2021学年第一节 ATP是细胞内的“能量通货”导学案

第一节　ATP是细胞内的“能量通货”

课程目标

知识点一　ATP是细胞生命活动的直接能源

ATP的结构

(1)ATP的结构简式：__A—P～P～P__。

(2)如图所示，1个ATP是由①__1个腺嘌呤__，②__1个核糖__和③__3个磷酸基团__组成的。①和②结合的基团称为__腺苷__。

(3)图中④是__高能磷酸键__，其中在酶的催化作用下，远离A的高能磷酸键易形成和断裂。断裂后，形成__腺苷二磷酸(或ADP)__，释放 1个__磷酸基团__，并释放能量。

知识点二　ATP与ADP相互转化的过程和意义

1．ATP­ADP循环

通过ATP的合成与水解使__放能反应__所释放的能量用于__吸能反应__，此过程被称为ATP­ADP循环。图示如下：

2．ATP的功能

ATP在细胞中易于__水解和再生__，ATP是细胞中普遍使用的__能量载体__，所含的能量不多，像小额钞票一样，便于流通使用，所以又有细胞中的“__能量通货__”之称。

小思考：ATP中的化学元素组成与之前所学的哪种化合物的元素组成相同？

【答案】核酸。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)ATP与ADP之间的转化是可逆的。(　×　)

(2)一个ATP分子中含一个核糖、一个腺苷、三个高能磷酸键、三个磷酸基团。(　×　)

(3)ATP是生物体内的直接供能物质，所以在生物体内含量丰富。(　×　)

(4)ATP中远离A的那个高能磷酸键容易断裂和重新生成。(　√　)

(5)人体在饥饿状态下，细胞中ATP和ADP的含量仍处于动态平衡状态。(　√　)

2．案例分析：在生物体内能量的转换和传递中，ATP是一种关键的物质，根据所学知识回答下列问题。

(1)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100 m短跑过程中，其肌细胞中ATP相对含量变化如上图所示，试回答：

①由A到B的变化过程中，说明ATP被水解，释放的能量用于__肌肉收缩等生命活动__。

②由整个曲线来看，肌细胞中ATP的含量不会降为零，说明__ATP的生成和水解是同时进行的__。

(2)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__ATP__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__葡萄糖溶液__(填“葡萄糖溶液”或“ATP溶液”)，观察__肌肉收缩__与否以后，再滴加__ATP溶液__。(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？解释原因：__结果不可靠。如果外源ATP尚未耗尽，会出现滴加葡萄糖溶液肌肉也会收缩的现象，造成葡萄糖也能被肌肉直接利用的假象__。

【解析】(1)①运动会上，由A到B过程中ATP的含量下降，说明在该变化过程中，ATP被水解，释放的能量用于肌肉收缩等生命活动。

②由于ATP的生成和水解是同时进行的，所以由整个曲线来看，肌细胞中ATP的含量不会降为零。

(2)①由于细胞中有少量的ATP存在，所以步骤①的目的是消耗尽肌肉细胞中的能量。

②实验中先滴加葡萄糖溶液，观察肌肉是否收缩，之后再滴加ATP溶液，观察肌肉是否收缩，实验中采用了自身前后对照的方法，实验的自变量是能源物质的种类不同，实验目的是验证ATP是否为直接供能物质。

③实验中滴加葡萄糖溶液和ATP溶液的顺序不可以颠倒，如果外源ATP尚未耗尽，将出现滴加葡萄糖溶液肌肉也会收缩的现象，造成葡萄糖也能被肌肉直接利用的假象。

1．能源物质——糖类、油脂、蛋白质。

2．主要能源物质——糖类。

3．主要储能物质——油脂、糖原、淀粉。

4．直接能源物质——ATP。

5．根本能量来源——光能。

6．ATP的组成元素为C、H、O、N、P；含有3个磷酸基团，2个高能磷酸键；ATP彻底水解会得到腺嘌呤、核糖和磷酸；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，是构成RNA的基本单位之一。

7．ATP是直接能源物质的验证

用小刀将数只萤火虫的发光器割下，使其干燥后研成粉末。取两支试管，分别标上A、B，各加入2 mL水和等量的萤火虫发光器研磨粉末，结果发现两支试管中均有短时间的黄色荧光出现。一段时间后黄色荧光消失，再分别进行处理后出现的结果如图：

