1、新陈代谢与ATP【自学导引】一、ATP的生理意义ATP是新陈代谢所需能量的直接来源。二、ATP的结构简式ATP的结构式可简写成APPP，1 moL ATP水解时释放的能量高达30.54 kJ。三、ATP与ADP的相互转化1ATP与ADP相互转化的反应式ATPADPPi能量。2ATP与ADP相互转化的意义使细胞内ATP的含量总是处于动态平衡之中，进而构成生物体内部稳定的供能环境。四、ATP的形成途径1对动物和人来说，ADP转化成ATP时所需的能量来自呼吸作用。2对绿色植物来说，ADP转化成ATP时所需的能量来自呼吸作用和光合作用。【思考导学】1糖类是细胞的主要能源物质，生命活动所需要的能量有70
2、%是由其供给的，所以糖类是生物体生命活动的直接能源，这种说法对吗？为什么？答案：不对。因ATP是生物体各项生命活动的直接来能源，葡萄糖氧化分解所释放的能量不能直接用于各项生命活动，必须转移到ATP中才能被各项生命活动利用。2绿色植物根毛细胞内ATP的形成途径是什么？答案：呼吸作用。【学法指导】1搞清生物体生命活动与能源物质、主要能源物质、直接能源物质和最终能源物质的关系:：糖类、脂类和蛋白质等有机物中都含有大量的能量，都可作为能源物质氧化分解释放能量，供生命活动的需要。但糖类是主要能源，正常情况下一般由糖类氧化分解释放能量，而糖类等氧化分解所释放的能量不能直接用于生命活动，其中一少部分能量用于
3、合成直接能源ATP后才能被机体直接利用，大部分能量以热能的形式散失掉了。糖类等有机物中的能量几乎全部来自太阳能，所以太阳能是生命活动的最终能源。2如何理解ATP与ADP之间的相互转化ATP与ADP的相互转化伴随着能量的释放和储存，因此与生物体的新陈代谢密切有关，可用下式表示二者的转化过程ATPADPPi(磷酸)能量(1)从反应条件上看：ATP的分解是一种水解反应，催化该反应的酶应属水解酶；而ATP的合成是一种合成反应，催化该反应的酶应属合成酶。酶具有专一性，因此反应条件不同。(2)从能量上看：ATP水解释放的能量是储存在高能磷酸键内的化学能；而合成ATP的能量主要有化学能和太阳能。因此能量的来
4、源不同。(3)从ATP合成与分解的场所上看：ATP合成的场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体；而ATP水解的场所较多。因此其合成与分解的场所不尽相同。3ATP中能量的利用：在生物体内能量的转化和传递中，ATP是一种关键的物质。生物体的一切生命活动都离不开ATP。ATP中的能量可以直接转换成其他各种形式的能量，用于各项生命活动。这些能量形式主要有以下几种。(1)机械能。生物体内的细胞以及细胞内各种结构的运动都在做功，所消耗的就是ATP水解释放出的能。例如，纤毛和鞭毛的摆动，肌细胞的收缩、细胞分裂期间染色体的运动等，都是由ATP提供能量来完成的。(2)电能。生物体内神经系统传导冲动和某些生物能够产生电
5、流，所做的电功消耗的就是电能。电能也是由ATP所提供的能量转换而成的。(3)化学能。生物体内物质的合成需要化学能，小分子物质合成大分子物质时，必须有直接或间接的能量供应。另外，物质在分解的开始阶段，也需要化学能来活化能量较高的物质(如葡萄糖在分解前首先磷酸化)。在生物体的物质代谢中，可以说到处都需要由ATP转换的化学能来做化学功。(4)光能。目前关于生物发光的生理机制还没有完全弄清楚，但是已经知道，用于发光的能量仍然直接来源于ATP。【例题解析】例1生物体内由于有各种酶作为生物催化剂，同时又有细胞中生物膜系统的存在，因此，ATP中的能量可以A直接转换成其他各种形式的能量B间接转换成其他各种形式
