高考生物一輪復(fù)習(xí)必修1第三單元細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第9講細(xì)胞的能量“貨幣”-ATP學(xué)案

第9講細(xì)胞的能量“貨幣”——ATP【課標(biāo)要求】解釋ATP是驅(qū)動細(xì)胞生命活動的直接能源物質(zhì)。1．ATP的結(jié)構(gòu)和功能（1）元素組成：。ATP是腺苷三磷酸的英文名稱縮寫。（2）化學(xué)組成：1分子、1分子核糖、3分子。其結(jié)構(gòu)簡式為A—P～P～P。（3）結(jié)構(gòu)。（4）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：ATP是一種，含有2個特殊的化學(xué)鍵；ATP的化學(xué)性質(zhì)，末端磷酸基團(tuán)有一種離開ATP而與其他分子結(jié)合的趨勢，也就是具有較高的轉(zhuǎn)移勢能。（5）含量特點(diǎn)：在細(xì)胞中含量少，ATP與ADP之間的轉(zhuǎn)化快。（6）功能：驅(qū)動細(xì)胞生命活動的__________________________________。（7）利用：物質(zhì)合成、肌肉收縮、主動運(yùn)輸、電鰩發(fā)電、大腦思考等。2．ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化過程比較[易錯提醒]無論是飽食還是饑餓，只要機(jī)體處于存活狀態(tài)，ATP與ADP含量都保持動態(tài)平衡。3．ATP的利用（1）ATP為主動運(yùn)輸供能。（2）ATP水解釋放的使蛋白質(zhì)等分子磷酸化，這些分子被磷酸化后，發(fā)生變化，也被改變，因而可以參與各種化學(xué)反應(yīng)。（3）ATP是細(xì)胞內(nèi)流通的能量“貨幣”。①化學(xué)反應(yīng)中的能量變化與ATP的關(guān)系。a．吸能反應(yīng)：一般與ATP的相聯(lián)系。b．放能反應(yīng)：一般與ATP的相聯(lián)系。②能量通過在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間流通。[答案自填]1.（1）C、H、O、N、P（2）腺嘌呤磷酸基團(tuán)（3）特殊的化學(xué)鍵磷酸基團(tuán)腺苷（4）高能磷酸化合物不穩(wěn)定（6）直接能源物質(zhì)2.細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體光能放能暗反應(yīng)3.（1）酶活性末端磷酸基團(tuán)能量的轉(zhuǎn)移空間結(jié)構(gòu)（2）磷酸基團(tuán)空間結(jié)構(gòu)活性（3）①水解合成②ATP分子[教材命題點(diǎn)思考]1．“銀燭秋光冷畫屏，輕羅小扇撲流螢。天階夜色涼如水，臥看牽?？椗恰！痹娭忻枋龅奈灮鹣x發(fā)光的原理是___________________________________。提示：螢火蟲尾部的發(fā)光細(xì)胞中的熒光素接受ATP提供的能量后被激活，在熒光素酶的催化作用下，激活的熒光素與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成氧化熒光素而發(fā)光2．科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一種化學(xué)結(jié)構(gòu)與ATP相似的物質(zhì)GTP（鳥苷三磷酸）也能為細(xì)胞的生命活動提供能量。請從化學(xué)結(jié)構(gòu)的角度解釋GTP也可以供能的原因：______________________________________________。提示：含有兩個特殊化學(xué)鍵，遠(yuǎn)離鳥苷的特殊化學(xué)鍵容易水解斷裂，釋放能量3．在某細(xì)胞培養(yǎng)液中加入32P標(biāo)記的磷酸分子，短時間后分離出細(xì)胞中的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。分析該現(xiàn)象得到的結(jié)論是__________________________________________________。