第14講 細(xì)胞的能量“貨幣”ATP-高考生物一輪復(fù)習(xí)講義（生物學(xué)必修1）（解析版）

第14講細(xì)胞的能量“貨幣”ATP考點(diǎn)一ATP的結(jié)構(gòu)與功能ATP的功能ATP能夠直接為生命活動(dòng)提供能量，是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)。（提醒：ATP并不是唯一的直接能源物質(zhì)）ATP的結(jié)構(gòu)（1）中文名稱：腺苷三磷酸。（2）結(jié)構(gòu)簡式：A－P～P～P。（3）ATP的組成元素：C、H、O、N、P。(注：DNA、RNA、磷脂、ATP組成元素都是C、H、O、N、P)（4）符號(hào)含義：A代表腺苷，A由腺嘌呤和核糖構(gòu)成，T代表3，P代表磷酸基團(tuán)，“～”代表特殊化學(xué)鍵。（5）若ATP完全水解，會(huì)得到腺嘌呤、核糖、磷酸基團(tuán)(填成分)。（6）ATP去掉一個(gè)磷酸基團(tuán)后叫ADP(腺苷二磷酸)；ATP去掉兩個(gè)磷酸基團(tuán)后叫AMP(腺苷一磷酸/腺嘌呤核糖核苷酸)，是組成RNA的基本單位之一。3.ATP的特點(diǎn)（1）不穩(wěn)定：ATP在細(xì)胞中含量少，化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，原因是兩個(gè)相鄰磷酸都帶負(fù)電相互排斥，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(shì)，也就是具有較高的轉(zhuǎn)移勢(shì)能。（2）高能量：ATP水解釋放的能量高達(dá)30.54kJ/mol，是細(xì)胞內(nèi)的一種高能磷酸化合物?？键c(diǎn)二ATP和ADP之間的相互轉(zhuǎn)化1.ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化過程比較反應(yīng)式ATPeq\o(→,\s\up7(酶))ADP＋Pi＋能量能量＋Pi＋ADPeq\o(→,\s\up7(酶))ATP酶ATP水解酶ATP合成酶場(chǎng)所活細(xì)胞內(nèi)多種場(chǎng)所細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體能量轉(zhuǎn)化放能吸能能量來源特殊化學(xué)鍵呼吸作用、光合作用能量去向用于各項(xiàng)生命活動(dòng)儲(chǔ)存于ATP中2．相互轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)(1)ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化時(shí)刻不停地發(fā)生，且處于動(dòng)態(tài)平衡之中。(2)ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化的能量供應(yīng)機(jī)制，在所有生物的細(xì)胞內(nèi)都是一樣的，體現(xiàn)了生物界的統(tǒng)一性。3.ATP的利用（1）吸能反應(yīng)一般與ATP水解的反應(yīng)相聯(lián)系。放能反應(yīng)一般與ATP的合成相聯(lián)系。（2）主動(dòng)運(yùn)輸、胞吞、胞吐、生物發(fā)電、生物發(fā)光、肌細(xì)胞收縮、物質(zhì)合成、大腦思考所需能量的直接來源都是ATP?？键c(diǎn)二ATP的利用1．ATP為主動(dòng)運(yùn)輸供能的過程分析（1）Ca2＋主動(dòng)運(yùn)輸?shù)妮d體蛋白也是催化ATP水解的酶，膜內(nèi)側(cè)的Ca2＋與其載體結(jié)合時(shí)激活該酶，將ATP水解。（2）ATP水解時(shí)，脫離下來的磷酸基團(tuán)與載體蛋白結(jié)合即載體蛋白的磷酸化。（3）載體蛋白磷酸化導(dǎo)致其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。2．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：①吸能反應(yīng)：一般與ATP的水解相聯(lián)系②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。3.ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的幾點(diǎn)易錯(cuò)提示（1）ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化，并非簡單的可逆反應(yīng)：從物質(zhì)方面來看是可逆的，從酶、進(jìn)行的場(chǎng)所、能量方面來看是不可逆的。（2）ATP是與能量有關(guān)的一種物質(zhì)，不可等同于能量：ATP是一種高能磷酸化合物，高能磷酸鍵水解時(shí)能夠釋放出高達(dá)30.54kJ/mol的能量?！镜湫驼骖}訓(xùn)練】一、單選題1．（2022·浙江·高考真題）下列關(guān)于腺苷三磷酸分子的敘述，正確的是（

