1、第2课时细胞的能量“货币”ATP课标要求解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。1ATP的结构源于必修1P86“相关信息”：写出图中标出的“A”的含义：腺苷；腺嘌呤；腺嘌呤脱氧核苷酸；腺嘌呤核糖核苷酸。2ATP与ADP的相互转化项目ATP的合成ATP的水解反应式ADPPi能量ATPATPADPPi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)储存在特殊化学键中的能量能量去路储存在特殊化学键中用于各项生命活动反应场所细胞质基质、线粒体、叶绿体生物体的需能部位(1)源于必修1P87“图54”：ATP与ADP的相互转化不是(填“是”或“不是”)一个可逆反应。分析原
2、因：从物质方面来看是可逆的，从酶、进行的场所、能量的来源等方面来看是不可逆的。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：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。(2)源于必修1 P89“拓展应用”：在植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都是以ATP作为能量“货币”的，由此说明：生物界具有统一性，也说明种类繁多的生物有着共同的起源。3ATP的利用考向一ATP的结构和特点分析1(2022威海高三期末)将标记的32P注入活细胞内，随后迅速分离细胞内的ATP，测定其放射性
3、，下图代表ATP的结构。下列叙述错误的是()A代表ATP中的“A”，ATP脱去成为腺嘌呤核糖核苷酸B和之间化学键的形成过程总是与放能反应相关联CATP中磷酸基团很快就会被32P标记，但是ATP的含量基本不变D细胞癌变后ATP末端磷酸基团被取代的速率加快答案A解析代表腺嘌呤，而ATP中的“A”代表腺苷，腺苷是由腺嘌呤和核糖结合而成的，A错误；ATP中远离腺苷的化学键容易断裂和生成，但是ATP的含量基本不变，故磷酸基团很快就会被32P标记，C正确；细胞癌变后细胞代谢增强，ATP和ADP的转化加快，D正确。2在有关DNA分子的研究中常用32P来标记DNA分子。用、和表示ATP或dATP(d表示脱氧)
4、上三个磷酸基团所处的位置(APPP或dAPPP)。下列说法错误的是()A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B一分子dATP由三分子磷酸基团、一分子核糖和一分子腺嘌呤组成C用32P标记dATP的位磷酸基团，利用其合成DNA，可将32P标记到新合成的DNA分子上D用32P标记细胞中染色体的DNA，一次有丝分裂后子细胞中所有染色体都有放射性答案B解析一分子dATP由三分子磷酸基团、一分子脱氧核糖和一分子腺嘌呤组成，B错误；dAPPP脱去P和P这两个磷酸基团后，余下的结构为腺嘌呤脱氧核苷酸，是DNA的基本组成单位之一，若用32P标记dATP的位磷酸基团，利用其合成DNA，可将3
5、2P标记到新合成的DNA分子上，C正确；用32P标记细胞中染色体的DNA，依据DNA分子的半保留复制可知，在有丝分裂前的间期DNA完成复制后，每条染色体含有两个DNA分子，且分别位于组成该染色体的两条姐妹染色单体上，而且每个双链DNA分子的两条链中只有一条链含有32P标记，在有丝分裂后期，着丝粒分裂，姐妹染色单体分开成为两条子染色体，分别移向细胞两极，进而分别进入两个子细胞中，因此一次有丝分裂后子细胞中所有染色体都有放射性，D正确。考向二ATP与ADP的相互转化和ATP的利用3科学家发现某些蚜虫能合成类胡萝卜素，可以影响蚜虫体色。这些类胡萝卜素还能吸收光能，把它传送给负责能量生产的组织细胞，下
