1、第2节细胞的能量“货币”ATP课标要求核心素养1简述ATP的化学组成和特点。2简述ATP和ADP的相互转化。3解释ATP在能量代谢中的作用。1生命观念结构与功能观：认同ATP的结构与功能相适应。2科学思维分析与综合：ATP与ADP之间的相互转化；理解ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。知识导图学霸记忆1ATP的结构简式是APPP，其中“A”表示腺苷，“P”代表磷酸基团，“”代表特殊化学键。2一个ATP分子中有1个腺苷，3个磷酸基团，其中含有2个特殊化学键。3ATP与ADP相互转化的反应式：ATPADPPi能量。4细胞内ATP与ADP的相互转化的能量供应机制是生物界的共性。5动物、人、真菌等
2、合成ATP的途径是呼吸作用。6绿色植物合成ATP的途径是光合作用和呼吸作用。7ATP是生命活动的直接能源物质。必备知识夯实双基一、ATP是一种高能磷酸化合物1ATP的名称与简式：(1)中文名称：！ 腺苷三磷酸 #。(2)结构简式：！ APPP #。(3)符号含义2功能：ATP是细胞内的一种！ 高能磷酸 #化合物，是驱动细胞生命活动的！ 直接能源物质 #。二、ATP和ADP可以相互转化1过程：(1)释放能量：ATP！ ADP #Pi能量。(2)储存能量：ADPPi能量！ ATP #。2能量的来源及去路：3原因及特点：(1)原因：ATP分子中！ 远离A的磷酸基团具有较高的转移势能 #很容易水解。(
3、2)特点：时刻不停地发生并且处于！ 动态平衡 #之中。三、ATP的利用1细胞内吸能反应一般与！ ATP水解 #的反应相联系，由！ ATP水解 #提供能量；放能反应一般与！ ATP合成 #的反应相联系，释放的能量储存在！ ATP #中。2举例说明有哪些生命活动需要利用ATP：！ 细胞的主动运输、胞吞胞吐、各种吸能反应，还可用于生物发光发电、肌肉收缩、大脑思考等生命活动 #。3ATP水解释放的！ 磷酸基团 #使！ 蛋白质 #等分子磷酸化，这在细胞中是常见的。这些分子被磷酸化后，！ 空间结构发生 #变化，！ 活性 #也被改变，因而可以参与！ 各种化学反应 #。活学巧练 (1)ATP可以水解为一个核苷
4、酸和两个磷酸。()(2)人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。()(3)ATP能够及时转化成ADP，这有效地保证了细胞内能量的供应。()(4)ATP在细胞内含量并不高，活细胞都能产生ATP，也都会消耗ATP。()(5)ATP含有3个特殊化学键，但是只有一个特殊化学键会发生断裂。()(6)ATP中的A不代表腺嘌呤，当脱去两个磷酸后，形成的物质为RNA的基本单位之一。()(7)酶的催化反应都需要消耗ATP。()(8)ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。()(9)活细胞内ATP与ADP的转化只能单向进行。()(10)消化道内淀粉的水解需要消耗ATP。()思考：1ATP中去除
5、两个磷酸基团后是构建哪种物质的基本单位？提示：RNA。2ATP中的“A”与碱基中的“A”是同一种物质吗？提示：不是。在ATP中，“A”代表腺苷(腺嘌呤核糖)；在碱基中，“A”代表腺嘌呤。3人们不论在运动时还是休息时，细胞内时刻进行着ATP与ADP的相互转化，这种转化属于可逆反应吗？提示：不属于，所需酶及场所和能量来源等不同。4ATP在细胞内的含量是很少的，如成年人细胞内ADP和ATP的总量仅为210 mg，而一个正常成年人在静止状态下24 h将有40 kg的ATP发生转化。为满足能量需要，分析生物体是如何解决这一矛盾的？提示：ATP与ADP在细胞内的相互转化是十分迅速的，且物质可以重复利用，因
