第07讲 ATP和酶 课件

这是一份第07讲 ATP和酶 课件，共60页。PPT课件主要包含了课标要求明考向，蛋白质，催化作用，高效性，3酶的作用原理，酶的作用原理模型解读，无机催化剂，酶的特性，专一性，作用条件温和等内容，欢迎下载使用。

说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质，酶活性受到环境因素(如pH和温度等)的影响解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质活动：探究酶催化的专一性、高效性及影响酶活性的因素。
通过分析酶的作用、本质及特性，形成结构与功能观。比较酶、激素等物质的异同，建立辩证统一和普遍联系的观念。
通过构建酶作用、特性的模型，学会利用模型解释和解决实际问题的能力。
通过与酶有关的实验设计与分析，培养对实验现象和结果进行解释、分析和处理的能力，及对实验方案的评价能力。
通过分析酶在生产、生活中的应用实例，关注科学、技术和社会发展。
酶的作用、特性及影响因素
(1)酶分子在催化反应完成后立即被降解成氨基酸 ( )(2)酶和无机催化剂可以为反应提供活化能 ( )(3)酶既可以作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物 ( )(4)产生激素的细胞一定产生酶，但是产生酶的细胞不一定产生激素( )(5)蛋白酶能催化多种蛋白质水解，因此蛋白酶不具有专一性 ( )(6)酶活性的发挥离不开其特定的结构 (　　)(7)人为控制的对实验现象进行处理的因素叫作自变量 (　　)(8)催化淀粉酶水解的酶是蛋白酶 (　　)(9)高温、过酸和过碱条件破坏酶的空间结构使酶暂时失活 (　　)
1.(必修1 P81)酶是________________________________________，其中绝大多数酶是 。2.(必修1 P78)活化能：_______________________________________________所需要的能量。3.酶具有高效性的原理是_______________________________________________。4.(必修1 P82)酶的专一性是指： 。5．低温与高温、过酸、过碱对酶活性影响的不同之处是_______________________________________________________________________。
由活细胞产生的具有催化作用的有机物
分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态
酶降低化学反应的活化能比无机催化剂更显著
每一种酶只能催化一种或一类化学反应
低温抑制酶的活性不破坏酶的结构，高温、过酸、过碱破坏酶的结构
1．酶的本质与作用（1）酶的概念及解读
酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质。
来源：一般情况下活细胞都能产生酶
唯一作用：催化，不供能不调节生命活动
本质：绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA
有没有特殊情况？只能在细胞中发挥作用吗？
合成的原材料有哪些？合成场所分别在哪里？合成步骤是如何进行？
作用机理是什么？作用特性有哪些？
（哺乳动物成熟红细胞、植物筛管细胞除外）
巧记酶的“二、一、一、一”
2．酶的本质探索（1）酶本质的探索历程(连线)
（2）酶本质的探索历程（解读）
3．酶的作用探究（1）比较过氧化氢在不同条件下的分解
加热能促进过氧化氢的分解　
演示视频：比较过氧化氢在不同条件下的分解情况
（2）实验过程的变量及对照分析
酶起催化作用的实质是___________________，且比无极催化剂效果更显著
与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著
①与无机催化剂相比，酶的催化效率更高。②酶只能缩短达到化学平衡所需的时间，不能改变化学反应的平衡点
2.与酶有关的实验研究
①方法1——试剂检测法
①方法2——酶解鉴定法
3．影响酶促反应的因素分析
在其他条件适宜、酶量一定的情况下，酶促反应速率先随底物浓度增加而加快，当底物达到一定浓度后，受酶数量的限制，酶促反应速率不再增加。
在底物足量、其他条件适宜的情况下，酶促反应速率与酶浓度成正比。
其他条件适宜的情况下，酶量增加，酶促反应的底物饱和时对应的曲线上的a点应向右上移(对应b点位置)。
温度和pH通过影响酶活性来影响酶促反应速率，低温、高温、过酸、过碱都会导致酶活性下降或失活，导致反应速率减慢，越接近最适温度或pH，酶活性越高，反应速率越快。
反应溶液pH的变化不影响酶作用的最适温度；反应溶液温度的变化不改变酶作用的最适pH。
