第2节细胞的能量“货币”ATP
内容标准要求核心素养对接学业质量水平
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。
水平一2.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。
水平二
研读教材·梳理探究
ATP分子的结构及特点
———————————————知识梳理———————————————1.ATP的分子结构
2.ATP的名称与简式
[典例1]下列关于ATP的叙述中，错误的是()
A.ATP分子中含有三个特殊化学键
B.正常细胞中ATP与ADP的比值在一定范围内变化
C.ATP分子水解掉两个磷酸基团后变成腺嘌呤核糖核苷酸
D.ATP中的“A”与构成DNA、RNA中的碱基“A”表示的不是同一种物质
解析ATP分子是由一个腺苷和三个磷酸基团构成的，它含有一个普通磷酸键和两个特殊化学键，水解掉两个磷酸基团后变成腺嘌呤核糖核苷酸，A错误，C正确；细胞中ATP的含量不多，但能不断地合成和水解，从而保证细胞中稳定的供能环境，B正确；ATP分子中的“A”代表腺苷，而DNA、RNA中的碱基“A”表示腺嘌呤，D正确。
答案 A
联想质疑
★ATP的分子结构
1.ATP中含有的能量是什么能？主要储存在哪些部位？
提示：化学能；特殊的化学键。
2.20个腺苷和60个磷酸最多可以组成多少个ATP？这些ATP分子中所含的特殊的化学键有多少个？
提示：20；40。
ATP与ADP的相互转化及利用———————————————知识梳理———————————————
一、ATP与ADP的相互转化
1.ATP与ADP转化的实质：ATP中能量的储存与释放主要通过末端磷酸基团的结合和脱离来实现。
2.转化的过程
(1)ATP水解产物：
二磷酸腺苷(ADP)和无机磷酸(Pi)，同时释放出能量。
(2)转化的反应式：ATP 酶1
酶2ADP＋Pi＋能量。
(3)细胞内ATP含量与转化特点
含量很少但转化迅速，细胞内ATP含量总处于动态平衡的状态，从而保证了能量的持续供应。
(4)合成ATP所需能量的来源：
所有活细胞均可通过细胞呼吸释放的能量合成ATP
①人、动物、真菌、大多数细菌：来自细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能量。
②绿色植物：除来自呼吸作用所释放的能量，还可以来自光能。
二、ATP的生理功能
1.细胞中绝大多数消耗能量的生命活动是由ATP直接供能。
2.功能举例
———————————————素养提升———————————————
生命观念——ATP与ADP的相互转化与利用
如图为ATP与ADP的相互转化示意图，请回答下列问题：
(1)图中的酶1和酶2相同吗？
提示不相同。酶1催化ATP的合成，是一种合成反应，属于合成酶；酶2催化ATP的水解，是一种水解反应，属于水解酶。
(2)ATP发生水解和合成反应时能量的变化是否相同？
提示不相同。能量的变化是：ATP发生水解时释放能量，合成ATP时储存能量。
(3)ATP是细胞的能量“通货”，为什么还说细胞的主要能源物质是糖类？它们有何内在联系？
提示糖类是主要的能源物质，但糖类氧化分解时所释放的能量需转移到ATP 中，方可被用于各种耗能反应，事实上，细胞中ATP形成时所需能量正是源于多种生化反应所释放的能量。
(4)生物体的各种生命活动都需要能量，因此生物体内储存着很多的ATP，这种说法是否正确？为什么？
提示不正确。生物体活细胞中ATP和ADP在不停地相互转化，这既可避免一时用不尽的能量白白流失掉，又保证了及时供应生命活动所需的能量，因此生物
体内并没有储存较多的ATP。
[典例2]如图表示ATP与ADP之间的转化图，下列分析错误的是()
A.A为ATP，B为ADP
B.能量1和能量2来源不同
C.酶1和酶2是同一种酶
D.C1和C2是同一种物质
解析在水解酶的作用下，ATP远离腺苷A的那个磷酸基团脱离形成磷酸，同时储存的能量释放出来，ATP转化成ADP; 在另一种酶的催化作用下，ADP可以吸收能量，与磷酸结合形成ATP。分析图示可知，A为ATP，B为ADP，C1、C2都为磷酸。
