第5章 第2節(jié)　細胞的能量“通貨”

第頁第2節(jié)細胞的能量“通貨”——ATP[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.說出ATP的結(jié)構(gòu)。2.闡述ATP與ADP之間的相互轉(zhuǎn)化。3.舉例說明ATP在細胞代謝中的作用。一、ATP的結(jié)構(gòu)與功能1．ATP的名稱與簡式ATPeq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(中文名稱：三磷酸腺苷,結(jié)構(gòu)簡式：A—P～P～P,符號含義\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(A：腺苷\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(核糖,腺嘌呤)),P：磷酸基團,～：高能磷酸鍵))))2．特點(1)高能量：ATP水解釋放的能量多達30.54kJ/mol，是細胞內(nèi)的一種高能磷酸化合物。(2)不穩(wěn)定：ATP分子中遠離A的那個高能磷酸鍵很容易水解，釋放能量。(3)ATP在細胞內(nèi)含量很少，但轉(zhuǎn)化是十分迅速的。3．ATP的功能是細胞生命活動的直接能源物質(zhì)。歸納總結(jié)(1)ATP是一種物質(zhì)，不是能量，能量儲存在ATP中。(2)ATP的結(jié)構(gòu)特點可總結(jié)為“一個腺苷、兩個高能磷酸鍵、三個磷酸基團”。(3)ATP脫去一個磷酸基團成為ADP，再脫去一個磷酸基團就成為RNA的基本單位之一——腺嘌呤核糖核苷酸。例1(2019·遼寧期末)下列有關(guān)ATP的敘述，錯誤的是()A．ATP的元素組成是C、H、O、N、PB．ATP斷裂了所有高能磷酸鍵后可作為合成RNA的基本單位之一C．ATP中的“A”是指腺嘌呤D．ATP的高能磷酸鍵中儲存著大量的能量答案C解析ATP的中文名稱是三磷酸腺苷，結(jié)構(gòu)式可簡寫為A—P～P～P，A代表腺苷，～代表高能磷酸鍵，高能磷酸鍵中儲存著大量的能量；ATP斷裂了所有高能磷酸鍵后是腺嘌呤核糖核苷酸，是構(gòu)成RNA的基本單位之一。例2ATP分子在細胞內(nèi)能釋放能量、儲存能量，從結(jié)構(gòu)上看(以腺苷為基點)，其原因是()①腺苷很容易吸收和釋放能量②第三個高能磷酸鍵極容易斷裂和形成③第三個磷酸基團很容易從ATP上脫離，第二個高能磷酸鍵斷裂，使ATP轉(zhuǎn)化為ADP④ADP可以迅速與磷酸結(jié)合，吸收能量形成第二個高能磷酸鍵，使ADP轉(zhuǎn)化為ATPA．①③ B．②④C．③④ D．①④答案C解析從ATP的分子結(jié)構(gòu)簡式可知，ATP分子中含有2個高能磷酸鍵。當(dāng)在酶作用下水解時，遠離腺苷A的那個高能磷酸鍵(第二個高能磷酸鍵)斷裂，形成ADP和Pi(磷酸)，并將儲存的能量釋放出來；當(dāng)細胞內(nèi)ATP含量過少時，ADP在另一種酶的作用下，接受能量，與一個磷酸結(jié)合，從而轉(zhuǎn)化成ATP，此時接受的那部分能量則儲存在遠離腺苷(A)的那個高能磷酸鍵中，該鍵在一定條件下很容易斷裂或重新形成，從而保證了細胞能量的持續(xù)供應(yīng)。二、ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化及ATP的利用1．ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化反應(yīng)式ATP酶eq\o(→,\s\up7(酶))ADP＋Pi＋能量ADP＋Pi＋能量酶eq\o(→,\s\up7(酶))ATP場所生物體的需能部位細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體物質(zhì)變化水解反應(yīng)合成反應(yīng)能量變化釋放能量吸收能量能量來源高能磷酸鍵細胞呼吸、光合作用特點時刻不停地發(fā)生，并且處于動態(tài)平衡之中總反應(yīng)式：ATPeq\o(,\s\up7(酶1),\s\do5(酶2))ADP＋Pi＋能量特別提醒ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化時，反應(yīng)所需要的酶、能量的來源和去路、反應(yīng)的場所不同，因此二者的轉(zhuǎn)化不是可逆的，從兩者相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)式來看，“物質(zhì)是可逆的，但能量不可逆”。