第三章 课时2 ATP的结构和功能

第三章细胞代谢单击添加副标题课时2ATP的结构和功能教材帮读透教材融会贯通高考帮研透高考明确方向03练习帮练透好题精准分层01单击添加标题单击此处添加正文02单击添加标题单击此处添加正文目录Contents课标要求核心考点五年考情核心素养对接解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质ATP的结构和功能2023：天津T1；2022：浙江1月T3、天津T16；2021：北京T1、海南T14；2020：北京T1、全国ⅢT29；2019：天津T21.生命观念——结构与功能观：ATP的结构与功能相适应；物质与能量观：ATP是一种能源物质，能够为生命活动提供能量。2.科学思维——归纳与概括：比较ATP与RNA之间的关系、ATP和ADP之间的相互转化关系课标要求核心考点五年考情核心素养对接命题分析预测1.高考对ATP相关知识的考查多以选择题的形式呈现，且往往

与物质跨膜运输、酶、光合作用、呼吸作用的内容进行综合考

查，着重考查考生的分析判断能力。2.预计2025年高考仍将延续这种考查模式，也不排除以实验为

背景考查考生对ATP的理解和对相关知识的运用，且会渗透对

科学思维、科学探究及社会责任等生物学科核心素养的考查续表

1.ATP的结构C、H、O、N、P腺苷腺嘌呤核特殊化学键磷酸基团糖核苷酸特殊直接能负电荷

末端源物质化学键磷酸基团教材深挖[必修1P86“相关信息”]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。2.ATP与ADP的相互转化呼吸作用光合作用动态平衡生物界的统一性3.ATP的利用蛋白质水解空间结构4.肌细胞中ATP产生速率与O2供给量之间的关系注意(1)上图中当横轴表示呼吸作用强度时，ATP产生速率的变化曲线应该从原点

开始。(2)哺乳动物成熟的红细胞中，ATP的产生速率与O2供给量无关。

基础自测

1.1个ATP分子由1个腺嘌呤和3个磷酸基团构成。

(

×

)2.代谢旺盛的细胞内ATP的含量很高。

(

×

)3.ATP水解释放的能量可用于细胞内的放能反应。

(

×

)4.ATP脱去两个磷酸基团后，可作为RNA分子的合成原料。

(

√

)5.无氧条件下，光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一来源。

(

×

)6.ATP与ADP间相互转化的能量供应机制只发生在真核细胞内。

(

×

)7.ATP胞内合成需要酶的催化。

(

√

)8.ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量。

(

×

)×××√××√×情境应用

1.唐代诗人杜牧有首诗为“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。天阶夜色凉如

水，卧看牵牛织女星。”其中的流萤是指飞舞的萤火虫，萤火虫尾部发光的原

理是什么？提示萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶，在ATP提供能量的前提下，荧光素酶可催化荧光素转化为能发出荧光的氧化荧光素。2.一个正常人体内ATP和ADP总量很少，基本保持一定，但一个成人一天内在

静止状态下消耗的ATP约为48kg。研究发现，寡霉素可阻塞H＋通道从而抑制

ATP的合成。(1)寡霉素主要作用的细胞器是

⁠。(2)正常人体ATP和ADP保持相对稳定的原因是

⁠

⁠。(3)ATP与ADP的相互转化是不是可逆反应？请分析原因。提示不是。ATP与ADP的相互转化所需的酶不同，另外，其进行的场所、能量的

来源等方面也不同。线粒体ATP和ADP时刻不停地发生快速转

化，处于动态平衡中深度思考

1.为什么在细胞能量代谢过程中，需要ATP充当“能量货币”，而不能由糖类直接

供能？提示

(1)ATP中储存的能量是各种生命活动可以“通用”的直接能量，可通过ATP

的合成将放能反应产生的能量“转变”为ATP中活跃的化学能，再通过ATP的水解

将ATP中活跃的化学能“转移”到吸能反应中，供生命活动利用。(2)糖类所含的化

学能为稳定的化学能，生命活动无法直接利用。(3)糖类水解过程缓慢，而ATP和

ADP的相互转化非常迅速。2.ATP转化为ADP后，脱离下来的磷酸基团的去向有哪些？提示

(1)转移给其他分子，例如使蛋白质等分子磷酸化，改变其空间结构和活性。

(2)形成游离的磷酸(以Pi表示)。

构建模型理解细胞中重要化合物之间的区别和联系

命题点1

ATP的结构和特点分析1.[2021海南]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(

B

)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B12[解析]该实验只能说明被32P标记的磷酸中的磷可以进入ATP，不能说明细胞内全

