高中生物第2节 细胞的能量“货币”ATP达标测试

5.2　细胞的能量“货币”ATP

一、选择题

1.ATP是一种高能磷酸化合物，下列有关ATP结构和功能的说法，正确的是（　　）

A.ATP的组成元素与核酸不同

B.ATP和DNA中都含有脱氧核糖

C.ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质

D.ATP中含有三个特殊化学键

2.如图为ATP的结构示意图，下列说法错误的是（　　）

A.物质a与b组成腺苷

B.c、d、e中不仅仅只含P

C.图中a是RNA的基本组成单位之一

D.g键断裂时，末端磷酸基团挟有较高的转移势能

3.图为ATP与ADP相互转化示意图，下列有关叙述不正确的是（　　）

A.ATP与ADP的相互转化是可逆反应

B.在B→C的反应中，产生的E2来源于远离腺苷的特殊化学键断裂后产生的能量

C.若图中Pi代表磷酸，则B为ATP，C为ADP

D.ATP结构简式中的A是腺苷

4.如图表示细胞内ATP与ADP之间的相互转化，下列相关叙述错误的是（　　）

A.①过程和②过程可发生在所有活细胞中

B.细胞代谢旺盛时，①过程的反应速率会显著大于②过程的反应速率

C.人体细胞中①过程释放的能量可用于肌肉收缩

D.植物细胞中②过程所需的能量可来自光能或化学能

5.如图是细胞内ATP与ADP相互转化的示意图，下列叙述错误的是（　　）

A.能量1和能量2的来源不同

B.在人体内，能量2可用于各项生命活动如物质合成

C.酶的合成需要ATP供能，ATP的合成需要酶催化

D.转化可在温和条件下快速发生是因为ADP含量高

6.下列对ATP和ADP相互转化中“能量”相关的叙述，正确的是（　　）

A.ATP水解反应产生的能量可用于细胞对氧气的吸收

B.ATP水解反应产生的能量可用于细胞对水的吸收

C.ATP合成反应需要的能量可来自细胞内蛋白质的水解

D.ATP合成反应需要的能量可来自葡萄糖等有机物的氧化分解

7.下列关于细胞中吸能过程和放能过程的叙述，错误的是（　　）

A.主动运输是吸能过程需要消耗ATP

B.大脑思考的过程需要消耗ATP

C.氨基酸合成蛋白质是吸能过程，需要消耗ATP

D.萤火虫发光的过程是放能过程，该过程可以合成ATP

8.“分子马达”是分布于细胞内部或细胞表面的一类蛋白质，它们的结构会随着与ATP的结合而改变，在促使ATP转化成ADP的同时引起自身或与其结合的分子发生运动。下列相关叙述错误的是（　　）

A.“分子马达”具有酶的功能

B.主动运输可能与“分子马达”有关

C.放能反应一般与ATP水解反应相联系

D.“分子马达”在发挥作用的同时会引起自身发生运动　　　　　　　　　　　　　　　　　　

9.下列六种化合物的物质组成中，“”中所对应的含义最接近的是（　　）

A.③④和⑤⑥　　      B.①③和②⑤              C.①④和⑤⑥　　          D.①④和②③

10.生物体内的高能磷酸化合物有多种，它们的用途有一定差异（如下表）。下列相关叙述正确的是（　　）

A.叶肉细胞内合成ATP的场所只有叶绿体

B.在糖原、蛋白质和磷脂等的合成过程中，消耗的能量均可来自ATP

C.UTP分子中所有特殊的化学键断裂后，可得到尿嘧啶脱氧核苷酸

D.葡萄糖和果糖反应生成麦芽糖的过程中，可由ATP直接供能

11.萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶，荧光素接受ATP提供的能量后就被激活。在荧光素酶的作用下，激活的荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素并且发出荧光。下列相关叙述正确的是              （　　）

A.萤火虫的发光强度与ATP的含量呈负相关

B.荧光素酶通过调节氧化荧光素的形成而使其发光

C.萤火虫体内ATP的形成所需的能量来自光能和呼吸作用

D.萤火虫持续发光的过程中，体内ATP的含量仍会保持相对稳定

12.（不定项）腺苷酸激酶（AK）是生物体内普遍存在的一种单体酶，广泛存在于微生物、植物和动物体内，在维持细胞能量平衡中起重要作用。AK存在于线粒体内外膜间隙可耐100 ℃高温而不失活，AK催化如下的反应：MgATP2-+AMP2-→MgADP-+ADP3-。下列叙述错误的是（　　）