底物的量一定的情况下：①图A、图B、图C的时间t0、t1和t2是一致的。②随着反应的进行，反应物因被消耗而减少，生成物因积累而增多。③t0～t1段，因反应物较充足，所以反应速率较高，反应物消耗较快，生成物生成速率较快。t1～t2段，因反应物含量较少，所以反应速率降低，反应物消耗较慢，生成物生成速率较慢。t2时，反应物被消耗完，生成物不再增加，此时反应速率为0。
“四看法”分析酶促反应曲线
[提醒]　混淆“酶促反应速率”与“酶活性”(1)温度、pH都能影响酶的空间结构，改变酶的活性，进而影响酶促反应速率。(2)底物浓度和酶浓度是通过影响底物与酶的接触面积而影响酶促反应速率的，并不影响酶活性。(3)酶作为催化剂，只是改变反应速率，并不改变反应本身，因此酶活性丧失并不代表酶促反应速率为零。
1．典型酶的种类和作用
定义：同工酶是指催化相同的化学反应，但其分子结构、理化性质乃至免疫学性质不相同的一组酶。分布：同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞的不同亚细胞结构中。成因：同工酶可由不同基因或等位基因编码，或由同一基因转录或翻译后加工过程的不同而产生差异。
应用：在生物学中，同工酶可用于研究物种进化、遗传变异、杂交育种和个体发育、组织分化等。特别提示：同工酶只是做相同的“工作”（即催化同一个反应），却不一定有相同的功能。大多数基因性同工酶由于对底物亲和力不同和受不同因素的调节，常表现不同的生理功能。例如动物肝脏的碱性磷酸酯酶和肝脏的排泄功能有关，而肠粘膜的碱性磷酸酯酶却参与脂肪和钙、磷的吸收。
不同酶的空间结构虽然不同，但从功能角度来看，所有酶都存在决定酶催化活力的活性中心，决定酶活性的必需基团。活性中心——酶的催化活力只集中表现在少数特异氨基酸残基的某一区域并构成一定构象，此结构区域与酶活性直接相关称为酶的活性中心，一般处于酶分子的表面或裂隙中。必需基团——酶活性中心内的必需基团可分为两类。参与和底物结合的基团称为结合基团，直接参与催化反应的基团称为催化基团。决定酶的专一性，对酶的催化性质起决定性作用。
必需基团——酶活性中心外还有一些基团与维持整个分子的空间构象有关，可使活性中心的各个有关基团保持最适的空间位置、间接地对酶的催化作用发挥其必不可少的作用，这些基团称为活性中心外的必需基团。
5．影响酶活性的分子机制
①影响分子运动：温度升高一方面加剧分子运动，增加酶与底物接触几率。②影响分子获能：温度升高使更多的底物分子获得能量，从基态转化到活跃态。使反应速率加快。③影响酶的结构：由于温度会影响到酶的结构，温度从低温逐渐升高的过程中，对酶空间结构逐渐产生影响，超过最适温度后，温度越高对酶结构改变影响越大，使活性酶的浓度大为降低，因而总的结果是随着温度的升高而反应速度下降。温度过高严重破坏酶的空间结构（副键（非肽键）断裂），无法恢复而使酶永久性失活。
（1）温度影响酶活性的分子机制
（2）PH值影响酶活性的分子机制
影响酶活性部位：pH改变能影响酶分子活性部位上有关基团的解离。在最适pH时，酶分子上活性基团的解离状态最适于与底物结合，pH高于或低于最适pH时，活性基团的解离状态发生改变，酶和底物的结合力降低，因而酶反应速率降低。过酸、过碱能使酶结构改变过大（副键）遭到破坏，从而变性失活。
（3）激活剂影响酶活性的分子机制
凡是能提高酶活性的物质都被称为酶的激活剂。其中，大多数金属离子激活剂对酶促反应是不可缺少的，未加入将测不到酶的活性，属于必需激活剂。必需激活剂作用与底物类似，参加酶与底物或与酶-底物复合物结合反应。非必需激活剂通过与酶或底物或酶-底物复合物结合，提高酶的活性。
（4）抑制剂影响酶活性的分子机制
酶抑制剂是指特异性作用于酶的某些基团，降低酶的活性甚至使酶完全丧失活性的物质。可分为：①不可逆性抑制，抑制剂与酶活性中心的必需基团结合，这种结合不能用稀释或透析等简单的方法来解除。如有机磷农药与胆碱酶活性中心的丝氨酸羟基结合，一些重金属离子与多种酶活性中心半胱氨酸残基的－SH结合。②可逆性抑制，有竞争性和非竞争性两种，竞争性抑制是抑制剂和底物争相与酶结合，增加底物浓度可使抑制减弱，如丙二酸抑制琥珀酸脱氢酶；非竞争性抑制可以降低酶的活性，如氰化物能与细胞色素氧化酶的Fe3+结合成氰化高铁细胞色素氧化酶，使之丧失传递电子的能力，引起内窒息。
图1表示抑制剂的作用机理；图2是有无竞争性抑制剂对酶促反应速率的影响曲线
教材中具有“专一性”或“特异性”的物质归纳
1.从结构与功能相适应的角度分析，高温、过酸和过碱为什么会导致酶活性下降甚至永久失活？
[提示]由于大多数酶都是蛋白质，而高温、过酸和过碱会断开蛋白质的副键，对蛋白质的空间结构（如活性中心、必需基团等）造成不可逆的破坏，从而影响蛋白质的功能，甚至永久失活。
2．酶制剂为什么在低温(0～4 ℃)下保存？[提示]在0 ℃左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性可以升高，因此酶制剂适于在低温(0～4 ℃)下保存。
