苏教版 (2019)必修1《分子与细胞》第二节 细胞——生命活动的基本单位优秀第3课时导学案及答案

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第3课时　ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
[学习目标]　1.简述ATP的化学组成和特点。2.阐述ATP与ADP之间的相互转化。3.解释ATP在能量代谢中的作用。

1．能源物质
糖类、脂肪、蛋白质都富含能量。这些物质氧化分解释放的能量中有一部分用于产生ATP。
2．ATP的名称与简式

(1)中文名称：腺苷三磷酸。
(2)结构简式：A—P～P～P。
(3)符号含义
3．ATP的特点
(1)由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得磷酐键容易断裂。ATP分子末端的磷酐键断裂后，ATP转化为腺苷二磷酸(ADP)和游离的Pi(HPO)。
(2)ATP是通过基团转移而不是简单的水解提供能量的，ATP转移的基团是一个磷酰基(—PO)，而不是磷酸基(—OPO)。
(3)ATP在细胞内含量很低，但转化十分迅速。
4．ATP和ADP的相互转化

(1)ATP的合成反应
①反应式：ADP＋Pi＋能量1ATP。
②图中“能量1”为光合作用、细胞呼吸产生的能量。
(2)ATP的水解反应
①反应式：ATPADP＋Pi＋能量2。
②图中“能量2”为通过磷酰基转移提供的能量。
5．ATP的功能
(1)是细胞内绝大多数生命活动的直接能源物质。如生长、发育、运动、生殖和大多数需能反应等。
(2)是驱动细胞中各种生命活动的通用能量货币。糖类等有机物氧化分解释放的能量不能直接用于生命活动，需要转化为ATP中的能量才能满足生命活动的需求。
判断正误
(1)ATP含有3个磷酐键，但是只有一个磷酐键会发生断裂(　　)
(2)ATP是细胞生命活动需要的能量(　　)
(3)在生命活动旺盛的细胞中ATP的含量多(　　)
(4)根细胞产生ATP的生理过程为光合作用和细胞呼吸(　　)
(5)ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处在动态平衡中(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√

一、ATP的结构
1．根据ATP的结构式思考下列问题：

(1)图中①②③的结构分别是什么？
提示　腺嘌呤、核糖、磷酸基团。
(2)腺苷是由图中哪些结构组成的(写序号)?
提示　①②。
(3)ATP分子去掉2个磷酸基团后的剩余部分是什么物质？
提示　腺嘌呤核糖核苷酸。
(4)若ATP完全水解，会得到哪些成分？
提示　腺嘌呤、核糖、磷酸。
2．为什么ATP中远离A端的磷酐键不稳定？
提示　由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得这种化学键不稳定。

ATP的结构

(1)由结构图示可知，ATP的组成元素有C、H、O、N、P，这与核酸的元素组成是相同的。
(2)由结构图示可看出，ATP的结构特点可概括为“一、二、三”，即一个腺嘌呤核苷、两个磷酐键、三个磷酸基团。
(3)ATP水解后脱下两个Pi就形成AMP(腺苷一磷酸)，AMP是RNA的基本组成单位之一。

1．(2022·江苏连云港高一期末)ATP分子的结构可简写成A－P～P～P，下列相关叙述正确的是(　　)
A．A代表腺嘌呤，T代表三，P代表磷酸基团
B．“～”表示磷酐键，其断裂时需要吸收能量
C．ATP是通过转移磷酸基(－OPO)提供能量的
D．ATP是通过磷酐键断裂，直接释放大量能量的
答案　B
解析　“A”代表腺苷，A错误；“～”代表磷酐键，其断裂时需要先吸收能量使ATP分子处于活跃状态，然后在转变成ADP和Pi的过程中释放能量，B正确；ATP是通过转移磷酰基(－PO)提供能量的，而不是磷酸基(－OPO)，C错误；ATP分子水解，末端的磷酐键断裂，通过基团(—PO)的转移提供能量，D错误。
2．(2022·江苏海安高一期末)ATP是细胞的能量“货币”，如图所示为ATP的分子结构，a、b、c表示相应的结构，①、②表示化学键。下列相关叙述错误的是(　　)

