人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第2节 细胞的能量“货币”ATP练习题

5.2 细胞的能量“货币”ATP

1.通过对ATP化学组成和结构特点的学习，认同ATP的结构与其功能相适应。

2.通过对ATP和ADP相互转化进行模型构建，能归纳、概述ATP形成所需能量的主要来源及意义。

3.通过对生活实例的讨论、分析，能解释“ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质”的原因。

知识点01  ATP是一种高能化合物

ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写。ATP分子的结构 可以简写成A—P〜P〜P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，〜代表一种特殊的化学键。由于末端的磷酸基团具有较高的转移势能，当ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。

知识点02  ATP和ADP的相互转化

知识点03  ATP的利用

1.ATP水解释放的能量可用于大脑思考、生物发电、主动运输、物质合成、肌肉收缩等。ATP水解释放的能量使蛋白质分子磷酸化，蛋白质空间结构发生变化，活性改变，从而参与各种化学反应。

2.吸能反应一般与ATP的水解相联系，需要ATP水解酶的催化，同时也消耗水；放能反应一般与ATP的合成相联系。

考法01  ATP的化学结构

ATP的化学结构

（1）腺嘌呤含C、H、O、N，核糖含C、H、O，磷酸基团含H、O、P，故ATP元素组成为C、H、O、N、P五种元素。

（2）ATP的中文名称叫三磷酸腺苷，一分子ATP由一个腺苷（一分子腺嘌呤，一分子核糖），三个磷酸基团组成。

（3）ATP的分子结构简式为A—P～P～P，特殊化学键键只存在于磷酸基与磷酸基之间，腺苷与磷酸基之间为普通化学键。

（4）离“A”腺苷最远端的特殊化学键更活跃，最容易断裂释放出能量，也最容易重新形成而储存能量。

【典例1】ATP被喻为生物体的“能量货币”，为生命活动直接提供能量。下图是ATP的结构示意图，下列叙述正确的是（   ）

A．①表示腺苷         B．②表示脱氧核糖

C．③易发生断裂和再生 D．④是一种特殊的化学键

【答案】D

【解析】①表示腺嘌呤，A错误；②表示核糖，B错误；③是普通化学键，不易发生断裂和再生， C错误；④是一种特殊的化学键，易发生断裂和再生，D正确。

考法02  ATP和ADP的相互转换

ATP和ADP的相互转化

【特别提醒】

①ATP在生物体内含量少，但转化十分迅速，从而使细胞中的ATP与ADP的转化总是处于一种动态平衡中。②ATP与ADP的相互转化过程中，物质可重复利用，但能量不可循环利用，它们不是可逆反应。

③ATP转化为ADP又称“ATP的水解反应”，这一过程需要酶的催化，同时也消耗水。

④ATP不等同于能量：ATP是一种高能磷酸化合物，是一种与能量有关的物质，不能将二者等同起来。

⑤生命活动需要消耗大量能量，但细胞中ATP含量很少。由于ADP、Pi等可重复利用，只要提供能量(光能或化学能)，生物体就可不断合成ATP，满足生物体的需要。

⑥吸能反应一般与ATP的水解反应相联系，由ATP水解提供能量；放能反应一般与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中。

【典例2】如图是ATP和ADP相互转化的过程，下列叙述不正确的是（　　）

A．图中D代表ADP，T代表ATP，E代表能量 

B．反应式中，物质可逆，能量不可逆 

C．ATP中的“A”与RNA中的碱基A含义相同 

D．ATP中的能量较活跃，易于释放

【答案】C

【解析】根据以上分析已知，图中D代表ADP，T代表ATP，E代表能量，A正确；该反应式是ATP与ATP的相互转化，其中物质是可逆的，而能量是不可逆的，B正确；ATP中的“A”代表腺苷，而RNA中的碱基A代表腺嘌呤，C错误；ATP是直接能源物质，其中高能磷酸键中含有的能量较为活跃，很容易释放，D正确。

考法03  不同物质结构中“A”的含义

①四个图中的共同点是化学元素组成相同，均为C、H、O、N、P，且都含有一个腺嘌呤含氮碱基。

②四个图中“A”的含义是不同的：ATP中的“A”为腺苷，DNA中的“A”为腺嘌呤脱氧核糖核苷酸，RNA中的“A”为腺嘌呤核糖核苷酸，而核苷酸中的“A”仅为含氮碱基腺嘌呤。