答案 C
【一题多变】
(1)从两个相邻磷酸基团之间特殊化学键的稳定性方面分析，为什么ATP与ADP 间能迅速地相互转化？
提示因为末端磷酸基团稳定性较低，当ATP在ATP酶的作用下水解时，脱离下来的磷酸基团使能量与其他分子结合，从而使之发生变化，容易合成也容易水解。
(2)如果图中的变化发生于人体的骨骼肌，能量2来自哪里？能量1又用于哪些过程？
提示能量2来自呼吸作用，能量1用于骨骼肌的收缩及其他一些吸能反应。
联想质疑
★在剧烈运动时，每小时约要消耗30 kg ATP，但ATP在细胞内含量很少，转化速度很快！
★萤火虫的发光，电鳗的放电都伴随着ATP和ADP的转化。
★ATP与ADP的相互转化。
★ADP转化成ATP时能量的主要来源
课堂小结
随堂检测
1.ATP在一定条件下很容易断裂和重新形成的化学键是()
A.A与P之间的化学键
B.前两个P之间特殊化学键
C.离A较近的那个特殊化学键
D.远离A的那个特殊化学键
解析ATP分子中远离腺苷的那个特殊的化学键易断裂，也容易重新形成。答案 D
2.下图表示ATP的结构，相关叙述正确的是()
A.b键断裂后形成ADP和Pi
B.图中的3表示ATP中的字母A
C.由1、2、3各一分子形成的物质是组成DNA的基本单位
D.组成ATP的化学元素是C、H、O、N、P
解析图中3是腺嘌呤，a键断裂后形成ADP和Pi，由1、2、3各一分子形成的物质是组成RNA的基本单位。
答案 D
3.ATP分子在细胞内能够释放能量和储存能量，从结构上看，其原因是()
①腺嘌呤核苷很容易吸收能量和释放能量②三个磷酸基团很容易从ATP上脱离和结合③远离腺苷的磷酸基团很容易从ATP上脱离，使ATP转变成ADP
④ADP可以迅速地与磷酸结合，吸收能量形成特殊的化学键，使ADP转变成ATP
A.①③
B.③④
C.②④
D.①④
解析从ATP的结构简式A—P～P～P可知，分子中含有两个特殊的化学键。末端的特殊的化学键很容易吸收能量和释放能量，①错误；末端的磷酸基团很容易从ATP上脱离和结合，②错误；在酶的作用下，末端的磷酸基团很容易从ATP 上脱离，使ATP转变成ADP，③正确；ADP可以迅速地与磷酸基团结合，吸收能量形成第二个特殊的化学键，使ADP转变成ATP，④正确。
答案 B
4.下列关于ATP与ADP相互转化的叙述，正确的是()
A.ATP和ADP相互转化是一种可逆反应
B.细胞可以利用热能将ADP转化为ATP
C.ATP转化成ADP时，所有的特殊化学键都断裂
D.动植物、细菌和真菌的细胞内都是以ATP作为能量“通货”的，说明了生物界具有统一性
解析ATP和ADP相互转化所需的酶不同，不是可逆反应；ADP转化为ATP时的能量来自呼吸作用和光合作用，热能不能转化为ATP中的能量；ATP转化成ADP时是末端的特殊化学键断裂。
答案 D
课时作业
(时间：30分钟)
知识点1ATP分子结构与特点
1.萤火虫尾部发光，是荧光素接受ATP中的能量后，将化学能转化成光能所致，这个化学能来自中的哪个化学键()
A.①②
B.②③
C.①
D.③
解析ATP的化学性质不稳定，在有关酶的作用下，ATP末端的那个特殊化学键很容易水解且水解时能释放出大量的能量供给生命活动利用。在萤火虫体内，给荧光素提供能量的是远离腺苷的那个特殊化学键。
答案 D
2.下列关于ATP的叙述，与事实不符的是()
A.合成ATP所需的能量由磷酸提供
B.细胞质和细胞核中都有ATP分布
C.ATP可以水解为一个核苷酸和两个磷酸
D.正常细胞中ATP与ADP的比值在一定范围内波动
解析合成ATP所需的能量来自于光合作用中的光能或者是来自于细胞呼吸中的化学能；只要是需要ATP的场所均有ATP的分布；ATP可以水解为腺嘌呤核糖核苷酸和两个磷酸；ATP与ADP的含量比值在一定范围内波动。
答案 A
3.当你品尝各种美味佳肴时，你可能不得不感谢ATP这种化学物质。新的研究显示，ATP这种传统上与细胞能量供应相关的物质在把食物的味道信息传递给大脑的过程中起到了关键的作用。据以上信息我们不能推出的结论是()
A.ATP与能量供应相关