(1)加入葡萄糖的试管A不发出黄色荧光，说明葡萄糖不是直接供能物质。

(2)加入ATP溶液的试管B能持续发光，说明ATP是直接供能物质。

如图表示与ATP相关的部分结构示意图，下列分析中正确的是(　D　)

A.a表示ADP，与ATP相比少了一个磷酸

B．b表示腺嘌呤核苷，是ATP中“A”代表的含义

C．c表示腺嘌呤核糖核苷酸，它是构成RNA的基本单位之一

D．d表示ATP，是生物体的直接供能物质

【解析】a表示腺嘌呤核苷，与ATP相比少了三个磷酸，A错误；b表示腺嘌呤核糖核苷酸(腺苷一磷酸)，即AMP，比ATP中“A”多一个磷酸基团，B错误；b表示腺嘌呤核糖核苷酸，它是构成RNA的基本单位之一，C错误；d表示ATP，是生物体的直接供能物质，D正确。

1．某同学设计实验验证肌肉收缩的直接能源物质是ATP而不是葡萄糖，用离体的、刚刚丧失收缩功能的新鲜的蛙骨骼肌作为实验材料，采用自身对照的方法设计实验，下列相关叙述不正确的是(　C　)

【解析】ATP中远离腺苷的高能磷酸键易断裂，释放的能量为生命活动供能，肌肉收缩为吸能反应，需要消耗能量，A正确；实验前，为防止骨骼肌自身储存的ATP对实验的干扰，需要给予骨骼肌适宜强度的刺激，消耗自身的ATP，B正确；若实验先滴加ATP，给予刺激后，肌肉收缩，但是若肌肉细胞内有ATP的剩余，滴加葡萄糖溶液后，给予刺激肌肉也收缩，干扰实验现象，因此实验中应先滴加葡萄糖溶液，后滴加ATP溶液，C错误；该实验的实验现象是每次滴加溶液后给予肌肉刺激，观察肌肉是否收缩，D正确。

2．如图为ATP结构示意图。研究人员将用32P标记的磷酸注入活细胞，迅速分离细胞内的ATP，发现其末端的磷酸基团被32P标记，其余磷酸基较长时间后才被标记。该实验可以推测(　A　)

A.化学键2易断裂

B．化学键1无法断裂

C．ADP中的能量无法利用

D．ATP合成需要能量

【解析】根据题干信息“ATP末端的磷酸基团被32P标记，其余磷酸基较长时间后才被标记”，说明化学键2容易生成和断裂，A正确；由于其余磷酸基较长时间后才被标记，说明化学键1也可以断裂，但比化学键2难断裂，B错误；ADP也含有高能磷酸键，并且化学键1可以断裂，说明其中的能量可以被细胞利用，C错误；从题干中无法看出ATP的合成需要消耗能量，D错误。

3．1分子ADP包括(　C　)

A．1个核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团

B．1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团

C．1个核糖、1个腺嘌呤和2个磷酸基团

D．1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和2个磷酸基团

【解析】ADP包括1个核糖、1个腺嘌呤和2个磷酸基团，C正确。

【提醒】

1．在正常的活细胞中，ATP与ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡中，ATP在细胞内存在的特点：量少、普遍存在、易再生、转化迅速。

2．ATP与ADP的相互转化不是完全可逆的过程：ADP、Pi、ATP三种物质可反复循环利用，故ATP­ADP循环中物质是可逆的，能量不可逆。

ATP与ADP的转化过程如下图所示，下列相关叙述正确的是(　B　)

A.M和N分别代表腺苷和脱氧核糖

B．过程②释放的能量可用于吸能反应

C．过程①吸收的能量只能来源于放能反应

D．人在饥饿时①与②过程不能达到动态平衡

【解析】M代表腺嘌呤，N代表核糖，A错误；吸能反应与ATP水解相关联，B正确；过程①吸收的能量可以来源于某些放能反应，也可来源于光能，C错误；人在饥饿时①与②过程仍能达到动态平衡，D错误。

1．下列有关细胞中ATP­ADP循环的叙述，正确的是(　C　)

