第2节细胞的能量“通货”----ATP讲解

第2节细胞的能量通货—ATP
一、学习导航
教学目标： 1、简述ATP的化学组成和特点
2、写出ATP的分子简式
3、解释ATP在能量代谢中的作用
教学重点： 1、ATP化学组成的特点及其在能量代谢中的作用
2、ATP和ADP的相互转化
教学难点： 1、ATP和ADP的相互转化
二、课前预习，新知初探
预览主题1 ATP的结构及特点
阅读教材P88 “ATP分子中具有高能磷酸键”部分及P88“相关信息”，完成下列内容：
1．中文名称：。

2．结构简式：，其中A代表，P代表，～代表。

3．特点
(1)ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物，含有2个，储存大量能量。

(2)ATP的化学性质不稳定，在有关酶的催化作用下，的高能磷酸键易水解，释放出大量能量。

[判断] (1)1个ATP分子中含有1个腺嘌呤和3个磷酸基团。

()
(2)ATP中的“A”与DNA、RNA中的碱基“A”表示的是同一种物质。

()
(3)AMP可以作为合成ADP及mRNA的原料。

()
预览主题2 ATP和ADP的相互转化
阅读教材P88～P90“ATP和ADP可以相互转化”及“ATP的利用”部分、P89图5－5和图5－6、P90图5－7和“思考与讨论”，完成下列内容：
1．ADP＋Pi＋能量
−→
−1酶；ATP −→
−2酶＋Pi＋能量，时刻不
停地发生，并且处于之中。

2．动物、人、真菌和大多数细菌形成ATP所需的能量来自于。

绿色植物则来自于和。

3．细胞中绝大多数需要能量的生命活动如主动运输、收缩、细胞内反应和大脑思考等生命活动，都是由直接提供能量的。

4．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。

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。

[判断]
(1)人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。

( )
(2)合成ATP所需能量可以是光能、化学能、热能。

( )
三、要点突破讲练互动
要点1 ATP的结构特点及功能的关系
问题探究
1、ATP有哪几部分组成？30个腺苷和60个磷酸基团最多能组成多少个ATP？
2、ATP的这种结构特点与功能有多少关系？
【例1】下列关于ATP的叙述，错误的是()
A．ATP中含有两个高能磷酸键
B．动植物、细菌和真菌的细胞内都是以ATP作为能量“通货”的，说明了生物界具有统一性
C．ATP分子由1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成
D．ATP是生命活动的直接能源物质
变式训练1 关于ATP的化学组成的说法中，正确的是()
A．ATP和核酸共有的元素是C、H、O、N、P
B．ATP中的A表示腺嘌呤
C．含有三个高能磷酸键
D．含有腺嘌呤和脱氧核糖
【规律总结】
识记ATP分子的四个方面
1．结构：A—P～P～P
2．数目：1(腺苷)、2(高能磷酸键)、3(磷酸基团)
3．DNA和RNA的组成中的A表示腺嘌呤这种碱基，而在ATP中A代表
要点2 ATP与ADP之间的相互转化
（1）ATP与ADP之间的相互转化的比较
比较项目
ATP 合成 ATP 水解 反应式
场所
条件
能量来源
能量去路
（2)ATP 与ADP 之间的相互转化意义
ATP 在细胞内含量很少，由于ATP 和ADP 之间在细胞内相互转化十分迅速，使细胞内ATP 含量总是处于动态平衡之中。

【特别提醒】
【变式训练2】对“ATP ⇌ ADP ＋Pi ＋能量”的叙述中，正确的一项是( ) A ．ATP 与ADP 是同一种物质的两种形态 B ．①过程和②过程发生的场所是一样的
C ．细胞内ATP 含量很多，从而保证了生命活动所需能量的持续供应
D ．ADP 、ATP 的相互转化，使细胞内的ATP 含量处于动态平衡之中
【知识小节】
1、ATP 是细胞的能量“通货”
在细胞代谢的过程中,能量通过ATP 分子在吸能反应和放能反应之间循环流通。

