生物必修1《分子与细胞》第5章 细胞的能量供应和利用综合与测试课后练习题

第2节　细胞的能量“货币”ATP

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1.ATP是细胞内的直接能源物质,其分子的结构可简写为APPP(①～③表示化学键)。下列关于ATP的叙述正确的是(　B　)

A.ATP中有两个带负电荷的磷酸基团

B.化学键③最易断裂并释放大量的能量

C.ATP在生命活动旺盛的细胞中含量多

D.只有化学键③是特殊化学键

解析:ATP中含有三个带负电荷的磷酸基团;③是远离腺苷的特殊化学键,容易发生断裂;ATP在细胞中的含量少,但和ADP的转化速度很快;②③是特殊化学键。

2.在线粒体的内外膜间隙中存在着一类标志酶——腺苷酸激酶,它能将ATP分子末端的磷酸基团转移至腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)上,结果产生(　B　)

A.一分子AMP和一分子ADP

B.两分子ADP

C.一分子ATP和一分子ADP

D.一分子ADP

解析:ATP分子末端的磷酸基团转移至腺嘌呤核糖核苷酸(AMP)上,即ATP分子(含3个磷酸基团)转化为ADP(含2个磷酸基团),AMP(含1个磷酸基团)结合磷酸转化为ADP(含2个磷酸基团)。

3.分析ATP与ADP相互转化示意图,下列有关说法正确的是(　B　)

A.图中Pi代表磷酸,B为ADP,C为ATP

B.在B→C的反应中,产生的E2来源于特殊的化学键的断裂释放出的能量

C.E1不是物质,对于人、动物、真菌、植物和细菌来说,E1来自细胞

呼吸

D.C→B与B→C都可以伴随着放能反应和吸能反应

解析:图中Pi代表磷酸,B为ATP,C为ADP;B→C过程为ATP的水解过程,释放的能量来源于特殊化学键的断裂;E1是合成ATP所需要的能量,对于植物来说,能量来自细胞呼吸或光能;在ATP与ADP的相互转化过程中,一般来说,ATP的合成伴随着放能反应,ATP的水解伴随着吸能反应。

4.ATP和ADP可以相互转化,下面有关的描述中,正确的是(　C　)

A.ATP在酶的作用下,可以连续脱下3个Pi,释放大量能量

B.ATP在酶的作用下,可以加上一个Pi,储存能量

C.ATP和ADP的相互转化都需要酶参与

D.在ATP与ADP的相互转化反应中,物质和能量都是可逆的

解析:ATP在ATP水解酶的作用下只能脱去一个磷酸基团;ATP不能再加上磷酸;ATP水解需要ATP水解酶的催化,ATP合成需要ATP合成酶的催化;在ATP与ADP相互转化过程中能量是不可逆的。

5.ATP分子在细胞内能够储存能量和释放能量,从结构上看,其原因是(　B　)

①腺苷很容易吸收能量和释放能量　②三个磷酸基团很容易从ATP上脱离和结合　③分子中的磷酸基团带负电荷而相互排斥　④ADP可以迅速地与磷酸基团结合,吸收能量形成高能磷酸键,使ADP转变成ATP

A.①③ B.③④ C.②④ D.①④

解析:ATP中的磷酸基团带负电荷而相互排斥,从而使特殊化学键容易断裂,末端磷酸基团容易脱离,即具有较高的转移势能,③正确;ADP可以迅速地与磷酸基团结合,吸收能量形成特殊化学键,使ADP转变成 ATP,④正确。

6.科学家研究发现,向刚刚失去收缩功能的离体肌肉上滴加葡萄糖溶液,肌肉不收缩;向同一肌肉上滴加ATP溶液,肌肉很快就发生收缩。这说明(　D　)

A.葡萄糖是能源物质

B.ATP是主要能源物质

C.葡萄糖是直接能源物质

D.ATP是直接能源物质

解析:向刚刚失去收缩功能的离体肌肉上滴加ATP溶液,肌肉很快发生收缩,而滴加葡萄糖溶液则不出现收缩现象,说明ATP是直接能源物质,而葡萄糖不是。

7.生物的生命活动需要能量,下列有关能量的表述,正确的是(　D　)

A.正常情况下,生物体的最终能量来源、主要能源物质、储能物质、直接能源物质分别是光能、糖类、蛋白质、ATP

B.消化道内蛋白质的消化会使ADP含量增加

C.细胞膜主动运输消耗的能量一般不是由ATP水解提供的

D.每克脂肪氧化分解释放的能量多于每克糖原氧化分解释放的能量

解析:正常情况下,生物体的最终能量来源、主要能源物质、储能物质、直接能源物质分别是太阳能、糖类、脂肪、ATP;消化道内蛋白质的消化是在消化酶的作用下进行的,不消耗ATP,所以不会使ADP含量增加;细胞膜主动运输消耗的能量是由ATP水解提供的;脂肪的C、H比例高于糖类,因此每克脂肪氧化分解释放的能量多于每克糖原氧化分解释放的能量。