2．ATP的利用(1)利用ATP的實例(2)ATP是細胞內(nèi)流通的能量“通貨”①化學(xué)反應(yīng)中的能量變化與ATP的關(guān)系eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(吸能反應(yīng)：一般與ATP的水解相聯(lián)系,放能反應(yīng)：一般與ATP的合成相聯(lián)系))②能量通過ATP分子在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間流通。特別提醒(1)ATP是生物體進行生命活動的直接能源物質(zhì)，儲存在ATP中的化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為光能、電能、機械能、化學(xué)能等。(2)常見的消耗能量的生理過程：主動運輸、蛋白質(zhì)合成、胞吞、胞吐、細胞分裂等。(3)常見的不消耗能量的生理過程：自由擴散、協(xié)助擴散、氣體交換、滲透作用、蒸騰作用等。例3關(guān)于“ATPeq\o(,\s\up7(酶①),\s\do5(酶②))ADP＋Pi＋能量”的敘述中，正確的是()A．ATP與ADP是同一種物質(zhì)的兩種形態(tài)B．①過程和②過程發(fā)生的場所是一樣的C．細胞內(nèi)ATP含量很多，從而保證了生命活動所需能量的持續(xù)供應(yīng)D．ADP、ATP的相互轉(zhuǎn)化，使細胞內(nèi)的ATP含量處于動態(tài)平衡之中答案D解析ATP、ADP是兩種不同的物質(zhì)；①過程發(fā)生在細胞內(nèi)需能部位，而②過程發(fā)生在線粒體、葉綠體、細胞質(zhì)基質(zhì)等部位。ATP含量很少但在細胞內(nèi)轉(zhuǎn)化迅速。例4ATP是細胞中重要的高能磷酸化合物。下列有關(guān)ATP的敘述，錯誤的是()A．線粒體合成的ATP可在細胞核中發(fā)揮作用B．物質(zhì)通過協(xié)助擴散進出細胞時需要消耗ATPC．細胞中由氨基酸合成新的肽鏈需要ATP提供能量D．植物根細胞吸收礦質(zhì)元素離子所需的ATP來源于細胞呼吸答案B解析細胞核無法進行細胞呼吸，其需要的ATP主要由線粒體提供，A項正確；協(xié)助擴散需要載體蛋白的參與，但不消耗能量，B項錯誤；蛋白質(zhì)的合成需要ATP提供能量，C項正確；植物根細胞吸收礦質(zhì)元素離子的方式是主動運輸，其消耗的能量來自細胞呼吸產(chǎn)生的ATP，D項正確。1．下列敘述，正確的打“√”，錯誤的打“×”。(1)ATP含有3個高能磷酸鍵，但是只有一個高能磷酸鍵會發(fā)生斷裂()(2)ATP中的A不代表腺嘌呤，當(dāng)再脫去兩個磷酸基團后，形成的物質(zhì)為RNA的基本單位之一()(3)人在饑餓時，細胞中ATP與ADP的含量難以達到動態(tài)平衡()(4)ATP在細胞內(nèi)含量并不高，活細胞都能產(chǎn)生ATP，也都會消耗ATP()(5)酶的合成需要ATP供能，此ATP來自于光合作用和細胞呼吸()(6)ATP水解釋放的能量可用于細胞內(nèi)的吸能反應(yīng)()答案(1)×(2)√(3)×(4)√(5)×(6)√2．下圖表示與ATP相關(guān)的部分結(jié)構(gòu)示意圖，下列分析中正確的是()A.a表示ADP，與ATP相比少了一個磷酸基團B．b表示腺嘌呤核苷，是ATP中“A”代表的含義C．c表示腺嘌呤核糖核苷酸，它是構(gòu)成RNA的基本單位D．d表示ATP，是生物體的直接供能物質(zhì)答案D解析a是由核糖和腺嘌呤組成的腺苷，要比ATP少了三個磷酸基團，A項錯誤；b表示的是RNA的基本單位之一——腺嘌呤核糖核苷酸，而ATP中“A”的含義是腺苷，B項錯誤；c表示ATP失去一個磷酸基團的產(chǎn)物——ADP，而非RNA的基本單位，C項錯誤；d表示ATP，是生物體的直接供能物質(zhì)，D項正確。