其过程可简单地用右图表示。

①
②
【智能演练、轻巧夺冠】
1.(2014·海南高考)下列物质中，能够直接给细胞生命活动提供能量的是()
A．脂肪B．钙离子
C．糖D．ATP
2．在ATP分子中很容易断裂又很容易重新生成的化学键是(如图)
()
A．②B．③C．②③D．①
3.对于植物体来说，ADP＋Pi＋能量→ATP(酶催化条件下)，其所需的能量来自()
A．光合作用
B．细胞呼吸
C．其他高能化合物(如磷酸肌酸)
D．光合作用和细胞呼吸
4．下列生理过程中不需要消耗ATP的是()
A．在核糖体上合成血红蛋白
B．在肺泡表面进行气体交换
C．小肠吸收氨基酸
D．神经冲动的传导
5．ATP是与能量代谢关系最为密切的化合物，请回答下列有关ATP的问题。

(1)写出在能量代谢过程中，ATP释放和储存能量的反应式________________________________________________________________________。

(2)在动物细胞内形成ATP所需要的能量主要来自________作用，在动物细胞的________(结构)中能合成ATP。

(3)如果ATP分子去掉两个磷酸基团，则成为一磷酸腺苷，它是构成________的基本组成单位之一。

(4)用三种符号分别表示磷酸、核糖与腺嘌呤，试写出这三种分子在ATP中的连接方式。

【冲关训练】（45分钟，满分100分）
1．下列关于ATP的叙述中，正确的是()
A．ATP分子中所有化学键都储存着大量的能量，所以被称为高能磷酸化合物
B．细胞中的吸能反应常伴随ATP的水解，放能反应常伴随ATP的合成
C．ATP中大量的能量都储存在腺苷和磷酸基团中
D．需氧型生物的细胞产生ATP的场所均是线粒体
2．如果测得1个高能磷酸键的化学能是8P，那么ATP中的磷酸键能是()
A．8P B．8P～16P
C．16P～24P D．24P
3．新陈代谢的进行不仅需要酶，而且需要能量。

下列关于ATP的描述正确的是() A．ATP分子中含有3个高能磷酸键
B．动物体内主要的储能物质是ATP
C．ATP是生命活动的直接能源物质
D．ATP的合成与分解都需要同一种酶的催化
4．在某细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子，短时间内分离出细胞中的ATP，发现其含量变化不大，但部分ATP的末端P已带上放射性标记，该现象不可能说明() A．ATP中远离A的P容易脱离
B．部分32P标记的ATP是重新合成的
C．ATP是细胞内的直接能源物质
D．该过程中ATP既有合成又有分解
5．下列关于ATP的叙述，正确的是()
A．ATP脱去2分子磷酸的剩余部分是构成DNA分子的基本单位之一
B．绿色植物只在叶绿体中产生ATP
C．大脑在思考问题时，伴随着ATP与ADP的相互转化
D．长期不进食的病人，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡
6．人在剧烈运动时，肌细胞消耗的能量直接来源于()
A．ATP的水解B．葡萄糖的分解
C．氨基酸的分解D．脂肪的氧化分解
7．(2013·山东潍坊一模)以下关于酶和ATP相互关系的叙述，正确的是()
A．ATP的合成与分解需要的酶相同
B．少数酶的元素组成与ATP相同
C．酶的催化作用需要ATP提供能量
D．酶的合成过程不消耗ATP
8．ATP是细胞内的直接能源物质，医药商店出售的ATP注射液可治疗心肌炎。

若人体静脉滴注这种药物，ATP到达心肌细胞内至少要通过的细胞膜有() A．1层B．2层
C．3层D．4层
9．科学家研究发现，向刚刚失去收缩功能的离体肌肉上滴葡萄糖溶液，肌肉不收缩；向同一条肌肉上滴ATP溶液，肌肉很快就发生明显的收缩。

