5.2细胞的能量“货币”ATP高一生物学案（人教版2019必修1分子与细胞）原卷版

5.2细胞的能量“货币”ATP学习目标学习目标1.简述ATP的化学组成和特点，写出ATP的结构简式。2.简述ATP与ADP之间的相互转化机制。3.举例说明ATP在细胞代谢中的作用学习重难点学习重难点重点：ATP化学组成的特点及其在能量代谢中的作用。难点：ATP与ADP相互转化。预习新知预习新知（一）ATP是一种高能磷酸化合物1.中文名称：。2.结构简式：。A代表（由腺嘌呤和核糖组成），T代表“三”，P代表磷酸基团，其结构简式是，其中“—”代表普通化学键，“～”代表一种特殊的化学键。3.结构特点（1）不稳定：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，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是具有的转移势能。（2）高能量：1molATP水解释放的能量高达kJ，所以说ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物。4.功能：是驱动细胞生命活动的直接能源物质。（二）ATP与ADP可以相互转化1.转化过程（1）ATP转化为ADP：ATPADP＋Pi＋能量。（2）ADP转化为ATP过程：ADP＋Pi＋能量ATP。2.转化过程中能量来源和去向（1）ADP合成ATP的能量来源①绿色植物，既可来自光能，也可以来自呼吸作用所释放的能量。②动物、人、真菌和大多数细菌，均来自细胞进行时有机物分解所释放的能量。（2）ATP水解成ADP释放的能量去向：各项生命活动。3.相互转化特点（1）ATP和ADP相互转化是时刻不停地发生且处于之中的。（2）ATP和ADP相互转化的能量供应机制体现了生物界的共性。（三）ATP的利用1．ATP是生命活动的直接能源物质(1)原因：细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由____________________。(2)实例：用于主动运输、______________收缩、细胞内各种________反应和大脑思考等生命活动。2．ATP是细胞内流通的能量“通货”(1)吸能反应一般与____________的反应相联系，由ATP水解提供能量，如蛋白质的合成。(2)放能反应一般与________________相联系，释放的能量储存在ATP中，如葡萄糖的氧化分解。(3)细胞中各种形式的能量转换都以____________________为中心环节。易错提示易错提示一、能源物质的种类及关系(1)生物体主要能源物质——糖类。(2)生物体主要储能物质——脂肪。(3)生物体生命活动的直接能源物质——ATP。(4)生物体生命活动的最终能量来源——太阳能。(5)各种能源物质的关系：太阳能→糖类等能源物质→ATP中化学能→生命活动。(6)ATP并不是细胞内唯一的高能磷酸化合物，高能磷酸化合物在生物体内有很多种，如存在于各种生物体细胞内的UTP、GTP、CTP及动物体内的磷酸肌酸。二、ATP与ADP的相互转化及ATP的利用(1)ATP与ADP的相互转化①ATP合成：需要酶的催化，由动物的呼吸作用和植物的光合作用与呼吸作用提供能量。②ATP水解：需要酶的催化，连接末端磷酸基团的那个特殊化学键水解释放能量，释放的能量用于各项生命活动。③两者转化时，物质可逆，能量不可逆。(2)ATP的利用特点①ATP是生物体内的直接能源物质。②虽然在生物体内含量少，但是ATP与ADP的相互转化十分迅速。三、1．ATP的结构简式是A－P～P～P，其中“A”表示腺苷，“P”代表磷酸基团，“～”代表特殊化学键。2．一个ATP分子中有1个腺苷，3个磷酸基团，其中含有2个特殊化学键。3．ATP与ADP相互转化的反应式：ATPeq\o(,\s\up7(酶1),\s\do5(酶2))ADP＋Pi＋能量。4．细胞内ATP与ADP的相互转化的能量供应机制是生物界的共性。5．动物、人、真菌等合成ATP的途径是呼吸作用。6．绿色植物合成ATP的途径是光合作用和呼吸作用。7．ATP是生命活动的直接能源物质。深化探究深化探究探究点一ATP的分子结构1.ATP和组成RNA的基本单位有怎样的联系？答案：ATP去掉两个磷酸基团后形成的结构就是腺嘌呤核糖核苷酸。2.1分子ATP彻底水解会得到哪些成分？答案：1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸。探究点二ATP和ADP的相互转化及ATP的利用1.ATP在细胞中的含量很少，如成年人细胞内ADP和ATP的总量仅为2～10mg，而一个正常成年人在静止状态下24h消耗40kgATP。ATP在细胞中的含量并不多，为什么能为生命活动提供大量的能量？答案ATP在细胞内的含量很少，但ATP与ADP在细胞内的相互转化十分迅速，所以可以为生命活动提供直接能源，也使细胞内ATP的含量总处在动态平衡之中。2.为什么说ATP是细胞内流通的能量“货币”？答案细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是ATP直接提供的。能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通。因此，可以形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“货币”。3.ATP中能量的来源和去向1．ATP中去除两个磷酸基团后是构建哪种物质的基本单位？提示：RNA。2．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。3．人们不论在运动时还是休息时，细胞内时刻进行着ATP与ADP的相互转化，这种转化属于可逆反应吗？提示：不属于，所需酶及场所等不同。4．ATP在细胞内的含量是很少的，如成年人细胞内ADP和ATP的总量仅为2～10mg，而一个正常成年人在静止状态下24h将有40kg的ATP发生转化。为满足能量需要，分析生物体是如何解决这一矛盾的？提示：ATP与ADP在细胞内的相互转化是十分迅速的，且物质可以重复利用，因此，能满足生命活动对能量的需要。探究三：1．(生命观念)ATP在细胞内的含量是很少的，如成年人细胞内ADP和ATP的总量仅为2～10mg，而一个正常成年人在静止状态下24h，有40kg的ATP发生转化。为满足能量需要，分析生物体是如何解决这一矛盾的。提示：ATP与ADP在细胞内的相互转化是十分迅速的，且物质可以重复利用，因此，能满足生命活动对能量的需要。2．(科学思维)ATP与ADP相互转化的过程是否为可逆反应？(从反应条件、能量来源和去向、反应进行的场所方面分析)提示：不是。ATP合成的场所是细胞质基质、线粒体及叶绿体，能量来源是化学能或光能；ATP水解的场所是各种需能部位，能量来源于特殊的化学键。课后作业课后作业1．蛋白质是细胞的基本组成成分，具有参与组成细胞结构、催化、运输、信息传递、防御等重要功能，是生命活动的主要承担者。下列关于蛋白质的叙述，正确的是（

