第三章 细胞的代谢
第一节 ATP是细胞内的“能量通货”
基础巩固
1.ADP转变为ATP需要( )
A.磷酸、能量
B.磷酸、能量和酶
C.能量、腺苷和酶
D.磷酸、酶、腺苷和能量
2.ATP是细胞生命活动的直接能源物质,其分子简式是( )
A.A—P~P~P
B.A—P—P
C.A—P~P
D.A—P~P~P
3.(2020嘉兴高一期末)ATP是细胞中的能量通货。下列叙述不支持此观点的是( )
A.ATP中所含能量不多
B.ATP的水解和合成迅速
C.ATP是细胞可直接利用的能源物质
D.ATP中磷酸基团之间的连接十分稳定
4.下图表示ATP的结构,下列相关叙述错误的是
( )
A.①含有磷元素
B.②很稳定
C.③表示核糖
D.④表示腺嘌呤
5.ATP与ADP的转化关系如图,其中①和②为反应过程,③④表示某化学键。下列叙述正确的是( )
A.过程①是合成反应
B.反应②的能量来源可以不同
C.③表示高能磷酸键
D.抑制反应①有利于ATP合成
6.下图为ATP分子结构式。下列相关叙述正确的是
( )
A.图中五碳糖为脱氧核糖
B.1个ATP分子由1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成
C.该分子中2个高能磷酸键容易断裂
D.ATP中的能量可来自光能和化学能,也可转化为光能和化学能
7.(2020嘉兴一中、湖州中学高二期中)ATP是细胞中能量的通用“货币”。下列有关ATP的叙述正确的是
( )
A.ATP中脱掉2个磷酸基团后,就成为腺嘌呤核糖核苷酸
B.ATP中的能量可以来源于光能,但不可以转化为光能
C.一般情况下,ATP中高能磷酸键所含能量都能为生命活动直接供能
D.细胞内合成蛋白质时会消耗ATP,蛋白质水解时会产生ATP
8.下图表示生物细胞内的重要反应,A、B代表化学结构或物质,Ⅰ、Ⅱ代表反应过程。下列叙述中,正确的是( )
A.A表示腺苷三磷酸,含有3个高能磷酸键
B.B表示腺苷,由腺嘌呤和脱氧核糖组成
C.Ⅱ过程释放的能量用于一切生命活动
D.Ⅰ和Ⅱ不是可逆反应,物质可逆,能量不可逆
9.下图是ATP的分子结构,请据图回答下列问题。
(1)ATP的分子简式为 。?
(2)图中虚线部分的名称是 。?
(3)写出ATP与ADP相互转变的反应式:?
。?
(4)在绿色植物和动物体内,ATP合成所需能量的来源分别是 、 。?
(5)在生物体内,ATP水解释放的能量的去向是 。?
能力提升
10.下图为ATP的分子结构图,A、B、C表示相应的结构,①②表示化学键。下列叙述正确的是( )
A.A表示腺嘌呤,B表示腺苷
B.化学键①与化学键②断开时所释放的能量不同
C.化学键②的形成所需的能量都来自化学能
D.化学键②中能量的释放往往与吸能反应相关联
11.如果要验证ATP能使一离体新鲜骨骼肌发生收缩,那么下列叙述不符合实验要求的是( )
A.实验的自变量是有无ATP
B.因变量是刺激看新鲜肌肉是否收缩
C.先滴加生理盐水,然后滴加ATP溶液
D.先滴加葡萄糖溶液,然后滴加ATP溶液
12.某生物学习小组以萤火虫发光器粉末为材料进行实验,实验过程及现象如图。下列说法错误的是
( )
A.15
min后荧光消失,试管中ADP含量达到最低
B.该实验能说明ATP是直接能源物质
C.甲物质可能是一种抑制剂
D.ATP的水解需要水参与反应
13.ATP可将蛋白质磷酸化,磷酸化的蛋白质会改变形状做功,从而推动细胞内系列反应的进行(机理如图所示)。下列说法不正确的是( )
A.ATP推动细胞做功,存在吸能反应与放能反应过程
B.磷酸化的蛋白质做功,失去的能量主要用于再生ATP
C.ATP水解与磷酸化的蛋白质做功均属于放能反应
D.肌肉在收缩过程中,肌肉中的能量先增加后减少
14.科研人员为验证“蛙的腓肠肌收缩所需的直接能源物质是ATP,而不是葡萄糖”,设计了以下实验装置。
实验步骤:
(1)剥取蛙的腓肠肌,制备如图所示的两套实验装置,编号为甲、乙。
(2)连续刺激腓肠肌, 。?