③在A—P～P～P中去掉后面两个磷酸基，余下的部分“A—P”即为组成RNA的四种基本单位之一：腺嘌呤核糖核苷酸。

【典例3】在下列六种化合物的化学组成中，“○”中所对应的含义最接近的是

A．①和②     B．①和③     C．③和④     D．⑤和⑥

【答案】D

【解析】图中“○”的含义分别是：①表示腺嘌呤核糖核苷酸、②表示碱基腺嘌呤、③表示腺嘌呤脱氧核苷酸、④表示腺嘌呤核糖核苷酸、⑤表示腺苷、⑥表示腺苷。“○”中所对应的含义最接近的是①和④、⑤和⑥。

题组A  基础过关练

1.肌细胞收缩所需要的能量直接来自（　　）

A．肌糖原水解为葡萄糖  B．葡萄糖氧化分解

C．葡萄糖合成肌糖原  D．ATP的高能磷酸键断裂

【答案】D

【解析】ATP是细胞生命活动的直接能源物质，糖类等有机物中的能量先转移到ATP中，才能被细胞生命活动直接利用，因此肌细胞收缩所需要的能量直接来自ATP水解，D正确。

2．人体细胞内能发生ATP向ADP转化的细胞器是（　　）

A．核糖体         B．内质网          C．高尔基体       D．以上都可以

【答案】D

【解析】人体细胞内能发生ATP向ADP转化的过程，实际上就是消耗ATP（能量）的过程，核糖体合成蛋白质需要消耗能量，内质网合成有机物需要消耗能量，高尔基体分泌蛋白质、形成细胞壁都需要消耗能量。

3.海洋中的鮟鱇鱼有发光现象，其光能由(　　)

A．电能转变而来

B．ATP转化成ADP时释放的化学能转变而来

C．热能转变而来

D．有机物进行氧化分解释放的机械能转变而来

【答案】B

【解析】鮟鱇鱼发光的光能来自ATP水解为ADP时释放的能量。

4.下列关于ATP分子的叙述错误的是(　　)

A．ATP中含有一个核糖和一个含氮碱基

B．ATP脱去所有高能磷酸键后就是ADP

C．ATP中的两个高能磷酸键储存有大量能量

D．ATP断裂了所有高能磷酸键后可作为合成核糖核酸的基本原料

【答案】B

【解析】ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写。ATP分子的结构可以简写成A—P〜P〜P,其中A代表腺苷，P代表磷酸基 团，〜代表一种特殊的化学键。腺苷是由一分子核糖和一分子含氮碱基组成的，A正确；ATP脱去所有高能磷酸键后就是AMP，B不正确；ATP中的两个高能磷酸键储存有大量能量，C正确；ATP断裂了所有高能磷酸键后形成的AMP是合成核糖核酸的基本原料，D正确。

5.下列关于ATP的叙述不正确的是(　　)

A．动物细胞中合成ATP所需的能量来自糖类等能源物质中的化学能

B．植物细胞中合成ATP所需的能量全部来自光反应固定的太阳能

C．温度的突然变化会影响ATP与ADP相互转化的速率

D．细胞呼吸过程产生的ATP是供应细胞生命活动的直接能源

【答案】B

【解析】绿色植物合成ATP的能量来自光能和呼吸作用所释放的能量，B不正确。

6.如图①②代表物质M、N间的相互转化过程，则(　　)

A．萤火虫体内的能量c可来源于光能

B．吸能反应一般和物质M的合成相联系

C．能量d用于过程①时大部分以热能形式散失

D．M、N间的相互转化是生物界共有的能量供应机制

【答案】D

【解析】由图可知，M、N分别为ATP和ADP，①为ATP的合成过程，②为ATP的水解过程．ATP既是贮能物质，又是供能物质，因其中的高能磷酸键中储存有大量能量，水解时又释放出大量能量；ATP在活细胞中的含量很少，因ATP与ADP可迅速相互转化；细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制，普遍存在于生物界中，是生物界的共性；吸能反应一般与ATP的分解相联系，放能反应一般与ATP的合成相联系。能量c为合成ATP的能量，萤火虫体内的c只能来源于呼吸作用释放的化学能，A不正确；吸能反应一般和M的水解相联系，B不正确；能量d用于各种生命活动，不用于过程①，C不正确；ATP和ADP间的相互转化是生物界共有的能量供应机制，D正确。