6、列有关叙述错误的是()A蚜虫体内细胞合成ATP时，需要的能量不只来自光能B蚜虫体内细胞合成ATP时，一定会伴随着氧气的消耗C蚜虫体内类胡萝卜素的含量会影响蚜虫个体的生存机会D温度、光照等环境因素会影响蚜虫体内ATP的合成速率答案B解析蚜虫合成ATP时需要的能量不仅来自光能，还来自呼吸作用释放的化学能，A正确；蚜虫体内细胞合成ATP时，不一定会伴随着氧气的消耗，如蚜虫体内细胞进行无氧呼吸以及有氧呼吸第一、二阶段都能产生ATP，但都不需要消耗氧气，B错误；由题意可知，类胡萝卜素可以吸收、传递、转化光能，影响ATP的合成量，因此类胡萝卜素的含量会影响蚜虫个体生存机会，C正确；温度会影响酶的活性，蚜虫
7、合成ATP时需要的能量不仅来自光能，还来自呼吸作用释放的化学能，因此影响蚜虫体内ATP合成速率的外部因素有光照强度、温度等，D正确。方法技巧ATP产生量与O2供给量之间的关系模型分析解读：4人体胃内的酸性环境主要通过细胞膜上的质子泵来维持，胃酸过多会导致患者出现烧心、反酸、胃部疼痛等症状。质子泵催化1分子的ATP水解所释放的能量，可驱动1个H从胃壁细胞进入胃腔和1个K从胃腔进入胃壁细胞，K又可经过通道蛋白顺浓度进入胃腔。下列相关叙述错误的是()A该质子泵既能催化化学反应又能转运HBH、K等离子进出胃壁细胞都需要消耗ATPC利用药物抑制质子泵的活性可以改善胃反酸等症状D该质子泵的合成与加工依赖于
8、核糖体、内质网、高尔基体等细胞器答案B解析该质子泵既可催化ATP的水解，又可驱动H从胃壁细胞进入胃腔，A正确；K经过通道蛋白顺浓度由胃壁细胞进入胃腔，为协助扩散，不需要消耗ATP，B错误；利用药物抑制质子泵的活性，可以减少H从胃壁细胞进入胃腔，避免胃酸过多，改善胃反酸等症状，C正确；该质子泵的化学本质为蛋白质，其合成与加工依赖于核糖体、内质网、高尔基体等细胞器，D正确。重温高考真题演练1(2021北京，1)ATP是细胞的能量“通货”，关于ATP的叙述错误的是()A含有C、H、O、N、PB必须在有氧条件下合成C胞内合成需要酶的催化D可直接为细胞提供能量答案B解析ATP中含有腺嘌呤、核糖与磷酸基团
9、，故元素组成为C、H、O、N、P，A正确；在无氧条件下，无氧呼吸过程中也能合成ATP，B错误；ATP合成过程中需要ATP合成酶的催化，C正确；ATP是生物体的直接能源物质，可直接为细胞提供能量，D正确。2(2021湖南，5)某些蛋白质在蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用下，可在特定氨基酸位点发生磷酸化和去磷酸化，参与细胞信号传递，如图所示。下列叙述错误的是()A这些蛋白质磷酸化和去磷酸化过程体现了蛋白质结构与功能相适应的观点B这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，不影响细胞信号传递C作为能量“通货”的ATP能参与细胞信号传递D蛋白质磷酸化和去磷酸化反应受温度的影响答案B解析通过蛋白质磷酸化和去磷酸化改
10、变蛋白质的空间结构，进而来实现细胞信号的传递，体现出蛋白质结构与功能相适应的观点，A正确；如果这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，将会使该位点无法磷酸化，进而影响细胞信号的传递，B错误；根据题干信息：进行细胞信息传递的蛋白质需要磷酸化才能起作用，而ATP为其提供了磷酸基团和能量，从而参与细胞信号传递，C正确；温度会影响蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性，进而影响蛋白质磷酸化和去磷酸化反应，D正确。3(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()AATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量BATPADP循环使得细胞储存了大量的ATPCATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团D