）A．由于氨基酸之间能够形成肽键等，使得肽链能盘曲、折叠B．过氧化氢酶能降低化学反应的活化能，所以具有高效性C．载体蛋白磷酸化过程伴随着ATP的水解D．瘦肉经高温处理后所含蛋白质的肽键被破坏更利于人体吸收2．磷酸肌酸（C~P）是一种存在于肌肉或其他兴奋性组织（如脑和神经）中的高能磷酸化合物，它和ATP在一定条件下可相互转化。细胞在急需供能时，在酶的催化下，磷酸肌酸的磷酸基团转移到ADP分子上，余下部分为肌酸（C）。由此短时间维持细胞内ATP含量在一定水平。下列叙述错误的是（

）A．1分子ATP初步水解后可得1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸基团B．磷酸肌酸可作为能量的存储形式，但不能直接为肌肉细胞供能C．剧烈运动时，肌肉细胞中磷酸肌酸和肌酸含量的比值会有所下降D．细胞中的磷酸肌酸对维持ATP含量的稳定具有重要作用3．蛋白质分子的磷酸化和去磷酸化与其活性的关系如下图所示。下列叙述正确的是（）A．ATP与ADP具有相同的组成元素和脱氧核糖，均含有可转移的磷酸基团B．蛋白质被磷酸化激活的过程中，周围环境中会有ADP和磷酸分子的积累C．蛋白质的磷酸化和去磷酸化属于不可逆反应D．蛋白质去磷酸化后与双缩脲试剂不再发生颜色变化4．在细胞代谢过程中，ATP和酶都是极其重要的物质，下列关于酶与ATP的叙述，不正确的是（