A．ATP并不是细胞中所有需要能量的生命活动的唯一直接供能物质
B．图中①②对应的磷酐键都断裂后形成的产物是构成RNA的基本单位之一
C．GTP与ATP结构相似，GTP含有的糖为核糖，其中的“G”叫鸟苷
D．ATP水解产生的能量用于满足各项生命活动，如蔗糖的水解
答案　D
解析　ATP并不是细胞中所有需要能量的生命活动的唯一直接供能物质，细胞中还有GTP、CTP等直接供能物质，A正确；图中①②对应的磷酐键都断裂后形成的产物是腺嘌呤核糖核苷酸，是构成RNA的基本单位之一，B正确；GTP是三磷酸鸟苷，与ATP结构相似，GTP含有的糖为核糖，其中的“G”叫鸟苷，C正确；蔗糖的水解不消耗能量，D错误。
二、ATP和ADP的相互转化和ATP的利用
1．分析以下资料，回答相关问题：
资料1　研究显示，一个成年人一天在静止状态下所消耗的ATP约有48 kg；在剧烈运动的状态下，每分钟约有0.5 kg的ATP转化成ADP。
资料2　成人体内ATP总量约为2～10 mg，人体安静状态下，肌肉内ATP含量只能供肌肉收缩1～2 s。
资料3　每个细胞每秒可合成约1 000万个ATP且同时有等量的ATP 被水解。
(1)资料1和资料2说明了什么？
提示　ATP的消耗量大，但是含量很低。
(2)资料3说明了什么？有什么意义？
提示　ATP合成和水解即ATP和ADP的相互转化非常迅速，一方面为细胞提供所需的ATP，另一方面使ATP维持相对恒定的水平。
2．阅读教材P79有关ATP的利用和合成的相关内容，将ATP和ADP的转化概念图补充完整。


1．ATP与ADP的相互转化
反应式
ATP ADP＋Pi＋能量
ADP＋Pi＋能量 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
基团(—PO)转移
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：ATPADP＋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)储存在ATP中的化学能可以转化为光能、电能、机械能等。
(2)常见的消耗ATP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ATP的生理过程：简单扩散、协助扩散、气体交换、蒸腾作用等。

3．如图表示细胞中ATP与ADP相互转化示意图。下列相关叙述正确的是(　　)

A．过程①的能量来自磷酸
B．过程②发生化学键的断裂
C．过程①只能发生在线粒体中
D．过程②不能发生在叶绿体中
答案　B
4．(2022·江苏省天一中学高一期末)下列能使细胞中ADP含量增加的是(　　)
A．萎蔫的青菜放在清水中变得坚挺
B．葡萄糖进入哺乳动物红细胞
C．氨基酸被小肠上皮细胞逆浓度吸收
D．性激素进入细胞
答案　C
解析　萎蔫的青菜放入清水中，水分子通过简单扩散进入细胞，不消耗能量，A错误；葡萄糖进入哺乳动物红细胞属于协助扩散，不消耗能量，B错误；氨基酸被小肠上皮细胞逆浓度吸收属于主动运输，需消耗ATP，ADP增加，C正确；性激素进入细胞属于简单扩散，D错误。