6、的能量C通过糖类、脂肪转换成其他各种形式的能量D通过糖类、脂肪和蛋白质转换成其他各种形式的能量解析：本题考查能量的转换形式；关于能量的形式只能从一种能量形式转变成另一种能量形式。答案：A错因：供选答案B、C、D共同的迷惑点在于ATP中的能量可间接转换成其他各种形式的能量；从B到C到D又好像是从一般性的描述到具体物质的转换。其实，C和D供选答案的物质转变成能量是不可能的，区分A和B供选答案的要领在于ATP中的能量可以直接转换成其他各种形式的能量，如机械能、电能和渗透能等。例2ATP是_的简称，它普遍存在于_中。其分子简式可写成APPP，其中的A代表_，T代表_，P代表_，“”代表_。ATP与AD
7、P的相互转化的反应式是_。解析：只要涉及生命活动（包括细胞的主动吸收和分泌活动以及人体大脑的思维活动），无不涉及到ATP的供给与贮能问题。因此，有关ATP的全名和简称、ATP的化学组成、分子结构简式、A、T、P三个字母代表的意义、式中“”的含义，以及动植物细胞中ATP的生成、ATP中的能量又来自何物？ATP释放能量以后生成何物？生命不息，生物体内怎样不断地获取能源这些问题都是学习和探讨生命活动奥秘的重要基础知识，也是教学大纲规定要求掌握的内容。答案：三磷酸腺苷 生物体细胞腺苷 三个 磷酸 高能磷酸键 ATPADPPi能量错因：多数错误发生在：A把“”代表的高能磷酸键误写为“磷酸键”；B在ATP
8、与ADP相互转化反应中，忘写了酶的催化作用。同时，在解题时要清楚ATP是生物体进行一切生命活动的直接能源，是生物体细胞内普遍存在的一种含有高能量的有机化合物。例3ATP分子在细胞内能够释放与贮存能量，从结构上看，其原因是腺苷很容易吸收和释放能量 第三个磷酸基很容易从ATP上脱离和结合 第三个磷酸基容易从ATP上脱离，第二个高能磷酸键断裂，使ATP转化为ADP ADP可以迅速地与磷酸结合，吸收能量形成第二个高能磷酸键，使ADP转变成ATPA B C D解析：从ATP分子结构简式APPP可知，分子中含有两个高能磷酸键，当在酶作用下水解时，远离腺苷A的那个高能磷酸键断裂，形成ADP和Pi（磷酸），并
9、将其蕴藏的能量释放出来。该键在一定条件下很容易断裂或重新形成，从而保证了能量的释放与贮存。靠近A的高能磷酸键不易断裂和重新组合，不能参与能量代谢。故选C。答案：C错因：搞不清“远离腺苷的那个高能磷酸键，在酶的作用下既易水解断裂，又易迅速重新形成”是答错此题的主要原因。【基础训练】一、选择题1在ATP中，水解后能释放大量化学能的键位于A腺苷与磷酸基之间 B磷酸基内部 C磷酸基之间 D腺苷内部解析：从APPP可知，A与P之间以普通共价键（）相连，含能量较少，而P与P之间以高能磷酸键（）相连，“”内含有大量的化学能。答案：C2下列关于人体细胞内ATP的叙述，正确的是A人体细胞内贮有大量ATP，供生命
10、活动需要BATP水解成ADP的反应是不可逆的CATP只能在线粒体中生成DATP中含有一个在一定条件下容易水解和重新生成的化学键解析：ATP虽是生物体各项生命活动的直接能源，但其在细胞中的含量却很少。当由于生命活动的需要使细胞中ATP减少时，可由细胞内的ADP和Pi接受能量而迅速形成，从而维持了细胞内稳定的供能环境。在人体内，ADP转换成ATP时所需要的能量来自呼吸作用，而有呼吸的第一阶段和无氧呼吸都在细胞质基质中进行，也可产生少量ATP。在ATP分子结构中，远离A的“”在一定条件下既容易水解释放能量，又容易重新形成储存能量。答案：D3ATP之所以能作为能量的直接来源，是因为AATP在细胞内数量