6、此，能满足生命活动对能量的需要。5葡萄糖为什么不能作为能量“货币”？提示：葡萄糖化学性质较稳定，不能快速分解提供能量。课内探究名师点睛ATP的结构和生理功能知识点 1ATP的组成2ATP与核苷酸的关系组成ATP和核苷酸的元素是相同的，都是C、H、O、N、P。ATP中存在一个普通磷酸键和两个特殊化学键。破坏了两个特殊化学键，剩余的部分就是一分子的腺嘌呤核糖核苷酸。3ATP的生理功能细胞代谢所需的能量绝大多数是由细胞内的ATP直接提供的。ATP是细胞代谢所需能量的直接来源。4ATP的结构与功能的相互关系(1)ATP的结构特点保证了细胞内有一个相对稳定的能量供应库。ATP中远离腺苷的磷酸基团很容易脱
7、离与形成，可保证ATP数量的相对稳定和能量的持续供应。(2)ATP在供能中处于核心地位，许多能源物质需转化为ATP才能为生命活动供能。在生命活动中，ATP中的能量可转化为不同形式的能量。知识贴士(1)DNA和RNA的组成中的A表示腺嘌呤这种碱基，而在ATP中A代表的是腺苷，即核糖与腺嘌呤的组合体。(2)每个ATP分子中只含有2个特殊化学键()，其中只有远离腺苷的特殊化学键易断裂或合成。典例剖析 典例1(2020山东省潍坊市高一)如图为ATP分子结构式。下列相关叙述错误的是(B)A图中五碳糖为核糖B图中虚线框中的基团是腺苷C该分子中有2个特殊化学键D该分子水解掉两个磷酸基团后为核糖核苷酸解析：A
8、TP中的“A”代表腺苷，由核糖和腺嘌呤组成，因此图中五碳糖为核糖，A正确；图中虚线框中的基团是腺嘌呤，B错误；ATP分子中有2个特殊化学键，C正确；ATP分子水解掉两个磷酸基团后，剩余的部分是腺嘌呤核糖核苷酸，D正确。变式训练 1下列关于ATP的叙述，正确的是(C)AATP中的“A”表示腺嘌呤，“T”表示3，“P”表示磷酸基团B腺苷三磷酸的结构可简写为APPCATP是细胞内的直接能源物质DATP 和酶一样具有催化作用解析：ATP中的“A”表示腺苷，“T”表示3，“P”表示磷酸基团，A错误；腺苷三磷酸的结构可简写为APPP，B错误；ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质，C正确；ATP不具有催化
9、作用，D错误。ATP与ADP可以相互转化知识点 1ATP转化及利用图示图示1：图示2：例：ATP如何为主动运输供能ATPATP水解Ca2释放到膜外2解读(1)光合作用和呼吸作用等放能反应与ATP的合成相联系。(2)主动运输等吸能反应与ATP的分解相联系，所以ATP是直接供能物质。(3)ATP在生物体内含量很少，又不断通过各种生命活动大量消耗，但ATP在细胞内的转化十分迅速，从而使细胞中的ATP总是处于一种动态平衡之中。知识贴士ATP为生命活动提供的是化学能ATP是细胞内的直接供能物质，但并非所有的生命活动所需的能量都是由ATP提供的，如植物对水分的吸收和运输，其动力来自叶片蒸腾作用产生的拉力。
10、典例剖析 典例2以下对生物体ATP的叙述中，正确的是(B)AATP与ADP是同一种物质的两种形态B动物细胞中，产生ATP的过程为呼吸作用CATP脱掉两个磷酸基团后为腺嘌呤脱氧核苷酸DATP和ADP的相互转化是两个完全可逆的过程解析：ATP(腺苷三磷酸)和ADP(腺苷二磷酸)是两种不同的物质，A错误；细胞呼吸可以产生能量，用于合成ATP，B正确；ATP脱掉两个磷酸基团后为腺嘌呤核糖核苷酸，C错误；ATP和ADP的相互转化，从物质来讲是可逆的，但从能量、场所、酶来讲是不可逆的，D错误。变式训练 2(2021深圳中学高一检测)如图为细胞中ATP与ADP相互转化示意图，下列有关叙述错误的是(D)A在一