题组一　ATP的结构和特点
1．ATP是细胞中的能量“货币”。下列相关叙述正确的是(　　)
A．ATP中的A代表腺嘌呤
B．ATP中的T代表胸腺嘧啶
C．ATP的结构简式可表示为A—P～P～P
D．ATP中靠近A的磷酐键易水解断裂
答案　C
2．dATP与ATP结构相似，区别是其中所含的五碳糖为脱氧核糖。下列说法错误的是(　　)
A．含有两个不稳定的磷酐键
B．能为蛋白质合成提供直接能源
C．含有C、H、O、N、P五种元素
D．dATP中的“A”代表腺苷
答案　D
解析　dATP中的“A”代表脱氧腺苷(腺嘌呤和脱氧核糖组成)，ATP中的A代表腺苷(腺嘌呤和核糖组成)，D错误。
3．下列关于水稻细胞内ATP的叙述，正确的是(　　)
A．ATP的化学性质十分稳定
B．核糖体是合成ATP的主要场所
C．每个ATP分子中含有两个磷酸基团
D．水解释放的磷酸基团能与某些蛋白质结合
答案　D
解析　ATP化学性质不稳定，远离腺苷的磷酐键容易断裂，A错误；核糖体是合成蛋白质的主要场所，不能合成ATP，B错误；每个ATP分子中含有三个磷酸基团，C错误；水解释放的磷酸基团可转移到某些蛋白质的氨基酸残基上，使蛋白质磷酸化，D正确。
题组二　ATP和ADP的相互转化
4．下列关于细胞内ATP的叙述，正确的是(　　)
A．ATP分子中含有腺嘌呤脱氧核苷酸
B．每个ATP分子含有2个磷酸基团，3个磷酐键
C．ATP在细胞中不断被分解，同时也在不断形成
D．ATP与ADP的相互转化的过程中伴随着能量释放
答案　C
解析　ATP的结构简式是A－P～P～P，去掉两个磷酸基团后，剩余的A－P为腺嘌呤核糖核苷酸，A错误；每个ATP分子含有3个磷酸基团，2个磷酐键，B错误；细胞内的ATP含量不多，消耗后可迅速合成，C正确；在ATP与ADP的相互转化中，伴随着能量的储存和释放，D错误。
5．(2022·江苏淮安高一期末)ATP是驱动生命活动的直接能源物质。下列关于ATP的叙述正确的是(　　)
A．ATP在酶的作用下，可以加上一个Pi，储存能量
B．ATP能量供应机制在所有生物的细胞内都是一样的
C．ATP是腺苷三磷酸的简称，其分子结构简写成A—T～P～P
D．由于相邻的磷酸基团的相互排斥，使磷酐键容易断裂，因此ATP转化成ADP不需要酶参加
答案　B
解析　ADP在酶的作用下，可以加上一个Pi，生成ATP，A错误；ATP和ADP相互转化的能量供应机制普遍存在，体现了生物界的统一性，B正确；ATP是腺苷三磷酸的简称，ATP分子的结构可以简写成A—P～P～P，C错误；由于相邻的磷酸基团的相互排斥，使磷酐键容易断裂，但ATP转化成ADP也需要酶参加，D错误。
6．如图表示ATP和ADP相互转化的示意图，对这一过程的叙述不正确的是(　　)
ATPADP＋Pi＋能量
A．存在着能量的释放和储存
B．保证了生命活动顺利进行
C．持续不断地在生物活细胞中进行
D．合成ATP的能量都来自细胞呼吸
答案　D
题组三　ATP的功能
7．《晋书·车胤传》有“囊萤映雪”的典故，记载了东晋时期名臣车胤日夜苦读，将萤火虫聚集起来照明读书的故事。萤火虫尾部可发光，为发光直接供能的物质是(　　)
A．淀粉 B．脂肪 C．ATP D．蛋白质
答案　C
8．科学家研究发现，向刚刚失去收缩功能的离体肌肉上滴加葡萄糖溶液，肌肉不收缩；向同一条肌肉上滴加ATP溶液，肌肉很快就发生明显的收缩。这说明(　　)
A．葡萄糖是能源物质
B．ATP是能源物质
C．葡萄糖是直接能源物质
D．ATP是直接能源物质
答案　D

选择题9～10题为单选题，11～13题为多选题。
9．(2022·江苏南京高一期末)腺苷酸激酶能专一性地将 ATP 分子末端的基团转移到AMP 上形成ADP，经胰蛋白酶处理后此酶会失活。下列叙述正确的是(　　)
A．腺苷酸激酶直接为ADP 的合成提供能量
B．pH 的变化不会改变腺苷酸激酶活性
C．腺苷酸激酶的化学本质是蛋白质
D．腺苷酸激酶可催化 ATP 的生物合成
答案　C
解析　酶不能为化学反应提供能量，只能降低化学反应的活化能从而加快反应速度，A错误；酶活性受到pH的影响，B错误；腺苷酸激酶经过胰蛋白酶处理，失去活性，所以化学本质是蛋白质，C正确；腺苷酸激酶能将ATP分子末端的磷酸基团转移至腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)上而形成ADP，即能促进ATP的水解，D错误。
10．蛋白质的磷酸化与去磷酸化被比喻为一种分子开关，分子开关的机理如图所示，形成有活性的蛋白是一个磷酸化的过程、即“开”的过程，形成无活性的蛋白是一个去磷酸化的过程，即“关”的过程。下列有关分子开关的说法错误的是(　　)

A．细胞呼吸产生的ATP可以用于分子开关中蛋白质的磷酸化过程
B．分子开关可能是通过改变蛋白质的空间结构来实现“开”和“关”的
C．蛋白质去磷酸化过程是一个放能反应的过程、释放的能量有一部分可用于合成ATP
D．蛋白质磷酸化过程是一个吸能反应，与ATP的水解相联系
答案　C
解析　通过图示可知，细胞呼吸产生的ATP可以用于分子开关中蛋白质的磷酸化过程，形成有活性的蛋白，A正确；ATP将蛋白质磷酸化，形成ADP和磷酸化的蛋白质，同时蛋白质的空间结构发生改变，当磷酸化的蛋白质上的磷酸基团脱落时蛋白质的空间结构会再次发生改变(恢复原状)，因此分子开关可能是通过改变蛋白质的空间结构来实现“开”和“关”的，B正确；蛋白质去磷酸化过程释放的能量不能用于合成ATP，C错误；通过图示可知，蛋白质磷酸化过程需要消耗ATP，是一个吸能反应，与ATP的水解相联系，D正确。
11．科学家从牛的胰脏中分离出一种多肽链(Ub)，如果靶蛋白被贴上Ub标签，会发生如图所示的过程。下列有关叙述正确的是(　　)