11、ATP分子中的2个特殊的化学键不易断裂水解答案C解析光反应和细胞呼吸都可以产生ATP，A错误；ATP在细胞内含量少，易再生，ATPADP循环不会使得细胞储存大量的ATP，B错误；ATP水解形成ADP和磷酸基团，同时释放能量，C正确；ATP中2个特殊的化学键比较不稳定，易断裂水解，D错误。4(2019天津，2)下列过程需ATP水解提供能量的是()A唾液淀粉酶水解淀粉B生长素的极性运输C光反应阶段中水在光下分解D乳酸菌无氧呼吸的第二阶段答案B解析唾液淀粉酶水解淀粉是在消化道中进行的，不需要消耗ATP水解释放的能量，A错误；生长素的极性运输是细胞的主动运输，需要消耗ATP水解释放的能量，B正确；光反
12、应阶段中水在光下分解产生NADPH和氧气，不需要消耗ATP水解释放的能量，C错误；乳酸菌无氧呼吸的第二阶段是丙酮酸和H在酶的催化作用下转化成乳酸，此过程既不产生ATP，也不消耗ATP，D错误。5(2020全国，29)参照表中内容，围绕真核细胞中ATP的合成来完成下表。反应部位(1)_叶绿体的类囊体薄膜线粒体反应物葡萄糖/丙酮酸等反应名称(2)_光合作用的光反应有氧呼吸的部分过程合成ATP的能量来源化学能(3)_化学能终产物(除ATP外)乙醇、CO2(4)_(5)_答案(1)细胞质基质(2)无氧呼吸(3)光能(4)O2、NADPH(5)H2O、CO2解析(1)(2)由反应物是葡萄糖，终产物除AT
13、P外，还有乙醇和CO2，可知该过程是无氧呼吸，发生的场所(反应部位)是细胞质基质。(3)(4)由场所是叶绿体的类囊体薄膜和反应名称为光合作用的光反应，可知该过程合成ATP的能量来源是光能，终产物除ATP外，还有O2和NADPH。(5)由反应部位是线粒体，反应物是丙酮酸等，反应名称为有氧呼吸的部分过程，可知该过程是有氧呼吸的第二和第三阶段，终产物除ATP外，还有CO2、H2O。一、易错辨析1线粒体内膜、内质网膜和叶绿体中进行光反应的膜结构中都能合成ATP()2无氧条件下，光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一来源()3淀粉水解成葡萄糖时伴随有ATP的生成()4人成熟红细胞无细胞核和众多的细胞器，所以
14、不能合成ATP()5ATP是生命活动的直接能源物质，但它在细胞中的含量很少()6“能量”就是指ATP，ATP就是“能量”()7ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应()二、填空默写1(必修1 P86)ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物。2(必修1 P87)ATP与ADP的相互转化是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中的。3(必修1 P89)许多吸能反应与ATP水解的反应相联系；许多放能反应与ATP的合成相联系。课时精练一、选择题1ATP是细胞的能量“货币”，细胞内还有与ATP结构类似的GTP、CTP和UTP等高能磷酸化合物。下列有关叙述错误的是()AATP分子能在细胞膜上某些蛋白质的催化下水
