第2節(jié)細(xì)胞的能量“貨幣”ATP

【主干知識梳理】一、ATP的結(jié)構(gòu)與功能1．ATP的結(jié)構(gòu)(1)中文名稱：___________。(2)結(jié)構(gòu)簡式：____________。(3)符號含義：A代表_____，P代表_________，“～”代表_____________。腺苷三磷酸A—P～P～P磷酸基團(tuán)腺苷特殊的化學(xué)鍵2．ATP的特點(1)不穩(wěn)定：____________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__________。(2)高能量：ATP水解釋放的能量高達(dá)______

kJ/mol，是細(xì)胞內(nèi)的一種_______________。3．ATP的功能ATP能夠直接為生命活動提供能量，是驅(qū)動細(xì)胞生命活動的_____________。末端磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢能30.54

高能磷酸化合物直接能源物質(zhì)二、ATP和ADP之間的相互轉(zhuǎn)化1．相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)式：______________________________。2．相互轉(zhuǎn)化的特點(1)ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化時刻不停地發(fā)生，且處于_________之中。(2)ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化的_________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_______。3．合成ATP的能量來源(1)綠色植物：________、_________。(2)動物、人、真菌和大多數(shù)細(xì)菌等：________。動態(tài)平衡能量供應(yīng)統(tǒng)一性呼吸作用光合作用呼吸作用三、ATP的利用1．ATP利用的實例2．ATP功能的原理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)。磷酸基團(tuán)空間結(jié)構(gòu)活性三、ATP的利用1．ATP利用的實例水解合成(2)能量通過

在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間流通。ATP分子【教材微點發(fā)掘】1．ATP是生命活動的直接能源物質(zhì)，結(jié)合教材第86頁“相關(guān)信息”和下圖，回答下列問題：(1)ATP是____________的英文名稱縮寫，其結(jié)構(gòu)簡式是______________，其中A代表________，T代表______，表示含有3個磷酸基團(tuán)，P代表________，“—”代表普通化學(xué)鍵，“～”代表____________。由此可見ATP主要通過______________儲存能量。答案：腺苷三磷酸A—P～P～P腺苷三磷酸基團(tuán)特殊的化學(xué)鍵兩個特殊的化學(xué)鍵(2)ATP的組成元素有__________。若ATP完全水解，會得到____________(填成分)。答案：C、H、O、N、P腺嘌呤、核糖和磷酸(3)ATP中的“A”與堿基中的“A”是同一種物質(zhì)嗎？提示：不是。在ATP中，“A”代表腺苷(腺嘌呤＋核糖)；在堿基中，“A”代表腺嘌呤。2．下圖(參見教材第88頁圖5--7)為ATP為主動運輸供能示意圖，請按照過程順序排列____________________。(用箭頭和圖號表示)答案：圖1→圖3→圖23．把ATP比喻成能量的“貨幣”，此處的“貨幣”的含義有哪些？(參見教材第86頁《本節(jié)聚焦》)提示：(1)ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化，伴隨著能量的釋放和儲存。此外，ATP和ADP的數(shù)量還處于動態(tài)平衡之中。(2)ATP廣泛存在生物的各種細(xì)胞中，各類生物(植物、動物、細(xì)菌和真菌等)都能以ATP作為直接能源物質(zhì)，也反映了生物界的統(tǒng)一性，說明了多種多樣的生物都有共同的起源，就像貨幣在某國家內(nèi)可以流通一樣。(3)教材在闡述將ATP比喻為能量“貨幣”的原因時，是從ATP與吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)的關(guān)系入手的。放能反應(yīng)促進(jìn)ATP的合成(ADP與磷酸合成ATP，需吸能)；吸能反應(yīng)伴隨ATP的水解(ATP分解為ADP和磷酸，要放能)。也就是說，能量通過ATP分子在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間流通。(4)ATP可以重復(fù)使用，就像貨幣一樣。新知探究(一)