11、较多BATP中高能磷酸键很稳定CATP中高能磷酸键储存能量多且很不稳定DATP是生物体内惟一的可以释放能量的化合物答案：C4ATPADPPi能量，此反应中能量A可作为贮存能量 B可为生命活动利用来做功C是呼吸作用中能量的释 D是呼吸作用中能量的转移解析：ATP是生物体内的直接能源，其水解所释放的能量可直接用于各项生命活动，并转化为各种形式的能，如机械能、光能、渗透能等。ATP转化为ADP时所释放的能量是储藏在远离A的那个“”中的能量。答案：B5在ATPADPPi能量的反应式中，下列说法正确的是A物质和能量都是可逆的，酶相同B物质和能量都是不可逆的，酶不相同C物质是可逆的，能量是不可逆的，酶不相
12、同D能量是不可逆的，物质是不可逆的，酶相同解析：当反应由左向右进行，反应式中的能量来自ATP的水解；当反应方向由右向左进行时，反应中的能量来自光合作用和呼吸作用。由酶的专一性可知水解ATP的酶和合成ATP的酶是不同的。答案：C6海洋中电鳗有放电现象，其电能是由A有机物进行氧化分解释放的化学能直接转变而来B由热能转变而来C由光能转变而来D由ATP转变成ADP时释放的化学能直接转变而来解析：电鳗放电是一种生命活动，其电能也是由生命活动的直接能源ATP水解释放的能量转化而来。答案：D7在绵羊的细胞中，当ATP浓度过量时，下列反应进行的方向是ATPADPPi能量A由右向左 B由左向右 C不能发生反应
13、D无法判断答案：B8下图哪个图形表示一个100米跑后，细胞中ATP变化示意图解析：在100米跑步的过程中需要大量的ATP，呼吸作用加强以形成更多的ATP以满足生命活动的需要；100米跑后，身体需要的能量减少，呼吸作用逐渐减弱，形成的ATP也逐渐减少。答案：D9在植物细胞里可以形成ATP的细胞结构是高尔基体 核糖体 线粒体 叶绿体 细胞质基质A B C D解析：对绿色植物来讲，ADP转化为ATP时所需要的能量除来自呼吸作用中分解有机物释放出的能量外，还来自光合作用。 答案：D10如果一个ATP脱去两个磷酸基，该物质就是构成核酸的基本单位之一，称为A腺嘌呤核苷酸 B鸟嘌呤核苷酸 C胞嘧啶核苷酸 D
14、尿嘧啶核苷酸解析：从ATP的分子结构式可知，当脱去两个磷酸基后，剩下的部分是由一分子的腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸组成，称为腺嘌呤核苷酸，是组成核酸的基本单位之一。答案：A11某作家脑溢血后导致右侧肢体偏瘫，为尽快改善患者新陈代谢状况，尽快恢复其右手书写能力，在治疗时可用下列哪种方法辅助治疗A 静脉滴注葡萄糖溶液 B口服含钙片剂 C服用多种维生素液 D肌肉注射ATP制剂解析：ATP有提供能量和改善患者新陈代谢状况的作用，常用于辅助治疗肌肉萎缩、脑溢血后遗症、心肌炎等疾病。 答案：D12如下图所示，能表示动物肌细胞内ATP含量与氧供给之间关系的曲线是Aa Bb Cc Dd解析：分析各曲线，结合