15、解BCTP中含有3个磷酸基团，含有C、H、O、N、P五种元素CGTP中特殊化学键全部水解后的产物可作为合成DNA分子的原料DUTP的合成常伴随放能反应，而吸能反应不一定伴随UTP的水解答案C解析细胞膜上的某些蛋白质如钠钾泵可以催化ATP水解，利用其释放的能量使载体蛋白空间结构改变，从而完成主动运输，A正确；CTP和ATP结构类似，只是含氮碱基由腺嘌呤换成胞嘧啶，所以也含有3个磷酸基团，含有C、H、O、N、P五种元素，B正确；GTP的特殊化学键全部水解后的产物是鸟嘌呤核糖核苷酸，是合成RNA的原料，C错误；UTP的合成伴随着特殊化学键的形成，所以常常伴随放能反应，而吸能反应不一定伴随UTP的水解
16、，通常伴随着ATP的水解，D正确。2(2022潍坊实验中学高三模拟)下列有关ATP的叙述错误的是()AATP由腺嘌呤、核糖和3个磷酸基团连接而成，ATP中的A与DNA中碱基A含义不同B运动员在剧烈运动时ATP快速水解，其释放的能量可以转换成肌肉收缩的机械能C剧烈运动时人体骨骼肌细胞可通过无氧呼吸产生乳酸，乳酸中仍含有大量的ATP未被释放出来D人体内成熟的红细胞中没有线粒体，仍能产生ATP答案C解析剧烈运动时人体骨骼肌细胞可通过无氧呼吸产生乳酸，乳酸中仍含有大量能量未被释放出来，并不是乳酸中含有大量的ATP未被释放出来，C错误。3(2022东北育才学校高三模拟)cAMP是由ATP脱去两个磷酸基团
17、后环化而成，是细胞内的一种信号分子，其结构组成如图所示。下列说法正确的是()AcAMP的元素组成与磷脂分子不相同BcAMP存在于突触间隙中Ca所示物质名称为腺苷Db所指化学键是脱水形成的答案D解析cAMP的元素组成与磷脂分子相同，都是C、H、O、N、P，A错误；cAMP是细胞内的一种信号分子，突触间隙在细胞外，所以它不会存在于突触间隙，B错误；a所示物质名称为腺嘌呤，C错误；b所指化学键是磷酸和核糖之间脱水形成的，D正确。4无论底物还是产物，凡是涉及NTP(核糖核苷三磷酸)或者dNTP(脱氧核糖核苷三磷酸)的酶促反应都需要Mg2作为酶作用的辅助因子，如DNA的复制和RNA的合成。已知NTP或d
18、NTP中的N指含氮碱基。下列说法错误的是()A叶绿体膜和线粒体膜上可能存在Mg2转运蛋白BADP和ATP互相转化的过程中需要Mg2作为酶作用的辅助因子C造血干细胞等分裂旺盛的细胞中可能含有较多的Mg2D当N表示碱基A时，NTP水解脱掉2个磷酸基团能够用来合成DNA答案D解析线粒体和叶绿体内可进行DNA复制和转录过程，需要Mg2，所以膜上可能存在Mg2转运蛋白，A正确；ATP去掉两个磷酸基团是RNA的基本组成单位之一腺嘌呤核糖核苷酸，转化时涉及NTP(核糖核苷三磷酸)，需要Mg2作为酶作用的辅助因子，B正确；造血干细胞等分裂旺盛的细胞中会进行DNA复制和转录过程，可能含有较多的Mg2，C正确；当
19、N表示碱基A时，NTP水解脱掉2个磷酸基团能够用来合成RNA，D错误。5如果要验证ATP能否使一离体的新鲜骨骼肌发生收缩，下列选项不符合实验要求的是()A可滴加生理盐水作为对照B待肌肉本身的ATP消耗完后再进行实验C先滴加生理盐水观察，然后滴加ATP溶液D先滴加ATP溶液观察，然后滴加生理盐水答案D6每个细菌内的ATP含量基本相同。可利用下图所示原理来检测样品中细菌数量。下列相关叙述错误的是()荧光素ATPO2氧化荧光素AMPPPiH2O荧光A检测前需要破坏细胞膜以释放ATPB检测试剂中应含有荧光素酶和ATPCATP水解释放的能量部分转化成光能D荧光强度与样品中细菌数量呈正相关答案B解析ATP
