第三单元　第十课时　细胞的能量“货币”ATP-2027年高考生物一轮复习课件（含讲义及答案）

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解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
1.ATP是一种高能磷酸化合物
ATP≠能量，ATP是一种高能磷酸化合物，是一种储存能量的物质。
2.ATP和ADP的相互转化
细胞质基质、线粒体、叶绿体
(1)ATP与ADP的相互转化不是一个可逆反应。分析原因：从物质方面来看是可逆的，从酶、进行的场所、能量的来源等方面来看是不可逆的。(2)人体内ATP的含量很少，但在剧烈运动时，人体内ATP的总含量并没有太大变化，原因是ATP与ADP时刻不停地发生相互转化，并且处于动态平衡之中。(3)ATP转化为ADP是水解过程，需要水作为反应物。
3.ATP的利用(1)ATP为主动运输供能的过程(以Ca2＋释放为例)
(2)细胞内的吸能反应和放能反应
4.ATP产生量与O2供给量的关系分析
(1)腺苷三磷酸分子由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成(2022·浙江1月选考，3)
提示　腺苷三磷酸分子由1个核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成。
(2)ATP必须在有氧条件下合成(2021·北京，1)
提示　无氧呼吸也可产生ATP。
(3)唾液淀粉酶水解淀粉的过程需ATP水解提供能量(2019·天津，2)
提示　淀粉水解不需要消耗ATP。
一、ATP结构辨析1.请写出图中标出的“A”的含义。
① ；② ；③ ；④ 。
2.科学家发现，一种化学结构与ATP相似的物质GTP(鸟苷三磷酸)也能为细胞的生命活动提供能量，请从化学结构的角度解释GTP也可以供能的原因：_________________________________________________________ 。
GTP含有两个特殊的化学键，远离鸟苷的那个特殊的化学键容易水解断裂，释放能量
如果将ATP中的A替换为G、U、C，分别为鸟苷三磷酸、尿苷三磷酸和胞苷三磷酸，一起组成NTP家族，其脱去核糖第二位C上的O原子后组成dNTP家族，均为高能化合物。
二、ATP的合成和利用1.萤火虫发光需要ATP提供能量，其发光机制是尾部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，生成的荧光素化腺苷酸(腺嘌呤核糖核苷酸简称腺苷酸)与氧气在荧光素酶的催化下反应形成发光物质——虫荧光酰腺苷酸。(1)将32P标记的磷酸注入活细胞内，随后迅速分离细胞内的ATP，发现细胞内的ATP含量不变，但ATP中末端磷酸基团已被32P所标记。该实验的结论为 。
ATP和ADP在细胞内快速相互转化，细胞内ATP维持动态平衡
(2)将α、β、γ位置分别被32P标记的ATP(A－Pα～Pβ～Pγ)注入不同的发光细胞内，只有注入α位置被标记的ATP的细胞，在形成的发光物质虫荧光酰腺苷酸中检测到放射性。由此推测发光细胞以这种方式利用ATP的生物学意义是_____________________________________________________ 。
ATP水解成腺苷酸，不仅为发光物质的合成提供能量，同时也提供原料
2.研究者发现ATP在神经系统的信息传递中可以作为一种兴奋性的神经递质发挥作用，并且在内脏、中枢及外周神经系统等多个部位的细胞膜上发现了ATP受体，可见ATP还是一种能在细胞间传递信息的 。
考向一　ATP的结构及其特点1.(2024·全国甲，2)ATP可为代谢提供能量，也参与RNA的合成，ATP结构如图所示，图中～表示特殊的化学键，下列叙述错误的是A.ATP转化为ADP可为离子的主动运输提供能量B.用α位32P标记的ATP可以合成带有32P的RNAC.β和γ位磷酸基团之间的特殊的化学键不能在 细胞核中断裂D.光合作用可将光能转化为化学能储存于β和γ位磷酸基团之间的特殊的 化学键