部ADP都转化成了ATP，A错误；腺苷不含P，所以腺苷没有放射性，B正确；远离

腺苷的磷酸基团易水解、易合成，C错误；ATP与ADP之间的相互转化主要发生在细

胞质中，D错误。12命题变式[设问拓展型]题干信息不变，下列叙述正确的是(

B

)A.若是在5min后分离细胞内的ATP，测定其放射性强度与1min后测得的一定相同B.32P标记的ATP彻底水解的产物中的有机物都没有放射性C.可用32P标记细胞中任一种核苷酸，进而研究其遗传物质的复制D.细胞中放能反应增强时，游离的32P标记的磷酸会短时间增加B12[解析]细胞中的ATP和ADP不断发生相互转化，ADP与有放射性和无放射性的磷

酸基团随机结合，故无法保证两个时间段内ATP的放射性强度相同，A错误；ATP彻

底水解的产物是腺嘌呤、核糖、磷酸，放射性在磷酸上，不在腺嘌呤和核糖上，B

正确；在细胞内，只有标记脱氧核苷酸才能对其遗传物质DNA的复制进行相关研

究，C错误；放能反应与ATP的合成相联系，这时游离的32P标记的磷酸会参与ATP的

合成而短时间减少，D错误。122.[2021湖南]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(

B

)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“通货”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B命题点2

ATP

与

ADP

的相互转化与利用分析12[解析]

由题图可知，某些蛋白质在特定氨基酸位点发生磷酸化后结构改变，可作

为信号分子参与细胞信号传递，去磷酸化后蛋白质又可以重新恢复原先结构，该过

程体现了蛋白质结构与功能相适应的观点，A正确；磷酸化和去磷酸化发生在特定

氨基酸位点上，该位点的氨基酸一旦缺失，将会使蛋白质的空间结构发生变化进而

影响细胞信号传递，B错误；由图可知，蛋白质在发生磷酸化的过程中需要ATP水解

供能，C正确；蛋白质磷酸化和去磷酸化反应都是由酶催化的，酶活性受温度的影

响，D正确。12

1.[2021北京]ATP是细胞的能量“通货”，关于ATP的叙述错误的是(

B

)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[解析]

ATP由C、H、O、N、P五种元素组成，A正确；细胞在无氧条件下进行无

氧呼吸也能合成ATP，B错误；细胞内合成ATP需要ATP合成酶的催化，C正确；ATP

是细胞内的直接能源物质，D正确。B1232.[天津高考]下列过程需ATP水解提供能量的是(

B

)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错误；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正确；光反应阶段中水在光下分解产生H＋和氧气，不需要消耗ATP水解释放

的能量，C错误；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错误。1233.[2022天津，10分]利用蓝细菌将CO2转化为工业原料，有助于实现“双碳”目标。(1)蓝细菌是原核生物，细胞质中同时含有ATP、NADPH、NADH(呼吸过程中产生

的[H])和丙酮酸等中间代谢物。ATP来源于

和

⁠等生理过

程，为各项生命活动提供能量。光合作用呼吸作用[解析]

ATP主要通过光合作用和呼吸作用等生理过程产生，其作用主要是为各项生命活动提供能量。123(2)蓝细菌可通过D－乳酸脱氢酶(Ldh)，利用NADH将丙酮酸还原为D－乳酸这种重

要的工业原料。研究者构建了大量表达外源Ldh基因的工程蓝细菌，以期提高D－乳

酸产量，但结果并不理想。分析发现，是由于细胞质中的NADH被大量用于

⁠

作用产生ATP，无法为合成D－乳酸提供充足的NADH。有氧

呼吸[解析]由题中信息知，蓝细菌可通过D－乳酸脱氢酶(Ldh)，利用NADH将丙酮酸还原为D－乳酸，若细胞质中的NADH被大量用于有氧呼吸第三阶段，将无法为合成D－乳酸提供充足的NADH。123(3)蓝细菌还存在一种只产生ATP不参与水光解的光合作用途径。研究者构建了该途

径被强化的工程菌K，以补充ATP产量，使更多NADH用于生成D－乳酸。测定初始

蓝细菌、工程菌K中细胞质ATP、NADH和NADPH含量，结果如表。菌株ATPNADHNADPH初始蓝细菌6263249工程菌K8296249注：数据单位为pmol/OD730123由表可知，与初始蓝细菌相比，工程菌K的ATP含量升高，且有氧呼吸第三阶段