3．在某細胞培養(yǎng)液中加入32P標(biāo)記的磷酸分子，短時間內(nèi)分離出細胞的ATP，發(fā)現(xiàn)其含量變化不大，但部分ATP的末端“P”已帶上放射性標(biāo)記，該現(xiàn)象不能說明()A．ATP中遠離“A”的“P”容易脫離B．部分32P標(biāo)記的ATP是重新合成的C．ATP是細胞內(nèi)的直接能源物質(zhì)D．該過程中ATP既有合成又有水解答案C解析短時間內(nèi)ATP的末端“P”被標(biāo)記，說明遠離“A”的“P”容易脫離與重新合成；ATP含量變化不大，但有新的ATP生成，所以ATP既有水解也有合成；題干中的實驗未涉及ATP的利用，所以不能說明ATP是直接能源物質(zhì)。4．動物體細胞內(nèi)ATP水解所釋放的能量不可能用于()A．物質(zhì)的吸收 B．物質(zhì)的合成C．有機物的氧化分解 D．肌肉收縮答案C解析有機物的氧化分解釋放能量。5．如圖所示ADP轉(zhuǎn)化成ATP時所需能量的主要來源示意圖，據(jù)圖完成下列問題：(1)1分子ATP中含有________個高能磷酸鍵。(2)圖中的a、b分別代表________、________。(3)c指________________________________________________________________________。(4)在動物肌細胞中，進行②反應(yīng)時，能量來自______________________________________。(5)①②反應(yīng)進行時所需要的酶一樣嗎？為什么？______________________________________________________________________________。(6)進行①反應(yīng)時能量用于________，進行②反應(yīng)時能量用于____________，由此可見能量是________________，物質(zhì)是________________。答案(1)2(2)細胞呼吸光合作用(3)生命活動(4)儲存在ATP中的高能磷酸鍵中的化學(xué)能(5)不一樣，因為①和②是兩個不同的反應(yīng)，而酶具有專一性(6)合成ATP各項生命活動不可逆的可逆的解析(1)ATP的結(jié)構(gòu)簡式為A—P～P～P，故1分子ATP中含有2個高能磷酸鍵。(2)合成ATP時，綠色植物需要的能量來自于光合作用和細胞呼吸，動物和人需要的能量則來自于進行細胞呼吸時有機物的氧化分解。(3)ATP水解釋放的能量用于細胞的各項生命活動。(4)②反應(yīng)為ATP的水解反應(yīng)，釋放的能量來自于儲存在ATP中的高能磷酸鍵中的化學(xué)能。(5)由于酶具有專一性，不同的反應(yīng)，所需酶的種類也不同。(6)①反應(yīng)為ATP的合成反應(yīng)，其能量儲存在ATP中。②反應(yīng)為ATP的水解反應(yīng)，釋放的能量用于生物體的各項生命活動。在ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化中，物質(zhì)是可逆的，但能量是不可逆的。[對點訓(xùn)練]題組一ATP的結(jié)構(gòu)和功能1．ATP的結(jié)構(gòu)簡式可表示為A—P～P～P，下列圖示能正確表示ATP的是()A.B.C.D.答案A解析ATP的分子結(jié)構(gòu)式可以簡寫成A—P～P～P，其中A代表腺苷，由腺嘌呤和核糖組成，P代表磷酸基團，～代表高能磷酸鍵。2．關(guān)于ATP的化學(xué)組成的說法中，正確的是()A．ATP和核酸共有的元素是C、H、O、N、PB．ATP中的A表示腺嘌呤C．含有三個高能磷酸鍵D．含有腺嘌呤和脫氧核糖答案A解析組成ATP的化學(xué)元素有C、H、O、N、P；1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸組成ATP，其中含有兩個高能磷酸鍵，A代表腺苷，由腺嘌呤和核糖組成。