题组B  能力提升练

7.下列有关酶和ATP的叙述，错误的是（    ）

A．酶具有催化作用的原因是酶能为反应过程供能

B．氨基酸脱水缩合的过程能使ADP含量增加

C．高温、强酸强碱会破坏淀粉酶的空间结构导致失活

D．ATP分子由腺嘌呤、核糖和磷酸组成

【答案】A

【解析】酶具有催化作用的原因是酶能降低反应活化能，A错误；氨基酸脱水缩合的过程消耗能量ATP，ATP水解会使ADP含量增加，B正确；高温、强酸强碱、重金属盐等都会破坏蛋白质的空间结构，C正确；ATP名为三磷酸腺苷，由腺苷（腺嘌呤、核糖）和磷酸组成，D正确。

8．磷酸肌酸是一种高能磷酸化合物，它能在肌酸激酶的催化下将自身的磷酸基团转移到ADP 分子中来合成ATP（A—P～P～P）。研究者对蛙的肌肉组织进行短暂电刺激，检测对照组和实验组（肌肉组织用肌酸激酶阻断剂处理）肌肉收缩前后ATP和ADP的含量，结果如下表所示，根据实验结果，下列有关分析正确的是（    ）

A．对照组中的肌肉组织细胞中无ATP和ADP的相互转化

B．实验组中的肌肉组织细胞中有ATP分解但无ATP合成

C．对照组中的磷酸肌酸可以维持ATP含量的相对稳定

D．实验组数据表明部分生命活动利用了靠近A的磷酸键

【答案】C

【解析】肌肉收缩需要ATP提供能量，对照组肌肉收缩前后ATP和ADP的含量没有变化，故有ATP和ADP的相互转化，A错误；实验组肌肉收缩后ATP含量下降，说明有ATP分解，但根据数据无法判断有无ATP合成，B错误；磷酸肌酸能将自身的磷酸基团转移到ADP 分子中来合成ATP，故对照组中的磷酸肌酸可以维持ATP含量的相对稳定，C正确；实验组数据中没有AMP的含量变化，故不能表明部分生命活动利用了靠近A的磷酸键，D错误。

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中远离A的磷酸基团容易脱离

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既有合成又有分解

【答案】C 

【解析】短期内分离出细胞的ATP，部分末端磷酸基团已带上放射性标记，说明有新的ATP形成，但含量变化不大，说明ATP有分解，短期内既存在ATP的合成，也存在ATP的分解，其原因是ATP中远离A的磷酸基团容易脱落和结合。本实验不能证明ATP是细胞中的直接能源物质。

10.下图表示生物体内发生的两个化学反应,请判断下列相关说法中正确的是(　   )

A.ATP分子水解时,图中所示的化学键③④最易断裂

B.图中酶1和酶2的化学本质相同,但是二者的种类不同

C.细胞中的吸能反应一般与ATP的合成反应相联系

D.ATP与ADP间相互转化的能量供应机制只发生在真核细胞内

【答案】B  

【解析】ATP分子水解时,图中所示的化学键④最易断裂,并释放出大量的能量;图中酶1和酶2的化学本质相同,都是蛋白质,但是二者的种类不同;细胞中的放能反应一般与ATP的合成反应相联系,吸能反应一般与ATP的水解反应相联系;ATP与ADP间相互转化的能量供应机制发生在一切细胞内。

11.下图是三磷酸腺苷的分子结构。请据图回答下列问题：

（1）每1分子的ATP是由__________________组成的。ATP中的A表示____________。图中方框中的物质名称是____________。ATP的分子结构简式可以写成____________。

（2）把萤火虫的尾部组织取下，过一段时间荧光就消失了。如果滴一滴ATP溶液，荧光将恢复，这说明萤火虫发出荧光所需能量是____________转化的，可以用反应式____________表示。

（3）当人体处于寒冷环境中时，骨骼肌会出现不自主的战栗，这时大量消耗的直接能源物质是(　　)

A．ATP    B．肌糖原   C．磷酸  D．葡萄糖

【答案】（1）1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸　腺苷　腺苷　A—P～P～P　

（2）ATP中的化学能　ATPADP＋Pi＋能量　

（3）A

12.科学家在研究钠通过细胞膜的运输方式时，做了下述实验：先向枪乌贼神经纤维里注入微量的放射性同位素24Na，不久检测到神经纤维周围溶液中存在24Na。如果在神经纤维膜外溶液中先后加入某药物和ATP，测得神经纤维周围溶液中24Na的量变化如图所示，则：