11、个活细胞中，时刻进行着过程和B过程可为过程提供反应物C过程中需要的能量不是过程释放的D维持人体体温的热能主要来自过程中的能量解析：ATP为直接能源物质，在一个活细胞中，时刻进行着ATP与ADP的转化过程，A正确；ATP水解生成的ADP和Pi是ATP合成的反应物，B正确；过程为ATP的合成过程，需要的能量来自呼吸作用有机物分解所释放的能量或光合作用，C正确；维持人体体温的热能主要来自呼吸作用释放的热能，D错误。指点迷津拨云见日一、ATP和ADP的相互转化是不可逆的1ATP与ADP的相互转化反应式ATPADPPi能量能量PiADPATP类型水解反应合成反应条件水解酶合成酶场所活细胞内多种场所细胞质
12、基质、线粒体、叶绿体能量转化放能储能能量来源磷酸基团的脱离呼吸作用、光合作用能量去向用于各项生命活动储存于ATP中的特殊化学键中2ATP与ADP的转化式的含义细胞内ATP与ADP的循环过程，并不表示化学上的可逆反应。(1)从反应条件上看：由于酶具有专一性，因此，二者反应条件不同。(2)从反应场所上看：ATP的合成场所与分解场所不完全相同。(3)从能量来源上看：二者的能量来源不同。综上所述，ATP和ADP相互转化的过程应判断为“物质是可逆的，能量是不可逆的”或解释为“物质是可以循环利用的，能量是不能循环的”。提示：判断一个化学反应是不是可逆反应，不仅要看反应物和生成物是否相同，还要看反应的条件、
13、场所是否相同。典例3以下为ATP和ADP相互转化的示意图，对这一过程的叙述不正确的是(D)ATPADPPi能量A存在着能量的释放和储存B保证了生命活动的顺利进行C持续不断地在生物活细胞中进行D此过程物质与能量变化都是可逆的解析：该反应为ATP与ADP的相互转化，存在着能量的释放和储存，A正确；ATP释放的能量用于各项生命活动，保证了生命活动顺利进行，B正确；体内ATP的含量较少，可与ADP迅速转化，持续不断地在生物活细胞中进行，C正确；此过程物质变化是可逆的，而能量变化是不可逆的，D错误。二、ATP与DNA、RNA、核苷酸的联系ATP与DNA、RNA、核苷酸的结构中都含有“A”，但在不同物质中
14、“A”表示的含义不同，如图所示。(1)ATP中的A为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成。(2)DNA分子中的A为腺嘌呤脱氧核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子脱氧核糖和一分子磷酸组成。(3)RNA分子中的A为腺嘌呤核糖核苷酸，由一分子腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸组成。(4)核苷酸中的A为腺嘌呤。由此可见，它们的共同点是都含有腺嘌呤。典例4(2021河南省洛阳市高一) 在如图所示的四种化合物的化学组成中，与圆圈中“A”所对应的名称相符合的是(D)A腺嘌呤核糖核苷酸B腺苷C腺嘌呤脱氧核苷酸D腺嘌呤解析：ATP是由腺苷和3个磷酸基团构成的，腺苷是由一分子腺嘌呤和一分子核糖构成，图中圈出的是ATP中的一分子腺苷，A
15、错误；图代表DNA，A代表的是腺嘌呤脱氧核苷酸，B错误；图代表的是RNA，构成RNA的单位之一是腺嘌呤核糖核苷酸，C错误；图指的是核苷酸，一分子的核苷酸是由一分子的磷酸、一分子的五碳糖、一分子的含氮碱基组成，所以图指的是腺嘌呤，D正确。解疑答惑问题探讨P861提示：萤火虫发光的生物学意义主要是相互传递求偶信号，以便交尾，繁衍后代。2提示：萤火虫腹部后端细胞内的荧光素，是其特有的发光物质。3提示：有。萤火虫腹部细胞内一些有机物中储存的化学能，只有在转变成光能时，萤火虫才能发光。练习与应用P89一、概念检测1BATP中含有两个特殊化学键，与腺苷A直接相连的磷酸键为普通磷酸键。2D腺苷三磷酸(ATP
