第三单元　第12课时　细胞的能量“货币”ATP-2025年高中生物大一轮复习讲义人教版

第12课时细胞的能量“货币”ATP课标要求解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。考情分析1.ATP的结构简式及组成2021·北京·T12021·海南·T142.ATP与ADP的相互转化和ATP的利用2021·海南·T142021·湖南·T5考点一ATP是一种高能磷酸化合物判断正误(1)腺嘌呤可以存在于DNA、RNA、ATP和某些酶分子中(√)(2)AMP(腺苷一磷酸)可为人体细胞RNA的自我复制提供原料(×)提示AMP是RNA合成的原料，正常的人体细胞内不能进行RNA的自我复制。(3)一分子AMP中只有一个特殊的化学键(×)提示AMP中不含有特殊的化学键。考向一ATP的结构及其特点1．(2023·广州高三模拟)下列有关ATP的叙述，正确的是()A．图中的a是构成DNA的基本单位之一B．图中的A代表腺苷，b、c为特殊的化学键C．“ATP”中的“A”与构成RNA中的碱基“A”表示的不是同一种物质D．血浆中的葡萄糖进入红细胞、肾小管对葡萄糖的重吸收会消耗ATP答案C解析图中a为腺嘌呤核糖核苷酸，是构成RNA的基本单位之一，A错误；图中的A是腺嘌呤，b、c为特殊的化学键，B错误；“ATP”中的“A”代表腺苷，RNA中的“A”是腺嘌呤，二者不是同一种物质，C正确；血浆中的葡萄糖进入红细胞的方式属于协助扩散，不会消耗ATP，D错误。2.(2023·苏州高三模拟)cAMP(环化腺苷一磷酸)是由ATP脱去两个磷酸基团后环化而成的一种细胞内的信号分子，其结构组成如图所示。下列分析错误的是()A．方框内物质的名称是腺嘌呤B．cAMP分子不含有不稳定的特殊化学键C．ATP在形成cAMP的过程中，初期会释放能量D．cAMP与磷脂分子所含的元素种类不完全相同答案D解析由题意可知，cAMP(环化腺苷一磷酸)是由ATP脱去两个磷酸基团后环化而成的，所以cAMP分子不含有不稳定的特殊化学键，B正确；ATP在形成cAMP的过程中，初期会断裂特殊化学键，释放能量，C正确；cAMP与磷脂分子所含的元素种类相同，二者都含有C、H、O、N、P，D错误。考点二ATP的合成和利用1．ATP的合成2．ATP的利用(1)ATP是细胞内的能量“货币”(2)ATP供能机制ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，空间结构发生变化，活性也被改变，因而可以参与各种化学反应。特别注意(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产生量与O2供给量之间的关系模型分析解读：(4)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信号分子。(5)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原子组成dNTP家族，均为高能化合物。判断正误(1)酶的水解需要ATP供能，ATP的水解需要酶的催化(×)(2)ATP水解酶合成和发挥作用时都伴随ADP的生成(√)(3)人在剧烈运动时，骨骼肌细胞合成的ATP远多于水解的ATP(×)提示由于ATP在体内含量不高，且ATP与ADP的相互转化时刻处于动态平衡之中，所以人在剧烈运动时，骨骼肌细胞中ATP的含量也不会明显增多或降低。(4)细胞内的放能反应就是指ATP水解释放能量(×)提示细胞内的放能反应是指能够释放能量的反应，并非就是指ATP水解释放能量。考向二ATP的合成和利用3．(2023·广东实验中学高三期中)细胞中有序的生命活动需要能量的维持和推动。下列有关叙述不正确的是()A．ATP是细胞内唯一直接为生命活动供能的化合物B．人体小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖分子时，ATP的消耗量增加C．ATP中的能量可来自光能和化学能，也可转化为光能和化学能D．细胞中的能量通过ATP在吸能和放能反应之间流通答案A解析细胞内绝大多数生命活动所需能量是由ATP直接提供的，但ATP、GTP、CTP等都是直接能源物质，A错误。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答案B解析通过蛋白质磷酸化和去磷酸化改变蛋白质的空间结构，进而实现细胞信号的传递，体现了蛋白质结构与功能相适应的观点，A正确；如果这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，将会使该位点无法磷酸化，进而影响细胞信号的传递，B错误；根据题干信息，进行细胞信息传递的蛋白质需要磷酸化才能起作用，而ATP为其提供了磷酸基团和能量，从而参与细胞信号传递，C正确；温度会影响蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性，进而影响蛋白质磷酸化和去磷酸化反应，D正确。