5.2細(xì)胞的能量“貨幣”ATP高一生物學(xué)案（人教版2019必修1分子與細(xì)胞）原卷版

5.2細(xì)胞的能量“貨幣”ATP學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.簡述ATP的化學(xué)組成和特點，寫出ATP的結(jié)構(gòu)簡式。2.簡述ATP與ADP之間的相互轉(zhuǎn)化機制。3.舉例說明ATP在細(xì)胞代謝中的作用學(xué)習(xí)重難點學(xué)習(xí)重難點重點：ATP化學(xué)組成的特點及其在能量代謝中的作用。難點：ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化。預(yù)習(xí)新知預(yù)習(xí)新知（一）ATP是一種高能磷酸化合物1.中文名稱：。2.結(jié)構(gòu)簡式：。A代表（由腺嘌呤和核糖組成），T代表“三”，P代表磷酸基團(tuán)，其結(jié)構(gòu)簡式是，其中“—”代表普通化學(xué)鍵，“～”代表一種特殊的化學(xué)鍵。3.結(jié)構(gòu)特點（1）不穩(wěn)定：由于兩個相鄰的磷酸基團(tuán)都帶負(fù)電荷而相互排斥等原因，使得“～”這種化學(xué)鍵不穩(wěn)定，末端磷酸基團(tuán)有一種離開ATP而與其他分子結(jié)合的趨勢，也就是具有的轉(zhuǎn)移勢能。（2）高能量：1molATP水解釋放的能量高達(dá)kJ，所以說ATP是細(xì)胞內(nèi)的一種高能磷酸化合物。4.功能：是驅(qū)動細(xì)胞生命活動的直接能源物質(zhì)。（二）ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化1.轉(zhuǎn)化過程（1）ATP轉(zhuǎn)化為ADP：ATPADP＋Pi＋能量。（2）ADP轉(zhuǎn)化為ATP過程：ADP＋Pi＋能量ATP。2.轉(zhuǎn)化過程中能量來源和去向（1）ADP合成ATP的能量來源①綠色植物，既可來自光能，也可以來自呼吸作用所釋放的能量。②動物、人、真菌和大多數(shù)細(xì)菌，均來自細(xì)胞進(jìn)行時有機物分解所釋放的能量。（2）ATP水解成ADP釋放的能量去向：各項生命活動。3.相互轉(zhuǎn)化特點（1）ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化是時刻不停地發(fā)生且處于之中的。（2）ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化的能量供應(yīng)機制體現(xiàn)了生物界的共性。（三）ATP的利用1．ATP是生命活動的直接能源物質(zhì)(1)原因：細(xì)胞中絕大多數(shù)需要能量的生命活動都是由____________________。(2)實例：用于主動運輸、______________收縮、細(xì)胞內(nèi)各種________反應(yīng)和大腦思考等生命活動。2．ATP是細(xì)胞內(nèi)流通的能量“通貨”(1)吸能反應(yīng)一般與____________的反應(yīng)相聯(lián)系，由ATP水解提供能量，如蛋白質(zhì)的合成。(2)放能反應(yīng)一般與________________相聯(lián)系，釋放的能量儲存在ATP中，如葡萄糖的氧化分解。(3)細(xì)胞中各種形式的能量轉(zhuǎn)換都以____________________為中心環(huán)節(jié)。易錯提示易錯提示一、能源物質(zhì)的種類及關(guān)系(1)生物體主要能源物質(zhì)——糖類。(2)生物體主要儲能物質(zhì)——脂肪。(3)生物體生命活動的直接能源物質(zhì)——ATP。(4)生物體生命活動的最終能量來源——太陽能。(5)各種能源物質(zhì)的關(guān)系：太陽能→糖類等能源物質(zhì)→ATP中化學(xué)能→生命活動。(6)ATP并不是細(xì)胞內(nèi)唯一的高能磷酸化合物，高能磷酸化合物在生物體內(nèi)有很多種，如存在于各種生物體細(xì)胞內(nèi)的UTP、GTP、CTP及動物體內(nèi)的磷酸肌酸。二、ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化及ATP的利用(1)ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化①ATP合成：需要酶的催化，由動物的呼吸作用和植物的光合作用與呼吸作用提供能量。②ATP水解：需要酶的催化，連接末端磷酸基團(tuán)的那個特殊化學(xué)鍵水解釋放能量，釋放的能量用于各項生命活動。③兩者轉(zhuǎn)化時，物質(zhì)可逆，能量不可逆。(2)ATP的利用特點①ATP是生物體內(nèi)的直接能源物質(zhì)。