这说明() A．葡萄糖是能源物质
B．ATP是能源物质
C．葡萄糖是直接能源物质
D．ATP是直接能源物质
10．ATP分子在细胞内能释放能量与贮存能量，从结构上看其原因是()
①腺苷很容易吸收能量和释放能量②第二个磷酸基团很容易从ATP上脱离和结合
③第三个磷酸基团很容易从ATP上脱离，远离A的高能磷酸键断裂，使ATP转化为ADP
④ADP可以迅速地与磷酸基团结合，吸收能量形成远离A的高能磷酸键，使ADP转变成
ATP
A．①③B．②④
C．③④D．①④
11.在剧烈运动时,人体骨骼肌所需要的能量直接来源于()
A.肌糖原
B.脂肪
C.葡萄糖
D.ATP
12..如果ATP脱去了三个磷酸基团,该物质就是()
A.腺嘌呤核糖核苷酸
B.鸟嘌呤核糖核苷酸
C.腺苷
D.尿嘧啶核糖核苷酸
13.下列关于ATP分子的叙述,错误的是()
A.一分子ATP中含有一分子核糖、一分子含氮碱基和三分子磷酸基团
B.ATP脱去所有高能磷酸键后就是ADP
C.ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素
D.ATP脱去了所有高能磷酸键后可作为合成核糖核酸的基本单位
14.下列有关ATP的叙述,正确的是()
A.绿色植物在光下能够合成ATP,在暗处不能合成ATP
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.原核细胞中没有线粒体,不能合成ATP
D. ATP中的“A”与构成DNA、RNA中的碱基“A”表示的是同一物质
15.一般情况下,生物体内的主要能源物质、直接能源物质、储备能源物质依次是()
A.糖类蛋白质脂肪
B.ATP糖类脂肪
C.糖类ATP脂肪
D.糖类ATP蛋白质
16.ATP之所以作为能量的直接来源是因为()
A.ATP在细胞内数量很多
B.ATP中的高能磷酸键很稳定
C.ATP中的高能磷酸键储存的能量多且不稳定
D.ATP是生物体内的唯一可以释放能量的化合物
17.下列对ATP和ADP的相互转化的叙述,正确的是()
A.ATP水解和合成时所需要的酶都是一样的
B.ATP水解时释放能量,合成ATP时储存能量
C.ATP和ADP的相互转化是一个动态平衡的过程
D.植物细胞和动物细胞发生ATP和ADP的相互转化的生理过程一样
18.下列各项中,能表示运动员在进行110米栏比赛时,肌细胞中ATP的变化(纵轴表示细胞中的ATP含量,横轴表示时间)的是()
19.光能转化成骨骼肌细胞内ATP中的能量,需经过的主要生理过程依次是()
①光合作用②细胞呼吸③消化、吸收④主动运输
A.①③④②
B.①②③④
C.②①④③
D.④①③②
20.右图中表示的是ATP与ADP之间的转化图,可以确定()
A.A为ATP,B为ADP
B.酶1和酶2是同一种酶
C.X1和X2是同一种物质
D.能量1和能量2的来源相同
21．分析ATP与ADP相互转化的示意图，回答下列问题：
(1)图中Pi代表磷酸，则B为__________________。

C为__________________。

(2)E1不是物质，在人和动物体内，E1来自________。

在绿色植物体内则来自________和________。

(3)在植物体内的生命活动中，E2主要用于________、________、________和________。

(4)A1和A2具有________________作用。

根据你的分析，它们的作用分别是促进________________和________。

22．人的骨骼肌细胞中，ATP含量仅够剧烈运动时3 s以内的能量供给。

某运动员参加短跑比赛过程中ATP的相对含量随时间的变化如图所示，请据图回答下面的问题。

(1)A→B的变化过程，说明ATP被水解，释放的能量用于________________________________________________________________________。

(2)B→C过程中，ATP含量增加，说明________加强，释放出更多的能量，供ADP形成ATP使用，以补充细胞中ATP含量的不足。

(3)从整个曲线来看，肌细胞中ATP的含量不会降为零，说明________________________________________________________________________。

