第2节细胞的能量“货币”ATP

【主干知识梳理】一、ATP的结构与功能1．ATP的结构(1)中文名称：___________。(2)结构简式：____________。(3)符号含义：A代表_____，P代表_________，“～”代表_____________。腺苷三磷酸A—P～P～P磷酸基团腺苷特殊的化学键2．ATP的特点(1)不稳定：____________有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的__________。(2)高能量：ATP水解释放的能量高达______

kJ/mol，是细胞内的一种_______________。3．ATP的功能ATP能够直接为生命活动提供能量，是驱动细胞生命活动的_____________。末端磷酸基团转移势能30.54

高能磷酸化合物直接能源物质二、ATP和ADP之间的相互转化1．相互转化的反应式：______________________________。2．相互转化的特点(1)ATP和ADP相互转化时刻不停地发生，且处于_________之中。(2)ATP和ADP相互转化的_________机制，在所有生物的细胞内都是一样的，体现了生物界的_______。3．合成ATP的能量来源(1)绿色植物：________、_________。(2)动物、人、真菌和大多数细菌等：________。动态平衡能量供应统一性呼吸作用光合作用呼吸作用三、ATP的利用1．ATP利用的实例2．ATP功能的原理ATP水解释放的________使蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，_________发生变化，____也被改变，因而可以参与各种化学反应。磷酸基团空间结构活性三、ATP的利用1．ATP利用的实例水解合成(2)能量通过

在吸能反应和放能反应之间流通。ATP分子【教材微点发掘】1．ATP是生命活动的直接能源物质，结合教材第86页“相关信息”和下图，回答下列问题：(1)ATP是____________的英文名称缩写，其结构简式是______________，其中A代表________，T代表______，表示含有3个磷酸基团，P代表________，“—”代表普通化学键，“～”代表____________。由此可见ATP主要通过______________储存能量。答案：腺苷三磷酸A—P～P～P腺苷三磷酸基团特殊的化学键两个特殊的化学键(2)ATP的组成元素有__________。若ATP完全水解，会得到____________(填成分)。答案：C、H、O、N、P腺嘌呤、核糖和磷酸(3)ATP中的“A”与碱基中的“A”是同一种物质吗？提示：不是。在ATP中，“A”代表腺苷(腺嘌呤＋核糖)；在碱基中，“A”代表腺嘌呤。2．下图(参见教材第88页图5-­7)为ATP为主动运输供能示意图，请按照过程顺序排列____________________。(用箭头和图号表示)答案：图1→图3→图23．把ATP比喻成能量的“货币”，此处的“货币”的含义有哪些？(参见教材第86页《本节聚焦》)提示：(1)ATP和ADP的相互转化，伴随着能量的释放和储存。此外，ATP和ADP的数量还处于动态平衡之中。(2)ATP广泛存在生物的各种细胞中，各类生物(植物、动物、细菌和真菌等)都能以ATP作为直接能源物质，也反映了生物界的统一性，说明了多种多样的生物都有共同的起源，就像货币在某国家内可以流通一样。(3)教材在阐述将ATP比喻为能量“货币”的原因时，是从ATP与吸能反应和放能反应的关系入手的。放能反应促进ATP的合成(ADP与磷酸合成ATP，需吸能)；吸能反应伴随ATP的水解(ATP分解为ADP和磷酸，要放能)。也就是说，能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。(4)ATP可以重复使用，就像货币一样。新知探究(一)

ATP分子的结构【拓展·深化】1．ATP的元素组成与结构2．不同化合物中“A”的辨析化合物结构简式“A”含义共同点ATP腺苷(由腺嘌呤和核糖组成)所有“A”的共同点是都含有腺嘌呤DNA腺嘌呤脱氧核苷酸RNA腺嘌呤核糖核苷酸核苷酸腺嘌呤【典题·例析】[典例1]天宫二号与神舟十一号飞船成功对接，宇航员在轨完成“太空养蚕”，如图表示太空蚕——“秋丰白玉”体内发生的两个化学反应。下列相关说法正确的是

(

)A．ATP分子中的A是由脱氧核糖和腺嘌呤组成的B．ATP中的能量可以来源于光能、化学能，也可以转化为光能和化学能C．细胞中的吸能反应一般与ATP的合成反应相联系D．乳酸菌细胞中不会发生图中ATP与ADP间相互转化的能量供应机制[解析]