1．(必修1P86)ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物。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。3．(必修1P89)许多吸能反应与ATP水解的反应相联系；许多放能反应与ATP的合成相联系。4．写出图中标出的“A”的含义①腺苷；②腺嘌呤；③腺嘌呤脱氧核苷酸；④腺嘌呤核糖核苷酸。5．(必修1P88)ATP供能机制：ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，空间结构发生变化，活性也被改变，因而可以参与各种化学反应。6．细胞内绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP水解直接提供能量的，但细胞内ATP的含量却能基本保持稳定，原因是ATP与ADP之间存在相互转化，且这种转化处于动态平衡之中。7．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。课时精练1．(2021·北京，1)ATP是细胞的能量“货币”，关于ATP的叙述错误的是()A．含有C、H、O、N、PB．必须在有氧条件下合成C．胞内合成需要酶的催化D．可直接为细胞提供能量答案B解析在无氧条件下，无氧呼吸过程中能合成少量ATP，B错误。2．下列关于ATP的叙述，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ATPC．ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团D．ATP分子中的2个特殊的化学键不易断裂水解答案C解析光合作用和细胞呼吸都可以产生ATP，A错误；ATP在细胞内含量少，易再生，ATP－ADP循环使得细胞不会储存大量的ATP，B错误；ATP分子中的2个特殊的化学键比较不稳定，易断裂水解，D错误。3．(2021·海南，14)研究人员将32P标记的磷酸注入活的离体肝细胞，1～2min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答案B解析该实验不能说明细胞内全部ADP都转化成ATP，A错误；放射性几乎只出现在ATP的末端磷酸基团，C错误；该实验不能说明ATP与ADP的相互转化主要发生在细胞核内，D错误。4．(2019·天津，2)下列过程需ATP水解提供能量的是()A．唾液淀粉酶水解淀粉B．生长素的极性运输C．光反应阶段中水在光下分解D．乳酸菌无氧呼吸的第二阶段答案B解析唾液淀粉酶水解淀粉是在消化道中进行的，不需要消耗ATP水解释放的能量，A不符合题意；生长素的极性运输是细胞的主动运输，需要消耗ATP水解释放的能量，B符合题意；光反应阶段中水在光下分解产生NADPH和氧气，不需要消耗ATP水解释放的能量，C不符合题意；乳酸菌无氧呼吸的第二阶段是丙酮酸在酶的催化作用下转化成乳酸，此过程既不产生ATP，也不消耗ATP，D不符合题意。5．(2023·镇江高三质检)大多数离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白，它在跨膜运输物质时离不开ATP的水解。下列叙述错误的是()A．ATP水解释放的磷酸基团使离子泵磷酸化B．物质通过该类离子泵跨膜运输的方式属于主动运输C．动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输离子的速率D．加入蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率答案D解析加入蛋白质变性剂会降低离子泵跨膜运输离子的速率，D错误。6．GTP是细胞信号传导的重要物质，其结构和ATP类似，可以和ATP相互转化，研究发现细胞信号传导过程中GTP会在GTP酶的作用下水解为GDP。下列说法正确的是()A．该细胞信号传导过程属于细胞中的放能反应B．GTP中的“G”由鸟嘌呤和脱氧核糖组成C．GTP和ATP彻底水解的产物只有含氮碱基不同D．GTP脱去两个磷酸基团后可作为合成DNA的原料之一答案C解析GTP水解为GDP所释放的能量用于吸能反应，因此该细胞信号传导过程属于细胞中的吸能反应，A错误；GTP中的“G”表示鸟苷，由鸟嘌呤和核糖组成，B错误；GTP脱去两个磷酸基团后可以作为合成RNA的原料之一，D错误。7．磷酸肌酸(C～P)是一种存在于肌肉和其他兴奋性组织(如脑和神经)中的高能磷酸化合物，它和ATP在一定条件下可以相互转化，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)，这样可以在短时间内维持细胞中ATP含量的相对稳定。