提示：①ATP中遠(yuǎn)離A的磷酸基團(tuán)容易脫離；②該過程中ATP既有合成又有水解；③部分32P標(biāo)記的ATP是重新合成的1．不同化合物中“A”的辨析化合物結(jié)構(gòu)簡式“A”的含義共同點(diǎn)ATP腺苷（由腺嘌呤和核糖組成）所有“A”的共同點(diǎn)是都含有腺嘌呤DNA腺嘌呤脫氧核苷酸RNA腺嘌呤核糖核苷酸核苷酸腺嘌呤ATP脫去兩個磷酸基團(tuán)后的產(chǎn)物為AMP，即腺嘌呤核糖核苷酸，為RNA的基本單位之一。2．ATP與細(xì)胞的代謝3．ATP產(chǎn)生量與O2供給量的關(guān)系分析考向1ATP的結(jié)構(gòu)和功能1．（2022·浙江1月選考）下列關(guān)于腺苷三磷酸分子的敘述，正確的是（）A．由1個脫氧核糖、1個腺嘌呤和3個磷酸基團(tuán)組成B．分子中與磷酸基團(tuán)相連接的化學(xué)鍵為特殊的化學(xué)鍵C．在水解酶的作用下不斷地合成和水解D．是細(xì)胞中吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)的紐帶解析：選D。1分子腺苷三磷酸（ATP）由1個核糖、1個腺嘌呤和3個磷酸基團(tuán)組成，A項錯誤；ATP分子中與磷酸基團(tuán)相連接的化學(xué)鍵有1個磷酸鍵和2個特殊的化學(xué)鍵，B項錯誤；ATP水解酶只參與ATP水解，ATP合成需要ATP合酶，C項錯誤。2．在有關(guān)DNA分子的研究中常用32P來標(biāo)記DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP（d表示脫氧）上三個磷酸基團(tuán)所處的位置（A—Pα～Pβ～Pγ或dA—Pα～Pβ～Pγ）。下列說法錯誤的是（）A．細(xì)胞中絕大多數(shù)需要能量的生命活動都是由ATP直接提供能量的B．1分子dATP由3分子磷酸基團(tuán)、1分子核糖和1分子腺嘌呤組成C．用32P標(biāo)記dATP的α位磷酸基團(tuán)，利用其合成DNA，可將32P標(biāo)記到新合成的DNA分子上D．用32P標(biāo)記細(xì)胞中染色體的DNA，一次有絲分裂后子細(xì)胞中所有染色體都有放射性解析：選B。1分子dATP由3分子磷酸基團(tuán)、1分子脫氧核糖和1分子腺嘌呤組成，B項錯誤?？枷?ATP的轉(zhuǎn)化和利用3．下圖展示了生物體內(nèi)與ATP有關(guān)的部分反應(yīng)，下列相關(guān)敘述錯誤的是（）A．過程②⑥為ATP的水解，通常與吸能反應(yīng)相聯(lián)系B．葉肉細(xì)胞內(nèi)③的速率大于④的速率時，植物體的干重不一定增加C.過程③的產(chǎn)物為糖類，可在細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為氨基酸、脂肪等其他有機(jī)物D．一片處于穩(wěn)定狀態(tài)的森林中，過程①同化的能量與過程⑥釋放的能量基本相等解析：選D。過程②⑥是ATP的水解，釋放能量，與吸能反應(yīng)相聯(lián)系，A項正確；葉肉細(xì)胞內(nèi)③的速率大于④的速率時，植物體干重不一定增加，因?yàn)檫€有其他不能進(jìn)行光合作用的細(xì)胞通過呼吸作用消耗有機(jī)物，B項正確；過程③表示光合作用暗反應(yīng)階段，其產(chǎn)物為糖類，糖類可在細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為氨基酸、脂肪等其他有機(jī)物，C項正確；一片森林要想處于穩(wěn)定狀態(tài)，則過程①同化的能量大于過程⑥釋放的能量，D項錯誤。4．（2024·深圳高三模擬）蛋白質(zhì)的磷酸化與去磷酸化被比喻為分子開關(guān)，形成有活性的蛋白質(zhì)是一個磷酸化的過程，即“開”，形成無活性的蛋白質(zhì)是一個去磷酸化的過程，即“關(guān)”，機(jī)制如下圖所示。下列有關(guān)敘述正確的是（）A．ATP與ADP具有相同的組成元素和脫氧核糖，均含有可轉(zhuǎn)移的磷酸基團(tuán)B．適宜光照下，葉肉細(xì)胞內(nèi)的吸能反應(yīng)均伴隨著ATP的合成過程C．蛋白質(zhì)被磷酸化激活的過程中，周圍環(huán)境中會有ADP和磷酸分子的積累D．