②雖然在生物體內(nèi)含量少，但是ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化十分迅速。三、1．ATP的結(jié)構(gòu)簡式是A－P～P～P，其中“A”表示腺苷，“P”代表磷酸基團(tuán)，“～”代表特殊化學(xué)鍵。2．一個ATP分子中有1個腺苷，3個磷酸基團(tuán)，其中含有2個特殊化學(xué)鍵。3．ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)式：ATPeq\o(,\s\up7(酶1),\s\do5(酶2))ADP＋Pi＋能量。4．細(xì)胞內(nèi)ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化的能量供應(yīng)機制是生物界的共性。5．動物、人、真菌等合成ATP的途徑是呼吸作用。6．綠色植物合成ATP的途徑是光合作用和呼吸作用。7．ATP是生命活動的直接能源物質(zhì)。深化探究深化探究探究點一ATP的分子結(jié)構(gòu)1.ATP和組成RNA的基本單位有怎樣的聯(lián)系？答案：ATP去掉兩個磷酸基團(tuán)后形成的結(jié)構(gòu)就是腺嘌呤核糖核苷酸。2.1分子ATP徹底水解會得到哪些成分？答案：1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸。探究點二ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化及ATP的利用1.ATP在細(xì)胞中的含量很少，如成年人細(xì)胞內(nèi)ADP和ATP的總量僅為2～10mg，而一個正常成年人在靜止?fàn)顟B(tài)下24h消耗40kgATP。ATP在細(xì)胞中的含量并不多，為什么能為生命活動提供大量的能量？答案ATP在細(xì)胞內(nèi)的含量很少，但ATP與ADP在細(xì)胞內(nèi)的相互轉(zhuǎn)化十分迅速，所以可以為生命活動提供直接能源，也使細(xì)胞內(nèi)ATP的含量總處在動態(tài)平衡之中。2.為什么說ATP是細(xì)胞內(nèi)流通的能量“貨幣”？答案細(xì)胞中絕大多數(shù)需要能量的生命活動都是ATP直接提供的。能量通過ATP分子在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間循環(huán)流通。因此，可以形象地把ATP比喻成細(xì)胞內(nèi)流通的能量“貨幣”。3.ATP中能量的來源和去向1．ATP中去除兩個磷酸基團(tuán)后是構(gòu)建哪種物質(zhì)的基本單位？提示：RNA。2．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。3．人們不論在運動時還是休息時，細(xì)胞內(nèi)時刻進(jìn)行著ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化屬于可逆反應(yīng)嗎？提示：不屬于，所需酶及場所等不同。4．ATP在細(xì)胞內(nèi)的含量是很少的，如成年人細(xì)胞內(nèi)ADP和ATP的總量僅為2～10mg，而一個正常成年人在靜止?fàn)顟B(tài)下24h將有40kg的ATP發(fā)生轉(zhuǎn)化。為滿足能量需要，分析生物體是如何解決這一矛盾的？提示：ATP與ADP在細(xì)胞內(nèi)的相互轉(zhuǎn)化是十分迅速的，且物質(zhì)可以重復(fù)利用，因此，能滿足生命活動對能量的需要。探究三：1．(生命觀念)ATP在細(xì)胞內(nèi)的含量是很少的，如成年人細(xì)胞內(nèi)ADP和ATP的總量僅為2～10mg，而一個正常成年人在靜止?fàn)顟B(tài)下24h，有40kg的ATP發(fā)生轉(zhuǎn)化。為滿足能量需要，分析生物體是如何解決這一矛盾的。提示：ATP與ADP在細(xì)胞內(nèi)的相互轉(zhuǎn)化是十分迅速的，且物質(zhì)可以重復(fù)利用，因此，能滿足生命活動對能量的需要。2．(科學(xué)思維)ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的過程是否為可逆反應(yīng)？(從反應(yīng)條件、能量來源和去向、反應(yīng)進(jìn)行的場所方面分析)提示：不是。ATP合成的場所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體及葉綠體，能量來源是化學(xué)能或光能；ATP水解的場所是各種需能部位，能量來源于特殊的化學(xué)鍵。課后作業(yè)課后作業(yè)1．蛋白質(zhì)是細(xì)胞的基本組成成分，具有參與組成細(xì)胞結(jié)構(gòu)、催化、運輸、信息傳遞、防御等重要功能，是生命活動的主要承擔(dān)者。下列關(guān)于蛋白質(zhì)的敘述，正確的是（