A.AK能专一性地将ATP分子末端的磷酸基团转移至AMP上形成ADP

B.AK经胰蛋白酶处理会失活，它能直接为ADP的合成提供能量

C.AK的热稳定性与其分子的特定空间结构有密不可分的关系

D.AMP转化为ADP破坏了ATP与ADP相互转化的能量供应机制

13.ATP可将蛋白质磷酸化，磷酸化的蛋白质会改变形状做功，从而推动细胞内系列反应的进行（机理如图所示）。下列说法错误的是（　　）

A.①过程是吸能反应，磷酸化的蛋白质分子势能高

B.②表示的物质是ADP

C.若该细胞为肌肉细胞，磷酸化的蛋白质做功时失去的能量主要用于再生ATP

D.若该图表示肌肉收缩和恢复的过程，则在此过程中既有吸能反应也有放能反应

二、非选择题

14.如图所示，生物膜上的ATP合成酶催化合成的ATP可通过VNUT蛋白进入囊泡，再经囊泡运输并分泌到细胞外，作为信号分子调节生命活动。

（1）存在ATP合成酶的生理活动有　　　　　　。 

（2）由图可知，H+进出囊泡的方式有　　　　　　　　　　。抑制ATP的水解会导致ATP的分泌量减少，据图分析其原因是　　　　　　　　　　　　。 

（3）往大鼠膀胱内注射ATP会引发大鼠膀胱不稳定收缩，膀胱容量降低。研究发现ATP通过与神经细胞膜上的P2X3受体结合引起神经兴奋，进而导致膀胱不稳定收缩。试利用下列实验材料及用具设计实验证明上述观点，简要写出实验设计思路。

实验思路：　                                                            　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

实验材料及用具：生理状态相似的大鼠若干只、ATP溶液、TNP-ATP（P2X3受体拮抗剂）、注射器。

预期结果：实验组大鼠膀胱不收缩，对照组大鼠膀胱出现不稳定收缩。

15.有关ADP转化成ATP时所需能量的主要来源如图所示，完成以下问题：

（1）1分子ATP中含有　　　　个特殊化学键。 

（2）图中的a、b分别代表　　　　、　　　　。 

（3）反应按方向①和②进行时所需要的酶是　　　　（填“相同”或“不相同”）的。 

（4）反应按方向①进行时能量用于形成ATP中的　　　　　　　　　　；人和动物体内的ATP按方向②进行水解时释放的能量c用于　　　　　　　；细胞中的放能反应一般和ATP的　　　　相联系。 

16.如图是细胞内ATP与ADP相互转化的示意图，请据图回答下列问题：

（1）在人体内，图示左侧的能量来自__________作用，右侧的能量用于________（举一例）。

（2）在绿色植物体内，图示左侧的能量来自__________作用和________作用。

（3）从图中可知，在适宜的温度和酶的作用下，ADP转变成ATP时还需要的条件是________。将ADP转化为ATP的图示改写成反应式的形式__________________。

（4）经测定，正常成年人静止状态下24 h将有40 kg ATP发生转化，而细胞内ADP、ATP的总量仅为2～10 mmol/L，为满足能量需要，生物体内解决这一矛盾的合理途径是___________。

参考答案

1.C　ATP的组成元素与核酸相同，都含有C、H、O、N、P，A错误；ATP中含有核糖，不含脱氧核糖，B错误；ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质（教材P86），C正确；ATP中含有两个特殊化学键，D错误。

2.C　a为腺嘌砱，b为核糖，物质a与b组成腺苷，A正确；c、d、e为磷酸基团，其中不仅仅只含P，还有O等元素，B正确；图中a代表腺嘌呤，腺嘌呤核糖核苷酸才是RNA的基本组成单位之一，C错误；磷酸基团都带负电荷，相互排斥，使得g键断裂时末端磷酸基团挟有较高的转移势能，D正确。

3.A　ATP与ADP的相互转化不是可逆反应，ATP转化为ADP需要ATP水解酶，ADP转化为ATP需要ATP合成酶，除了酶不同，两个反应的场所、能量的来源和去向都不同，A错误；B→C是ATP水解，产生的能量来源于远离腺苷的特殊化学键断裂后产生的能量，B正确；若图中Pi代表磷酸，则B为ATP，C为ADP，C正确；ATP结构简式中的A是腺苷，由腺嘌呤和核糖结合而成，D正确。