20、是细胞的直接能源物质，存在于细胞内，检测前需要破坏细胞膜以释放ATP，A正确；检测试剂中应含有荧光素酶和荧光素，ATP来自待检测样品中的细菌，B错误；由反应原理可知，荧光素酶催化ATP水解释放能量使荧光素发出荧光，C正确；每个细菌内的ATP含量基本相同，测得的荧光强度与样品中细菌数量呈正相关，D正确。7鲑生粘孢虫是地球上唯一已知不会呼吸的多细胞动物，它的孢子可以植入鲑鱼体内，营专性寄生生活，其细胞中存在类似线粒体的细胞器(MRO)，但没有线粒体基因。据此推测，有关鲑生粘孢虫细胞的叙述正确的是()ADNA分子全部存在于拟核中BMRO具有独立的基因表达系统C细胞内含有ATP合成与水解的酶D光镜下可
21、观察到MRO的双层膜结构答案C解析鲑生粘孢虫是一种多细胞动物，属于真核生物，不存在拟核，A错误；MRO类似于线粒体，但没有线粒体基因，因此MRO不具有独立的基因表达系统，B错误；鲑生粘孢虫是多细胞生物，体内会存在ATP的合成与分解，故其细胞内含有ATP合成与水解的酶，C正确；MRO是类似于线粒体的细胞器，需要在电子显微镜下才能观察到MRO的双层膜结构，D错误。8钙泵又称Ca2ATP水解酶，钙泵主要存在于细胞膜和内质网膜上，它将Ca2泵出细胞或泵入内质网腔中储存起来，以维持细胞质基质中低浓度的Ca2，当细胞受到刺激时，内质网腔中的Ca2又会释放到细胞质基质中以调节细胞的生命活动。下列相关叙述正确
22、的是()A钙泵参与运输Ca2的过程属于放能反应B骨骼肌细胞中运输Ca2的钙泵只存在于细胞膜上C细胞膜上的钙泵失调可能会导致肌肉抽搐D内质网腔中的Ca2通过钙泵释放到细胞质基质中的过程属于被动运输答案C解析钙泵又称Ca2ATP水解酶，参与运输Ca2的过程需要ATP水解供能，因此属于吸能反应，A错误；由题目中信息分析可知，骨骼肌细胞中运输Ca2的钙泵存在于细胞膜和内质网膜上，B错误；内质网腔中的Ca2浓度高于细胞质基质中的Ca2浓度，因此内质网腔中的Ca2释放到细胞质基质中是经过通道蛋白进入细胞质基质，不是钙泵，D错误。9磷酸肌酸是在肌肉或其他兴奋性组织(如脑和神经)中的一种高能磷酸化合物，是高能
23、磷酸基的暂时贮存形式，ATP和磷酸肌酸在一定条件下可相互转化。下列相关叙述错误的是()磷酸肌酸(CP)ADPATP肌酸(C)A磷酸肌酸(CP)在形成肌酸的过程中特殊化学键断裂B磷酸肌酸是肌肉中能量储存的一种形式，是细胞内的直接能源物质C剧烈运动时，在磷酸肌酸的作用下肌肉细胞ATP的含量保持相对稳定D磷酸肌酸释放的能量不能用于各项生命活动答案B解析一般而言，细胞内的直接能源物质是ATP，磷酸肌酸中的能量也需要先转移到ATP中才能直接供应于生命活动，B错误。10cAMP(环化磷酸腺苷)是细胞内的一种信号分子，对初级卵母细胞完成减数分裂有抑制作用，作用机理如图所示；酶P由C亚基和R亚基构成。下列相关
24、叙述错误的是()AcAMP的组成元素是C、H、O、N和P，脱氧核糖是其组成成分B处于活化状态的酶A能催化ATP脱去两个磷酸基团生成cAMPCcAMP能促进组成酶P的C亚基与R亚基分离，从而激活C亚基D若信号分子2增多，则会促进女性次级卵母细胞和极体的产生答案A解析被激活的酶A能催化ATP脱去两个磷酸基团并发生环化形成cAMP，故cAMP的组成元素与ATP相同，均为C、H、O、N、P，cAMP中应含有核糖，A错误、B正确；信号分子2作用于S2蛋白，通过G2蛋白抑制酶A，细胞内的cAMP浓度降低，活化的酶P减少，解除了对减数分裂的抑制作用，促进女性次级卵母细胞和极体的产生，D正确。11荧光素接受A
25、TP提供的能量后被激活，在荧光素酶的作用下，激活的荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素并且发出荧光。研究人员对荧光素酶施加不同条件的处理，在添加足量的荧光素条件下测定酶浓度与发光强度间的关系，结果如下图所示。下列叙述错误的是()A高温、重金属Hg2都可能破坏酶的空间结构B合成氧化荧光素的反应伴随着ATP的水解CA点后发光强度不再增大，可能受ATP含量的限制D据图分析可知，Mg2可为荧光素的发光反应提供能量答案D解析据题意可知，实验条件为在足量的荧光素条件下测定酶浓度与发光强度间的关系，这说明A点后发光强度不再增大，可能是ATP含量等条件所限制，C正确；Mg2可通过提高荧光素酶的活性而提高发光