）A．酶的形成需要消耗ATP，ATP的形成需要酶的催化B．人体成熟的红细胞既能合成酶又能合成ATPC．某些酶的元素组成与ATP的元素组成完全相同D．细胞的放能反应都需要酶的催化且一般与ATP的合成相联系5．嗜盐菌能将光能转化成ATP中活跃的化学能，原理是嗜盐菌细胞膜上有光驱动的视紫红质（由菌视蛋白和类胡萝卜素按1：1结合组成），该物质能将H+逆浓度梯度运输到膜外，然后H+顺浓度梯度穿过ATP合成酶时，该酶能促使ADP与Pi形成ATP。下列相关叙述错误的是（）A．视紫红质具有吸收和转化光能的作用B．嗜盐菌对H+跨膜运输既有主动运输也有协助扩散C．嗜盐菌细胞膜上的ATP合成酶具有催化和运输功能D．在黑暗条件下，嗜盐菌细胞内不能合成ATP6．下列关于膜蛋白的说法，错误的是（）A．生物膜的功能越复杂，膜蛋白的种类和数量越多B．由膜蛋白介导的胞吞（胞吐）过程对物质运输没有选择性C．细胞癌变后可能会增加某些种类的膜蛋白D．膜蛋白可能具有催化反应、能量转换、信息交流等多种功能7．相对于细胞外液而言，大部分动物细胞内部的Na＋浓度很低，而K＋浓度很高，细胞通过主动地泵出Na＋和泵入K＋，来维持这种浓度差异。运输这两种离子跨膜的是钠钾泵，运输过程如图所示。下列相关叙述错误的是（）A．钠钾泵的化学本质是蛋白质，且具有ATP水解酶的作用B．在转运Na＋和K＋的过程中，钠钾泵的空间结构会发生变化C．钠钾泵既能运输Na＋又能运输K＋，所以没有特异性D．低温、低氧会影响钠钾泵运输钠钾离子8．细胞结构中包含了大量的化合物，下列关于生物体内化合物的叙述，正确的是（

）A．蓝细菌所含的叶绿素主要游离于细胞质基质中B．油料作物种子在萌发初期细胞内干重有所增加C．人的红细胞吸收葡萄糖时载体蛋白会发生磷酸化D．剧烈运动时肌肉细胞内的ATP消耗较大，含量明显减少9．蛋白质的磷酸化与去磷酸化被比喻为一种分子开关，分子开关的机理如下图所示。形成有活性的蛋白质是一个磷酸化的过程，即“开”的过程，形成无活性的蛋白质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不正确的是（

）

A．蛋白激酶作用后蛋白质的结构发生了改变B．蛋白质磷酸化过程是一个放能反应C．ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质磷酸化D．蛋白质的磷酸化和去磷酸化属于不可逆反应10．ATP被称为细胞内流通的能量“货币”，下列说法正确的是（

）A．奥运健儿比赛时因过多消耗ATP而导致ADP大量积累B．ATP中的A代表腺嘌呤C．ATP是真核细胞中唯一的供能物质D．ATP的合成与放能反应密切联系11．嗜盐杆菌质膜上的视紫红质是一种光能驱动的H+跨膜运输蛋白，在光照条件下使两侧形成H+浓度差，即质子动力势。在质子动力势的驱动下合成的ATP可用于将CO2同化为糖，具体过程如图所示。①表示视紫红质，②表示ATP合成酶。下列叙述正确的是（

）

A．质膜上的视紫红质在核糖体上合成后需要内质网、高尔基体加工B．②是一种通道蛋白，参与细胞膜的信息交流的功能C．①所介导的H+跨膜运输是主动转运，该过程消耗ATPD．嗜盐杆菌为自养生物，能利用视紫红质吸收光能合成ATP12．生物界有许多发光生物，如发光真菌、萤火虫等。研究发现，萤火虫发光与荧光素有关，并且调整荧光素的结构，可以产生不同形式的腺苷酰氧化虫荧光素，进而发出不同颜色的光。下列叙述不正确的是（

）A．腺苷酰氧化虫荧光素的形式影响荧光的颜色B．葡萄糖可直接为萤火虫的发光提供能量C．发光真菌和萤火虫细胞都具有生物膜系统D．萤火虫的发光离不开荧光素酶的催化作用13．下图为C、H、O、N、P等元素构成大分子物质甲~丙的示意图。下列相关叙述中正确的是（

）

A．人的成熟红细胞中的物质丙有2种，其中DNA是遗传物质B．只要含有羧基和氨基的物质就是单体1，通过脱水缩合形成物质乙C．由单体3组成的物质甲不一定是能源物质，人体肝细胞中物质甲可以补充血糖D．水解物质甲、乙或丙都会释放出能量用于各种耗能反应14．将一盆栽植物从茎基部剪为冠部和根部两段。将其冠部插入充满水的玻璃管中，玻璃管的另一端插入盛有水银的容器中。不久，水银柱上升，如图（一）所示；在其根部上端则套止一个弯曲的玻璃管，管内装有水和水银。不久，玻璃管内水分增加，水银柱上升，如图（二）所示。下列分析错误的是（）