）A．由1個(gè)脫氧核糖、1個(gè)腺嘌呤和3個(gè)磷酸基團(tuán)組成B．分子中與磷酸基團(tuán)相連接的化學(xué)鍵稱為高能磷酸鍵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【答案】D【詳解】A、1分子的ATP是由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸基團(tuán)組成，A錯(cuò)誤；B、ATP分子的結(jié)構(gòu)式可以簡寫成A—P～P～P，磷酸基團(tuán)與磷酸基團(tuán)相連接的化學(xué)鍵是一種特殊的化學(xué)鍵，B錯(cuò)誤；C、ATP在水解酶的作用下水解，在合成酶的作用下ADP和磷酸吸收能量合成ATP，C錯(cuò)誤；D、吸能反應(yīng)一般與ATP的分解相聯(lián)系，放能反應(yīng)一般與ATP的合成相聯(lián)系，故吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間的紐帶就是ATP，D正確。2．（2021·海南·高考真題）研究人員將32P標(biāo)記的磷酸注入活的離體肝細(xì)胞，1~2min后迅速分離得到細(xì)胞內(nèi)的ATP。結(jié)果發(fā)現(xiàn)ATP的末端磷酸基團(tuán)被32P標(biāo)記，并測(cè)得ATP與注入的32P標(biāo)記磷酸的放射性強(qiáng)度幾乎一致。下列有關(guān)敘述正確的是（

）A．該實(shí)驗(yàn)表明，細(xì)胞內(nèi)全部ADP都轉(zhuǎn)化成ATPB．32P標(biāo)記的ATP水解產(chǎn)生的腺苷沒有放射性C．32P在ATP的3個(gè)磷酸基團(tuán)中出現(xiàn)的概率相等D．ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化速度快，且轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi)【答案】B【詳解】A、根據(jù)題意可知：該實(shí)驗(yàn)不能說明細(xì)胞內(nèi)全部ADP都轉(zhuǎn)化成ATP，A錯(cuò)誤；B、根據(jù)題干信息“結(jié)果發(fā)現(xiàn)ATP的末端磷酸基團(tuán)被32P標(biāo)記，并測(cè)得ATP與注入的32P標(biāo)記磷酸的放射性強(qiáng)度幾乎一致?！闭f明：32P標(biāo)記的ATP水解產(chǎn)生的腺苷沒有放射性，B正確；C、根據(jù)題干信息“放射性幾乎只出現(xiàn)在ATP的末端磷酸基團(tuán)”可知，32P在ATP的3個(gè)磷酸基團(tuán)中出現(xiàn)的概率不同，C錯(cuò)誤；D、該實(shí)驗(yàn)不能說明轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi)，D錯(cuò)誤。3．（2021·北京·高考真題）ATP是細(xì)胞的能量“通貨”，關(guān)于ATP的敘述錯(cuò)誤的是（）A．含有C、H、O、N、P B．必須在有氧條件下合成C．胞內(nèi)合成需要酶的催化 D．可直接為細(xì)胞提供能量【答案】B【詳解】A、ATP中含有腺嘌呤、核糖與磷酸基團(tuán)，故元素組成為C、H、O、N、P，A正確；B、在無氧條件下，無氧呼吸過程中也能合成ATP，B錯(cuò)誤；C、ATP合成過程中需要ATP合成酶的催化，C正確；D、ATP是生物體的直接能源物質(zhì)，可直接為細(xì)胞提供能量，D正確。4．（2021·湖南·高考真題）某些蛋白質(zhì)在蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用下，可在特定氨基酸位點(diǎn)發(fā)生磷酸化和去磷酸化，參與細(xì)胞信號(hào)傳遞，如圖所示。下列敘述錯(cuò)誤的是（