2.(2025·河南部分名校联考)细胞内有多种高能磷酸化合物，如NTP和dNTP，每个NTP分子失去两个磷酸基团后的产物是核糖核苷酸，而每个dNTP分子失去两个磷酸基团后的产物是脱氧核糖核苷酸。图1为ATP的结构式，图2为NTP、dNTP的结构式。下列叙述正确的是A.NTP和dNTP在成分方面的区别是 所含五碳糖种类不同B.图1中的①是腺嘌呤、②是核糖， 二者共同组成腺苷C.图1所示的高能磷酸化合物可产生于有氧呼吸和无氧呼吸的每个阶段D.图1或图2中的磷酸基团之间的化学键都可以水解为生命活动直接供能
考向二　ATP的合成和利用3.(2025·河北，1)ATP是一种能为生命活动供能的化合物，下列过程不消耗ATP的是A.肌肉的收缩B.光合作用的暗反应C.Ca2＋载体蛋白的磷酸化D.水的光解
4.(2021·湖南，5)某些蛋白质在蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用下，可在特定氨基酸位点发生磷酸化和去磷酸化，参与细胞信号传递，如图所示。下列叙述错误的是A.这些蛋白质磷酸化和去磷酸化过程体现了蛋 白质结构与功能相适应的观点B.这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，不 影响细胞信号传递C.作为能量“货币”的ATP能参与细胞信号传递D.蛋白质磷酸化和去磷酸化反应受温度的影响
调控蛋白质的活性方法之一——磷酸化和去磷酸化引发构象变化
一、基础排查判断下列关于ATP的叙述(1)ATP是细胞中能量的唯一载体，也是能量的直接来源(　　)
提示　细胞中能量的载体不止ATP一种(如还有GTP、UTP、CTP等)，ATP是细胞中的直接能源物质。
(2)ATP结构简式可表示为A—P～P～P(　　)
(3)ATP中的“A”是腺苷，由腺嘌呤和脱氧核糖结合而成(　　)
提示　ATP中的“A”是腺苷，由腺嘌呤和核糖结合而成。
(4)ATP中两个相邻的磷酸基团都带正电荷而相互排斥(　　)
提示　ATP中两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥。
(5)ATP末端的磷酸基团转移势能较高，导致远离A的化学键易断裂(　　)(6)ATP水解两个特殊化学键后剩余部分可直接参与RNA、DNA的合成(　　)
提示　ATP含有的五碳糖为核糖，ATP水解两个特殊化学键后剩余部分可直接参与RNA合成，不能参与DNA合成。
(7)ATP水解脱离下来的磷酸分子可与某些蛋白质结合(　　)
提示　ATP水解脱离下来的磷酸基团可与某些蛋白质结合。
(8)代谢旺盛的细胞内ATP含量较多，代谢缓慢的细胞内ADP含量较多(　　)
提示　细胞内的ATP含量不多，消耗后可迅速产生，代谢旺盛的细胞内ATP与ADP转化速率快，代谢缓慢的细胞内ATP与ADP转化速率慢。
(9)肌肉细胞中ATP含量因大量消耗而明显降低(　　)
提示　肌肉细胞中ATP大量消耗的同时也会及时产生，不会明显降低，ATP与ADP的相互转化处于动态平衡之中。
(10)ATP水解和ATP合成过程中，能量不同，所用酶不同，场所也不完全相同(　　)(11)菠菜根尖细胞中能合成ATP的细胞器只有线粒体(　　)(12)许多放能反应一般与ATP的合成相联系(　　)(13)Ca2＋载体蛋白的磷酸化与ATP水解相联系(　　)(14)所有活细胞都能通过细胞呼吸生成ATP(　　)
二、要语必背1.ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物，是驱动细胞生命活动的直接能源物质。2.(必修1P87)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。ATP与ADP相互转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的，这体现了生物界的统一性。3.由ATP直接供能的生命活动，如大脑思考、生物发电、主动运输、物质合成、肌肉收缩等。
4.(必修1P88)ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，这在细胞中是常见的。这些分子被磷酸化后，空间结构发生变化，活性也被改变，因而可以参与特定的化学反应。5.(必修1P89)许多吸能反应与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量；许多放能反应与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中，用来为吸能反应直接供能。