A．使装置二水分上升的生理活动主要是根部发生渗透作用产生向上的推力B．若将装置一置于在晴朗高温的夏日，随温度升高水银柱液面上升速率变慢C．装置二中细胞可在细胞质基质、叶绿体、线粒体中产生ATP，共给生命活动D．向装置二浇NH4NO3溶液，水银柱下降0.5mm后停止，此时细胞可能死亡15．纯净的ATP呈白色粉末状，能够溶于水，作为一种药物常用于辅助治疗肌肉萎缩、脑溢血后遗症、心肌炎等疾病。ATP片剂可以口服，注射液可供肌肉注射或静脉滴注。下列说法不正确的是(

)A．细胞中需要能量的生命活动都是由ATP水解直接供能的B．活细胞中ATP末端磷酸基团的周转是极其迅速的，其消耗与再生速度相对平衡C．ATP水解产生的磷酸基团可与多种功能蛋白结合，使其磷酸化而导致构象改变，活性也被改变D．ATP片剂可以口服的原理是人体消化道内没有ATP的水解酶，而且ATP可以直接被吸收16．利用“荧光素—荧光素酶生物发光法”可以对市场上的腊肉中细菌的含量进行检测:①将腊肉样品研磨后离心处理，取一定量上清液放入分光光度计（测定发光强度的仪器）反应室内，加入适量的荧光素和荧光素酶，在适宜条件下进行反应;②记录发光强度并计算ATP含量;

③测算出细菌数量。分析并回答下列问题:(1)ATP的中文名称是，细胞中的吸能反应一般与ATP的反应相关联。(2)荧光素接受提供的能量后就被激活，在荧光素酶的作用下形成氧化荧光素并且发出荧光，该过程中涉及的能量转换是能→能。根据发光强度可以计算出生物组织中ATP的含量，原因是发光强度与ATP含量成（填“正比”或“反比”）。根据ATP含量进而测算出细菌数量的依据是每个细菌细胞中ATP含量。17．在生物体内能量的转换和传递中，ATP是一种关键的物质，其分子结构简式如图1所示：(1)从ATP的分子结构简式可知，去掉两个磷酸基团后的剩余部分是。(2)人体骨骼肌细胞中，ATP的含量仅够剧烈运动时三秒钟内的能量供给。在校运动会上，某同学参加100m短跑过程中，其肌细胞中ATP相对含量变化如图2所示，试回答由整个曲线来看，肌细胞中ATP的含量不会降为零，说明。(3)某同学进行一项实验，目的是观察ATP可使离体的、刚刚丧失收缩功能的新鲜骨骼肌产生收缩这一现象，说明ATP是肌肉收缩所需能量的直接来源。①必须待离体肌肉自身的消耗之后，才能进行实验。②在程序上，采取自身前后对照的方法，先滴加（选填“葡萄糖溶液”或“ATP溶液”），观察与否以后，再滴加选填“葡萄糖溶液”或“ATP溶液”）。③如果将上述顺序颠倒一下，实验结果是否可靠？原因是。18．Na+K+泵工作形成的Na+电化学梯度驱动葡萄糖协同转运载体（SGLT1）以同向协同运输的方式，将葡萄糖转运进小肠上皮细胞，然后再经过转运载体（GLUT2）转运至细胞外液。其过程如图所示，请据图回答下列问题：

(1)SGLT1、GLUT2等转运载体是由复合物构成的，GLUT2只能运输葡萄糖，而SGLT1能运输葡萄糖和Na+，说明载体跨膜运输物质具有性。(2)葡萄糖从小肠上皮细胞转运至细胞外液的跨膜运输方式是，判断依据为。(3)SGLT1主动运输葡萄糖的能量是。对小肠上皮细胞施加呼吸抑制剂后，SGLT1主动运输葡萄糖的能力下降，原因为。19．蓬等耐盐植物生活在靠近海滩或者海水与淡水汇合的区域。耐盐植物能够在盐胁迫逆境中正常生长，其根细胞独特的转运机制发挥了十分重要的作用。如图是耐盐植物根细胞参与抵抗盐胁迫有关的结构示意图。

(1)盐碱地上大多数植物难以生长，主要原因。(2)耐盐植物根细胞膜具有选择透过性的物质基础主要是细