第2節(jié)細(xì)胞的能量“貨幣”ATP

【主干知識(shí)梳理】一、ATP的結(jié)構(gòu)與功能1．ATP的結(jié)構(gòu)(1)中文名稱(chēng)：___________。(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：____________。(3)符號(hào)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(diǎn)(1)不穩(wěn)定：____________有一種離開(kāi)ATP而與其他分子結(jié)合的趨勢(shì)，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(dòng)提供能量，是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的_____________。末端磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)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(diǎn)(1)ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化時(shí)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(lái)源(1)綠色植物：________、_________。(2)動(dòng)物、人、真菌和大多數(shù)細(xì)菌等：________。動(dòng)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(shí)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(shí)例水解合成(2)能量通過(guò)

在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間流通。ATP分子【教材微點(diǎn)發(fā)掘】1．ATP是生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)，結(jié)合教材第86頁(yè)“相關(guān)信息”和下圖，回答下列問(wèn)題：(1)ATP是____________的英文名稱(chēng)縮寫(xiě)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是______________，其中A代表________，T代表______，表示含有3個(gè)磷酸基團(tuán)，P代表________，“—”代表普通化學(xué)鍵，“～”代表____________。由此可見(jiàn)ATP主要通過(guò)______________儲(chǔ)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(gè)特殊的化學(xué)鍵(2)ATP的組成元素有__________。若ATP完全水解，會(huì)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(jiàn)教材第88頁(yè)圖5--7)為ATP為主動(dòng)運(yùn)輸供能示意圖，請(qǐng)按照過(guò)程順序排列____________________。(用箭頭和圖號(hào)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(jiàn)教材第86頁(yè)《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(chǔ)存。此外，ATP和ADP的數(shù)量還處于動(dòng)態(tài)平衡之中。(2)ATP廣泛存在生物的各種細(xì)胞中，各類(lèi)生物(植物、動(dòng)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(shuō)明了多種多樣的生物都有共同的起源，就像貨幣在某國(guó)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(shí)，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(shuō)，能量通過(guò)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(jiǎn)式“A”含義共同點(diǎn)ATP腺苷(由腺嘌呤和核糖組成)所有“A”的共同點(diǎn)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(hào)與神舟十一號(hào)飛船成功對(duì)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(gè)化學(xué)反應(yīng)。下列相關(guān)說(shuō)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(lái)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(huì)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(cuò)誤；光合作用過(guò)程中合成ATP的能量來(lái)源于光能，呼吸作用過(guò)程中合成ATP能量來(lái)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(chóng)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(cuò)誤；乳酸菌細(xì)胞中會(huì)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(cuò)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(duì)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(gè)普通磷酸鍵和兩個(gè)特殊的化學(xué)鍵。破壞了兩個(gè)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。【應(yīng)用·體驗(yàn)】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(jiǎn)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(gè)(磷酸基團(tuán))，A錯(cuò)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(jiǎn)式可表示為A—P～P～P，C錯(cuò)誤；細(xì)胞中ATP的含量少，但其化學(xué)性質(zhì)活躍，D錯(cuò)誤。答案：B2．如圖表示ATP的結(jié)構(gòu)，下列相關(guān)說(shuō)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(cuò)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(cuò)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(cuò)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(wèn)題驅(qū)動(dòng)]

ATP為生命活動(dòng)提供能量離不開(kāi)與ADP的相互轉(zhuǎn)化。下圖表示ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化過(guò)程，請(qǐng)結(jié)合該圖分析：

1．寫(xiě)出ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)式：_______________________。2．轉(zhuǎn)化的過(guò)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(gè)特殊的化學(xué)鍵容易斷裂，遠(yuǎn)離A的那個(gè)磷酸基團(tuán)就脫離下來(lái)，形成游離的___(磷酸)，同時(shí)，儲(chǔ)存在這個(gè)特殊的化學(xué)鍵中的_____釋放出來(lái)，ATP就轉(zhuǎn)化成ADP(分子簡(jiǎn)式：________)。(2)在有關(guān)酶的催化作用下，ADP可以接受_____，同時(shí)與一個(gè)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(chǔ)存在_____________內(nèi)的化學(xué)能，釋放出來(lái)后供利用；_____________合成ATP的能量主要來(lái)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(guò)程需要ATP水解提供能量的是____________。①主動(dòng)運(yùn)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(xiàng)生命活動(dòng)有機(jī)物光能[重難點(diǎn)撥]