(3)向装置甲的腓肠肌上滴加适量的适宜浓度的葡萄糖溶液,?
。立即对坐骨神经施加适宜强度的电刺激。?
实验结果: 。?
实验结论:蛙的腓肠肌收缩所需的直接能源物质是ATP,而不是葡萄糖。
问题分析:若甲、乙两组实验结果相同,可能的原因是?
?
?
。?
参考答案
第三章 细胞的代谢
第一节 ATP是细胞内的“能量通货”
基础巩固
1.B 解析
由ADP转化为ATP的反应式可知,ADP转为ATP的过程需要磷酸、能量和酶。
2.A 解析
ATP是细胞生命活动的直接能源物质,1个ATP分子中含有2个高能磷酸键,其分子简式是A—P~P~P。
3.D 解析
ATP是细胞中普遍使用的能量载体,所含能量不多,A项错误;ATP在细胞内含量很少,但ATP与ADP的转化速率是很迅速的,B项错误;ATP是细胞的“能量通货”,是细胞可直接利用的能源物质,C项错误;ATP中远离A的高能磷酸键更易水解,D项正确。
4.B 解析
①表示磷酸基团,含有磷元素,A项正确;②表示高能磷酸键,该化学键不稳定,远离A的那个高能磷酸键很容易断裂,也很容易重新形成,B项错误;③表示核糖,C项正确;④表示腺嘌呤,D项正确。
5.B 解析
过程①是ATP的水解反应,A项错误;反应②的能量来源可以来自光合作用和呼吸作用等,B项正确;④表示高能磷酸键,C项错误;ATP和ADP的转化处于动态平衡中,抑制反应①ATP的水解不利于ATP合成,D项错误。
6.D 解析
图中五碳糖为核糖,A项错误;1个ATP分子由1个腺苷和3个磷酸基团组成,B项错误;该分子中含有2个高能磷酸键,远离A的那个高能磷酸键容易断裂,C项错误;光合作用中产生ATP的能量来自光能,细胞呼吸产生ATP的能量来自化学能,ATP中的能量也可转化为光能和化学能,D项正确。
7.A 解析
ATP分子水解掉2个磷酸基团后变成腺嘌呤核糖核苷酸,A项正确;ATP中的能量可以来源于光能,也可以转化为光能,如萤火虫发光就是ATP中的能量转化为光能的实例,B项错误;一般情况下,ATP中远离A的高能磷酸键会断裂,为生命活动直接供能,C项错误;蛋白质生物合成需要消耗ATP,蛋白质水解需要酶,但不产生ATP,D项错误。
8.D 解析
A表示腺苷三磷酸,含有2个高能磷酸键,A项错误;B表示腺苷,由腺嘌呤和核糖组成,B项错误;Ⅱ过程释放的能量用于各种生命活动,并非是所有,C项错误;Ⅰ和Ⅱ反应由于酶、场所和能量来源不同,故不是可逆反应,物质可逆,能量不可逆,D项正确。
9.解析
(1)ATP的结构简式A—P~P~P。
(2)图中虚线部分的名称是腺苷(A)。
(3)ATP与ADP相互转变的反应式:ATPADP+Pi+能量。
(4)在绿色植物体内,ATP合成可通过光合作用和呼吸作用,动物体内则来自呼吸作用。
(5)ATP为直接能源物质,水解释放的能量可用于各种生命活动。
答案
(1)A—P~P~P
(2)腺苷
(3)ATPADP+Pi+能量
(4)光合作用和呼吸作用 呼吸作用
(5)直接用于各项生命活动
能力提升
10.D 解析
A表示腺苷(腺嘌呤核苷),B表示腺嘌呤核糖核苷酸,A项错误;化学键①与化学键②都为高能磷酸键,断开时所释放的能量相同,B项错误;化学键②的形成是ATP的合成过程,所需的能量来自光合作用中的光能或者呼吸作用中的化学能等,C项错误;化学键②中能量的释放过程是ATP水解的过程,往往与吸能反应相关联,D项正确。