ATP分子中的A是由核糖和腺嘌呤组成的，A错误；光合作用过程中合成ATP的能量来源于光能，呼吸作用过程中合成ATP能量来源于化学能，ATP水解释放的能量也可以转化成光能(如萤火虫发光)和化学能(如合成蛋白质)，B正确；细胞中的吸能反应一般与ATP的水解反应相联系，C错误；乳酸菌细胞中会发生图中ATP与ADP间相互转化的能量供应机制，D错误。[答案]

B[典例2]在下列四种化合物的化学组成中，大圆圈中所对应的含义最接近的是(

)A．①和②

B．①和④C．③和④ D．②和④[解析]①④中大圆圈都表示腺嘌呤核糖核苷酸，②中A表示腺嘌呤，③中A表示腺嘌呤脱氧核糖核苷酸。故选B。[答案]

B归纳拓展ATP与核糖核苷酸的关系组成ATP和核苷酸的元素是相同的，都是C、H、O、N、P。ATP中存在一个普通磷酸键和两个特殊的化学键。破坏了两个特殊的化学键，剩余的部分就是一分子的腺嘌呤核糖核苷酸。【应用·体验】1．(2021·聊城高一月考)下列关于细胞的能量“货币”——ATP的叙述，正确的是(

)A．ATP中的“T”代表胸腺嘧啶核苷酸B．ATP中远离“A”的特殊的化学键易水解C．ATP的结构简式可表示为A—P—P—PD．细胞中ATP的含量少，化学性质十分稳定解析：ATP中的“T”代表三个(磷酸基团)，A错误；ATP中远离“A”的特殊的化学键易水解，B正确；ATP的结构简式可表示为A—P～P～P，C错误；细胞中ATP的含量少，但其化学性质活跃，D错误。答案：B2．如图表示ATP的结构，下列相关说法正确的是

(

)A．b键断裂后形成ADP和PiB．图中的3表示ATP中的字母AC．由1、2、3各一分子形成的物质是组成DNA的基本单位D．组成ATP的化学元素是C、H、O、N、P解析：a键断裂后形成ADP和Pi，A错误；图中3表示腺嘌呤，2与3结合为腺苷，即ATP中的A，B错误；由1、2、3各一分子形成的物质是组成RNA的基本单位之一，C错误；ATP的组成元素为C、H、O、N、P，D正确答案：D

新知探究(二)

ATP和ADP的相互转化及ATP的利用【探究·深化】[问题驱动]

ATP为生命活动提供能量离不开与ADP的相互转化。下图表示ATP和ADP的相互转化过程，请结合该图分析：

1．写出ATP与ADP相互转化的反应式：_______________________。2．转化的过程分析(1)ATP的化学性质不稳定，在有关酶的催化作用下，ATP(A—P～P～P)分子中______的那个特殊的化学键容易断裂，远离A的那个磷酸基团就脱离下来，形成游离的___(磷酸)，同时，储存在这个特殊的化学键中的_____释放出来，ATP就转化成ADP(分子简式：________)。(2)在有关酶的催化作用下，ADP可以接受_____，同时与一个游离的___结合，重新形成ATP(A—P～P～P)。远离APi能量A—P～P能量Pi(3)ATP水解释放的能量是储存在_____________内的化学能，释放出来后供利用；_____________合成ATP的能量主要来源于呼吸作用分解的______中的化学能和光合作用吸收的_____。3．下列过程需要ATP水解提供能量的是____________。①主动运输②生物发光、发电③肌肉收缩④淀粉合成⑤大脑思考⑥根细胞吸收水分

①②③④⑤特殊的化学键各项生命活动有机物光能[重难点拨]

1．ATP与ADP的相互转化是不可逆的过程

2．细胞的能源物质归纳(1)能源物质：糖类、脂肪、蛋白质、ATP。(2)主要能源物质：糖类。(3)储能物质：脂肪、淀粉(植物细胞)、糖原(动物细胞)。(4)主要储能物质：脂肪。(5)直接能源物质：ATP。(6)最终能量来源：太阳能。A．①过程和②过程所需的酶都是一样的B．①过程的能量可供各项生命活动利用，②过程的能量来自糖类等有机物的氧化分解C．①过程和②过程时刻发生，处于动态平衡之中D．ATP中的能量可来源于光能、热能，也可以转化为光能、热能[解析]