A．ATP的结构简式是A—P～P～P
B．①过程会释放能量
C．催化ATP水解的酶降低了反应的活化能
D．催化过程①和②的酶具有相同的氨基酸序列
答案　AC
解析　①过程需要消耗ATP分解所释放的能量，B错误；酶具有催化作用，其催化作用的本质是降低化学反应的活化能，催化ATP水解的酶通过降低化学反应的活化能来实现催化作用的，C正确；过程①和②是两个不同的过程，需要的酶的种类有差别，因而二者不会具有相同的氨基酸序列，D错误。
12．(2022·江苏高一阶段练习)如图所示，图1为ATP的结构简图，图2为ATP与ADP相互转化的关系式。下列说法错误的有(　　)
　
A．ATP中的五碳糖为核糖，b、c为磷酐键
B．图1的“A”与ATP中的“A”为同一种物质
C．ATP与ADP相互转化属于可逆反应
D．图2中ADP转化为ATP的能量来自光合作用、细胞呼吸
答案　BC
解析　图1中字母A代表的是腺嘌呤，ATP分子中的A代表腺苷，B错误；ATP与ADP相互转化不属于可逆反应，因为此过程物质可逆，而能量不可逆，且所需要的酶不同，C错误。
13．(2022·江苏泰州中学高一期末)如图所示，为氨基酸和Na＋进出肾小管上皮细胞的过程。下列相关叙述正确的是(　　)

A．ATP的A表示腺苷，其元素组成有C、H、O、N
B．管腔中氨基酸进入上皮细胞的方式为主动运输
C．上皮细胞中氨基酸通过协助扩散进入肾小管周围组织液
D．上皮细胞合成蛋白质的反应过程是一个放能反应过程
答案　ABC
解析　ATP的A表示腺苷，由腺嘌呤碱基和核糖组成，其元素组成有C、H、O、N，A正确；分析图示可知，管腔中氨基酸进入上皮细胞为逆浓度梯度，需要载体蛋白，能量来自Na＋的浓度差，运输方式为主动运输，B正确；上皮细胞中氨基酸进入肾小管周围组织液为顺浓度梯度运输，需要载体蛋白，运输方式为协助扩散，C正确；上皮细胞在核糖体上合成蛋白质，该过程需要消耗能量，由ATP水解直接提供能量，是一个吸能反应过程，D错误。
14．据图分析回答下列问题：


(1)图1曲线表示物质A生成物质P的化学反应在无催化条件和有酶催化条件下的能量变化过程。无催化剂时，该反应所需的活化能可用图中_______________________________________
(填字母)来表示。酶所降低的活化能可用图中________(填字母)来表示。如果将酶催化改为无机催化剂催化该反应，则b在纵轴上将___________________(填“上移”或“下移”)。
(2)目前为止发现的绝大多数酶的化学本质为_____________________，其合成场所是__________，少数酶的化学本质为________。
(3)图2是ATP与ADP之间的相互转化图。其中M表示______________(填中文名称)，其结构简式为________，X1和X2表示_______________，能量1的去向为____________________。
(4)细胞呼吸过程与图2中________(填“酶1”或“酶2”)所催化的化学反应相联系。
答案　(1)ac(ca)　ab(ba)　上移　(2)蛋白质　核糖体　RNA　(3)腺苷三磷酸　A—P～P～P　磷酸(Pi)　供给各项生命活动　(4)酶2
15．在自然界中生物的发光现象普遍存在，生物通过细胞的生化反应而发光。请设计实验探究萤火虫的发光强度与ATP浓度的关系。
实验材料：萤火虫的荧光器晒干后研成的粉末、ATP粉末、蒸馏水、大小相同的小烧杯若干、大小相同的试管若干、标签纸若干及其他所需实验材料。
(1)实验步骤：
①配制不同浓度的ATP溶液，置于小烧杯中，贴上标签。
②将____________分成若干等份，分别放入试管中，贴上标签。
③在每支试管中加入_____________________________________________。
④观察发光现象并记录。
(2)实验现象预测及结论：
实验现象预测
实验结论
①随ATP溶液浓度升高，发光现象逐渐增强
荧光强度与ATP浓度_____________
②随ATP溶液浓度升高，发光现象_________
荧光强度与ATP浓度_____________
③__________________________________________________________________________
荧光强度与ATP浓度无关

(3)实验讨论：
a．最可能的实验结果是(2)中的第______种。
b．萤火虫发光是________________能转变成_______________________能的过程。
答案　(1)②荧光器粉末　③等量不同浓度的ATP溶液　(2)①成正比　②逐渐减弱　成反比　③随ATP溶液浓度升高，发光现象无变化　(3)a.①　b．ATP中活跃的化学　光