A．ATP与ADP相互转化的速率恒定不变

B．ATP与ADP相互转化的条件相同

C．ADP转化为ATP为吸能反应

D．ATP转化为ADP的场所只有叶绿体

【解析】细胞中ATP­ADP循环处于动态平衡中，当细胞内代谢速率发生改变时，ATP与ADP相互转化的速率会发生变化，A项错误；ATP转化为ADP的过程释放能量，ADP转化为ATP的过程吸收能量，二者所需的酶不同，B项错误，C项正确；ATP转化为ADP的场所除叶绿体外，还包括其他需要ATP供能的场所，D项错误。

2．如图表示的是ATP和ADP之间的转化图，可以确定(　D　)

A.A为ADP，B为ATP

B．能量1和能量2来源相同

C．酶1和酶2是同一种酶

D．X1和X2是同一种物质

【解析】由图中能量的方向可以看出，A为ATP，B为ADP，A错误；能量1来自ATP中高能磷酸键的水解所释放的化学能，能量2在动物体内来自有机物氧化分解释放的化学能，在植物体内除来自有机物氧化分解所释放的化学能外，还可来自光能，B错误；酶1和酶2分别是水解酶和合成酶，C错误；X1和X2是同一种物质Pi，D正确。

1．ATP中含有的糖是(　A　)

A．核糖    B．脱氧核糖

C．葡萄糖    D．果糖

【解析】ATP中的A表示腺苷，含有1分子的腺嘌呤和一分子的核糖。

2．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，刺激肌肉不收缩；向同一条肌肉上滴ATP溶液，刺激肌肉很快就发生明显的收缩。这说明(　D　)

A．葡萄糖是能源物质

B．ATP不是能源物质

C．葡萄糖是直接能源物质

D．ATP是直接能源物质

【解析】根据题意“向刚刚失去收缩功能的离体肌肉上滴葡萄糖溶液，刺激肌肉不收缩”说明葡萄糖不能直接提供能量；“向同一条肌肉上滴ATP溶液，刺激肌肉很快就发生明显的收缩”说明ATP是直接能源物质。

3．下列关于ATP的叙述，错误的是(　C　)

A．细胞内普遍使用的能量载体是ATP

B．ATP 水解产生的能量可用于吸能反应

C．机体内会储存大量ATP

D．ATP水解为ADP 时，释放一个磷酸基团并释放能量

【解析】细胞内普遍使用的能量载体是ATP，A正确；ATP水解产生的能量可为吸能反应提供能量，B正确；机体内含有少量的ATP，不能大量储存，C错误；ATP水解为ADP时，断裂远离腺苷的高能磷酸键，释放一个磷酸基团并释放大量能量，D正确。

4．在某细胞培养液中加入被32P标记的磷酸分子，短时间内分离出细胞的ATP，发现其含量变化不大，但部分 ATP 的末端32P已带上放射性标记，该现象不能够说明(　C　)

A．ATP中远离A的Pi容易脱落

B．被P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既有合成又有水解

【解析】实验发现ATP的含量变化不大，但是部分ATP的末端磷酸基团已带上放射性标记，说明ATP中远离腺苷的磷酸基团容易脱落，A正确；放射性标记来自培养液中加入32P标记的磷酸分子，说明32P标记的ATP是重新合成的，B正确；本实验不能证明ATP是直接的能源物质，C错误；32P标记的ATP是重新合成的，说明有ATP的合成，且ATP的总量变化不大，说明同时存在ATP的水解，D正确。

5．下图表示人体细胞中ATP和ADP相互转化的过程，相关叙述正确的是(　C　)

A.过程①中ADP需加上3个Pi

B．过程②中ATP可以连续脱下2个Pi，释放大量能量

C．过程①和②需要不同的酶参与

D．ATP与ADP相互转化的反应中物质和能量均可逆

【解析】过程①中ADP需加上1个Pi，A错误；过程②中ATP形成ADP，脱去1个Pi，释放大量的能量，B错误；过程①和②使用的酶分别是水解酶和合成酶，两者不是同一种酶，C正确；ATP与ADP的相互转化反应中物质是可逆的，能量是不可逆的，D错误。