4.B　所有的活细胞都发生ATP和ADP之间的相互转化，A项正确；细胞代谢旺盛时，①和②过程的反应速率均加快，但仍处于平衡状态，①过程的反应速率基本等于②过程的反应速率，B项错误；人体细胞中①过程释放的能量可用于各种吸能反应，如肌肉收缩，C项正确；植物细胞可通过光合作用和细胞呼吸产生ATP，故②过程所需的能量可来自光能或化学能，D项正确。

5.D　能量1可以来自光合作用和细胞呼吸，能量2来自ATP的水解，所以能量1和能量2的来源不同，A正确；人体内能量2可以用于各项生命活动如物质合成等，B正确；酶的合成需要ATP供能，而ATP的合成需要ATP合成酶的催化，C正确；转化可在温和条件下快速发生是因为有酶的催化作用，细胞中ADP含量不高，D错误。

警示：误认为ATP与ADP在细胞中含量很高。细胞中含有极少量的ATP和ADP，但是ATP与ADP转化速率很快并且是时刻不停地发生。

6.D　细胞对氧气的吸收是自由扩散的过程，不需要消耗ATP水解反应产生的能量，A错误；细胞对水的吸收过程属于被动运输，不需要消耗ATP水解反应产生的能量，B错误；在生物体内，ATP合成所需要的能量可来自细胞呼吸和光合作用，细胞内蛋白质的水解过程需消耗能量，不能合成ATP，C错误；ADP转化为ATP过程中，对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，均来自细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能量（教材P87），D正确。

7.D　ATP的合成过程往往与放能反应相联系，ATP的水解过程往往与吸能反应相联系。主动运输需要ATP水解提供能量，A正确；大脑思考的过程需要消耗ATP水解提供的能量，B正确；氨基酸合成蛋白质需要消耗ATP，是吸能过程，C正确；萤火虫发光的过程是化学能转变为光能的过程，该过程需要消耗ATP，D错误。

8.C　由题意知，“分子马达”具有催化ATP水解形成ADP的作用，具有ATP水解酶的作用，A正确；主动运输是耗能过程，需要ATP水解释放能量，因此主动运输可能与“分子马达”有关，B正确；放能反应一般与ATP合成反应相联系，C错误；结合题干信息可知，“分子马达”在发挥作用的同时会引起自身发生运动，D正确。

9.C　①为ATP，其“”中为腺嘌呤核糖核苷酸；②为腺嘌呤脱氧核苷酸，其“”中表示腺嘌呤；③为DNA片段，其“”中表示腺嘌呤脱氧核苷酸；④为RNA片段，其“”中为腺嘌呤核糖核苷酸；⑤为ATP，其“”中表示腺苷；⑥是腺嘌呤核糖核苷酸，其“”中表示腺苷。故选C。

10.B　叶肉细胞内光合作用和呼吸作用均可以合成ATP，因此合成ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体，A错误；根据表格信息可知，ATP是细胞的能量“货币”，也就是说蛋白质、糖原、磷脂的合成可由ATP直接供能，B正确；UTP分子中所有特殊的化学键断裂后，可得到尿嘧啶核糖核苷酸，C错误；葡萄糖和果糖反应生成蔗糖，可由ATP直接供能，D错误。

11.D　萤火虫发光所需的能量来源于ATP水解，因此萤火虫的发光强度与ATP的含量呈正相关，A错误；由题干可知，荧光素酶催化激活的荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素并且发出荧光，而不是调节氧化荧光素的形成，B错误；萤火虫是动物，其体内ATP的形成所需的能量来自呼吸作用，C错误；萤火虫持续发光的过程中，体内ATP的含量仍会保持相对稳定，因为ATP与ADP的相互转化是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中的，D正确。

12.BD　分析题干信息可知：AK是生物体内普遍存在的一种单体酶，在维持细胞能量平衡中起重要作用，该酶可以耐高温，且可以催化MgATP2-+AMP2-→MgADP-+ADP3-。酶具有专一性，据反应式“MgATP2-+AMP2-→MgADP-+ADP3-”可知AK能专一性地将ATP分子末端的磷酸基团转移至AMP上形成ADP，A正确；AK是一种酶，具有催化作用，不能为反应提供能量，B错误；据信息可知，AK可以耐100 ℃高温而不失活，其化学本质为蛋白质，蛋白质的特性与其空间结构密不可分，C正确；据题干信息可知AK在维持细胞能量平衡中起重要作用，故AK催化AMP转化为ADP的过程没有破坏ATP与ADP相互转化的能量供应机制，D错误。