Ca2＋逆濃度梯度出細(xì)胞需要蛋白激酶的作用，使載體蛋白的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化解析：選D。ADP是ATP水解掉一個磷酸基團(tuán)形成的，ATP與ADP具有相同的組成元素和核糖，均含有可轉(zhuǎn)移的磷酸基團(tuán)，A項錯誤；ATP的合成過程需要吸收能量，所以適宜光照下，葉肉細(xì)胞內(nèi)的放能反應(yīng)伴隨著ATP的合成過程，B項錯誤；分析題圖可知，蛋白質(zhì)被磷酸化激活的過程中，蛋白質(zhì)需要連接一個磷酸分子，所以周圍環(huán)境中會有ADP的積累，不會有磷酸分子的積累，C項錯誤；Ca2＋逆濃度梯度出細(xì)胞是主動運(yùn)輸，需要消耗能量，因此該過程需要蛋白激酶的作用，使載體蛋白的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，D項正確。課時跟蹤練[學(xué)生用書P10（單獨(dú)成冊）]1．下列有關(guān)細(xì)胞中酶與ATP的敘述，正確的是（）A.基因的表達(dá)需要酶和ATP，ATP的產(chǎn)生也需要酶B．線粒體基質(zhì)和葉綠體基質(zhì)都含有ATP合酶C．RNA聚合酶基因是否表達(dá)常作為判斷細(xì)胞是否分化的依據(jù)之一D．酶可以提供分子從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量解析：選A?；虮磉_(dá)包括轉(zhuǎn)錄和翻譯，產(chǎn)物分別為RNA和蛋白質(zhì)，大多數(shù)酶本質(zhì)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA，均為大分子，生物大分子的合成需要酶和能量，ATP的產(chǎn)生也需要ATP合酶的催化，A項正確；葉綠體基質(zhì)中可進(jìn)行光合作用的暗反應(yīng)，需要消耗光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP，B項錯誤；一般活細(xì)胞內(nèi)不斷地進(jìn)行基因的表達(dá)，其轉(zhuǎn)錄過程需要RNA聚合酶，RNA聚合酶表達(dá)，只能說明基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，不能判斷細(xì)胞是否分化，C項錯誤；酶不能提供能量，D項錯誤。2．下圖表示ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化過程，下列相關(guān)敘述錯誤的是（）A．圖中的M指的是腺嘌呤，N指的是核糖B．食物為ATP充電指的是呼吸作用分解來自食物中的有機(jī)物產(chǎn)能C．運(yùn)動時肌肉細(xì)胞中ATP的充電速率遠(yuǎn)高于其放能速率D．ATP的“充電”和“放能”所需要的酶不同解析：選C。運(yùn)動時肌肉細(xì)胞中ATP的合成和分解速率始終處于一種動態(tài)平衡狀態(tài)，C項錯誤。3．科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，在電鰩等放電魚類的電器官和豚鼠的大腦皮層中，ATP作為乙酰膽堿的一種伴遞質(zhì)，存在于含有乙酰膽堿的突觸小泡中，含量比幾乎達(dá)到1∶1，且呈現(xiàn)出量子式釋放，并往往有Ca2＋、K＋依賴性。下列敘述錯誤的是（）A.ATP作為伴遞質(zhì)通過胞吐作用釋放，并與相應(yīng)細(xì)胞受體結(jié)合B．ATP的水解產(chǎn)物可為RNA的合成提供原料C．ATP的水解往往影響蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，也可用于合成大分子D．ATP只能作為直接能源物質(zhì)，在細(xì)胞內(nèi)利用解析：選D。依據(jù)題干“ATP作為乙酰膽堿的一種伴遞質(zhì)，存在于含有乙酰膽堿的突觸小泡中”可知，ATP不僅能作為能源物質(zhì)，還可以作為伴遞質(zhì)，通過胞吐作用釋放，并與相應(yīng)細(xì)胞受體結(jié)合，A項正確，D項錯誤；ATP的水解產(chǎn)物AMP可參與RNA的合成，B項正確；ATP的水解往往影響蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，也可用于合成大分子，C項正確。