26、强度，不能提供能量，D错误。12ATP是生命活动的直接能源物质，下列有关ATP的叙述中，正确的是()A长期不进食的病人，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡B人长时间剧烈运动时，骨骼肌细胞中每摩尔葡萄糖生成的ATP的量比安静时少C生物体内的ATP含量很多，从而保证了生命活动所需能量的持续供应DATP与ADP的相互转化，使生物体内各项化学反应能在常温常压下快速又顺利地进行答案B解析长期不进食的病人，细胞中ATP与ADP也可以通过转化达到动态平衡，A错误；人长时间剧烈运动时，骨骼肌细胞进行无氧呼吸，每摩尔葡萄糖生成ATP的量比安静时少，B正确；生物体内的ATP含量很少，可通过ATP与ADP的
27、相互转化迅速形成，从而保证了生命活动所需能量的持续供应，C错误；酶的催化作用具有高效性，能使生物体内各项化学反应在常温常压下快速又顺利地进行，D错误。二、非选择题13ATP合酶是一种功能复杂的蛋白质，与生物膜结合后能催化ATP的合成，其作用机理如图所示。请据图回答：(1)生物膜结构的基本支架是_，在真核细胞中，ATP合酶主要分布于_(填生物膜名称)。(2)分析此图可知H跨越该膜的运输方式是_，判断的依据是_。(3)ATP在细胞内的作用是_；推测好氧型细菌细胞的_上存在该酶，理由是_。(4)科学家发现，一种化学结构与ATP相似的物质GTP(三磷酸鸟苷)也能为细胞的生命活动提供能量，请从化学结构的
28、角度解释GTP也可以供能的原因：_。答案(1)磷脂双分子层线粒体内膜、类囊体薄膜(2)协助扩散顺浓度梯度，需载体蛋白协助且不消耗能量(3)生命活动的直接能源物质细胞膜该酶与生物膜结合后能催化ATP的合成，而好氧型细菌的膜结构只有细胞膜(4)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14研究证实ATP既是能量“货币”，也可作为神经细胞间信息传递中的一种信号分子，其作为信号分子的作用机理如图所示。请分析回答下列问题：(1)ATP的结构简式是_，神经细胞中的ATP主要来自_(细胞结构)。研究发现，正常成年人安静状态下24h有40kgATP发生转化，而细胞内ADP、ATP的浓度仅为
29、210mmol/L，为满足能量需要，人体解决这一矛盾的合理途径是_。(2)由图可知，ATP在传递信号过程中，在细胞间隙中的有关酶的作用下，磷酸基团逐个脱离下来，最后剩下的是_。(3)一些神经细胞不仅能释放典型神经递质，还能释放ATP，二者均能引起受体细胞的膜电位变化。据图分析，如果要研究ATP是否能在神经元之间起传递信号的作用，则图中的_属于无关变量，应予以排除。答案(1)APPP线粒体ATP与ADP迅速相互转化(2)腺苷(3)典型神经递质解析(1)ATP的结构简式是APPP。动物细胞中，线粒体是有氧呼吸的主要场所，所以神经细胞中的ATP主要来自线粒体。ATP是直接能源物质，在体内含量很少，可通过ATP与ADP迅速相互转化而形成。(2)ATP脱去1个磷酸基团为ADP，脱去两个磷酸基团为AMP，如果磷酸基团完全脱落，剩下的则是腺苷，由腺嘌呤和核糖组成。(3)若要研究ATP是否能在神经元之间起传递信号的作用，可以设法把ATP与典型神经递质分开，单独去研究其作用，即用化学物质阻断典型神经递质，所以典型神经递质是实验的无关变量。