11.D 解析
实验目的是验证ATP能使一离体新鲜骨骼肌发生收缩,自变量是有无ATP,因变量是刺激看新鲜肌肉是否收缩;实验过程中,应先滴加生理盐水,然后滴加ATP溶液,以排除先滴加ATP对肌肉收缩造成的影响;自变量是有无ATP,空白对照要用生理盐水,不能用葡萄糖溶液。
12.A 解析
15
min后荧光消失,说明ATP消耗完,故试管中ADP含量达到最大;该实验中加入ATP发光,加入葡萄糖不发光,能说明ATP是直接能源物质;据题干信息可知,加入甲物质,萤火虫发光器粉末不发荧光,说明该物质可能是一种抑制剂(如ATP水解抑制剂);ATP的水解需要水参与反应。
13.B 解析
分析图示,ATP推动细胞做功,首先需ATP水解释放能量,这是一种放能反应,能量用于蛋白质的磷酸化(吸能反应),磷酸化的蛋白质通过做功释放能量,这是一种放能反应,通过两者的结合推动细胞做功;磷酸化的蛋白质做功失去能量是一种放能反应,所释放的能量基本上以热能形式散失,合成ATP所需的能量主要来自细胞呼吸和光合作用;通过上述作用机理可推知,肌肉收缩过程中,ATP先使肌肉中的能量增加,改变形状,这是吸能反应,然后肌肉做功,失去能量,恢复原状,这是放能反应。
14.解析
(2)步骤二中,需要连续刺激腓肠肌,直至不再发生反应,从而消耗掉其中原有的能源。
(3)本实验的自变量是能源的种类,即葡萄糖和ATP,并且无关变量需要保持相同且适宜,因此需要向装置乙的腓肠肌上滴加等量的适宜浓度的ATP溶液。
实验结果:由于直接能源物质是ATP,而不是葡萄糖,因此甲组腓肠肌收缩,指针偏转;乙组腓肠肌不收缩,指针不偏转。
实验结论:蛙的腓肠肌收缩所需的直接能源物质是ATP,而不是葡萄糖。
问题分析:若甲、乙两组实验结果相同,可能是由于滴加溶液前腓肠肌细胞内存有一定量的ATP,或滴加溶液较长时间后才对坐骨神经施加电刺激。
答案
实验步骤:(2)直至不再发生反应
(3)向装置乙的腓肠肌上滴加等量的适宜浓度的ATP溶液
实验结果:甲组腓肠肌收缩,指针偏转;乙组腓肠肌不收缩,指针不偏转
问题分析:滴加溶液前腓肠肌细胞内存有一定量的ATP,或滴加溶液较长时间后才对坐骨神经施加电刺激(共30张PPT)
第一节 ATP是细胞内的“能量通货”
一
二
一、ATP是细胞生命活动的直接能源
1.ATP的中文名称为 ,是细胞生命活动的
能源。?
2.ATP由1个 、1个 和 个磷酸基团组成。?
3.ATP中 结合成腺苷,腺苷含有 元素。在ATP分子中含有 个高能磷酸键,存在于_____________
之间,水解时可释放大量的 ,以“ ”表示。?
腺苷三磷酸
直接
核糖
腺嘌呤
3
核糖和腺嘌呤
C、H、O、N
2
3个磷酸基团
能量
~
一
二
预习反馈
1.判断正误。
(1)糖类和ATP都是细胞中的直接能源物质。( )
(2)ATP中含有脱氧核糖,是一种五碳糖。( )
(3)ATP中的磷酸基团之间的高能磷酸键稳定性较差,易水解释放大量的能量。( )
(4)腺嘌呤是一种含氮碱基,能与核糖和1个磷酸基团形成腺苷。( )
×
×
√
×
一
二
2.下列有关ATP的叙述,错误的是( )
A.ATP中有1个五碳糖
B.ATP中有1个腺嘌呤
C.ATP中有3个磷酸基团
D.ATP中有3个高能磷酸键
D
一
二
二、细胞内ATP与ADP保持动态平衡
1.ATP广泛分布于
等结构中,但含量很低。?
