2025年人教版高考生物一轮复习：细胞的能量“货币”ATP

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。

1.ATP的结构简式及组成2021•北京-T12021•海南・T14

考情分析

2.ATP与ADP的相互转化和ATP的利用2021•海南-T142021•湖南一T5

考点一ATP是一种高能磷酸化合物

■整合必备知识

中文名称腺昔三磷酸

元素组成C、H、O、N、P

结构简直A-P~P~P（A代表腺昔）

化学组成1分子腺首和3分子磷酸基团

末端磷酸基团有一种离开ATP

产巴而与其他分子结合的趋势，也

|ATP卜结构特点就是具有较高的转移势能

|能量高1molATP水解可释放30.54kJ

能量

强一驱动细胞生命活动的直接能源物质

------③——

-----------④------

A是腺喋吟,①是腺昔,②是腺噂

吟核糖核甘酸（RNA基本单位之一）,

③是ADP,④是ATP,⑤是特殊的

化学键

【判断正误】

（1）腺喋吟可以存在于DNA、RNA、ATP和某些酶分子中（V）

（2）AMP（腺昔一磷酸）可为人体细胞RNA的自我复制提供原料（X）

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（X）

提示AMP中不含有特殊的化学键。

■评价迁移应用

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

A.图中的a是构成DNA的基本单位之一

B.图中的A代表腺昔，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为腺喋吟核糖核甘酸，是构成RNA的基本单位之一，A错误；图中的A是腺

喋吟，b、c为特殊的化学键，B错误；“ATP”中的“A”代表腺首，RNA中的“A”是腺

喋吟，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（环化腺昔一磷酸）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嗯吟

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（环化腺昔一磷酸）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、0、N、P,D错误。

考点二ATP的合成和利用

■整合必备知识

1.ATP的合成

电叫一细胞质基质、线粒体、叶绿体

ADP

“「Pi光合作用光能

酶3以能量来源

一目匕里细胞呼叫有机物中的化学能

ATP

能量去向

“储存在ATP中

2.ATP的利用

(l)ATP是细胞内的能量“货币”

膜内Ca?+与膜上Ca?+,Ca?+载体蛋白

载体蛋白相应位点”鬻叁空间结构发生

结合，载体蛋白的一£烹?蛋一变化，将©产

酶活性被激活曰鲤也上释放到膜外

I_____________________________I

I

用于肌肉收缩、用于物质的用于物质合成、

生物发电、发光主动运输大脑思考

(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】(l)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:

A点表示在无氧条件下,细胞可通过无氧呼

吸分解有机物，产生少量ATP

表示随供给量的增多，有氧呼吸明

图处及显增强，通过有氧呼吸分解有机物释放

甲

的能量增多，ATP的产生量随之增加

BC段表示5供给量超过一定范围后，ATP的

----产生量不再增加，此时的限制因素可能

是酶、ADP、磷酸基团等

图_可表示哺乳动物的成熟红细胞中的ATP来

乙一自无氧呼吸，与供给量无关

(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,分别为鸟昔三磷酸、尿昔三磷酸和胞昔三磷酸，一

起组成NTP家族，其脱去核糖第二位C上的。原子组成dNTP家族，均为高能化合物。

明J断正误】

⑴酶的水解需要ATP供能，ATP的水解需要酶的催化(X)

(2)ATP水解酶合成和发挥作用时都伴随ADP的生成(V)

(3)人在剧烈运动时，骨骼肌细胞合成的ATP远多于水解的ATP(X)

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(X)

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。

■评价迁移应用

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（）

ADP

pi

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。

五分钟查落实

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1PI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

③

①腺昔;②腺喋吟;③腺噂吟脱氧核昔酸:⑷腺喋吟核糖核甘酸。

5.（必修1P88）ATP供能机制：ATP水解释放的磷酸蔓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，生成的荧光素化腺昔酸（腺喋吟核糖核昔酸简称腺

昔酸）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甘酸。

（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。

⑵将a、氏丫位置分别被32P标记的ATP（A-Pa〜Pp〜P0注入不同的发光细胞内，只有注入a

位置被标记的ATP的细胞，在形成的发光物质虫荧光酰腺甘酸中检测到放射性。由此推测发

光细胞以这种方式利用ATP的生物学意义是ATP水解成腺甘酸，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、P

B.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

一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ATPo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ATP

B.32P标记的ATP水解产生的腺首没有放射性

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”由鸟喋吟和脱氧核糖组成

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”表示鸟背，由鸟噂吟和核糖组成，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（）

LJ+

ADP+Pik

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H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

分子的势能

ADPPi

ATP推动细胞做功

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ATP

D.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（经腺昔酸环化

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（）

活化的非活化的cAMP活化的

调节亚基催化亚基无活性的催化亚基

（低活性）调节亚基（高活性）

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

解析腺昔酸环化酶催化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（腺喋吟核糖核苔酸）是合成RNA的原料之一，

C错误。

12.双脱氧核昔三磷酸（ddNTP）属于非天然核甘酸，ddNTP与脱氧核甘三磷酸（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（）

70

Pa

oo碱基

nO

Hn(A/G/C/T)

Ho-poP-Of-O

——

I——-

oorO

X在ddNTP中表示H

X在dNTP中表示OH

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、0、N、P

D.若X表示0H,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，变成脱氧核苜酸，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甘酸形成磷酸二酯键，因此，DNA链不