13.C　据图分析，ATP将蛋白质磷酸化，形成ADP和磷酸化的蛋白质，同时蛋白质的形状改变，当磷酸化的蛋白质上的磷酸基团脱落时会改变形状做功。根据图和分析可知，磷酸化的蛋白质分子势能升高，因此，蛋白质磷酸化的过程是吸能反应，A正确；②物质是ATP脱去一分子磷酸基团形成的ADP，B正确；磷酸化的蛋白质做功时失去的能量用于肌肉收缩后消失，不能用于再生ATP，肌肉细胞中生成ATP的能量来自细胞呼吸作用，C错误；在肌肉收缩过程中，ATP先使肌肉中的能量增加，改变形状，这是吸能反应，然后肌肉做功，失去能量，恢复原状，这是放能反应，D正确。

14.答案：（1）光合作用、呼吸作用　         （2）主动运输、协助扩散　         抑制ATP水解后，供能减少，影响ATP进入囊泡和胞吐过程，从而使ATP分泌量减少　 

（3）将生理状态相似的大鼠随机分为两组，其中一组利用TNP-ATP处理大鼠膀胱作为实验组，另一组作为对照组，分别给两组大鼠膀胱中注射相同剂量的ATP溶液，观察大鼠膀胱的收缩情况

解析：（1）合成ATP所需的能量可来自光合作用吸收的光能或呼吸作用释放的化学能，因此，存在ATP合成酶的生理活动有光合作用、呼吸作用。（2）由图可知，H+进囊泡需要载体蛋白的协助并消耗能量，故H+进囊泡的方式是主动运输，H+出囊泡需要转运蛋白的协助，且不消耗能量，故H+出囊泡的方式是协助扩散。ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质，若抑制ATP水解，则供能减少，进而影响ATP进入囊泡和胞吐过程，从而使ATP的分泌量减少。（3）为验证ATP通过与神经细胞膜上的P2X3受体结合引起神经兴奋，进而导致膀胱不稳定收缩。该实验的自变量为是否使用TNP-ATP（P2X3受体拮抗剂）处理大鼠，因变量是大鼠膀胱是否收缩，结合实验的对照原则和单一变量原则，该实验思路为将生理状态相似的大鼠随机分为两组，其中一组利用TNP-ATP处理大鼠膀胱作为实验组，另一组作为对照组。分别给两组大鼠膀胱中注射相同剂量的ATP溶液，观察大鼠膀胱的收缩情况。预期结果:实验组大鼠膀胱不收缩，对照组大鼠膀胱出现不稳定收缩。

15.答案：（1）2　      （2）呼吸作用　      光合作用　     （3）不相同          （4）远离腺苷的特殊化学键                   　各项生命活动　                  合成

解析：（1）ATP的结构简式为：A—P~P~P，其中“~”代表特殊的化学键，因此1分子ATP中含有2个特殊化学键。（2）对于动物和人而言，形成ATP所需要的能量来自呼吸作用；对于绿色植物而言，形成ATP所需要的能量来自呼吸作用和光合作用。可见，图中的a、b分别代表呼吸作用、光合作用。（3）①为ATP的合成反应需要ATP合成酶，②为ATP的水解反应需要ATP水解酶，因此①②反应进行时所需要的酶不一样。（4）反应按方向①ATP合成时能量用于形成ATP中的特殊化学键，ATP水解释放的能量用于生物体的各项生命活动，据此分析可知：c用于各项生命活动。细胞中的放能反应例如葡萄糖的氧化分解，一般和ATP的合成相联系。

16.（1）呼吸　        大脑思考　        （2）呼吸　       光合　      （3）能量　                   ADP＋能量＋PiATP　       （4）ATP和ADP的这种相互转化时刻不停地发生且处于动态平衡之中

解析：（1）在人体内，图示左侧的能量用来合成ATP，来自呼吸作用释放的能量，右侧的能量是ATP水解释放的能量，用于细胞中耗能的生命活动，如大脑思考、主动运输等。（2）在绿色植物体内，图示左侧的能量来自光合作用和呼吸作用。（3）从图中可知，在适宜的温度和酶的作用下，ADP转变成ATP时还需要能量。ADP转化为ATP的反应式为：ADP＋能量＋PiATP。（4）细胞内ADP、ATP的总量很少，为满足细胞的能量需要，ATP和ADP的相互转化在细胞内时刻不停地发生且处于动态平衡之中。