23..在活细胞中,下图循环过程永不停止地进行着,请运用所学知识,分析回答下面ATP与ADP循环中的有关问题。

(1)ATP作为生物体生命活动的物质,其分子结构简式为,在②过程中,是由于的断裂而释放出能量。

(2)在绿色植物的根细胞内,与①相应的生理活动主要是在细胞内的中进行的。

(3)A1和A2分别起什么作用?二者相同吗?
(4)①中能量E1的来源有哪些?②中能量E2的去向有哪些?
【参考答案】
二、课前预习，新知初探
预览主题1 ATP的结构及特点
1.三磷酸腺苷
2.A—P～P～P 腺苷磷酸基团高能磷酸键
3.（1）高能磷酸键（2）远离A
[判断] (1)×（2）×（3）√
预览主题2 ATP和ADP的相互转化
1.ATP ADP 动态平衡
2.呼吸作用呼吸作用光合作用
3.肌肉各种吸能ATP
4.ATP水解ATP的合成
[判断] (1)×（2）×
三、要点突破讲练互动
要点1 ATP的结构特点及功能的关系
问题探究
1.【提示】结构组成可以用“1、2、3”来总结，1个腺苷通过2个高能磷酸键与3个磷酸基团结合而成。

30个腺苷和60个磷酸基团最多能组成20个ATP。

2.【提示】ATP(A—P～P～P)中含有两个高能磷酸键(～)，其中远离A的那个高能磷酸键容易水解而断裂，释放出大量能量可被直接用于各项生命活动，即ATP是生命活动的直接能源物质。

【例1】【答案】 C
【解析】ATP分子由1个腺苷和3个磷酸基团组成。

变式训练1 【答案】 A
要点2 ATP与ADP之间的相互转化
（1）ATP与ADP之间的相互转化的比较
ADP＋Pi＋能量
−→
−1酶ATP ATP−→
−2酶ADP＋Pi＋能量
线粒体、叶绿体、细胞质基质细胞内所有需要能量的结构由ATP合成酶催化由ATP水解酶催化
ATP水解释放的能量是储存
在远离A的高能磷酸键中的能量
储存在ATP中用于各项生命活动
【例2】【答案】 D
【解析】肺泡内的气体交换是指O2和CO2进出细胞,是通过自由扩散实现的,而自由扩散不消耗能量,A正确;在ATP和ADP的相互转化过程中,物质是可逆的,但能量来源不同,是不可逆的,B正确;生命活动需要能量,能量通过ATP分子在放能反应①和吸能反应②之间流通,才保证了生命活动的顺利进行,C正确;对于动物细胞,细胞中的ATP均来自于细胞呼吸.但对于绿色植物细胞,ATP的形成除来自细胞呼吸外,还来自光合作用,D错误。

【变式训练2】【答案】 D
【智能演练、轻巧夺冠】
1.D
2.B
3.D
4.B
5.(1)ATP酶1,酶2ADP＋Pi＋能量(2)呼吸
线粒体和细胞质基质(3)RNA
(4)
【冲关训练】
1.B
2.C
3.C
4.C
5.C
6.A
7.B
8.C
9.D 10.C 11.D 12.C 13.B
14. 答案:B
解析:绿色植物在光下能够通过光合作用合成ATP,在暗处通过细胞呼吸合成ATP。

ATP中的能量可以来源于光合作用利用的光能和细胞呼吸利用的化学能,也可以转化为光能和化学能。

原核细胞中没有线粒体,但也能通过细胞呼吸产生ATP。

ATP中的“A”是腺苷,DNA、RNA中的碱基A是腺嘌呤,不是同一物质。

15. 答案:C
解析:生物体生命活动所需能量的70%是由糖类分解释放的。

脂肪中储存的能量较多,生物体内糖类物质减少时,脂肪分解供能。

各种能源物质释放的能量在用于生命活动之前都要转移到ATP中,由ATP直接供给生命活动的需要。

16.答案:C
解析:ATP的磷酸基之间是高能磷酸键。

高能磷酸键水解时,释放出的能量是正常化学键的2倍以上;ATP中远离腺苷的高能磷酸键很容易断裂,断裂时储存在这个高能磷酸键中的能量就释放出来,ATP转化为ADP。

在另一种酶的催化作用下,ADP可以接受能量,同时与一个磷酸结合,从而生成ATP。

细胞内ATP的数量不多,只是通过与ADP的相互转化而源源不断地为细胞供能。

细胞内的能源物质很多,但是直接能源物质是ATP。

17. 答案:B
解析:生物体进行的“ATP→ADP+Pi+能量”的过程和“ADP+Pi+能量→ATP”的过程是两个截然不同的生理过程,它们发生的场所、所需要的酶是不同的,所以A错。