3．科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，向剛剛失去收縮功能的離體肌肉上滴葡萄糖溶液，刺激肌肉不收縮；向同一條肌肉上滴ATP溶液，刺激肌肉很快就發(fā)生明顯的收縮。這說明()A．葡萄糖是能源物質(zhì)B．ATP不是能源物質(zhì)C．葡萄糖是直接能源物質(zhì)D．ATP是直接能源物質(zhì)答案D解析根據(jù)題意“向剛剛失去收縮功能的離體肌肉上滴葡萄糖溶液，刺激肌肉不收縮”說明葡萄糖不能直接提供能量；“向同一條肌肉上滴ATP溶液，刺激肌肉很快就發(fā)生明顯的收縮”說明ATP是直接能源物質(zhì)。4．(2019·成都高一質(zhì)檢)1分子ADP含有腺苷、磷酸基團和高能磷酸鍵的數(shù)目依次是()A．1、2、2 B．1、2、1C．2、1、2 D．2、1、1答案B解析ADP是二磷酸腺苷，它的分子式可以簡寫成A—P～P，從分子式中可以看出ADP比ATP少了一個磷酸基團和一個高能磷酸鍵，關(guān)于ATP、ADP、AMP的關(guān)系可以表示如下圖：題組二ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化5．下列有關(guān)“ATPeq\o(,\s\up7(酶1),\s\do5(酶2))ADP＋Pi＋能量”的敘述中，正確的是()A．反應(yīng)向左進行和向右進行時所需的酶是一樣的B．反應(yīng)向右進行時釋放能量，向左進行時儲存能量C．兩個過程是可逆反應(yīng)D．植物細胞和動物細胞中發(fā)生這種反應(yīng)的生理過程都一樣答案B解析生物體進行的“ATPeq\o(→,\s\up7(酶1))ADP＋Pi＋能量”的過程和“ADP＋Pi＋能量eq\o(→,\s\up7(酶2))ATP”的過程是兩個截然不同的生理過程，它們發(fā)生的場所、所需的酶是不同的，所以兩個過程不是可逆反應(yīng)，故A、C項錯誤；植物細胞可以通過光合作用產(chǎn)生ATP和消耗ATP，也可以通過細胞呼吸產(chǎn)生ATP，而動物細胞不能進行光合作用，故D項錯誤。6．如圖為植物細胞中ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化示意圖，下列相關(guān)敘述正確的是()A．過程①不需要酶的催化B．過程②發(fā)生高能磷酸鍵的斷裂C．過程①所需能量只能來自化學(xué)能D．過程②放出的能量可以用于過程①答案B解析過程①是ATP的合成，需要ATP合成酶的催化，A項錯誤；過程②是ATP的水解，遠離腺苷的高能磷酸鍵斷裂，B項正確；過程①所需能量可以來自光合作用和細胞呼吸，即可來自光能和化學(xué)能，C項錯誤；過程②放出的能量用于各項生命活動，不能用于ATP的合成，D項錯誤。7．ATP形成ADP時最先斷裂的是()A．腺苷與磷酸的結(jié)合鍵B．兩個高能磷酸鍵C．靠近腺苷的那個高能磷酸鍵D．遠離腺苷的那個高能磷酸鍵答案D解析ATP分解為ADP的過程中，最先斷裂的是遠離腺苷的那個高能磷酸鍵。8．如圖為ATP的結(jié)構(gòu)和ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系式。下列說法中不正確的是()A．圖1中的A代表的是腺嘌呤，b、c為高能磷酸鍵B．ATP生成ADP時圖1中的c鍵斷裂并釋放能量C．ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化過程中物質(zhì)是可逆的，能量不可逆D．酶1、酶2具有催化作用，不受其他因素的影響答案D解析ATP是由腺苷和三個磷酸基團組成的，腺苷由一分子的腺嘌呤和一分子的核糖組成；酶的催化作用具有高效性、專一性及作用的條件比較溫和等特點，所以其發(fā)揮作用時要受到溫度、酸堿度等其他因素的影響。題組三ATP的利用9．人體中哪些過程不會使細胞中ADP的含量增加()①腸道中葡萄糖變?yōu)檠洽谘t蛋白變?yōu)檠鹾涎t蛋白③葡萄糖進入紅細胞④K＋進入腎小管的上皮細胞A．①③ B．②④C．②③ D．