高中第2节 细胞的能量“货币”ATP精品学案设计

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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。
知识精讲
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。

能力拓展
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。

分层提分
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
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
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
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
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
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

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
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
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
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
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
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)。

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
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
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
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。 ATP与ADP相互转化的意义
对细胞的正常生活来说，这种相互转化，是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中。保证细胞的能量供应。
能量来源或去路
Pi的去路或来源
绿色植物用于合成ATP的能量来自光能和来自呼吸作用释放的能量，动物、人、真菌和大多数细菌呼吸作用释放的能量。与许多放能反应相联系。
转移给其他分子或成为游离的磷酸
细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的。与许多放能反应相联系。
细胞内的磷酸（Pi）
磷酸腺苷
对照组/（10-6ml·g-1）
实验组/（10-6ml·g-1）
收缩前
收缩后
收缩前
收缩后
ATP
1．30
1．30
1．30
0．75
ADP
0．60
0．60
0．60
0．95