①过程为水解酶催化的水解反应，②过程为合成酶催化的合成反应，A错误；①过程释放的能量可供各项生命活动利用，②过程的能量可来自呼吸作用分解糖类等有机物释放的能量，在绿色植物中还可来源于光合作用吸收并转化的光能，B错误；生物体内ATP的水解与合成时刻发生，处于动态平衡之中，C正确；ATP中的活跃化学能可来源于光能，但不能来源于热能，ATP中的活跃化学能可以转化为光能、热能、机械能、电能等多种形式的能，D错误。[答案]

C[典例2]下列有关ATP的叙述错误的是

(

)A．ATP和ADP的相互转化保证了机体对能量的需求B．图中两次ATP的水解，后者能量可用于各项生命活动C．图中两次合成ATP，前者能量来源于光能且在人体细胞中不会发生D．ATP由3个磷酸基团和1个腺嘌呤构成[解析]

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，保证了机体对能量的需求，A正确；图中两次ATP的水解，前者能量储存在有机物中，后者能量可用于各项生命活动，B正确；图中两次合成ATP，前者ATP的合成是通过光合作用，所需能量来源于光能，在人体细胞中不会发生，C正确；一分子ATP由3个磷酸基团和1个腺苷(由腺嘌呤和核糖结合而成)构成，D错误。[答案]

D【应用·体验】1．ATP是细胞内的能量“货币”。下列关于ATP的说法中，错误的有

(

)①细胞中的吸能反应一般与ATP的合成相联系②线粒体是蓝细菌和黑藻细胞产生ATP的主要场所③ATP和ADP相互转化的反应是一个可逆反应④ATP在植物、动物和微生物体内的来源均相同A．2项 B．3项C．4项 D．1项解析：细胞中的吸能反应一般与ATP的水解相联系，①错误；蓝细菌是原核生物，没有线粒体，②错误；ATP与ADP相互转化的反应不是一个可逆反应，③错误；不同生物体内的ATP来源不同，动物和绝大多数细菌通过呼吸作用合成ATP，植物的呼吸作用和光合作用都能合成ATP，④错误。故选C。答案：C2．ATP－ADP循环的示意图如下。下列叙述正确的是

(

)A．能量①只能来自化学能B．蛋白质的合成过程需要反应①供能C．反应②中ATP中的特殊的化学键都断裂D．能量②可用于乳酸在人体肝脏中再生成葡萄糖解析：能量①可来自光能、化学能，A错误；蛋白质的合成需要ATP提供能量，即需要反应②供能，B错误；ATP的结构简式为A—P～P～P，含有2个特殊的化学键，反应②中有一个特殊的化学键断裂，C错误；乳酸在人体肝脏中再生成葡萄糖消耗能量，需要反应②提供能量，D正确。答案：

D

科学视野——生命活动的直接能源物质ATP是生命活动最主要的直接能源物质，但不是唯一的直接能源物质，除ATP外，还有UTP、GTP和CTP。UTP是由一个尿嘧啶、一个核糖、三个磷酸连接而成的；GTP是由一个鸟嘌呤、一个核糖、三个磷酸连接而成的；CTP是由一个胞嘧啶、一个核糖、三个磷酸连接而成的。每个分子去掉两个磷酸后都是构成RNA的基本单位，它们的关系如下图所示：这四种物质中，其中ATP是生物体的直接能源物质，就是说你在运动，吸收氨基酸、葡萄糖等营养物质时都会消耗ATP，ATP是能量“货币”。GTP可用于合成蛋白质，CTP可用于合成脂质，UTP可用于合成多糖。另外，ATP中的核糖若改变为脱氧核糖，就转变为dATP(脱氧腺苷三磷酸)。【素养评价】1．ATP、GTP、CTP和UTP是细胞内四种高能磷酸化合物，它们彻底水解的产物只有碱基不同，下列相关叙述错误的是

(

)A．ATP是细胞内唯一的直接能源物质B．一分子GTP中有2个特殊的化学键和1个普通磷酸键C．CTP中的“C”是由胞嘧啶和核糖构成的D．UTP彻底水解的产物有尿嘧啶、磷酸和核糖解析：ATP是细胞内的直接能源物质，但不是唯一的，少数由GTP、CTP和UTP提供能量，A错误；GTP结构与ATP相似，故一分子GTP中有2个特殊的化学键和1个普通磷酸键，B