B.作为信息分子的ATP不能提供能量
C.ATP也可作为信息传递分子
D.神经细胞膜外表面可能有ATP的受体
答案 B
4.1分子ADP含有腺苷、磷酸基团和特殊化学键的数目依次是()
A.1、2、2
B.1、2、1
C.2、1、2
D.2、1、1
解析ADP是二磷酸腺苷，它的分子式可以简写成A—P～P，从分子式中可以看出ADP比ATP少了一个磷酸基团和一个特殊化学键，关于ATP、ADP、AMP的关系可以表示如下图：
答案 B
知识点2ATP与ADP的转化及利用
5.ATP和ADP在细胞中的含量都很少。但一个成年人在安静状态下，24 h内竟有
40 kg的ATP发生转化，这说明()
A.ATP在人体细胞中分布广泛
B.ATP容易分解成ADP
C.ATP容易合成ADP而储存起来
D.ATP和ADP的相互转化十分迅速
解析ATP和ADP在细胞中含量很少，但一个成年人在安静状态下24 h内有40 kg ATP发生转化，证明ATP与ADP的相互转化十分迅速。
答案 D
6.下列有关人体细胞内ATP的叙述，正确的是()
A.寒冷时，细胞产生ATP的速率下降
B.紧张状态下，细胞内ATP的合成速率大大超过分解速率
C.剧烈运动时，肌肉细胞产生ATP的速率迅速加快
D.饥饿时，细胞内ATP的合成速率大大超过分解速率
解析为维持体温，寒冷时，细胞产生ATP的速率上升；ATP和ADP的转化处于动态平衡中，细胞内ATP的合成速率不会大大超过分解速率；剧烈运动时，消耗能量增加，肌肉细胞产生ATP的速率迅速加快。
答案 C
7.下列有关能量的表述，正确的是()
A.正常情况下，生物体的最终能量来源、主要能源物质、储备能源物质、直接能源物质分别是光能、糖类、蛋白质、ATP
B.消化道内蛋白质的消化会使ADP含量增加
C.细胞膜主动运输消耗的能量不是由ATP水解提供的
D.每克脂肪储存的能量多于每克糖类的主要原因是脂肪分子中含C、H比例高
答案 D
8.某人脑溢血后导致右侧肢体偏瘫，为尽快改善患者的新陈代谢，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.口服钙片
C.服用多种维生素液
D.肌肉注射ATP制剂
解析ATP是人体生命活动的直接能源物质。在实际生活中，常作为一种药品，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，心肌炎等疾病。
答案 D
9.在某细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子，短时间内分离出细胞的ATP，发现其含量变化不大，但部分ATP的末端磷酸基团已带上放射性标记。该现象不能说明()
A.ATP是细胞内的直接能源物质
B.部分32P标记的ATP是重新合成的
C.ATP末端的磷酸基团容易脱离
D.该过程中ATP既有合成又有分解
解析该现象ATP含量变化不大，但部分ATP的末端磷酸基团已带上放射性标记，说明部分标记的ATP是新合成的。末端的磷酸基团带上标记，说明ATP末端的磷酸基团容易脱离。含量变化不大说明该过程中既有ATP合成又有分解。答案 A
10.下列哪些过程会使细胞中ADP的含量增加()
①葡萄糖进入红细胞②血红蛋白变成氧合血红蛋白③K＋、Na＋进入小肠绒毛上皮细胞④原尿中葡萄糖进入肾小管上皮细胞
A.①③
B.③④
C.②③
D.①④
解析葡萄糖进入红细胞属于协助扩散，氧气扩散进入红细胞中与血红蛋白结合形成氧合血红蛋白的过程属于自由扩散，两者都不需要消耗ATP，所以ADP的含量不会增加；而K＋、Na＋进入小肠绒毛上皮细胞和原尿中葡萄糖进入肾小管上皮细胞都属于主动运输过程，需要消耗ATP，所以ADP的含量增加。
答案 B
11.分析ATP与ADP相互转化示意图(如图所示)，下列有关说
法正确的是()
A.若图中Pi代表磷酸，则B为ADP，C为ATP
B.在B→C的反应中，产生的E2来源于高能磷酸键的断裂释放出的能量
C.E1不是物质，对于人、动物、真菌、植物和细菌来说，E1来自细胞呼吸
D.C→B与B→C都可以伴随着放能反应和吸能反应