16、)为生物各项生命活动直接提供能量。3BATP是生命活动的直接能源物质，故细胞质和细胞核中都有ATP分布，A正确；ATP来源于光合作用和呼吸作用，故合成ATP所需的能量来源于光能和有机物中的化学能，B错误；ATP可以水解为ADP和磷酸，C正确；人体内ATP的含量并不高，但和ADP的相互转化是永不停息地进行着，故正常细胞中ATP和ADP的比值是相对稳定的，D正确。4C离子通过离子泵的跨膜运输需要载体蛋白和消耗能量，属于主动运输，是逆浓度梯度进行的，A、B错误；动物一氧化碳中毒减少能量的供应，进而会降低离子泵跨膜运输离子的速率，C正确；离子的跨膜运输需要载体蛋白，因此加入蛋白质变性剂会降低离子泵跨膜
17、运输离子的速率，D错误。二、拓展应用1提示：吸能反应：如葡萄糖和果糖合成蔗糖的反应，需要消耗能量，是吸能反应。这一反应所需要的能量是ATP水解时所释放的能量。放能反应：如丙酮酸的氧化分解，能够释放能量，是放能反应。这一反应所释放的能量除以热能的形式散失外，还用于ADP转化为ATP的反应，储存在ATP中。2提示：在储存能量方面，ATP同葡萄糖相比具有以下两个特点：ATP分子中含有的化学能比较少，一分子ATP转化为ADP时释放的化学能大约只是一分子葡萄糖分解释放能量的1/94；ATP分子中所含的是活跃的化学能，而葡萄糖分子中所含的是稳定的化学能。葡萄糖分子中稳定的化学能只有转化为ATP分子中活跃的
18、化学能才能被细胞利用。3提示：植物、动物、细菌和真菌等生物的细胞内都具有能量“货币”ATP，这可以从一个侧面说明生物界具有统一性，也反映种类繁多的生物有着共同的起源。训练巩固课堂达标1ATP在细胞内的含量及其生成是(D)A很多，很快B很少，很慢C很多，很慢D很少，很快解析：ATP是生物体中能量的“通用货币”，能够短时间储存能量并将能量迅速应用在生命活动中，因此需要快速生成，以满足生物体内不停的能量需求。ATP含量不大是因为：第一，ATP是体内多种反应的抑制剂，这些反应往往是生成ATP的反应，没有必要大量生成积累；第二，ATP活跃的结构也使其难以长期储存。2下面有关ATP和ADP的描述中，正确的
19、一项是(C)AATP在酶的作用下，可以连续脱下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转化为ADP不需要酶参加解析：ATP分子结构简式为APPP，不可以再加一个Pi；一般情况下，在酶的作用下，ATP可以脱下一个磷酸变成ADP，断裂一个特殊化学键，故A、B项错误；ATP与ADP的相互转化需要不同的酶催化，因此D项也不正确。3根据ATP与ADP相互转变的反应条件、能量来源和反应场所的不同，回答下列问题。(1)ADP转变成ATP时，属于合成反应，需要的酶属于！ 合成 #酶，所需能量是！ 太阳 #能或！ 化学 #能，其合成场
20、所是！ 细胞质基质、线粒体和叶绿体 #。(2)ATP转变成ADP时，属于水解反应，需要的酶属于！ 水解 #酶，所释放的化学能来自！ 特殊化学 #键，其水解场所是！ 每个活细胞内 #。(3)化学中可逆反应的特性是：可逆反应是在！ 相同 #条件下同时发生的。因此ATP与ADP可相互转变，而能量则不可逆。解析：(1)ADP与Pi转变成ATP时，属于合成反应，需要ATP合成酶，合成ATP所需的能量来源有两个，一是太阳能，一是有机物氧化分解释放的化学能。(2)ATP转变成ADP时，属于水解反应，在任何活细胞中都能发生，所释放的化学能来自特殊化学键。(3)化学中可逆反应的特性是：可逆反应是在相同条件下同时发生的。因此ATP与ADP可相互转变，而能量不可逆。