15、ATP来源和产生条件来确定正确答案。当O2的供给量为零时，肌肉细胞可暂时进行无氧呼吸，产生少量ATP，不应是零，所以，D曲线不合题意。随着O2的供给量逐渐增多，有氧呼吸明显增强，ATP的产生量增高，但有氧呼吸要受到一些条件的制约，如酶的活性、有机物的量，ATP的生成也要受到ADP数量的限制，所以，ATP不能无限增多，也不会突然减少。一般保持相对稳定。 答案：B13两分子ATP中含有的高能磷酸键和磷酸基数分别是A6和6 B4和6 C6和4 D4和4答案：B14对于动物细胞内的ATP来源最准确的说法是A有氧呼吸 B无氧呼吸 C呼吸作用 D糖类解析：动物细胞中，ADP转化成ATP时所需要的能量来自呼
16、吸作用中氧化分解有机物所释放出来的能量，包括有氧呼吸和无氧呼吸。 答案：C15生物体的贮能物质、主要能源物质、直接能源物质依次是A脂肪、糖类和ATP B脂类、蛋白质和ATPC脂肪、糖类和ADP D糖类、脂肪和ATP答案：A16ATP是细胞内的直接能源物质，医药商店出售的ATP注射液可治心肌炎。若人体静脉滴注这种药物，ATP到达心肌细胞内至少要通过的细胞膜有A1层 B2层 C3层 D4层解析：ATP随血液被运输到心肌组织后，首先穿过毛细血管壁进入组织液，由于毛细血管壁只由一层上皮细胞构成，所以这要穿过两层细胞膜；再由组织液进入心肌细胞要穿过一层细胞膜。 答案：C17在动物体内与能量的转移、利用关
17、系最密切的物质是A葡萄糖 BATP C磷酸肌酸 D脂肪答案：B18能量的释放和利用主要发生在A内环境 B消化道 C血液内 D细胞内解析：能量代谢是新陈代谢的一个方面，它是伴随物质代谢而进行的，而新陈代谢是活细胞中全部有序化学变化的总称，故能量代谢主要发生在细胞内。 答案：D19人在剧烈运动时，骨骼肌中ATP的含量仅能维持3S的供能需要，3S以后肌肉消耗的能量来自于再生的ATP，其再生过程中的能量来自A光合作用 B有氧呼吸 C无氧呼吸 D以上B和C解析：人在剧烈运动时，ADP转化为ATP可来自有氧呼吸和无氧呼吸。答案：D20下面有关ATP和ADP的描述中，哪一项是正确的AATP在酶的作用下，可以
18、连续脱下3个Pi,释放大量能量BATP在酶的作用下，可以加上一个Pi,储存能量CATP和ADP的相互转化都需要酶的参加DATP转化成ADP不需酶参加答案：C二、非选择题21海洋里有一种软体动物枪乌贼，它有巨大的神经细胞，这种神经细胞能不断吸进K，科学家做过实验：用一种有毒物质使神经细胞中毒，泵入K的功能就消失。如果注入一种高能化合物，神经细胞又能恢复不断吸进K功能，一直到这种物质消耗完。请分析科学家注入了什么物质？_，理由是_。解析：ATP是一切生物体进行各项生命活动的直接能源，从实验中可以看出，中毒的枪乌贼的巨大神经细胞的细胞膜逆浓度差排Na吸K，这一生理过程只有当有能量时才能进行，细胞内的
19、直接供能物质为ATP。答案：ATP 巨大神经细胞排出Na，吸收K的过程需要消耗ATP，是主动运输过程。22下面为绿色植物体内ATP与ADP的互换式ATPADPPi能量，请回答：（1）A代表_，P代表_，代表_，Pi代表_。（2）当反应从左向右进行时，释放的能量供给_；当反应从右向左进行时，所需的能量来源于_和_。答案：（1）腺苷 磷酸基团 高能磷酸键 磷酸 （2）植物体各项生理活动 光合作用 呼吸作用【应用创新】1ATP能够使离体的刚刚丧失收缩功能的新鲜骨骼肌收缩，这说明ATP是肌肉收缩所需能量的_。本实验的研究目的是研究外源ATP对离体肌肉的生理作用，因此，必须待离体肌肉自身的_消耗之后，才