2.ATP在细胞中易于水解。在酶的作用下,远离 的高能磷酸键水解,形成 ,释放出1个磷酸,同时释放能量。?
3.ATP在细胞中易于再生。在另一种酶的作用下, 和
结合形成ATP,在这个过程中 的能量以
的形式储存起来。?
4.ATP-ADP循环是指通过ATP的 和 ,使_______ 反应所释放的能量用于 反应。细胞中ATP—ADP循环速度 ,细胞内ATP的含量能够维持在相对稳定的水平。?
细胞核、线粒体、叶绿体、细胞溶胶
腺苷
ADP
ADP
1个磷酸
吸收
高能磷酸键
合成
水解
放能
吸能
很快
一
二
预习反馈
1.判断正误。
(1)ATP的含量很多,因此可持续为生命活动提供能量。( )
(2)ATP合成所需的能量一般来自吸能反应,ATP分解所释放的能量一般会用于放能反应。( )
(3)ATP水解为ADP,高能磷酸键全部断裂,以释放大量能量供细胞利用。( )
(4)ATP-ADP循环在细胞内普遍发生,并且该循环的速度很快,保证细胞中ATP维持在相对稳定的水平。( )
×
×
×
√
一
二
2.下图是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
D
解析:根据图示中A与B的转化关系可知,A为ATP,B为ADP,A项错误;能量1与能量2不同,能量1用于各项生命活动所需,能量2主要来自放能反应所释放的能量,B项错误;酶1是分解酶,酶2是合成酶,C项错误;X1和X2都是磷酸,D项正确。
探究点一
探究点二
ATP是细胞生命活动的直接能源
问题情境
1.结合ATP的结构示意图,思考解决下列问题。
探究点一
探究点二
(1)ATP在细胞中的含量非常少,为什么是细胞中普遍使用的能量通货,为生命活动提供能量?
?
?
?
(2)若在酶的作用下,去除掉图示中的ATP的①②,剩余的结构是什么?
?
提示:ATP可以作为生命活动的直接能源与其分子结构特点有关。如图示③和④均表示高能磷酸键,且③非常容易断裂和再生,因此,细胞中ATP的含量虽然少,但是可迅速通过高能磷酸键的断裂释放能量,通过高能磷酸键的合成储存能量,保证ATP在细胞中含量的稳定,时刻为生命活动提供能量。
提示:去掉图示中的2个磷酸基团,剩余的结构是RNA的基本组成单位之一——腺嘌呤核糖核苷酸。
探究点一
探究点二
2.将萤火虫尾部的发光器割下,其中含有荧光素,取等量分别放入甲、乙两试管中,加少量水混合,又看到淡黄色荧光,过一段时间后,荧光消失。之后在甲试管中放2
mL某溶液,乙试管中放入2
mL葡萄糖溶液,结果甲试管发光了,乙试管未发光。
(1)甲试管中放入的某溶液是什么物质?如何确定的?
?
?
(2)设定乙试管的目的是什么?
?
?