）A．由于氨基酸之間能夠形成肽鍵等，使得肽鏈能盤曲、折疊B．過氧化氫酶能降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，所以具有高效性C．載體蛋白磷酸化過程伴隨著ATP的水解D．瘦肉經(jīng)高溫處理后所含蛋白質(zhì)的肽鍵被破壞更利于人體吸收2．磷酸肌酸（C~P）是一種存在于肌肉或其他興奮性組織（如腦和神經(jīng)）中的高能磷酸化合物，它和ATP在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化。細(xì)胞在急需供能時，在酶的催化下，磷酸肌酸的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到ADP分子上，余下部分為肌酸（C）。由此短時間維持細(xì)胞內(nèi)ATP含量在一定水平。下列敘述錯誤的是（

）A．1分子ATP初步水解后可得1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸基團(tuán)B．磷酸肌酸可作為能量的存儲形式，但不能直接為肌肉細(xì)胞供能C．劇烈運動時，肌肉細(xì)胞中磷酸肌酸和肌酸含量的比值會有所下降D．細(xì)胞中的磷酸肌酸對維持ATP含量的穩(wěn)定具有重要作用3．蛋白質(zhì)分子的磷酸化和去磷酸化與其活性的關(guān)系如下圖所示。下列敘述正確的是（）A．ATP與ADP具有相同的組成元素和脫氧核糖，均含有可轉(zhuǎn)移的磷酸基團(tuán)B．蛋白質(zhì)被磷酸化激活的過程中，周圍環(huán)境中會有ADP和磷酸分子的積累C．蛋白質(zhì)的磷酸化和去磷酸化屬于不可逆反應(yīng)D．蛋白質(zhì)去磷酸化后與雙縮脲試劑不再發(fā)生顏色變化4．在細(xì)胞代謝過程中，ATP和酶都是極其重要的物質(zhì)，下列關(guān)于酶與ATP的敘述，不正確的是（

）A．酶的形成需要消耗ATP，ATP的形成需要酶的催化B．人體成熟的紅細(xì)胞既能合成酶又能合成ATPC．某些酶的元素組成與ATP的元素組成完全相同D．細(xì)胞的放能反應(yīng)都需要酶的催化且一般與ATP的合成相聯(lián)系5．嗜鹽菌能將光能轉(zhuǎn)化成ATP中活躍的化學(xué)能，原理是嗜鹽菌細(xì)胞膜上有光驅(qū)動的視紫紅質(zhì)（由菌視蛋白和類胡蘿卜素按1：1結(jié)合組成），該物質(zhì)能將H+逆濃度梯度運輸?shù)侥ね?，然后H+順濃度梯度穿過ATP合成酶時，該酶能促使ADP與Pi形成ATP。下列相關(guān)敘述錯誤的是（）A．視紫紅質(zhì)具有吸收和轉(zhuǎn)化光能的作用B．嗜鹽菌對H+跨膜運輸既有主動運輸也有協(xié)助擴(kuò)散C．嗜鹽菌細(xì)胞膜上的ATP合成酶具有催化和運輸功能D．在黑暗條件下，嗜鹽菌細(xì)胞內(nèi)不能合成ATP6．下列關(guān)于膜蛋白的說法，錯誤的是（）A．生物膜的功能越復(fù)雜，膜蛋白的種類和數(shù)量越多B．由膜蛋白介導(dǎo)的胞吞（胞吐）過程對物質(zhì)運輸沒有選擇性C．細(xì)胞癌變后可能會增加某些種類的膜蛋白D．膜蛋白可能具有催化反應(yīng)、能量轉(zhuǎn)換、信息交流等多種功能7．相對于細(xì)胞外液而言，大部分動物細(xì)胞內(nèi)部的Na＋濃度很低，而K＋濃度很高，細(xì)胞通過主動地泵出Na＋和泵入K＋，來維持這種濃度差異。運輸這兩種離子跨膜的是鈉鉀泵，運輸過程如圖所示。下列相關(guān)敘述錯誤的是（）A．鈉鉀泵的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，且具有ATP水解酶的作用B．在轉(zhuǎn)運Na＋和K＋的過程中，鈉鉀泵的空間結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化C．鈉鉀泵既能運輸Na＋又能運輸K＋，所以沒有特異性D．低溫、低氧會影響鈉鉀泵運輸鈉鉀離子8．細(xì)胞結(jié)構(gòu)中包含了大量的化合物，下列關(guān)于生物體內(nèi)化合物的敘述，正確的是（

）A．藍(lán)細(xì)菌所含的葉綠素主要游離于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中B．油料作物種子在萌發(fā)初期細(xì)胞內(nèi)干重有所增加C．人的紅細(xì)胞吸收葡萄糖時載體蛋白會發(fā)生磷酸化D．劇烈運動時肌肉細(xì)胞內(nèi)的ATP消耗較大，含量明顯減少9．蛋白質(zhì)的磷酸化與去磷酸化被比喻為一種分子開關(guān)，分子開關(guān)的機理如下圖所示。形成有活性的蛋白質(zhì)是一個磷酸化的過程，即“開”的過程，形成無活性的蛋白質(zhì)是一個去磷酸化的過程，即“關(guān)”的過程。下列有關(guān)分子開關(guān)的說法不正確的是（