(被抑制/被促进/不受影响)，光反应中的水光解

(被抑制/

被促进/不受影响)。被抑制不受影响[解析]

123(4)研究人员进一步把Ldh基因引入工程菌K中，构建工程菌L。与初始蓝细菌相比，工程菌L能积累更多D－乳酸，是因为其

(多选)。A.光合作用产生了更多ATPB.光合作用产生了更多NADPHC.有氧呼吸第三阶段产生了更多ATPD.有氧呼吸第三阶段节省了更多NADHAD

[解析]

结合题中信息可知，工程菌L可大量表达Ldh基因，且其只产生ATP不参与水光解的光合作用途径被加强，其通过光合作用产生了更多的ATP供生命活动利用，且其有氧呼吸的第三阶段被抑制，其通过D－乳酸脱氢酶(Ldh)，利用NADH将丙酮酸还

原为D－乳酸的量增加，故A、D选项符合题意。123

1.[2024衡水一调]ATP在生物体的生命活动中发挥着重要作用。下列有关ATP的叙

述，错误的是(

B

)A.人体成熟的红细胞、蛙的红细胞、鸡的红细胞中均能合成ATPB.ATP中的“A”与DNA、RNA中的碱基“A”是同一物质C.ATP是生物体生命活动的直接能源物质，但在细胞内含量很少D.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B1234567891011[解析]

ATP是生命活动的直接能源物质，人体成熟的红细胞、蛙的红细胞、鸡的红

细胞中均能合成ATP，A正确。ATP中的“A”是指腺苷；DNA、RNA中的碱基“A”是指腺嘌呤，它们不是同一物质，B错误。ATP是生物体生命活动的直接能源物质，但在细胞内含量很少，C正确。植物进行光合作用，将光能转化为ATP中的化学能，呼吸作用将有机物中的化学能转化为ATP中的能量；萤火虫发光过程中ATP中的能量转化为光能，ATP中的能量可以用于氨基酸脱水缩合形成蛋白质，该过程中ATP中的能量转化为化学能；故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，D正确。12345678910112.[2024河南TOP二十名校联考]生命活动如果没有酶则没有活力，没有ATP则没有动

力。下列关于酶和ATP的叙述，正确的是(

C

)A.产生ATP的过程一定需要酶，消耗能量的过程也一定需要酶B.酶和ATP的结构和功能不同，所以它们的元素组成也不可能相同C.人体中的酶和ATP均产生于细胞内，但产生的具体场所不同D.无氧呼吸的每个阶段都需要酶，且都有ATP产生C1234567891011[解析]产生ATP的过程需要ATP合成酶的催化，消耗能量的过程不一定需要酶参

与，例如在协同转运过程中，一种物质主动运输需要消耗的能量为另一物质浓度梯

度产生，此过程不需要酶参与，A错误；酶的化学本质是蛋白质或RNA，RNA的组

成元素是C、H、O、N、P，ATP的组成元素也是C、H、O、N、P，B错误；人体中

酶的化学本质为蛋白质或RNA，主要在核糖体或细胞核中合成，ATP的产生场所为

细胞质基质和线粒体，C正确；无氧呼吸的两个阶段都需要酶参与，但只在第一阶

段产生少量ATP，第二阶段不产生ATP，D错误。12345678910113.如图为ATP分子的结构式，ATP分子的结构简写式为A—P～P～P。下列说法错误

的是(

D

)A.吸能反应和放能反应常与⑤的断裂和形成相关联B.ATP结构简写式中的A对应图中的①和②，表示腺苷C.④⑤中都含有一定的化学能D.叶肉细胞中产生的ATP只能用于暗反应D1234567891011[解析]

ATP是联系吸能反应和放能反应的纽带，伴随着远离腺苷的特殊的化学键⑤

的断裂和形成，A正确；ATP结构简写式中的A由腺嘌呤①和核糖②组成，表示腺

苷，B正确；ATP中特殊的化学键④⑤中都有一定的化学能，C正确；叶肉细胞中光

合作用和细胞呼吸都能产生ATP，叶绿体中光反应阶段产生的ATP只能用于暗反应

阶段，细胞呼吸产生的ATP可以用于各项生命活动，D错误。12345678910114.[2023石家庄模拟]生命活动的顺利进行与ATP和ADP的循环有关，该循环如图所