提示:ATP是生命活动的直接供能物质,所以甲试管中放入的某溶液是ATP溶液。
提示:设定乙试管的目的是作对照,由此证明ATP是生命活动的直接能源物质。
探究点一
探究点二
典例剖析
(2018浙江4月选考,10)ATP是细胞中的“能量通货”。下列叙述正确的是( )
A.ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量
B.ATP-ADP循环使得细胞储存了大量的ATP
C.ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团
D.ATP分子中的2个高能磷酸键不易断裂水解
C
解析:ATP中的能量可以来自太阳能或有机物中的化学能,A项错误;ATP在细胞内的含量少,B项错误;ATP水解时形成ADP,释放出1个磷酸基团,同时释放能量,C项正确;ATP分子中的2个高能磷酸键,远离腺苷的那个高能磷酸键易水解断裂释放能量,D项错误。
探究点一
探究点二
归纳提升
ATP的结构与功能
(1)名称:腺苷三磷酸
(2)结构简式:A—P~P~P
探究点一
探究点二
(3)结构图示及描述
探究点一
探究点二
(4)结构特点:远离腺苷的高能磷酸键很容易水解和重新合成,ATP分子中大量的能量就储存在高能磷酸键中。
(5)ATP的功能:作为生命活动的直接能源物质,为生活动中的耗能反应持续提供能量。
探究点一
探究点二
活学活练
1.ATP是细胞中重要的高能磷酸化合物。下列有关叙述错误的是( )
A.ATP中的A由腺嘌呤和脱氧核糖组成
B.ATP中含有2个高能磷酸键
C.ATP水解所释放的能量可用于肌肉收缩
D.ATP在细胞中易于再生,是细胞中普遍使用的能量载体
A
解析:ATP中的A由腺嘌呤和核糖组成,A项错误;ATP中含有2个高能磷酸键,B项正确;ATP水解所释放的能量可用于肌肉收缩,C项正确;ATP和ADP之间能迅速转化,ATP在细胞中易于再生,是细胞中普遍使用的能量载体,D项正确。
探究点一
探究点二
2.(2020杭州七县高二期末)下图为某人体细胞中ATP及其相关物质和能量的转化示意图(M表示酶,Q表示能量,甲、乙表示化合物),下列叙述错误的是( )
A.Q1可以来源于光能,Q2也能转化为光能,M1和M2不是同一种酶
B.物质乙中不含高能磷酸键,是组成RNA的基本单位
C.吸能反应一般伴随着甲的形成,能量由Q2提供
D.1个ATP分子中含有一个腺苷和3个磷酸基团
A
探究点一
探究点二
解析:题图为某人体细胞中ATP及其相关物质和能量的转化示意图,故Q1不能表示光能,只能表示有机物中的化学能,Q2表示高能磷酸键中的能量,Q2在人体内也不能转化为光能,由于酶具有专一性,M1和M2不是同一种酶,A项错误;物质乙为AMP,由腺苷和磷酸基团组成,是组成RNA的基本单位,B项正确;吸能反应伴随着ATP的水解反应,即伴随着甲的形成,能量由Q2提供,C项正确;每个ATP分子中含有2个高能磷酸键、3个磷酸基团和1个腺苷,D项正确。
探究点一
探究点二
细胞内ATP与ADP保持动态平衡
问题情境
阅读以下两段材料,思考解决下列问题。
1.经测定,正常成年人静卧状态下24
h内有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,生物体内如何解决这一矛盾?
?
?
?
提示:ATP在细胞内含量很少,但需要量很大,生物体内解决这一矛盾的合理途径是通过ATP与ADP之间迅速地转化。
探究点一
探究点二
2.人体骨骼肌细胞中ATP的含量仅够激烈运动时3
s以内的能量供应。某运动员参加短跑比赛过程中,肌细胞中ATP的相对含量随时间的变化如图所示。
(1)A→B的变化过程,可用哪一反应式表示?释放出的能量可用于哪些生命活动?(试举几例)
?
?
?
(2)B→C过程中,ATP含量增加,试分析原因。
?
提示:图示A→B的变化过程为ATP含量降低,是因ATP被水解用于肌肉收缩、蛋白质合成等生命活动。ATP水解的反应式为:
ATP
ADP+Pi+能量。
提示:B→C过程中,ATP含量增加,说明放能反应增强,如细胞呼吸增强,促进ADP转化成ATP。
探究点一
探究点二
(3)分析整个曲线,肌肉细胞中ATP含量不会降为零,试分析原因。
?
?