精练高频考点提升关键能力
(1)吸能　酶催化ATP合成的速率　(2)磷酸酐键断裂　(3)激活(或提高)　(4)先设计一系列两种酶的浓度比梯度较大的实验得到一个浓度比范围，再在该范围内设计较小的浓度比梯度进行实验，产物生成量最高的酶浓度比即为最适浓度比
(1)核糖　2　(2)①冷却　等量不同浓度的利福平溶液　②促进细胞破裂，使细胞内的 ATP 充分暴露　(3)抑制
一、选择题1.(2026·河南九师联盟联考)下列关于ATP的叙述，正确的是A.一分子ATP中有三个磷酸基团，离腺苷最近的磷酸基团转移势能最高B.从ATP上脱离下来的磷酸基团携带能量与蛋白质结合使其发生磷酸化C.ATP中含有的五碳糖是脱氧核糖，可参与构成RNAD.大肠杆菌细胞内ATP的合成一般与吸能反应相联系
2.如图所示为ATP的结构及ATP与ADP之间的相互转化过程，下列叙述正确的是
A.图1中的a代表腺苷，A代表的是腺嘌呤B.某些载体蛋白可催化ATP水解C.ATP与ADP相互转化过程，虽不是可逆的，但物质和能量是可循环利 用的D.酶1和酶2调节作用的机理是降低反应的活化能
3.(2026·六安月考)如图是细胞中某种化合物的结构模式图。下列叙述错误的是
A.细胞中需要能量的生命活动主要是由该化合物直接提供能量的B.ATP中的能量可以来源于光能，但不能转化为光能C.吸能反应和放能反应常与⑤的断裂和形成相关联D.人体对该化合物的需求量很大，但该化合物在人体内的含量很少
4.(2026·新乡联考)生命活动的正常发生离不开能量的驱动，而ATP是细胞生命活动的直接供能物质。下列生命活动中不需要ATP水解直接供能的是A.神经元中钾离子的内流B.以氨基酸为原料合成蛋白质C.二氧化碳被C5固定D.萤火虫体内荧光素的激活
5.(2025·河南部分学校联考)ATP、GTP、UTP和CTP都是生物体内的高能磷酸化合物，它们彻底水解的产物中只有碱基不同。在琥珀酸硫激酶的作用下，琥珀酰－CA可水解释放能量用于合成GTP。下列叙述错误的是A.植物叶肉细胞内能合成ATP的细胞器有线粒体和叶绿体B.细胞中ATP、GTP等物质的合成一般与放能反应相联系C.1分子UTP含1分子尿嘧啶、1分子脱氧核糖和3分子磷酸基团D.琥珀酸硫激酶可降低琥珀酰－CA水解所需的活化能，使反应加快
6.(2021·海南，14)研究人员将32P标记的磷酸注入活的离体肝细胞，1～2 min后迅速分离得到细胞内的ATP。结果发现ATP的末端磷酸基团被32P标记，并测得ATP与注入的32P标记磷酸的放射性强度几乎一致。下列有关叙述正确的是A.该实验表明，细胞内全部ADP都转化成ATPB.32P标记的ATP水解产生的腺苷没有放射性C.32P在ATP的3个磷酸基团中出现的概率相等D.ATP与ADP相互转化速度快，且转化主要发生在细胞核内
7.(2026·安徽名校联考)蛋白质的磷酸化与去磷酸化作为一种“分子开关”，是生物体内普遍存在的转化过程。如图是Rb蛋白磷酸化和去磷酸化过程，下列叙述正确的是
A.ATP水解导致的Rb蛋白磷酸化和构象改变一般不可恢复B.Rb蛋白磷酸化过程中ATP中的特殊化学键全部断裂C.ATP水解过程产生的磷酸基团还可用于ATP的再次合成D.Rb蛋白磷酸化的过程伴随着细胞中吸能反应的进行
8.(2025·六安期末)高强度的运动需先经腺苷三磷酸—磷酸肌酸系统供能，但该系统仅能持续供能约15 s。ATP和磷酸肌酸的能量转换关系如图。下列叙述正确的是
A.运动员在400米短跑时消耗的能量主要来源于磷酸肌酸和葡萄糖B.磷酸肌酸和ATP都是细胞内的直接能源物质C.腺苷三磷酸—磷酸肌酸系统供能需要氧气参与D.剧烈运动时，细胞内ATP/ADP的值会明显下降
9.(2026·河南新未来联考)科研人员研究某种神经毒素(NTX)的作用机制时，发现其可特异性结合细胞膜上的ATP水解酶并使其活性丧失。进一步实验发现：①正常细胞中该酶水解ATP时伴随载体蛋白磷酸化；②NTX处理后的细胞，胞内ATP/ADP比值显著上升，但K＋跨膜运输速率下降。下列叙述正确的是A.ATP分子由腺嘌呤、脱氧核糖和磷酸基团构成B.NTX通过破坏ATP的特殊化学键导致供能中断C.该载体蛋白磷酸化后构象改变，可能协助K＋进行主动运输D.实验结果表明ATP的水解产物ADP是运输物质的直接能源
