高中生物第五章细胞的能量供应和利用第2节细胞的能量“通货”学案新人教版
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第2节 细胞的能量“通货”——ATP
[学习目标] 1.说出ATP的结构。2.阐述ATP与ADP之间的相互转化。3.举例说明ATP在细胞代谢中的作用。
一、ATP的结构与功能
1．ATP的名称与简式
ATP 中文名称：三磷酸腺苷结构简式：A—P～P～P符号含义 A：腺苷 核糖腺嘌呤P：磷酸基团～：高能磷酸键
2．特点
(1)高能量：ATP水解释放的能量多达30.54kJ/mol，是细胞内的一种高能磷酸化合物。
(2)不稳定：ATP分子中远离A的那个高能磷酸键很容易水解，释放能量。
(3)ATP在细胞内含量很少，但转化是十分迅速的。
3．ATP的功能
是细胞生命活动的直接能源物质。
归纳总结 (1)ATP是一种物质，不是能量，能量储存在ATP中。
(2)ATP的结构特点可总结为“一个腺苷、两个高能磷酸键、三个磷酸基团”。
(3)ATP脱去一个磷酸基团成为ADP，再脱去一个磷酸基团就成为RNA的基本单位之一——腺嘌呤核糖核苷酸。
例1 (2017·辽宁期末)下列有关ATP的叙述，错误的是( )
A．ATP的元素组成是C、H、O、N、P
B．ATP断裂了所有高能磷酸键后可作为合成RNA的基本单位之一
C．ATP中的“A”是指腺嘌呤
D．ATP的高能磷酸键中储存着大量的能量
答案 C
解析 ATP的中文名称是三磷酸腺苷，结构式可简写为A—P～P～P，A代表腺苷，～代表高能磷酸键，高能磷酸键中储存着大量的能量；ATP断裂了所有高能磷酸键后是腺嘌呤核糖核苷酸，是构成RNA的基本单位之一。
例2 ATP分子在细胞内能释放能量、储存能量，从结构上看(以腺苷为基点)，其原因是( )
①腺苷很容易吸收和释放能量 ②第三个高能磷酸键极容易断裂和形成 ③第三个磷酸基团很容易从ATP上脱离，第二个高能磷酸键断裂，使ATP转化为ADP ④ADP可以迅速与磷酸结合，吸收能量形成第二个高能磷酸键，使ADP转化为ATP
A．①③ B．②④
C．③④ D．①④
答案 C
解析 从ATP的分子结构简式可知，ATP分子中含有2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(第二个高能磷酸键)断裂，形成ADP和Pi(磷酸)，并将储存的能量释放出来；当细胞内ATP含量过少时，ADP在另一种酶的作用下，接受能量，与一个磷酸结合，从而转化成ATP，此时接受的那部分能量则储存在远离腺苷(A)的那个高能磷酸键中，该键在一定条件下很容易断裂或重新形成，从而保证了细胞能量的持续供应。
二、ATP和ADP的相互转化及ATP的利用
1．ATP与ADP的相互转化
反应式 ATP酶――→酶ADP＋Pi＋能量 ADP＋Pi＋能量酶――→酶 ATP
场所 生物体的需能部位 细胞质基质、线粒体、叶绿体
物质变化 水解反应 合成反应
能量变化 释放能量 吸收能量
能量来源 高能磷酸键 细胞呼吸、光合作用
特点 时刻不停地发生，并且处于动态平衡之中
总反应式：ATP酶1酶2ADP＋Pi＋能量
特别提醒 ATP和ADP相互转化时，反应所需要的酶、能量的来源和去路、反应的场所不同，因此二者的转化不是可逆的，从两者相互转化的反应式来看，“物质是可逆的，但能量不可逆”。
2．ATP的利用
(1)利用ATP的实例
(2)ATP是细胞内流通的能量“通货”
①化学反应中的能量变化与ATP的关系
吸能反应：一般与ATP的水解相联系放能反应：一般与ATP的合成相联系
②能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。
特别提醒 (1)ATP是生物体进行生命活动的直接能源物质，储存在ATP中的化学能可以转化为光能、电能、机械能、化学能等。
(2)常见的消耗能量的生理过程：主动运输、蛋白质合成、胞吞、胞吐、细胞分裂等。
(3)常见的不消耗能量的生理过程：自由扩散、协助扩散、气体交换、渗透作用、蒸腾作用等。
例3 关于“ATP酶①酶②ADP＋Pi＋能量”的叙述中，正确的是( )
A．ATP与ADP是同一种物质的两种形态
B．①过程和②过程发生的场所是一样的
C．细胞内ATP含量很多，从而保证了生命活动所需能量的持续供应
D．ADP、ATP的相互转化，使细胞内的ATP含量处于动态平衡之中
答案 D
解析 ATP、ADP是两种不同的物质；①过程发生在细胞内需能部位，而②过程发生在线粒体、叶绿体、细胞质基质等部位。ATP含量很少但在细胞内转化迅速。
例4 ATP是细胞中重要的高能磷酸化合物。下列有关ATP的叙述，错误的是( )
A．线粒体合成的ATP可在细胞核中发挥作用
B．物质通过协助扩散进出细胞时需要消耗ATP
C．细胞中由氨基酸合成新的肽链需要ATP提供能量
D．植物根细胞吸收矿质元素离子所需的ATP来源于细胞呼吸
答案 B