8.据图判断,下列有关叙述错误的是(　D　)

A.甲→ATP的过程所需的酶与酶1不同

B.乙中不含特殊的化学键,是RNA基本组成单位之一

C.丙物质为腺苷,丁可用于某些脂质的合成

D.ATP为生命活动提供能量需要经过图示的整个过程

解析:甲表示ADP,乙表示AMP,丙表示腺苷,丁表示无机磷酸Pi,甲→ATP的过程所需的酶与酶1不同;乙中不含特殊的化学键,是RNA基本组成单位之一;丙物质为腺苷,丁可用于磷脂的合成;ATP为生命活动提供能量主要经过图示的ATP→甲过程。

9.如图是腺苷三磷酸的分子结构,请回答下列问题。

(1)ATP的结构简式为　　　　　　    　　,图中虚线部分的名称是　　　　。 

(2)一分子ATP可以看作是由　　　　个磷酸分子、　　　　个核糖分子和　　　　个腺嘌呤缩合而成的。 

(3)ATP水解为ADP是指ATP分子中远离A的　　　　　　　水解,水解时释放的能量是生物体进行　　　　　　、　　　　　　和　　　　　　等生命活动所需能量的直接来源。 

解析:(1)ATP的结构简式为A—P～P～P,图中虚线部分的名称是腺苷(腺嘌呤核苷)。

(2)ATP的结构简式中的A代表腺苷,由核糖和腺嘌呤组成,P代表磷酸基团,～代表特殊的化学键,T表示3个。可见,一分子ATP可以看作是由3个磷酸分子、1个核糖分子和1个腺嘌呤缩合而成的。

(3)ATP水解为ADP是指ATP分子中远离A的特殊的化学键水解,水解时释放的能量是生物体进行肌肉收缩、大脑思考、离子的主动运输、生物的发电和发光、吸能反应等生命活动所需能量的直接来源。

答案:(1)A—P～P～P　腺苷(腺嘌呤核苷)　(2)3　1　1　(3)特殊的化学键　肌肉收缩　大脑思考　离子的主动运输(其他合理答案也

可以)

10.腌制的腊肉中往往含有大量的细菌,可利用“荧光素—荧光素酶生物发光法”对市场上腊肉中的细菌含量进行检测:

①将腊肉研磨后离心处理,取一定量上清液放入分光光度计(测定发光强度的仪器)反应室内,加入适量的荧光素和荧光素酶,在适宜条件下进行反应;②记录发光强度并计算ATP含量;③测算出细菌数量。分析并回答下列问题。

(1)荧光素接受细菌细胞中　　　　提供的能量后被激活,在荧光素酶的作用下形成氧化荧光素并且发出荧光。根据发光强度可以计算出生物组织中ATP的含量,原因是发光强度与ATP含量成　　　　(填“正比”或“反比”)。 

(2)“荧光素—荧光素酶生物发光法”中涉及的能量转换形式是　　　　能→　　　　能。生物细胞中ATP的水解一般与　　　　　　(填“吸能反应”或“放能反应”)相联系。 

(3)研究人员用不同条件处理荧光素酶后,测定酶浓度与发光强度的关系如图所示。若要节省荧光素酶的用量,可以使用　　　　处理;高温和Hg2+处理后酶活性　　　　(填“可以”或“不可以”)恢复;Hg2+处理后酶活性降低可能是因为　                          。 

解析:(1)ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。荧光素接受ATP提供的能量,在荧光素酶的催化下,形成氧化荧光素并且发出荧光,其发光强度与ATP的含量成正比,每个细菌细胞中ATP含量大致相同且相对稳定,所以根据发光强度可以计算出生物组织中ATP的含量。

(2)“荧光素—荧光素酶生物发光法”中涉及的能量转换是化学能转变为光能;放能反应一般与ATP的合成相联系,吸能反应一般与ATP的水解相联系。

(3)分析题图曲线可知,用Mg2+处理后,在较低浓度荧光素酶的条件下就能达到较高的发光强度,因此使用Mg2+处理,能够节省荧光素酶的用量。高温和Hg2+处理,均会破坏荧光素酶的空间结构,导致酶活性不可以恢复。可见,Hg2+处理后酶活性降低可能是因为Hg2+破坏了酶的空间结构。