）A．這些蛋白質(zhì)磷酸化和去磷酸化過程體現(xiàn)了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)B．這些蛋白質(zhì)特定磷酸化位點(diǎn)的氨基酸缺失，不影響細(xì)胞信號(hào)傳遞C．作為能量“通貨”的ATP能參與細(xì)胞信號(hào)傳遞D．蛋白質(zhì)磷酸化和去磷酸化反應(yīng)受溫度的影響【答案】B【詳解】A、通過蛋白質(zhì)磷酸化和去磷酸化改變蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而來實(shí)現(xiàn)細(xì)胞信號(hào)的傳遞，體現(xiàn)出蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)，A正確；B、如果這些蛋白質(zhì)特定磷酸化位點(diǎn)的氨基酸缺失，將會(huì)使該位點(diǎn)無法磷酸化，進(jìn)而影響細(xì)胞信號(hào)的傳遞，B錯(cuò)誤；C、根據(jù)題干信息：進(jìn)行細(xì)胞信息傳遞的蛋白質(zhì)需要磷酸化才能起作用，而ATP為其提供了磷酸基團(tuán)和能量，從而參與細(xì)胞信號(hào)傳遞，C正確；D、溫度會(huì)影響蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性，進(jìn)而影響蛋白質(zhì)磷酸化和去磷酸化反應(yīng)，D正確。5．（2018·浙江·高考真題）ATP是細(xì)胞中的能量通貨，下列敘述正確的是（）A．ATP中的能量均來自細(xì)胞呼吸釋放的能量B．ATP-ADP循環(huán)使得細(xì)胞儲(chǔ)存了大量的ATPC．ATP水解形成ADP時(shí)釋放能量和磷酸基團(tuán)D．ATP分子中的2個(gè)高能磷酸鍵不易斷裂水解【答案】C【詳解】A.ATP的形成途徑是光合作用和細(xì)胞呼吸，因此ATP中的能量來自光能和細(xì)胞呼吸釋放的能量，A錯(cuò)誤；B.ATP-ADP循環(huán)，使得細(xì)胞中ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化時(shí)刻不停地發(fā)生并且處于動(dòng)態(tài)平衡之中，B錯(cuò)誤；C.ATP水解遠(yuǎn)離腺苷的高能磷酸鍵斷裂，形成ADP和Pi，同時(shí)釋放能量，C正確；D.ATP分子中含有2個(gè)高能磷酸鍵，遠(yuǎn)離腺苷的高能磷酸鍵很容易水解，D錯(cuò)誤；6．（2017·浙江·高考真題）下列關(guān)于細(xì)胞中吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)的敘述，錯(cuò)誤的是()A．糖的氧化反應(yīng)是放能反應(yīng)B．光合作用的碳反應(yīng)是吸能反應(yīng)C．ATP是吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)的紐帶D．氨基酸合成蛋白質(zhì)的過程是放能反應(yīng)【答案】D【詳解】糖的氧化反應(yīng)是細(xì)胞呼吸過程屬于放能反應(yīng)，A正確；光合作用的光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP用于碳反應(yīng)，并將能量儲(chǔ)存在有機(jī)物中，即光合作用的碳反應(yīng)消耗能量，屬于吸能反應(yīng)，B正確；ATP的合成與放能反應(yīng)相聯(lián)系，ATP的水解與吸能反應(yīng)相聯(lián)系，故放能反應(yīng)和吸能反應(yīng)之間的紐帶是ATP，C正確；氨基酸合成蛋白質(zhì)的過程需消耗能量，屬于吸能反應(yīng)，D錯(cuò)誤。7．（2016·全國·高考真題）離子泵是一種具有ATP水解酶活性的載體蛋白，它在跨膜運(yùn)輸物質(zhì)時(shí)離不開ATP的水解。下列敘述正確的是（）A．離子通過離子泵的跨膜運(yùn)輸屬于協(xié)助擴(kuò)散B．離子通過離子泵的跨膜運(yùn)輸是順濃度梯度進(jìn)行的C．動(dòng)物一氧化碳中毒會(huì)降低離子泵跨膜運(yùn)輸離子的速率D．加入蛋白質(zhì)變性劑會(huì)提高離子泵跨膜運(yùn)輸離子的速率【答案】C【詳解】A、離子通過離子泵的跨膜運(yùn)輸需要載體和消耗能量，屬于主動(dòng)運(yùn)輸，A錯(cuò)誤；B、離子通過離子泵的跨膜運(yùn)輸屬于主動(dòng)運(yùn)輸，是逆濃度梯度進(jìn)行的，B錯(cuò)誤；C、由于離子泵跨膜運(yùn)輸離子需要消耗能量，一氧化碳中毒會(huì)降低細(xì)胞呼吸，降低能量供應(yīng)，降低離子泵跨膜運(yùn)輸離子的速率，C正確；D、離子的跨膜運(yùn)輸需要載體蛋白，因此加入蛋白質(zhì)變性劑會(huì)降低離子泵跨膜運(yùn)輸離子的速率，D錯(cuò)誤。8．（2017·上?！じ呖颊骖}）ATP被喻為生物體的能量“貨幣”，為生命活動(dòng)直接提供能量。下圖是ATP的結(jié)構(gòu)示意圖，下列敘述正確的是（

）A．④是特殊化學(xué)鍵 B．①表示腺苷C．②表示脫氧核糖 D．③斷裂后釋放的能量最多【答案】A【詳解】A、④是特殊的化學(xué)鍵，斷裂時(shí)釋放大量能量，A正確；B、①表示腺嘌呤，B錯(cuò)誤；C、②表示核糖，C錯(cuò)誤；D、④斷裂后釋放的能量最多，D錯(cuò)誤。9．（2018·上?！じ呖颊骖}）下圖表示呼吸作用過程中葡萄糖分解的兩個(gè)途徑。酶1、酶2和酶3依次分別存在于（）A．線粒體、線粒體和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)B．線粒體、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體C．細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)D．細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體【答案】C【詳解】葡萄糖在細(xì)胞內(nèi)分解至丙酮酸的過程就是糖酵解，在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中發(fā)生，所以酶1在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，有氧呼吸第二三階段在線粒體所以酶2在線粒體，無氧呼吸都是在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)進(jìn)行，所以酶3在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。10．（2014·全國·高考真題）關(guān)于細(xì)胞的敘述，錯(cuò)誤的是（）A．植物細(xì)胞的胞間連絲具有物質(zhì)運(yùn)輸?shù)淖饔肂．動(dòng)物細(xì)胞間的黏著性與細(xì)胞膜上的糖蛋白有關(guān)C．ATP水解釋放的能量可用于細(xì)胞內(nèi)的吸能反應(yīng)D．哺乳動(dòng)物的細(xì)胞可以合成蔗糖，也可以合成乳糖【答案】D【詳解】胞間連絲是貫穿細(xì)胞壁溝通相鄰細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)連線，為植物細(xì)胞間物