）

A．蛋白激酶作用后蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變B．蛋白質(zhì)磷酸化過程是一個放能反應(yīng)C．ATP水解釋放的磷酸基團(tuán)使蛋白質(zhì)磷酸化D．蛋白質(zhì)的磷酸化和去磷酸化屬于不可逆反應(yīng)10．ATP被稱為細(xì)胞內(nèi)流通的能量“貨幣”，下列說法正確的是（

）A．奧運健兒比賽時因過多消耗ATP而導(dǎo)致ADP大量積累B．ATP中的A代表腺嘌呤C．ATP是真核細(xì)胞中唯一的供能物質(zhì)D．ATP的合成與放能反應(yīng)密切聯(lián)系11．嗜鹽桿菌質(zhì)膜上的視紫紅質(zhì)是一種光能驅(qū)動的H+跨膜運輸?shù)鞍?，在光照條件下使兩側(cè)形成H+濃度差，即質(zhì)子動力勢。在質(zhì)子動力勢的驅(qū)動下合成的ATP可用于將CO2同化為糖，具體過程如圖所示。①表示視紫紅質(zhì)，②表示ATP合成酶。下列敘述正確的是（

）

A．質(zhì)膜上的視紫紅質(zhì)在核糖體上合成后需要內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體加工B．②是一種通道蛋白，參與細(xì)胞膜的信息交流的功能C．①所介導(dǎo)的H+跨膜運輸是主動轉(zhuǎn)運，該過程消耗ATPD．嗜鹽桿菌為自養(yǎng)生物，能利用視紫紅質(zhì)吸收光能合成ATP12．生物界有許多發(fā)光生物，如發(fā)光真菌、螢火蟲等。研究發(fā)現(xiàn)，螢火蟲發(fā)光與熒光素有關(guān)，并且調(diào)整熒光素的結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生不同形式的腺苷酰氧化蟲熒光素，進(jìn)而發(fā)出不同顏色的光。下列敘述不正確的是（

）A．腺苷酰氧化蟲熒光素的形式影響熒光的顏色B．葡萄糖可直接為螢火蟲的發(fā)光提供能量C．發(fā)光真菌和螢火蟲細(xì)胞都具有生物膜系統(tǒng)D．螢火蟲的發(fā)光離不開熒光素酶的催化作用13．下圖為C、H、O、N、P等元素構(gòu)成大分子物質(zhì)甲~丙的示意圖。下列相關(guān)敘述中正確的是（

）

A．人的成熟紅細(xì)胞中的物質(zhì)丙有2種，其中DNA是遺傳物質(zhì)B．只要含有羧基和氨基的物質(zhì)就是單體1，通過脫水縮合形成物質(zhì)乙C．由單體3組成的物質(zhì)甲不一定是能源物質(zhì)，人體肝細(xì)胞中物質(zhì)甲可以補充血糖D．水解物質(zhì)甲、乙或丙都會釋放出能量用于各種耗能反應(yīng)14．將一盆栽植物從莖基部剪為冠部和根部兩段。將其冠部插入充滿水的玻璃管中，玻璃管的另一端插入盛有水銀的容器中。不久，水銀柱上升，如圖（一）所示；在其根部上端則套止一個彎曲的玻璃管，管內(nèi)裝有水和水銀。不久，玻璃管內(nèi)水分增加，水銀柱上升，如圖（二）所示。下列分析錯誤的是（）

A．使裝置二水分上升的生理活動主要是根部發(fā)生滲透作用產(chǎn)生向上的推力B．若將裝置一置于在晴朗高溫的夏日，隨溫度升高水銀柱液面上升速率變慢C．裝置二中細(xì)胞可在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、葉綠體、線粒體中產(chǎn)生ATP，共給生命活動D．向裝置二澆NH4NO3溶液，水銀柱下降0.5mm后停止，此時細(xì)胞可能死亡15．純凈的ATP呈白色粉末狀，能夠溶于水，作為一種藥物常用于輔助治療肌肉萎縮、腦溢血后遺癥、心肌炎等疾病。ATP片劑可以口服，注射液可供肌肉注射或靜脈滴注。下列說法不正確的是(