答案:(1)ATP　正比

(2)化学　光　吸能反应

(3)Mg2+　不可以　Hg2+破坏了酶的空间结构

11.当其他条件均满足时,20个腺苷和90个磷酸最多可以组成的ATP个数和ATP分子中所含的特殊的化学键个数是(　B　)

A.20个和30个 B.20个和40个

C.40个和40个 D.30个和60个

解析:一个ATP分子中含一个腺苷和三个磷酸基团,20个腺苷和 90个磷酸最多可以组成20个ATP,这20个ATP分子中所含的特殊的化学键个数是20×2=40(个)。

12.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末端的P已带上放射性标记(32P),该现象能够说明　(　C　)

①ATP中远离A的P容易脱落

②部分被32P标记的ATP是重新合成的

③ATP是细胞内的直接能源物质

④该过程中ATP既有合成又有水解

A.①②③④ B.①②③

C.①②④    D.②③④

解析:在这个实验前后ATP的含量变化不大,说明ATP在细胞中是不断地被消耗并不断地合成的,因此含量基本不会发生太大的改变。因为部分ATP末端的P被标记(32P),说明这部分ATP是新合成的;同时只有末端的P被标记(32P),说明ATP的水解和合成过程就是远离A的P脱落和连接的过程。题干中没有涉及能量,不能说明ATP是直接能源

物质。

13.下列关于酶和ATP相互关系的叙述中,错误的是(　A　)

A.酶需要ATP提供能量才能发挥作用

B.ATP的合成需要酶的催化

C.酶的合成伴随着ATP的水解

D.某些酶的元素组成与ATP相同

解析:酶是生物催化剂,通过降低化学反应的活化能而发挥作用;ATP的合成需要ATP合成酶催化;酶的化学本质是蛋白质或RNA,蛋白质或RNA的合成均需要ATP供能,即伴随着ATP的水解;酶的化学本质若是RNA,则其元素组成与ATP相同,都是C、H、O、N、P。

14.细胞中绝大多数需要能量的生命活动都由ATP直接供能,下列叙述正确的是(　D　)

A.ATP合成酶通过为ADP供能和降低活化能来催化ATP的合成

B.ATP在细胞中大量储存以保证生命活动对能量的需求

C.马拉松运动中,骨骼肌细胞内ATP的水解速率大于合成速率

D.细胞中的能量通过ATP在吸能反应和放能反应之间流通

解析:ATP合成酶通过降低活化能来催化ATP的合成;细胞中ATP的含量并不多,但ATP与ADP之间能迅速转化以保证生命活动对能量的需求;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,所以马拉松运动中,骨骼肌细胞内ATP的水解速率与合成速率处于动态平衡之中;细胞中的能量通过ATP在吸能反应和放能反应之间流通。

15.在自然界中生物的发光现象普遍存在,生物通过细胞的生化反应而发光。请设计实验探究萤火虫的发光强度与ATP浓度的关系。

实验材料:萤火虫的荧光器晒干后研成的粉末、ATP粉末、蒸馏水、大小相同的小烧杯若干、大小相同的试管若干、标签纸若干及其他实验所需材料。

(1)实验步骤:

①配制不同浓度的ATP溶液,置于小烧杯中,贴上标签。

②将　　　　　　　　　　　　分成若干等份,分别放入试管中,贴上标签。 

③在每支试管中加入　                                  。 

④观察发光现象并记录。

(2)实验现象预测及结论:

(3)实验讨论:

a.最可能的实验结果是(2)中哪一种?　　　  　。 

b.萤火虫发光是　　　　　　　　能转化成　　　能的过程。 

解析:(1)为了探究萤火虫的发光强度与ATP浓度的关系,自变量为ATP浓度,因变量为发光强度。首先应配制不同浓度的ATP溶液,随后将萤火虫的荧光器晒干后研成的粉末分成若干等份,分别放入试管中,在每支试管中加入等量不同浓度的ATP溶液。观察不同浓度的ATP溶液中荧光器粉末的发光情况。

(2)实验现象有三种可能:①随ATP溶液浓度升高,发光现象渐强,说明荧光强度与ATP浓度呈正相关;②随ATP溶液浓度升高,发光现象渐弱,说明荧光强度与ATP浓度呈负相关;③随ATP浓度升高,发光现象无变化,说明荧光强度与ATP浓度无关。

(3)由于ATP是驱动生命活动的直接能源物质,所以实验最可能的结果是第①种;萤火虫发光是ATP中活跃的化学能转化成光能的过程。

答案:(1)②荧光器粉末　③等量不同浓度的ATP溶液 (2)①呈正相关　②渐弱　呈负相关　③随ATP浓度升高,发光现象无变化  (3)a.第①种　b.ATP中活跃的化学　光