20、能进行实验。在程序上，必须先滴加_，观察_与否以后，再滴加_，否则会造成_也能被肌肉直接利用的假象。解析：关于ATP生理功能的选做实验，其实验原理是：ATP能使离体的刚丧失收缩功能的骨骼肌收缩，说明了ATP是肌肉收缩所需能量的直接来源。其实验目的是研究外源ATP对离体骨骼肌的生理作用，因此，需待肌肉自身的ATP耗尽之后（耗尽的标志是肌肉失去收缩功能），才进行实验。在程序上，须先滴加葡萄糖溶液，观察到肌肉没有收缩，再滴加ATP溶液。如颠倒程序，则外源ATP可能尚未耗尽，就滴加葡萄糖溶液，而造成葡萄糖也能被肌肉直接利用的假象。答案：直接来源 ATP 葡萄糖溶液 肌肉收缩 ATP溶液 葡萄糖2把荧火
21、虫的尾部组织取下，过一段时间荧光就消失了；如果滴一点ATP溶液，荧光将恢复。这说明荧火虫的荧光是_转化而成的。请写出相关的反应式：_。解析：荧火虫发光是它的一种生命活动，所需能量也是由ATP直接提供的，在此过程中ATP水解释放出的化学能转变为光能。尾部组织离体后，当细胞中储存的ATP消耗尽后，荧光就会消失。答案：ATP水解释放的能量 ATPADPPi能量【备课资料】1生命活动的能源及其相互关系：生物体的新陈代谢不但需要酶的催化，还需要能量的供给。ATP水解时释放的化学能直接用于各项生命活动，所以，ATP是生命活动的直接能源。生物体内的糖类、脂肪和蛋白质等有机物是能源物质，其中，生命活动所需能量
22、的70%左右是由糖类提供的，糖类是主要能源，脂肪是生物体内的储备能源。三大类有机物中的能量不能直接被生命活动利用，细胞中的这些有机物只有逐步氧化分解，释放出能量，一部分以热能形式散失，一部分以化学能形式转移到ATP中才能被生物体利用。三大类有机物中的能量最终来自绿色植物光合作用所固定的太阳光能，所以，生命活动的最终能源是太阳光能。表解如下：能源最终能源主要能源储备能源直接能源关系太阳光能糖类脂肪ATP利用最终利用间接利用直接利用2ATP与ADP相互转化和能量的来源与去路：ATP分子的重要特性是远离A的那个高能磷酸键极不稳定。在有关酶的催化作用下，ATP分子中远离A的那个高能磷酸键水解，磷酸基团
23、脱离开，形成磷酸（Pi），同时，储存在这个高能磷酸键中的能量释放出来，用于肌肉收缩、神经传导和生物电、合成代谢、吸收和分泌以及细胞分裂等生命活动，这时，ATP转变成ADP。在另一种酶的催化作用下，ADP可以接受有机物氧化释放出来的化学能或太阳光能，同时与另一个磷酸结合，从而转变成ATP。ATP在细胞中含量很少，但是，ATP在细胞内的转化却十分迅速。这样，细胞内ATP的含量总是处在动态平衡中，这对于构成生物体内部稳定的供能环境，具有重要的意义。下图：3ATP和ADP的循环反应与可逆反应化学中的可逆反应的特点是：正逆反应都是在同一种条件下同时进行的。ATP与ADP可循环反应并不能可逆反应，理由如下：（1）从反应条件上看：ATP的分解是一种水解反应，催化该反应的酶属于水解酶；而ATP的合成是一种合成反应，催化该反应的酶属于合成酶。酶的作用具专一性，因此，反应条件不同。（2）从能量上看：ATP水解释放的能量是储存在高能磷酸键内的化学能；而合成ATP的能量主要有化学能和太阳光能，因此能量的来源不同。（3）从ATP合成与分解的场所上看：ATP合成的场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体；而ATP分解的场所是每个活细胞，因此，ATP合成与分解的场所不同。表解如下：