示，下列有关叙述正确的是(

C

)A.能量守恒定律说明能量①就是能量②B.ATP中含有三个特殊化学键，连接三个磷酸基团C.能量②来自ATP的水解，用于细胞内耗能的生命活动D.ATP和ADP在细胞中含量很高以满足生命活动的需求C1234567891011[解析]能量①来自光能和有机物氧化分解释放的化学能等，能量②来自ATP中较高

的转移势能，即能量①和能量②不同，A错误；ATP中含有两个特殊化学键，B错误；能量②来自ATP的水解，用于细胞内耗能的生命活动，C正确；ATP和ADP在细胞中含量很少，但可通过快速转化来满足机体对能量的需求，D错误。12345678910115.每个细菌内的ATP含量基本相同。可利用如图所示原理来检测样品中细菌的数

量。下列相关叙述错误的是(

B

)荧光素＋ATP＋O2

氧化荧光素＋AMP＋PPi＋H2O＋荧光A.检测前需要破坏细胞膜以释放ATPB.检测试剂中应含有荧光素酶和ATPC.ATP水解释放的能量部分转化成光能D.荧光强度与样品中细菌数量呈正相关B1234567891011[解析]据题意可知，荧光素在荧光素酶、ATP等物质的参与下，通过化学反应发出

荧光。已知每个细菌内的ATP含量基本相同，故可根据检测的荧光强度来推测细菌

的数量。ATP是细胞的直接能源物质，存在于细胞内，故检测前需要破坏细胞膜以

释放ATP，A正确；检测试剂中应含有荧光素酶和荧光素等，而ATP应全部来自待检

测样品中的细菌，B错误；由反应原理可知，在荧光素酶的催化作用下，ATP水解释

放能量使荧光素与O2反应形成氧化荧光素并发出荧光，ATP水解释放的能量部分转

化成光能，C正确；据题意可知，每个细菌内的ATP含量基本相同，则测得的荧光强

度与样品中细菌数量呈正相关，D正确。12345678910116.[2024潍坊五县联考]一些蛋白质平时处于失活状态，必须被激酶磷酸化之后才可

以发挥活性；而有些正好相反，这些蛋白磷酸化时是失活的，必须经过磷酸酶去磷

酸化才可以激活。据图分析，下列说法错误的是(

C

)A.磷酸化过程结合了ATP水解释放的磷酸基团B.磷酸化过程吸收ATP分解释放的能量C.去磷酸化过程释放能量，并用于ATP的合成D.蛋白质的空间结构在磷酸化和去磷酸化过程中均发生变化C1234567891011[解析]分析图示可以看出，蛋白质在蛋白激酶的作用下发生磷酸化需要ATP供能，

且磷酸化过程结合了ATP水解产生的磷酸基团，A、B正确；去磷酸化过程并不会释

放能量，C错误；蛋白质在磷酸化和去磷酸化过程中功能发生了改变，所以蛋白质

的空间结构发生了改变，D正确。1234567891011

一、选择题7.[2024河南部分学校联考]ATP(腺苷三磷酸)是细胞内流通的能量“货币”，是驱动细胞生命活动的直接能源物质。下列相关叙述错误的是(

B

)A.ATP含有三个磷酸基团，相邻磷酸基团之间的化学键不稳定，末端磷酸基团易脱离B.ADP吸收能量与Pi结合形成ATP，能量只来源于光能和有机物氧化分解两个方面C.细胞通过主动运输吸收Ca2＋时，ATP水解释放的磷酸基团与Ca2＋载体蛋白结合，使其空间结构发生变化D.ATP转化为ADP的供能机制是所有生物细胞内共有途径，体现了生物界的统一性B1234567891011[解析]

ATP含有三个磷酸基团，两个特殊的化学键，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，也就是具有较高的转移势能，A正确；在酶的作用下，