1．ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化是不可逆的過(guò)程

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

①過(guò)程為水解酶催化的水解反應(yīng)，②過(guò)程為合成酶催化的合成反應(yīng)，A錯(cuò)誤；①過(guò)程釋放的能量可供各項(xiàng)生命活動(dòng)利用，②過(guò)程的能量可來(lái)自呼吸作用分解糖類(lèi)等有機(jī)物釋放的能量，在綠色植物中還可來(lái)源于光合作用吸收并轉(zhuǎn)化的光能，B錯(cuò)誤；生物體內(nèi)ATP的水解與合成時(shí)刻發(fā)生，處于動(dòng)態(tài)平衡之中，C正確；ATP中的活躍化學(xué)能可來(lái)源于光能，但不能來(lái)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(cuò)誤。[答案]

C[典例2]下列有關(guān)ATP的敘述錯(cuò)誤的是

(

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

細(xì)胞中ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化時(shí)刻不停地發(fā)生并且處于動(dòng)態(tài)平衡之中，保證了機(jī)體對(duì)能量的需求，A正確；圖中兩次ATP的水解，前者能量?jī)?chǔ)存在有機(jī)物中，后者能量可用于各項(xiàng)生命活動(dòng)，B正確；圖中兩次合成ATP，前者ATP的合成是通過(guò)光合作用，所需能量來(lái)源于光能，在人體細(xì)胞中不會(huì)發(fā)生，C正確；一分子ATP由3個(gè)磷酸基團(tuán)和1個(gè)腺苷(由腺嘌呤和核糖結(jié)合而成)構(gòu)成，D錯(cuò)誤。[答案]

D【應(yīng)用·體驗(yàn)】1．ATP是細(xì)胞內(nèi)的能量“貨幣”。下列關(guān)于ATP的說(shuō)法中，錯(cuò)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(chǎng)所③ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)④ATP在植物、動(dòng)物和微生物體內(nèi)的來(lái)源均相同A．2項(xiàng) B．3項(xiàng)C．4項(xiàng) D．1項(xiàng)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(cuò)誤；藍(lán)細(xì)菌是原核生物，沒(méi)有線粒體，②錯(cuò)誤；ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)不是一個(gè)可逆反應(yīng)，③錯(cuò)誤；不同生物體內(nèi)的ATP來(lái)源不同，動(dòng)物和絕大多數(shù)細(xì)菌通過(guò)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(cuò)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(lái)自化學(xué)能B．蛋白質(zhì)的合成過(guò)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(lái)自光能、化學(xué)能，A錯(cuò)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(cuò)誤；ATP的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為A—P～P～P，含有2個(gè)特殊的化學(xué)鍵，反應(yīng)②中有一個(gè)特殊的化學(xué)鍵斷裂，C錯(cuò)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(dòng)的直接能源物質(zhì)ATP是生命活動(dòng)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(gè)尿嘧啶、一個(gè)核糖、三個(gè)磷酸連接而成的；GTP是由一個(gè)鳥(niǎo)嘌呤、一個(gè)核糖、三個(gè)磷酸連接而成的；CTP是由一個(gè)胞嘧啶、一個(gè)核糖、三個(gè)磷酸連接而成的。每個(gè)分子去掉兩個(gè)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(shuō)你在運(yùn)動(dòng)，吸收氨基酸、葡萄糖等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)時(shí)都會(huì)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(píng)價(jià)】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(cuò)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(gè)特殊的化學(xué)鍵和1個(gè)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(cuò)誤；GTP結(jié)構(gòu)與ATP相似，故一分子GTP中有2個(gè)特殊的化學(xué)鍵和1個(gè)普通磷酸鍵，B