ATP分子的結(jié)構(gòu)【拓展·深化】1．ATP的元素組成與結(jié)構(gòu)2．不同化合物中“A”的辨析化合物結(jié)構(gòu)簡式“A”含義共同點ATP腺苷(由腺嘌呤和核糖組成)所有“A”的共同點是都含有腺嘌呤DNA腺嘌呤脫氧核苷酸RNA腺嘌呤核糖核苷酸核苷酸腺嘌呤【典題·例析】[典例1]天宮二號與神舟十一號飛船成功對接，宇航員在軌完成“太空養(yǎng)蠶”，如圖表示太空蠶——“秋豐白玉”體內(nèi)發(fā)生的兩個化學(xué)反應(yīng)。下列相關(guān)說法正確的是

(

)A．ATP分子中的A是由脫氧核糖和腺嘌呤組成的B．ATP中的能量可以來源于光能、化學(xué)能，也可以轉(zhuǎn)化為光能和化學(xué)能C．細(xì)胞中的吸能反應(yīng)一般與ATP的合成反應(yīng)相聯(lián)系D．乳酸菌細(xì)胞中不會發(fā)生圖中ATP與ADP間相互轉(zhuǎn)化的能量供應(yīng)機(jī)制[解析]

ATP分子中的A是由核糖和腺嘌呤組成的，A錯誤；光合作用過程中合成ATP的能量來源于光能，呼吸作用過程中合成ATP能量來源于化學(xué)能，ATP水解釋放的能量也可以轉(zhuǎn)化成光能(如螢火蟲發(fā)光)和化學(xué)能(如合成蛋白質(zhì))，B正確；細(xì)胞中的吸能反應(yīng)一般與ATP的水解反應(yīng)相聯(lián)系，C錯誤；乳酸菌細(xì)胞中會發(fā)生圖中ATP與ADP間相互轉(zhuǎn)化的能量供應(yīng)機(jī)制，D錯誤。[答案]

B[典例2]在下列四種化合物的化學(xué)組成中，大圓圈中所對應(yīng)的含義最接近的是(

)A．①和②

B．①和④C．③和④ D．②和④[解析]①④中大圓圈都表示腺嘌呤核糖核苷酸，②中A表示腺嘌呤，③中A表示腺嘌呤脫氧核糖核苷酸。故選B。[答案]

B歸納拓展ATP與核糖核苷酸的關(guān)系組成ATP和核苷酸的元素是相同的，都是C、H、O、N、P。ATP中存在一個普通磷酸鍵和兩個特殊的化學(xué)鍵。破壞了兩個特殊的化學(xué)鍵，剩余的部分就是一分子的腺嘌呤核糖核苷酸?！緫?yīng)用·體驗】1．(2021·聊城高一月考)下列關(guān)于細(xì)胞的能量“貨幣”——ATP的敘述，正確的是(

)A．ATP中的“T”代表胸腺嘧啶核苷酸B．ATP中遠(yuǎn)離“A”的特殊的化學(xué)鍵易水解C．ATP的結(jié)構(gòu)簡式可表示為A—P—P—PD．細(xì)胞中ATP的含量少，化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定解析：ATP中的“T”代表三個(磷酸基團(tuán))，A錯誤；ATP中遠(yuǎn)離“A”的特殊的化學(xué)鍵易水解，B正確；ATP的結(jié)構(gòu)簡式可表示為A—P～P～P，C錯誤；細(xì)胞中ATP的含量少，但其化學(xué)性質(zhì)活躍，D錯誤。答案：B2．如圖表示ATP的結(jié)構(gòu)，下列相關(guān)說法正確的是

(

)A．b鍵斷裂后形成ADP和PiB．圖中的3表示ATP中的字母AC．由1、2、3各一分子形成的物質(zhì)是組成DNA的基本單位D．組成ATP的化學(xué)元素是C、H、O、N、P解析：a鍵斷裂后形成ADP和Pi，A錯誤；圖中3表示腺嘌呤，2與3結(jié)合為腺苷，即ATP中的A，B錯誤；由1、2、3各一分子形成的物質(zhì)是組成RNA的基本單位之一，C錯誤；ATP的組成元素為C、H、O、N、P，D正確答案：D