解析 细胞核无法进行细胞呼吸，其需要的ATP主要由线粒体提供，A项正确；协助扩散需要载体蛋白的参与，但不消耗能量，B项错误；蛋白质的合成需要ATP提供能量，C项正确；植物根细胞吸收矿质元素离子的方式是主动运输，其消耗的能量来自细胞呼吸产生的ATP，D项正确。
1．下列叙述，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)ATP含有3个高能磷酸键，但是只有一个高能磷酸键会发生断裂( )
(2)ATP中的A不代表腺嘌呤，当再脱去两个磷酸基团后，形成的物质为RNA的基本单位之一( )
(3)人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡( )
(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)酶的合成需要ATP供能，此ATP来自于光合作用和细胞呼吸( )
(6)ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)× (6)√
2．下图表示与ATP相关的部分结构示意图，下列分析中正确的是(
)
A.a表示ADP，与ATP相比少了一个磷酸基团
B．b表示腺嘌呤核苷，是ATP中“A”代表的含义
C．c表示腺嘌呤核糖核苷酸，它是构成RNA的基本单位
D．d表示ATP，是生物体的直接供能物质
答案 D
解析 a是由核糖和腺嘌呤组成的腺苷，要比ATP少了三个磷酸基团，A项错误；b表示的是RNA的基本单位之一——腺嘌呤核糖核苷酸，而ATP中“A”的含义是腺苷，B项错误；c表示ATP失去一个磷酸基团的产物——ADP，而非RNA的基本单位，C项错误；d表示ATP，是生物体的直接供能物质，D项正确。
3．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“P”已带上放射性标记，该现象不能说明( )
A．ATP中远离“A”的“P”容易脱离
B．部分32P标记的ATP是重新合成的
C．ATP是细胞内的直接能源物质
D．该过程中ATP既有合成又有水解
答案 C
解析 短时间内ATP的末端“P”被标记，说明远离“A”的“P”容易脱离与重新合成；ATP含量变化不大，但有新的ATP生成，所以ATP既有水解也有合成；题干中的实验未涉及ATP的利用，所以不能说明ATP是直接能源物质。
4．动物体细胞内ATP水解所释放的能量不可能用于( )
A．物质的吸收 B．物质的合成
C．有机物的氧化分解 D．肌肉收缩
答案 C
解析 有机物的氧化分解释放能量。
5．如图所示ADP转化成ATP时所需能量的主要来源示意图，据图完成下列问题：
(1)1分子ATP中含有________个高能磷酸键。
(2)图中的a、b分别代表________、________。
(3)c指________________________________________________________________________。
(4)在动物肌细胞中，进行②反应时，能量来自______________________________________。
(5)①②反应进行时所需要的酶一样吗？为什么？
______________________________________________________________________________。
(6)进行①反应时能量用于________，进行②反应时能量用于____________，由此可见能量是________________，物质是________________。
答案 (1)2 (2)细胞呼吸 光合作用 (3)生命活动
(4)储存在ATP中的高能磷酸键中的化学能
(5)不一样，因为①和②是两个不同的反应，而酶具有专一性 (6)合成ATP 各项生命活动
不可逆的 可逆的
解析 (1)ATP的结构简式为A—P～P～P，故1分子ATP中含有2个高能磷酸键。(2)合成ATP时，绿色植物需要的能量来自于光合作用和细胞呼吸，动物和人需要的能量则来自于进行细胞呼吸时有机物的氧化分解。(3)ATP水解释放的能量用于细胞的各项生命活动。(4)②反应为ATP的水解反应，释放的能量来自于储存在ATP中的高能磷酸键中的化学能。(5)由于酶具有专一性，不同的反应，所需酶的种类也不同。(6)①反应为ATP的合成反应，其能量储存在ATP中。②反应为ATP的水解反应，释放的能量用于生物体的各项生命活动。在ATP与ADP的相互转化中，物质是可逆的，但能量是不可逆的。
[对点训练]
题组一 ATP的结构和功能
1．ATP的结构简式可表示为A—P～P～P，下列图示能正确表示ATP的是( )
A.
B.
C.
D.
答案 A
解析 ATP的分子结构式可以简写成A—P～P～P，其中A代表腺苷，由腺嘌呤和核糖组成，P代表磷酸基团，～代表高能磷酸键。
2．关于ATP的化学组成的说法中，正确的是( )
A．ATP和核酸共有的元素是C、H、O、N、P
