胞的能量供应和利用
第9讲 细胞的能量“货币”ATP
复习目标 1.分析ATP的结构与功能，建立结构与功能相适应的观念； 2.通过分析 ATP的分解和生成，构建物质和能量观； 3.通过ATP在生产生活中的应用实例，关注 科学、技术和社会的发展。
考点 ATP的结构与功能
腺苷三磷酸
A—P～P～P
腺苷
(2)ATP的形成途径
2. ATP与ADP的相互转化
项目 ATP的合成 ATP的水解
反应式 ADP＋Pi＋能量 ATP ATP ADP＋Pi＋能量
所需酶 ATP合成酶 ATP水解酶
能量来源 光能( 光合作用 )、化学 能( 细胞呼吸 ) 末端磷酸基团的转移势能
能量去路 储存于ATP中 可直接转化成其他形式的能量，用 于各项生命活动
反应场所 细胞质基质 、线粒体、叶绿 体 生物体内的需能部位，如细胞膜、 叶绿体基质等
光合作用
细胞呼吸
细胞质基质
关系 ATP与ADP的相互转化过程中反应的类型、反应所需的酶以及能量的 来源、去路和反应场所都不完全相同，因此ATP的合成和水解并非简 单的可逆反应
笔记：转化特点：ATP与ADP的相互转化时刻不停地发生，且处于动态平衡中
3. ATP的利用
(1)实例
用于物质合成
用于肌肉收缩
ATP
(2)ATP为主动运输供能(以Ca2＋释放为例)
① ② ③
ATP
能量的转移
空间结构
ATP水解反
应
ATP水解
ATP合成
ATP分子
4. ATP产生量与O2供应量的关系
(1)AB段表示在一定范围内，ATP产生量随O2供应量的增大而增多。
(2)BC段：当O2供应量达到一定值时，ATP产生量不再增加，这是由于细胞中ATP的含 量很少，且处于一种动态平衡中(因酶、有机物、ADP、磷酸有限)。
O2
无氧呼吸
原点
荧光素和荧光素酶
6. 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
提醒 ATP脱去两个磷酸基团后的产物为AMP，即腺嘌呤核糖核苷酸，为RNA的基本 组成单位之一。
×
√
×
×
×
√
[情境推理]
1. “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。”诗中 描述的萤火虫发光的原理是 。
提示：萤火虫尾部的发光细胞中的荧光素接受ATP提供的能量后被激活，在荧光素酶 的催化作用下，激活的荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素而发光
2. 科学家发现，一种化学结构与ATP相似的物质GTP(鸟苷三磷酸)也能为细胞的生命 活动提供能量，请从化学结构的角度解释GTP也可以供能的原因： 。
提示：GTP含有两个特殊化学键，远离鸟苷的特殊化学键容易水解断裂，释放能量
3. 在某细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子，短时间后分离出细胞中的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，分析该现象得到的结论 是 。
提示：①ATP中远离A的磷酸基团容易脱离；②该过程中ATP既有合成又有水解；③部 分32P标记的ATP是重新合成的
4. (必修1 P87“正文”拓展)人体内ATP的含量很少，但在剧烈运动时，每分钟约有 0.5 kg的ATP转化为ADP，释放能量，以供运动之需，但人体内ATP总含量并没有太 大变化，请分析原因： 。
提示：ATP与ADP时刻不停地发生快速相互转化，并且处于动态平衡之中
C升华思维实战演练
ATP的结构和特点
A. ATP脱去两个磷酸基团后可作为合成某些酶的原料
B. ATP、几丁质、脂质均含有C、H、O元素
C. 蛙的红细胞、鸡的红细胞、牛的成熟红细胞中均能合成酶和ATP
D. 某蛋白磷酸化过程伴随着能量的转移，其空间结构也往往发生改变
解析：ATP脱去两个磷酸基团后是腺嘌呤核糖核苷酸，可作为RNA的原料，而酶的本 质少数是RNA，A正确；ATP组成元素为C、H、O、N、P，几丁质的组成元素为C、 H、O、N，脂质的元素组成主要是C、H、O，有的含有P和N，故ATP、几丁质、脂 质均含有C、H、O元素，B正确；牛的成熟红细胞没有细胞核和细胞器，不能合成 酶，C错误；载体蛋白磷酸化过程伴随着ATP水解，即伴随着能量的转移，其空间结 构也往往发生改变，D正确。
C
导图建构 找答案
A. ATP转化为ADP可为离子的主动运输提供能量
B. 用α位32P标记的ATP可以合成带有32P的RNA
C. β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键不能在细胞核中断裂
D. 光合作用可将光能转化为化学能储存于β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键
C
解析：ATP为直接能源物质，γ位磷酸基团脱离ATP形成ADP的过程释放能量，可为离 子主动运输提供能量，A正确；ATP分子水解两个高能磷酸键(特殊化学键)后，得到 RNA的基本单位之一——腺嘌呤核糖核苷酸，故用α位32P标记的ATP可以合成带有32P 的RNA，B正确；ATP可在细胞核中发挥作用，如为rRNA合成提供能量，故β和γ位磷 酸基团之间的高能磷酸键能在细胞核中断裂，C错误；光合作用光反应过程中，可将 光能转化为化学能储存于ATP的高能磷酸键中，故光合作用可将光能转化为化学能储 存于β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键，D正确。
消耗
错误
A. ATP是夜光藻细胞内的直接能源物质
B. 发出荧光所需能量由ATP水解提供
C. ATP的合成需消耗夜光藻内的ADP和Pi
D. ATP在夜光藻体内含量很高可持续供能
解析：ATP直接给细胞的生命活动提供能量，即ATP是夜光藻细胞内的直接能源物 质，A正确；吸能反应一般与ATP的水解相联系，即发出荧光所需能量由ATP水解提 供，B正确；ATP的合成需消耗ADP和Pi，C正确；ATP在细胞内的含量很少，但ATP 与ADP在细胞内的相互转化十分迅速且处于动态平衡中，即ATP在夜光藻体内含量很 低，D错误。
D
解题方法
细胞内ATP合成与水解的生理过程及场所
A. 肌酸激酶有利于维持ATP/ADP在细胞中的稳定
B. 肌酸激酶可能存在于线粒体和细胞质基质等结构中
C. 肌酸～P也可直接用于物质跨膜运输等耗能过程
D. 肌酸～P为ADP合成ATP提供“高能”磷酸基团
C
解析：据题意可知，当ATP浓度较低时，肌酸激酶将磷酸基团从肌酸～P转移到ADP； 当ATP浓度较高时，相同的酶可催化逆向反应，以增加肌酸～P库存，A正确；由于线 粒体基质和内膜以及细胞质基质都能合成ATP，所以肌酸激酶可能存在于线粒体和细 胞质基质等结构中，B正确；ATP可直接用于物质跨膜运输等耗能过程，肌酸～P不 能，C错误；当ATP浓度较低时，肌酸激酶将磷酸基团从肌酸～P转移到ADP合成 ATP，故肌酸～P为ADP合成ATP提供“高能”磷酸基团，D正确。
直接
错误