解析若图中Pi代表磷酸，则B为ATP，C为ADP。E1、E2为能量；对于人、动物、真菌和大多数细菌来说，E1来自呼吸作用，对于绿色植物来说，则来自光合作用和呼吸作用。C→B为合成ATP的过程，伴随着放能反应；而B→C表示
ATP的水解过程，伴随着吸能反应。
答案 B
12.下图表示ATP水解产生ADP的过程。请回答下列问题。
(1)图中A表示________，P代表________，ATP脱去两个磷酸基后可作为________(物质)基本结构单位的一种。
(2)图中①表示________，其中蕴藏着________。
(3)图中②表示________的过程，其作用是_______________________________。
(4)催化该过程的酶与催化ATP生成的酶________(“是”或“不是”)同一种酶。解析(1)由ATP的结构简式可知，A表示腺苷、P表示磷酸基团、①代表特殊化学键，ATP水解掉两个特殊化学键后形成的腺嘌呤核糖核苷酸可作为形成RNA 的原料。(2)特殊化学键中蕴藏有大量能量。(3)特殊化学键水解时，可释放大量能量供生命活动所需。(4)催化ATP水解与生成的酶不同。
答案(1)腺苷磷酸基团RNA(2)特殊化学键大量化学能(3)特殊化学键水解释放能量为生命活动提供能量(4)不是
13. 根据下列能量释放、转移和利用的模式图，回答有关问题：
(1)在一般情况下，人体生理活动所需能量都是通过分解________等能源物质获得的。
(2)上述过程产生的能量，一部分以________的形式散失，一部分以化学能的形式储存在B里，B代表________，B是由ADP和C________结合而来。
(3)储存在B内的能量释放后供人体各项生理活动所需，除了肌肉收缩及吸收和分泌外，还可供D________及E________等生理活动的需要。
解析 本题为识图作答题。因此，首先应明确图解的含义：糖类、脂质、蛋白质等能源物质经氧化分解释放能量，释放出的能量一部分以热能的形式散失，另一
部分贮存在ATP 中，即：ADP ＋Pi ＋能量――→酶ATP 。ATP 又可断裂远离腺苷的那
个特殊化学键释放能量，即：ATP ――→酶ADP ＋Pi ＋能量，ATP 水解释放的能量可
用于人体的各项生命活动，如肌肉收缩、生物发电和发光、大脑思考、吸收和分泌等。
答案 (1)糖类、脂质、蛋白质 (2)热能 ATP 磷酸(Pi) (3)生物发电和发光 大脑思考(合理即可)
14.用小刀将数十只萤火虫的发光器割下，干燥后研成粉末状，取两等份分别装入两只小玻璃管中，各加入少量的水，使之混合，可见到玻璃管中发出淡黄色荧光，约过15 min 荧光消失，如下图。再将ATP 溶液加入其中一只玻璃管中，将葡萄糖溶液加入另一只玻璃管中，发现加ATP 溶液的玻璃管中发出荧光，而加葡萄糖溶液的玻璃管中不发荧光。
(1)向A 、B 两管中加水后，两管均发荧光，这能说明水对生物正常的生命活动有何重要意义？这也说明了发光器研磨成的粉末中含有哪种物质？
_____________________________________________________________________。
(2)上述对照实验说明：
①萤火虫发光是将________能转变成________能的过程；
②这一过程所需的能量由________直接提供；
③________不是生命活动的直接能源物质。
(3)若向刚切下的萤火虫的发光器上滴加葡萄糖溶液，你认为会发荧光吗？为什
么？
_____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。解析发光器之所以发光是因其内有荧光素和荧光素酶，该过程需要ATP作为直接供能物质提供能量，而葡萄糖不是直接供能物质。刚切下的萤火虫发光器，构成它的细胞可利用葡萄糖氧化分解释放能量，合成ATP，以供发光利用，这一系列反应能够发生，还必须提供一个液体环境。
答案(1)生物体内许多重要的生物化学反应均要在水中才能进行。粉末中含有少量的ATP
(2)①化学光②ATP③葡萄糖
(3)会发荧光。因为葡萄糖进入组成发光器的细胞中后可被氧化分解，使细胞中生成ATP供发光用