ADP可以接受能量，同时与Pi结合，形成ATP，能为ATP合成提供能量的生理活动有

光合作用、细胞呼吸和化能合成作用，B错误；细胞通过主动运输吸收Ca2＋时，

ATP水解释放的磷酸基团与Ca2＋载体蛋白结合，使其空间结构发生变化，进而运输

Ca2＋，C正确；ATP转化为ADP的供能机制是所有生物细胞内共有途径，这种共同

点体现了生物界的统一性，D正确。12345678910118.[2024天津耀华中学模拟]图甲表示细胞中ATP反应链，图中a、b、c代表酶，A、

B、C代表化合物；图乙表示酶活性与温度的关系。下列叙述正确的是(

C

)A.甲中B有2个特殊化学键，C为腺嘌呤核糖核苷酸B.神经细胞吸收K＋时，a催化的反应加速，c催化的反应被抑制C.研究酶活性与温度关系时，不可以选择H2O2和过氧化氢酶为实验材料D.乙中温度为

m

、

n

时酶活性较低，因此酶活性最高的最适温度最利于酶的保存C1234567891011[解析]图甲中的B为ADP，含有1个特殊化学键，C为脱掉两个磷酸基团后的腺嘌

呤核糖核苷酸，A错误；神经细胞吸收K＋的方式是主动运输，消耗ATP，因此神经

细胞吸收K＋时，a催化的ATP水解反应加速，由于细胞中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，所以c催化的ATP合成反应也加速，B错误；研

究酶活性与温度关系时，自变量是温度，加热会加快H2O2的分解，对实验结果产生

干扰，因此不能选择H2O2和过氧化氢酶为实验材料，C正确；低温时酶的空间结构

保持稳定，酶的活性虽然低，但在适宜的温度下酶的活性可以升高，高温会破坏酶

的空间结构，因此，酶适宜在低温下保存，D错误。12345678910119.[2023贵阳模拟]研究人员用32P标记dATP(脱氧三磷酸腺苷)进行相关研究，用α、β

和γ表示dATP三个磷酸基团所处的位置，表示为dA—Pα～Pβ～Pγ。下列叙述错误的

是(

B

)A.与ATP相比，dATP分子中特殊的化学物质是脱氧核糖B.细胞中组成dATP、RNA和DNA的元素不完全相同C.dATP具有特殊化学键，可为细胞的某些反应提供能量D.可用被32P标记的dA—32Pα～Pβ～Pγ标记DNA分子B1234567891011[解析]

ATP中的五碳糖是核糖，dATP中的五碳糖是脱氧核糖，因此与ATP相比，

dATP分子中特殊的化学物质是脱氧核糖，A正确；组成dATP、RNA和DNA的元素

均是C、H、O、N、P，B错误；dA—Pα～Pβ～Pγ中含有2个特殊化学键，其水解可

为细胞的某些反应提供能量，C正确；dA—Pα～Pβ～Pγ去掉2个特殊化学键，即脱去

β、γ位的磷酸基团后，剩余部分是构成DNA的基本单位之一，因此将dATP的α位磷

酸基团标记为32P可用于标记DNA分子，D正确。123456789101110.[2023合肥调研]磷酸肌酸是一种高能磷酸化合物，它能在肌酸激酶的催化下将自

身的磷酸基团转移到ADP分子中来合成ATP(A—P～P～P)。研究者对蛙的肌肉组织

进行短暂电刺激，检测对照组和实验组(肌肉组织用肌酸激酶阻断剂处理)肌肉收缩

前后ATP和ADP的含量，结果如表所示。根据实验结果判断，下列有关分析正确的

是(

C

)C磷酸腺苷对照组(10－6

mol·g－1)实验组(10－6

mol·g－1)收缩前收缩后收缩前收缩后ATP1.301.301.300.75ADP0.600.600.600.95A.对照组中的肌肉组织细胞中无ATP和ADP的相互转化B.实验组中的肌肉组织细胞中有ATP分解但无ATP合成C.对照组中的磷酸肌酸可以维持ATP含量的相对稳定D.实验组数据表明部分生命活动利用了靠近A的化学键1234567891011[解析]肌肉收缩需要ATP提供能量，对照组肌肉收缩前后ATP和ADP含量没有变

化，但有ATP和ADP的相互转化，A错误；实验组肌肉收缩后ATP含量下降，说明有

ATP的水解，但根据数据无法判断有无ATP的合成，B错误；磷酸肌酸在肌酸激酶的

催化下能将自身的磷酸基团转移到ADP分子中来合成ATP，故对照组中的磷酸肌酸

可以维持ATP含量的相对稳定，C正确；实验组数据中没有AMP的含量变化，故不

能表明部分生命活动利用了靠近A的化学键，D错误。1234567891011二、非选择题11.[10分]细胞作为一个基本的生命系统，只有不断输入能量，才能维持生命活动的

有序性。在生物体内能量的转换和传递中，ATP是一种关键的物质。(1)ATP去掉两个磷酸基团后的剩余部分的中文全称是