（1）据图可知，加入某药物后，溶液中24Na的量________；而加入ATP后，溶液中24Na的量________________。

（2）由此可见，神经纤维排出24Na需要消耗________，通过细胞膜的方式是______________________。

（3）某药物的作用机理是_______________________________________。

（4）若将图中纵坐标改为“细胞中24Na的量”，请画出相应的曲线以表示细胞中24Na量的变化(注入神经纤维中24Na的总量为2)。

【答案】（1）不变　增加　

（2）ATP　主动运输　

（3）抑制了ATP的合成(或阻碍了细胞呼吸)

（4）如图

【解析】分析曲线可知，纵坐标表示溶液中24Na的含量变化。由题干信息可知，向枪乌贼的神经纤维内注入24Na后，能在溶液中检测到24Na，说明神经纤维向外排放24Na，且加入某药物后，24Na停止排放，再加入ATP,24Na又恢复向外排放，一方面说明了24Na通过细胞膜需要消耗ATP，为主动运输，另一方面也可推断出某药物通过抑制ATP的合成从而阻断了24Na的外流。

题组C  培优拔尖练

13.（2018浙江卷）ATP是细胞中的能量通货，下列叙述正确的是（　　）

A．ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量

B．ATP-ADP循环使得细胞储存了大量的ATP

C．ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团

D．ATP分子中的2个高能磷酸键不易断裂水解

【答案】C

【解析】ATP的形成途径是光合作用和细胞呼吸，因此ATP中的能量来自光能和细胞呼吸释放的能量，A错误；ATP-ADP循环，使得细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，B错误；ATP水解远离腺苷的高能磷酸键断裂，形成ADP和Pi，同时释放能量，C正确；ATP分子中含有2个高能磷酸键，远离腺苷的高能磷酸键很容易水解，D错误。

14.（2016海南卷）下列有关植物细胞能量代谢的叙述，正确的是

A.含有两个高能磷酸键的ATP是DNA的基本组成单位之一

B.加入呼吸抑制剂可使细胞中ADP生成减少，ATP生成增加

C.无氧条件下，丙酮酸转变为酒精的过程中伴随有ATP的合成

D.光下叶肉细胞的细胞质基质、线粒体和叶绿体中都有ATP合成

【答案】D

【解析】ATP中含有核糖，DNA中含有脱氧核糖，A项错误；呼吸抑制剂抑制呼吸作用，会使ADP生成增加，ATP生成减少，B项错误；无氧呼吸的第二阶段不产生ATP，C项错误；光下叶肉细胞的细胞质基质和线粒体进行有氧呼吸，叶绿体进行光合作用，均可产生ATP，D项正确。

15.核苷三磷酸(NTP)包括ATP、GTP、UTP、CTP等;脱氧核苷三磷酸(dNTP,d表示脱氧)包括dATP、dGTP、dTTP、dCTP。研究发现dNTP可作为DNA合成的原料。下列叙述正确的是(　 　)

A.dNTP和NTP的区别体现在五碳糖的种类不同

B.dNTP含有2个高能磷酸键,可为DNA复制提供能量

C.DNA复制时需dATP、dTTP含量越多,则DNA结构越稳定

D.真核细胞分裂时,胞内dNTP都进入细胞核内参与DNA的复制

【答案】B   

【解析】NTP和NTP的区别在于五碳糖种类不同和碱基种类不同;DNA复制时,dNTP需要脱去2个高能磷酸键释放能量,该能量可用于DNA复制;DNA复制时需dCTP、dGTP含量越多,则DNA结构越稳定;真核细胞进行分裂时,除核DNA进行复制外,细胞质DNA也有复制,胞内dNTP不可能全部进入细胞核中。

16.(2016·全国Ⅰ卷,节选)在有关DNA分子的研究中,常用32P 来标记DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP(d表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(A—Pα～Pβ～Pγ或dA—Pα～Pβ～Pγ)。回答下列问题:

(1)某种酶可以催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上,同时产生ADP。若要用该酶把 32P 标记到DNA末端上,那么带有 32P的磷酸基团应在ATP的　　　(填“α”“β”或“γ”)位上。 

(2)若用带有 32P的dATP作为DNA生物合成的原料,将 32P 标记到新合成的DNA分子上,则带有 32P的磷酸基团应在dATP的　　　  　(填“α”“β”或“γ”)位上。 

【答案】(1)γ (2)α

【解析】(1)ATP水解形成ADP时远离腺苷的高能磷酸键断裂,因此,ATP转移到DNA末端上的磷酸基团位于ATP的γ位上。(2)dATP断裂两个高能磷酸键后形成的dA—Pα为组成DNA分子的成分之一,因此,若将32P标记到新合成的DNA分子上,则带有32P的磷酸基团应在dATP的α位上。