)A．細(xì)胞中需要能量的生命活動都是由ATP水解直接供能的B．活細(xì)胞中ATP末端磷酸基團(tuán)的周轉(zhuǎn)是極其迅速的，其消耗與再生速度相對平衡C．ATP水解產(chǎn)生的磷酸基團(tuán)可與多種功能蛋白結(jié)合，使其磷酸化而導(dǎo)致構(gòu)象改變，活性也被改變D．ATP片劑可以口服的原理是人體消化道內(nèi)沒有ATP的水解酶，而且ATP可以直接被吸收16．利用“熒光素—熒光素酶生物發(fā)光法”可以對市場上的臘肉中細(xì)菌的含量進(jìn)行檢測:①將臘肉樣品研磨后離心處理，取一定量上清液放入分光光度計（測定發(fā)光強度的儀器）反應(yīng)室內(nèi)，加入適量的熒光素和熒光素酶，在適宜條件下進(jìn)行反應(yīng);②記錄發(fā)光強度并計算ATP含量;

③測算出細(xì)菌數(shù)量。分析并回答下列問題:(1)ATP的中文名稱是，細(xì)胞中的吸能反應(yīng)一般與ATP的反應(yīng)相關(guān)聯(lián)。(2)熒光素接受提供的能量后就被激活，在熒光素酶的作用下形成氧化熒光素并且發(fā)出熒光，該過程中涉及的能量轉(zhuǎn)換是能→能。根據(jù)發(fā)光強度可以計算出生物組織中ATP的含量，原因是發(fā)光強度與ATP含量成（填“正比”或“反比”）。根據(jù)ATP含量進(jìn)而測算出細(xì)菌數(shù)量的依據(jù)是每個細(xì)菌細(xì)胞中ATP含量。17．在生物體內(nèi)能量的轉(zhuǎn)換和傳遞中，ATP是一種關(guān)鍵的物質(zhì)，其分子結(jié)構(gòu)簡式如圖1所示：(1)從ATP的分子結(jié)構(gòu)簡式可知，去掉兩個磷酸基團(tuán)后的剩余部分是。(2)人體骨骼肌細(xì)胞中，ATP的含量僅夠劇烈運動時三秒鐘內(nèi)的能量供給。在校運動會上，某同學(xué)參加100m短跑過程中，其肌細(xì)胞中ATP相對含量變化如圖2所示，試回答由整個曲線來看，肌細(xì)胞中ATP的含量不會降為零，說明。(3)某同學(xué)進(jìn)行一項實驗，目的是觀察ATP可使離體的、剛剛喪失收縮功能的新鮮骨骼肌產(chǎn)生收縮這一現(xiàn)象，說明ATP是肌肉收縮所需能量的直接來源。①必須待離體肌肉自身的消耗之后，才能進(jìn)行實驗。②在程序上，采取自身前后對照的方法，先滴加（選填“葡萄糖溶液”或“ATP溶液”），觀察與否以后，再滴加選填“葡萄糖溶液”或“ATP溶液”）。③如果將上述順序顛倒一下，實驗結(jié)果是否可靠？原因是。18．Na+K+泵工作形成的Na+電化學(xué)梯度驅(qū)動葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運載體（SGLT1）以同向協(xié)同運輸?shù)姆绞?，將葡萄糖轉(zhuǎn)運進(jìn)小腸上皮細(xì)胞，然后再經(jīng)過轉(zhuǎn)運載體（GLUT2）轉(zhuǎn)運至細(xì)胞外液。其過程如圖所示，請據(jù)圖回答下列問題：

(1)SGLT1、GLUT2等轉(zhuǎn)運載體是由復(fù)合物構(gòu)成的，GLUT2只能運輸葡萄糖，而SGLT1能運輸葡萄糖和Na+，說明載體跨膜運輸物質(zhì)具有性。(2)葡萄糖從小腸上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)運至細(xì)胞外液的跨膜運輸方式是，判斷依據(jù)為。(3)SGLT1主動運輸葡萄糖的能量是。對小腸上皮細(xì)胞施加呼吸抑制劑后，SGLT1主動運輸葡萄糖的能力下降，原因為。19．蓬等耐鹽植物生活在靠近海灘或者海水與淡水匯合的區(qū)域。耐鹽植物能夠在鹽脅迫逆境中正常生長，其根細(xì)胞獨特的轉(zhuǎn)運機制發(fā)揮了十分重要的作用。如圖是耐鹽植物根細(xì)胞參與抵抗鹽脅迫有關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。

(1)鹽堿地上大多數(shù)植物難以生長，主要原因。(2)耐鹽植物根細(xì)胞膜具有選擇透過性的物質(zhì)基礎(chǔ)主要是細(xì)