10.(2026·黄冈调研)研究者发现一种细菌，细胞膜上有ATP合成酶及光驱动的H＋泵，利用该细菌进行实验，结果如图甲所示。图乙为该菌ATP和ADP的相互转化示意图，下列说法正确的是A.该细菌可通过线粒体进行有氧呼吸B.该细菌能利用光能将胞内的H＋运出细胞
C.能量①全部来自有机物中的化学能D.能量②可用于O2和无机盐的吸收等生命活动
11.Arf家族蛋白是分泌、内吞等过程的关键引发因子，Arf家族蛋白在与GDP结合的非活性状态和与GTP结合的活性状态之间循环(GTP和ATP的结构和性质相似，仅是碱基A被G替代)。活性状态的Arf家族蛋白能募集胞质蛋白进入囊泡，然后运输到特定的亚细胞位点。下列叙述正确的是A.GDP是由鸟嘌呤、核糖和3个磷酸基团结合而成B.Arf由非活性状态转化为活性状态，其空间结构不会发生改变C.Arf由非活性状态转化为活性状态是一个吸能反应D.运输货物蛋白的囊泡可能来自核糖体、内质网或高尔基体
12.肌细胞质基质中Ca2＋浓度升高将引起肌收缩，静息状态下，肌细胞质基质Ca2＋浓度极低，此时胞内Ca2＋主要存储于肌质网中(一种特殊的内质网)。肌质网膜上存在一种Ca2＋载体，能催化水解ATP实现Ca2＋逆浓度跨膜运输，该载体转运过程中的两个状态(E1和E2)如图所示。下列相关叙述错误的是A.该载体对Ca2＋的转运过程利用了ATP水解所 释放的能量B.E2中该载体通过构象变化向细胞质基质运输 Ca2＋导致肌收缩C.若该载体数量不足或功能减弱可导致肌收缩的停止发生异常D.随着待转运Ca2＋浓度的增加，该载体的运输速率先增大后稳定
13.细胞中L酶上的两个位点(位点1和位点2)可以与ATP和亮氨酸结合，进而催化tRNA与亮氨酸结合，促进蛋白质的合成。科研人员针对位点1和位点2分别制备出相应突变体细胞L1和L2，在不同条件下进行实验后检测L酶的放射性强度，结果如图。下列叙述正确的是A.ATP水解释放的磷酸基团可使L酶磷酸化， 进而抑制L酶的活性B.突变体细胞L1中L酶不能与ATP结合C.ATP与亮氨酸分别与L酶上的位点1和位点2结合D.ATP与L酶结合能够促进亮氨酸与相应的位点结合
二、非选择题14.(2025·南充三模)丙谷二肽常被用作病人术后的必需营养注射液。为降低成本，实现工业化生产，研究人员在体外将聚磷酸激酶(PPK2)构建的ATP再生系统与氨基酸连接酶联用，可以催化丙氨酸和谷氨酰胺合成丙谷二肽。反应原理如图，其中无机聚磷酸盐(Pi)n是由多个磷酸基团通过磷酸酐键连接而成的线性聚合物，含有较高的能量。回答下列问题：
(1)丙谷二肽的合成是________反应(填“吸能”或“放能”)；聚磷酸激酶的活性可用一定条件下_______________________表示。
(2)与生物体内ATP合成不同，体外ATP再生系统合成ATP所需的能量来自无机聚磷酸盐(Pi)n中_______________释放的能量。
(3)研究发现，反应体系中没有Mg2＋时，该反应无法发生。随着Mg2＋浓度增加，ATP产量会显著增加；当Mg2＋浓度为30 mml/L时，ATP产量达到最
大。由此推测Mg2＋可能____________PPK2的活性。(4)为了进一步优化反应条件，请设计实验探究氨基酸连接酶和PPK2的最适浓度比(如1∶1)(写出实验思路即可)：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
梯度较大的实验得到一个浓度比范围，再在该范围内设计较小的浓度比梯度进行实验，产物生成量最高的酶浓度比即为最适浓度比
先设计一系列两种酶的浓度比
15.(2025·成都一模)正常情况下，细菌细胞内ATP的含量维持在相对稳定的水平，技术人员据此研发出基于荧光素—荧光素酶体系的细菌数量快速测定方法，检测原理如图1所示。现有研究小组运用该方法探究药物利福平(RFP)对结核分枝杆菌生长的影响。据图回答下列问题：
(1)1个ATP分子由 1 分子______、1 分子腺嘌呤和 3 个磷酸基团组成。据图分析，为荧光素发光供能时，1个ATP水解释放______个磷酸基团。
①请补充题述实验步骤：a.________；b.___________________________。
等量不同浓度的利福平溶液
②步骤2中加入细胞裂解液的目的是________________________________________。
促进细胞破裂，使细胞内的 ATP 充
(3)实验结果分析：如图2所示，利福平能够______(填“促进”或“抑制”)结核分枝杆菌的生长。