4．（2023·惠州二模）鎂是一種非常重要的元素，它不僅參與ATP轉(zhuǎn)化為ADP的過程，同時Mg2＋還能作為其他涉及NTP（核糖核苷三磷酸）或者dNTP（脫氧核糖核苷三磷酸）的酶促反應(yīng)的輔助因子（注：NTP或者dNTP中“N”指的是含氮堿基）。下列說法正確的是（）A．細(xì)胞中ATP與ADP含量很少，較少量的Mg2＋便可滿足反應(yīng)需求，因此鎂元素屬于微量元素B．由于合成RNA和DNA的原料不是NTP或者dNTP，因此這些過程不需要Mg2＋參與C．在細(xì)胞的各個結(jié)構(gòu)中只有線粒體和葉綠體膜上有Mg2＋的載體D．代謝旺盛的細(xì)胞中Mg2＋的需求量與正常細(xì)胞相比可能會更多解析：選D。鎂元素在細(xì)胞中的含量較多，屬于大量元素，A項錯誤；Mg2＋還能作為其他涉及NTP（核糖核苷三磷酸）或者dNTP（脫氧核糖核苷三磷酸）的酶促反應(yīng)的輔助因子，而NTP或者dNTP斷裂兩個特殊的化學(xué)鍵可形成核苷酸，是合成RNA或DNA的原料，因而合成DNA和RNA的過程需要Mg2＋的參與，B項錯誤；Mg2＋通過主動運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞，因而細(xì)胞膜上也存在Mg2＋的載體，C項錯誤；由于Mg2＋參與ATP轉(zhuǎn)化為ADP的過程，而代謝越旺盛的細(xì)胞，其ATP和ADP的轉(zhuǎn)化越迅速，因此對Mg2＋的需求越多，D項正確。5．（2023·汕頭高三二模）研究證實(shí)，ATP既是能量“貨幣”，也可作為一種信號分子，其作為信號分子的作用機(jī)理如下圖所示。下列說法錯誤的是（）A.圖中神經(jīng)細(xì)胞釋放ATP的過程需要相關(guān)蛋白質(zhì)參與并且耗能B．ATP作為信號分子發(fā)揮作用的過程能體現(xiàn)細(xì)胞間的信息交流C．靶細(xì)胞膜上存在ATP的受體能成為ATP作為信號分子的證據(jù)D．細(xì)胞間隙中的ATP在有關(guān)酶的作用下脫去磷酸基團(tuán)生成腺嘌呤解析：選D。據(jù)題圖可知，神經(jīng)細(xì)胞釋放ATP的方式為胞吐，胞吐過程需要消耗能量，需要相關(guān)蛋白質(zhì)參與，A項正確；ATP作為信號分子與P2X和P2Y受體特異性結(jié)合，調(diào)節(jié)細(xì)胞的生命活動，可見ATP發(fā)揮作用的過程能體現(xiàn)細(xì)胞間的信息交流，B項正確；信息分子需要與相應(yīng)的受體特異性結(jié)合才能完成信息交流過程，故靶細(xì)胞膜上存在ATP的受體能成為ATP作為信號分子的證據(jù)，C項正確；細(xì)胞間隙中的ATP在有關(guān)酶的作用下脫去三個磷酸基團(tuán)生成的物質(zhì)為腺苷，其由腺嘌呤和核糖組成，D項錯誤。6．（2024·深圳高三模擬）磷酸肌酸是一種高能磷酸化合物，它能在肌酸激酶的催化下將自身的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到ADP分子中來合成ATP（A—P～P～P）。研究者對蛙的肌肉組織進(jìn)行短暫電刺激，檢測對照組和實(shí)驗(yàn)組（肌肉組織用肌酸激酶阻斷劑處理）肌肉收縮前后ATP和ADP的含量，結(jié)果如下表所示，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，下列有關(guān)分析正確的是（）磷酸腺苷對照組/（10－6mol·g－1）實(shí)驗(yàn)組/（10－6mol·g－1）收縮前收縮后收縮前收縮后ATP1.301.301.300.75ADP0.600.600.600.95A.對照組中的肌肉組織細(xì)胞中無ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化B．實(shí)驗(yàn)組中的肌肉組織細(xì)胞中有ATP分解也有ATP合成C．對照組中的磷酸肌酸沒有參與ATP的再生合成D．實(shí)驗(yàn)組數(shù)據(jù)表明部分生命活動可利用靠近A的磷酸鍵解析：選B。肌肉收縮需要ATP提供能量