新知探究(二)

ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化及ATP的利用【探究·深化】[問題驅(qū)動]

ATP為生命活動提供能量離不開與ADP的相互轉(zhuǎn)化。下圖表示ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化過程，請結(jié)合該圖分析：

1．寫出ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)式：_______________________。2．轉(zhuǎn)化的過程分析(1)ATP的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，在有關(guān)酶的催化作用下，ATP(A—P～P～P)分子中______的那個特殊的化學(xué)鍵容易斷裂，遠(yuǎn)離A的那個磷酸基團(tuán)就脫離下來，形成游離的___(磷酸)，同時，儲存在這個特殊的化學(xué)鍵中的_____釋放出來，ATP就轉(zhuǎn)化成ADP(分子簡式：________)。(2)在有關(guān)酶的催化作用下，ADP可以接受_____，同時與一個游離的___結(jié)合，重新形成ATP(A—P～P～P)。遠(yuǎn)離APi能量A—P～P能量Pi(3)ATP水解釋放的能量是儲存在_____________內(nèi)的化學(xué)能，釋放出來后供利用；_____________合成ATP的能量主要來源于呼吸作用分解的______中的化學(xué)能和光合作用吸收的_____。3．下列過程需要ATP水解提供能量的是____________。①主動運輸②生物發(fā)光、發(fā)電③肌肉收縮④淀粉合成⑤大腦思考⑥根細(xì)胞吸收水分

①②③④⑤特殊的化學(xué)鍵各項生命活動有機(jī)物光能[重難點撥]

1．ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化是不可逆的過程

2．細(xì)胞的能源物質(zhì)歸納(1)能源物質(zhì)：糖類、脂肪、蛋白質(zhì)、ATP。(2)主要能源物質(zhì)：糖類。(3)儲能物質(zhì)：脂肪、淀粉(植物細(xì)胞)、糖原(動物細(xì)胞)。(4)主要儲能物質(zhì)：脂肪。(5)直接能源物質(zhì)：ATP。(6)最終能量來源：太陽能。A．①過程和②過程所需的酶都是一樣的B．①過程的能量可供各項生命活動利用，②過程的能量來自糖類等有機(jī)物的氧化分解C．①過程和②過程時刻發(fā)生，處于動態(tài)平衡之中D．ATP中的能量可來源于光能、熱能，也可以轉(zhuǎn)化為光能、熱能[解析]

①過程為水解酶催化的水解反應(yīng)，②過程為合成酶催化的合成反應(yīng)，A錯誤；①過程釋放的能量可供各項生命活動利用，②過程的能量可來自呼吸作用分解糖類等有機(jī)物釋放的能量，在綠色植物中還可來源于光合作用吸收并轉(zhuǎn)化的光能，B錯誤；生物體內(nèi)ATP的水解與合成時刻發(fā)生，處于動態(tài)平衡之中，C正確；ATP中的活躍化學(xué)能可來源于光能，但不能來源于熱能，ATP中的活躍化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為光能、熱能、機(jī)械能、電能等多種形式的能，D錯誤。[答案]

C[典例2]下列有關(guān)ATP的敘述錯誤的是

(

)A．ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化保證了機(jī)體對能量的需求B．圖中兩次ATP的水解，后者能量可用于各項生命活動C．圖中兩次合成ATP，前者能量來源于光能且在人體細(xì)胞中不會發(fā)生D．ATP由3個磷酸基團(tuán)和1個腺嘌呤構(gòu)成[解析]

細(xì)胞中ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化時刻不停地發(fā)生并且處于動態(tài)平衡之中，保證了機(jī)體對能量的需求，A正確；圖中兩次ATP的水解，前者能量儲存在有機(jī)物中，后者能量可用于各項生命活動，B正確；圖中兩次合成ATP，前者ATP的合成是通過光合作用，所需能量來源于光能，在人體細(xì)胞中不會發(fā)生，C正確；一分子ATP由3個磷酸基團(tuán)和1個腺苷(由腺嘌呤和核糖結(jié)合而成)構(gòu)成，D錯誤。[答案]