下列叙述错误的是()A．肌肉收缩时，ATP的含量保持相对稳定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与肌酸含量的比值会有所升高D．细胞中的磷酸肌酸对于维持ATP含量的相对稳定具有重要作用答案C解析剧烈运动时，消耗ATP加快，ADP转化为ATP的速率也加快，磷酸肌酸的磷酸基团转移到ADP分子上，产生肌酸，导致磷酸肌酸与肌酸含量的比值会有所下降，C错误。8.ATP作为细胞中的直接能源物质为细胞生命活动提供能量。科学家利用提纯的大豆磷脂、某种细菌膜蛋白(Ⅰ)和牛细胞中的ATP合成酶(Ⅱ)构建了ATP体外合成体系，如图所示。下列说法正确的是()A．物质a水解后的产物可作为合成DNA分子的原料之一B．体系Ⅰ模拟的跨膜运输方式为协助扩散C．体系Ⅱ中H＋的跨膜运输释放能量D．由图可知，囊泡内pH高于囊泡外答案C解析据题图分析可知，物质a为ATP，水解后的产物可作为合成RNA分子的原料之一，A错误；体系Ⅰ中H＋进入囊泡通过膜蛋白(Ⅰ)，且需要光，模拟的跨膜运输方式应为主动运输，B错误；H＋进入囊泡需要光能，H＋通过ATP合成酶(Ⅱ)出囊泡合成ATP，说明H＋进入囊泡为逆浓度梯度运输，故囊泡内pH低于囊泡外，D错误。9．蛋白质磷酸化反应是指ATP末端的磷酸转移到底物蛋白质的特定氨基上所进行的化学反应。磷酸化的蛋白质活性改变后做功，从而参与细胞代谢，如图所示。下列说法错误的是()A．ATP末端磷酸基团脱落时伴随能量的转移B．磷酸化的蛋白质活性改变但并未变性C．ATP推动的细胞做功过程属于吸能反应D．蛋白质的磷酸化过程伴随ATP的水解，水解产物参与RNA的合成答案D解析由题图可知，蛋白质的磷酸化过程伴随ATP的水解，形成的产物之一是ADP，ADP还需要再脱掉一个磷酸基团才能参与RNA的合成，D错误。10．ATP生物荧光检测仪广泛应用于物品表面清洁度测评。原理是利用荧光素酶测定环境物体表面ATP的含量，再通过检测仪上的荧光强度反映环境中微生物的数量。下列说法错误的是()A．萤火虫发光的原理是荧光素接受ATP提供的能量被激活被氧化而发光B．荧光素的激活属于吸能反应过程，与ATP水解相关联C．ATP生物荧光检测仪的发光值大，反映出微生物菌体储存大量ATPD．ATP生物荧光检测仪的发光值与物体表面的污染程度呈正相关答案C解析ATP生物荧光检测仪的发光值大，反映出微生物数量多，C错误。11．蛋白激酶A(PKA)由两个调节亚基和两个催化亚基组成，其活性受cAMP(经腺苷酸环化酶催化ATP环化形成)调节，如图所示。活化的PKA催化亚基能将ATP上的磷酸基团转移到特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上进行磷酸化，改变这些蛋白质的活性。下列有关说法错误的是()A．调节亚基具有结合cAMP的结构域，催化亚基包含活性位点B．蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上进行磷酸化的过程伴随着ATP的水解C．ATP不仅是生物的直接供能物质，还是合成cAMP、DNA等物质的原料D．cAMP与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基分离，释放出高活性的催化亚基答案C解析腺苷酸环化酶催化ATP环化形成cAMP，故ATP不仅是生物的直接供能物质，还是合成cAMP的原料，但ATP水解后形成的AMP(腺嘌呤核糖核苷酸)是合成RNA的原料之一，C错误。12．双脱氧核苷三磷酸(ddNTP)属于非天然核苷酸，ddNTP与脱氧核苷三磷酸(dNTP)的结构如图所示。根据所学知识，判断下列选项不正确的是()A．若X表示OH，该结构代表的物质dNTP脱去两个磷酸基团后可作为体内DNA分子复制的原料之一B．若将ddNTP加到正在复制的DNA反应体系中，ddNTP结合到子链后，子链的延伸会立即终止C．ddNTP、dNTP以及磷脂分子的元素组成都是C、H、O、N、PD．若X表示OH，碱基为A时，该物质可为细胞的生命活动直接提供能量答案D解析dNTP脱去两个磷酸基团后，变成脱氧核苷酸，可作为体内DNA分子复制的原料之一，A正确；若将ddNTP加到正在复制的DNA反应体系中，ddNTP结合到子链后，因为没有3′的羟基，不能同后续的脱氧核苷酸形成磷酸二酯键，因此，DNA链不能继续延伸，B正确；若X和2′处均为OH，碱基为A时，该物质为ATP，可为细胞的生命活动直接提供能量，D错误。13．(2024·咸阳高三期中)某动物驱动蛋白能沿细胞骨架定向“行走”，并且能将“货物”转运到指定位置，“货物”结合在驱动蛋白的“尾部”，驱动蛋白通过“头部”与ATP结合并催化ATP水解，为“行走”供能，该