①④答案C解析腸道中葡萄糖變?yōu)檠羌次掌咸烟堑倪^程，運輸方式為主動運輸，需消耗能量；K＋進入腎小管上皮細胞屬于主動運輸，消耗能量，使ADP含量增加；氧氣進入紅細胞屬于自由擴散，不消耗能量，與血紅蛋白的結(jié)合也不需能量；葡萄糖進入紅細胞屬于協(xié)助擴散，不消耗能量。10．下列有關(guān)ATP的敘述中，正確的是()A．線粒體是藍藻細胞產(chǎn)生ATP的主要場所B．ATP分子由一分子腺嘌呤和三分子磷酸基團組成C．劇烈運動后，體內(nèi)ATP的含量不會明顯下降D．小麥根尖分生區(qū)細胞通過光合作用和細胞呼吸產(chǎn)生ATP答案C解析藍藻細胞中無線粒體；ATP分子由一分子腺苷和三分子磷酸基團組成；小麥根尖細胞不能進行光合作用。11．細胞內(nèi)有些化學(xué)反應(yīng)是需要吸收能量的，有些是釋放能量的，這些過程一般與ATP的水解和合成相聯(lián)系，請判斷下列說法正確的是()A．植物體內(nèi)的細胞呼吸伴隨著ATP的合成，是吸能反應(yīng)B．由氨基酸脫水縮合形成蛋白質(zhì)的過程需要消耗ATP，是放能反應(yīng)C．放能反應(yīng)一般伴隨著ADP合成，吸能反應(yīng)一般伴隨著ATP合成D．能量通過ATP分子在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間流通答案D解析細胞呼吸是放能反應(yīng)，A項錯誤；脫水縮合形成蛋白質(zhì)的過程是吸能反應(yīng)，B項錯誤；吸能反應(yīng)一般伴隨著ATP的水解，放能反應(yīng)一般伴隨著ATP的合成，C項錯誤；能量通過ATP分子在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間流通，D項正確。12．下列生命活動中不需要ATP提供能量的是()A．葉肉細胞合成的糖運輸?shù)焦麑岯．吞噬細胞吞噬病原體的過程C．淀粉酶催化淀粉水解為葡萄糖D．細胞中由氨基酸合成新的肽鏈答案C解析葉肉細胞合成的糖(如葡萄糖)通過主動運輸進入果實細胞，需要ATP；吞噬細胞吞噬病原體依賴膜的流動性，需要ATP提供能量；在適宜的溫度、pH條件下，淀粉酶催化淀粉[綜合強化]13．如圖是三磷酸腺苷的分子結(jié)構(gòu)，請回答下列問題：(1)ATP的結(jié)構(gòu)簡式為____________，圖中虛線部分的名稱是________。(2)一分子ATP可以看作是由________個磷酸分子、________個核糖分子和________個腺嘌呤縮合而成的。(3)ATP水解為ADP是指ATP分子中遠離A的__________水解，水解時釋放的能量是生物體進行____________、____________和____________等生命活動所需能量的直接來源。答案(1)A—P～P～P腺苷(2)311(3)高能磷酸鍵肌細胞收縮大腦思考細胞的主動運輸14．在活細胞中，下圖所示的循環(huán)過程永不停止地進行著。請運用所學(xué)知識，分析回答ATP和ADP循環(huán)中的有關(guān)問題：(1)ATP作為生物體生命活動的_____________物質(zhì)，其分子結(jié)構(gòu)簡式為__________________，在②過程中，是由______________________________鍵的斷裂而釋放出能量。(2)A1和A2具有________作用，在圖中它們的作用分別是促進__________________________。(3)根吸收無機鹽離子的過程中，應(yīng)該進行____________過程，能量用于__________________。答案(1)直接能源A—P～P～P遠離腺苷A的那個高能磷酸(2)催化ATP的合成和水解(3)②主動運輸解析ATP是生命活動的直接能源物質(zhì)，ATP在水解時遠離腺苷A的那個高能磷酸鍵斷裂。ATP的水解和合成分別由水解酶和合成酶催化。無機鹽離子的吸收過程中ATP轉(zhuǎn)化成ADP，釋放的能量用于無機鹽離子吸收過程中的主動運輸。15．在自然界中生物的發(fā)光現(xiàn)象普遍存在，生物通過細胞的生化反應(yīng)而發(fā)光。請設(shè)計實驗探究螢火蟲的發(fā)光強度與ATP濃度的關(guān)系。實驗材料：螢火蟲的熒光器曬干后研成的粉末、ATP粉