D【應(yīng)用·體驗】1．ATP是細(xì)胞內(nèi)的能量“貨幣”。下列關(guān)于ATP的說法中，錯誤的有

(

)①細(xì)胞中的吸能反應(yīng)一般與ATP的合成相聯(lián)系②線粒體是藍(lán)細(xì)菌和黑藻細(xì)胞產(chǎn)生ATP的主要場所③ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)④ATP在植物、動物和微生物體內(nèi)的來源均相同A．2項 B．3項C．4項 D．1項解析：細(xì)胞中的吸能反應(yīng)一般與ATP的水解相聯(lián)系，①錯誤；藍(lán)細(xì)菌是原核生物，沒有線粒體，②錯誤；ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)不是一個可逆反應(yīng)，③錯誤；不同生物體內(nèi)的ATP來源不同，動物和絕大多數(shù)細(xì)菌通過呼吸作用合成ATP，植物的呼吸作用和光合作用都能合成ATP，④錯誤。故選C。答案：C2．ATP－ADP循環(huán)的示意圖如下。下列敘述正確的是

(

)A．能量①只能來自化學(xué)能B．蛋白質(zhì)的合成過程需要反應(yīng)①供能C．反應(yīng)②中ATP中的特殊的化學(xué)鍵都斷裂D．能量②可用于乳酸在人體肝臟中再生成葡萄糖解析：能量①可來自光能、化學(xué)能，A錯誤；蛋白質(zhì)的合成需要ATP提供能量，即需要反應(yīng)②供能，B錯誤；ATP的結(jié)構(gòu)簡式為A—P～P～P，含有2個特殊的化學(xué)鍵，反應(yīng)②中有一個特殊的化學(xué)鍵斷裂，C錯誤；乳酸在人體肝臟中再生成葡萄糖消耗能量，需要反應(yīng)②提供能量，D正確。答案：

D

科學(xué)視野——生命活動的直接能源物質(zhì)ATP是生命活動最主要的直接能源物質(zhì)，但不是唯一的直接能源物質(zhì)，除ATP外，還有UTP、GTP和CTP。UTP是由一個尿嘧啶、一個核糖、三個磷酸連接而成的；GTP是由一個鳥嘌呤、一個核糖、三個磷酸連接而成的；CTP是由一個胞嘧啶、一個核糖、三個磷酸連接而成的。每個分子去掉兩個磷酸后都是構(gòu)成RNA的基本單位，它們的關(guān)系如下圖所示：這四種物質(zhì)中，其中ATP是生物體的直接能源物質(zhì)，就是說你在運動，吸收氨基酸、葡萄糖等營養(yǎng)物質(zhì)時都會消耗ATP，ATP是能量“貨幣”。GTP可用于合成蛋白質(zhì)，CTP可用于合成脂質(zhì)，UTP可用于合成多糖。另外，ATP中的核糖若改變?yōu)槊撗鹾颂?，就轉(zhuǎn)變?yōu)閐ATP(脫氧腺苷三磷酸)?！舅仞B(yǎng)評價】1．ATP、GTP、CTP和UTP是細(xì)胞內(nèi)四種高能磷酸化合物，它們徹底水解的產(chǎn)物只有堿基不同，下列相關(guān)敘述錯誤的是

(

)A．ATP是細(xì)胞內(nèi)唯一的直接能源物質(zhì)B．一分子GTP中有2個特殊的化學(xué)鍵和1個普通磷酸鍵C．CTP中的“C”是由胞嘧啶和核糖構(gòu)成的D．UTP徹底水解的產(chǎn)物有尿嘧啶、磷酸和核糖解析：ATP是細(xì)胞內(nèi)的直接能源物質(zhì)，但不是唯一的，少數(shù)由GTP、CTP和UTP提供能量，A錯誤；GTP結(jié)構(gòu)與ATP相似，故一分子GTP中有2個特殊的化學(xué)鍵和1個普通磷酸鍵，B