因为两个过程发生的场所、所需要的酶不同,所以就不存在动态平衡问题,所以C错。

植物细胞可以通过光合作用产生ATP和消耗ATP,也可通过呼吸作用产生ATP,而动物细胞不能通过光合作用产生ATP,主要通过呼吸作用产生ATP,所以D错。

18. 答案:B
解析:进行110米栏比赛时首先要消耗ATP,但随着ATP的再生,其含量又会进一步增加。

故
答案为B。

19. 答案:A
解析:光能转化成骨骼肌细胞内ATP中的能量,需要经过的过程为:光能有机物中的化学能;食物(有机物)营养物质进入人体进入骨骼肌细胞能量释放ATP中。

20.答案:C
解析:从题图中看出B→A是ATP的水解,B为ATP,A为ADP,酶1为水解酶,X1为Pi,能量1为ATP水解释放的能量,可供生命活动利用。

A→B为ATP的形成,酶2为合成酶,X2为Pi,能量2为光合作用所利用的光能及呼吸作用释放的能量。

故正确选项为C。

11. (1)ATP ADP(2)呼吸作用呼吸作用光合作用(3)细胞分裂植株生长主动运输物质合成(4)催化ATP合成ATP水解
【解析】(1)由图可看出在有B转化成C的过程中释放出游离的磷酸，可判断出B 是ATP，C是ADP。

(2)由C转化成B即ATP的合成过程，这一过程需要能量即E1在人和动物体内，E1来自呼吸作用，在绿色植物体内则来自呼吸作用和光合作用。

(3)植物体内消耗能量的生理活动主要有细胞分裂、植株生长、主动运输和物质合成。

(4)生物体内的代谢过程都需要酶的催化，由图可看出ADP转化为ATP需A1的催化，由ATP转化为ADP需A2的催化，因此它们的作用分别是促进ATP合成和ATP水解。

12.(1)肌肉收缩等生命活动(2)细胞呼吸(3)ATP的形成和分解是同时进行的
ATP是生物体各项生命活动所需能量的直接来源，可为人体肌肉收缩直接提供能量。

当ATP由于消耗而大量减少时，肌肉细胞的细胞呼吸加强，以合成ATP供人利用，正是由于ATP与ADP无休止地相互转化，才使细胞内的ATP不会用尽，保证人体生命活动的顺利进行
13.(1)直接能源A—P~P~P远离腺苷的高能磷酸键(2)线粒体(3)A1起催化作用,催化ATP的合成,是合成酶;A2起催化作用,催化ATP的水解,是水解酶。

二者不相同。

(4)植物细胞中E1中能量来自于光合作用转化的光能和糖类等有机物分解释放的能量,动物细胞中E1中的能量来自于呼吸作用中糖类等有机物分解释放的能量以及其他一些高能磷酸化合物的分解。

E2中能量的去向是转化为其他各种形式的能量,用于生物的各项生命活动,主要有化学能、机械能、电能、渗透能等。

【解析】ATP是生命活动的直接能源物质,ATP在水解时远离腺苷的那个高能磷酸键断
裂。

ATP的水解和合成分别由水解酶和合成酶催化。

植物根细胞产生ATP的部位主要是线粒体。

在光合作用和呼吸作用的过程中ADP转化为ATP,所需的能量分别来自光能和糖类等有机物分解释放的能量。

ATP水解后,能量转化为其他各种形式的能量,用于生物的各项生命活动,主要有化学能、机械能、电能、渗透能等。