提示:从整个曲线来看,ATP的含量不会降为零,说明ATP的形成和分解是同时进行的。
探究点一
探究点二
典例剖析
ATP-ADP循环的示意图如下。下列叙述错误的是( )
A.能量①一般来自放能反应
B.多糖的合成过程需要反应①供能
C.反应②中ATP中的高能磷酸键仅部分断裂
D.能量②可用于肽键的形成
B
探究点一
探究点二
解析:合成ATP的能量①,一般来自细胞呼吸等放能反应释放的能量,A项正确;多糖的合成所需能量来源于能量②,B项错误;反应②ATP水解中,一般是远离腺苷的高能磷酸键断裂,C项正确;形成肽键,需要氨基酸之间进行脱水缩合,是一种吸能反应,能量②可为这种反应提供能量,D项正确。
探究点一
探究点二
归纳提升
1.ATP的水解与合成比较
探究点一
探究点二
2.ATP-ADP循环图解
探究点一
探究点二
3.ATP与ADP之间转化的生理意义
(1)ATP在细胞内的含量很少,但在细胞内的转化十分迅速,使得细胞内ATP的含量总是处在动态平衡之中,从而确保生物体的生命活动能及时得到能量的供应,保证新陈代谢的顺利进行。
(2)ATP水解释放的能量是生物体维持生命活动所需能量的直接来源。如细胞分裂、根对无机盐离子的吸收、新物质的合成、肌肉收缩、腺体分泌、神经传导和生物电等生命活动所需能量都来自ATP的水解。
探究点一
探究点二
特别提醒(1)放能反应都存在能量的释放,但是释放的能量不一定储存到ATP中,如细胞呼吸释放的能量,大部分以热能散失,少部分储存在ATP中。
(2)ATP的合成本身属于吸能反应,但是所需的能量来自放能反应,如细胞呼吸。
(3)ATP的水解本身属于放能反应,但释放的能量用于其他吸能反应,如肌肉收缩、物质运输等一些耗能生理过程。
探究点一
探究点二
活学活练
1.(2020浙江之江教育联盟高一期中)人体细胞进行正常的生命活动,每天需要水解200~300
mol
ATP,但人体细胞中ATP的总量只有约0.1
mol。下列有关ATP的叙述,错误的是( )
A.ATP是由1个腺苷与3个磷酸基团组成
B.ATP水解成ADP释放的能量来自远离腺苷的高能磷酸键
C.ATP释放能量往往与某些放能反应相关联
D.ATP和ADP的相互转化保证了机体对能量的需求
C
解析:ATP的结构简式为A—P~P~P,其中A代表腺苷,P代表磷酸基团,ATP是由1个腺苷与3个磷酸基团组成,A项正确;ATP水解成ADP释放的能量来自远离腺苷的高能磷酸键,B项正确;ATP释放能量往往与某些吸能反应相关联,C项错误;生物体内ATP的含量很少,但ATP和ADP相互转化的速度很快,这可以保证机体对能量的需求,D项正确。
探究点一
探究点二
2.关于该反应:ATP
ADP+Pi+能量,说法不正确的是( )
A.该过程存在着能量的释放和贮存
B.ATP和ADP相互转变是可逆反应
C.酶1和酶2是催化不同反应的两种酶
D.这一过程保证了生命活动的顺利进行
B
解析:ATP的水解和合成总是伴随着能量的释放和贮存,A项正确;ATP和ADP的转化场所、能量来源及所需的酶均不同,故ATP和ADP相互转变不是可逆反应,B项错误;酶1和酶2是催化ATP水解和合成的酶,属于催化不同反应的两种酶,C项正确;ATP是直接能源物质,ATP和ADP的转化保证了生命活动的顺利进行,D项正确。
探究点一
探究点二
3.(2020丽水期中)下图表示ATP-ADP的循环图解。下列叙述正确的是( )
A.①属于放能反应,在细胞内与其他吸能反应密切联系
B.溶酶体中蛋白质水解为氨基酸需要②过程提供能量
C.人在饥饿时,细胞内的过程①和②也能达到平衡
D.各种生物均能独立完成ATP-ADP的循环
C
解析:①属于吸能反应,在细胞内与其他放能反应密切联系,A项错误;溶酶体中蛋白质水解为氨基酸不需要提供能量,B项错误;人在饥饿时,细胞内的过程①和②也能达到平衡,C项正确;病毒不能独立完成ATP-ADP的循环,D项错误。