3．设计简单的实验验证从大豆种子中提取的脲酶是蛋白质，请说明实验思路。[提示]向脲酶溶液和蛋白质溶液中分别加入双缩脲试剂，若都出现紫色反应，则说明脲酶是蛋白质。
4．溶菌酶为什么具有抗菌消炎作用？细菌性溶菌酶能否用于真菌感染？[提示]溶菌酶能够溶解细菌的细胞壁，起到抗菌消炎的作用。由于真菌和细菌细胞壁的成分不同和酶具有专一性等原因，细菌性溶菌酶不能用于真菌感染。
5．从酶的角度分析，持续高烧不退为什么会影响健康甚至危及生命？[提示]酶的影响因素发生很小的变化时，酶活性就会发生很大的改变。人体中酶的最适温度一般为37 ℃，当人体体温高于或低于这个温度时，机体中酶活性就会大大降低，细胞内的各种生物化学反应就不能正常进行，从而造成代谢紊乱，影响各个组织器官正常的功能。
围绕酶的本质、作用和特性，考查生命观念
解析：由于唾液淀粉酶的本质是蛋白质，故能够促使唾液淀粉酶水解的酶是蛋白酶，A错误；酶对化学反应的催化效率称为酶活性，酶活性的大小通常用在一定条件下，酶催化某一化学反应的速率来表示，酶催化反应速率愈大，酶活性愈高，反之活性愈低，B正确；酶的活性受温度、酸碱度的影响，高温、过酸和过碱都会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活，但低温不会破坏酶的空间结构，所以低温下酶不会失去活性，C错误；探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的专一性作用时，不能用碘液代替斐林试剂进行鉴定，因为碘液不能检测蔗糖是否被分解，D错误。
1．下列关于酶的叙述，正确的是(　　)A．能够促使唾液淀粉酶水解的酶是淀粉酶B．在酶促反应中，酶对化学反应的催化效率称为酶活性C．高温、低温、过酸和过碱都会使酶的空间结构受到破坏而永久失活D．探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的专一性作用时，可用碘液代替斐林试剂进行鉴定
2.下列关于酶的叙述正确的有几项 ①酶具有催化作用，并都能与双缩脲试剂反应呈紫色 ②酶通过提供反应所需的活化能提高反应速率 ③蛋白酶能催化不同的蛋白质水解，因此酶不具有专一性 ④细胞代谢能够有条不紊地进行，主要由酶的高效性决定 ⑤酶是由具有分泌功能的细胞产生的 ⑥酶既可作为催化剂，也可以作为另一个反应的底物 A.一项 　　B.两项 　　 C.三项　　 D.四项
酶大部分是蛋白质、少量是RNA，蛋白质类的酶能与双缩脲试剂反应呈紫色，RNA类的酶不能，①错误；酶的作用原理是降低化学反应的活化能，②错误；酶的专一性是指：酶能催化一种或一类化学反应，③错误；细胞代谢能够有条不紊地进行与酶的专一性有关，④错误；几乎所有活细胞均能产生酶，⑤错误；酶催化相应的化学反应时属于催化剂，酶被分解时作为反应的底物，⑥正确。
结合酶的化学本质及作用，考查归纳与概括能力
解析　绝大多数酶的化学本质是蛋白质，少数酶的化学本质是RNA，而过氧化氢酶、脲酶和麦芽糖酶的化学本质都是蛋白质，A正确；DNA聚合酶能催化脱氧核苷酸与DNA片段之间形成磷酸二酯键，DNA连接酶催化两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，B正确；胰蛋白酶属于分泌蛋白，其合成及分泌与核糖体、内质网和高尔基体有关，C正确；淀粉酶和盐酸都是催化剂，可以降低化学反应的活化能，但不能降低反应物的活化能，D错误。
3.(2021·1月八省联考湖北卷，2)在生物体内，酶是具有催化作用的有机物。下列关于酶的叙述，错误的是(　　)A.过氧化氢酶、脲酶和麦芽糖酶的化学本质都是蛋白质B.DNA聚合酶和DNA连接酶都能催化磷酸二酯键的形成C.胰蛋白酶的合成及分泌与核糖体、内质网和高尔基体有关D.淀粉酶和盐酸通过降低反应物的活化能催化淀粉水解
结合影响酶促反应的因素，考查科学思维能力
由模型A可知，酶与底物的结构特异性契合，即一种酶与一种底物或一类底物结合，是酶具有专一性的结构基础，A正确；由模型B可知，竞争性抑制剂与底物竞争酶的结合位点，进而影响酶活性，影响酶促反应速度，B正确；由模型C可知，非竞争性抑制剂与酶的特定部位结合，改变了酶的空间结构，C正确；非竞争性抑制剂能改变酶的空间结构，使酶不能与底物结合，即使增加底物浓度也无法解除，D错误。
4．根据酶抑制剂与底物的关系可分为竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂，作用机理如图。下列相关叙述错误的是(　　) A．模型A可知酶具有专一性的结构基础B．模型B可知竞争性抑制剂影响酶促反应速度的机制C．模型C可知非竞争性抑制剂与酶的特定部位结合，改变了酶的空间结构D．由以上模型推测，可通过增加底物浓度来降低非竞争性抑制剂对酶活性的抑制
附加题：(不定项)(2021·江苏新高考适应性测试)真菌分泌的植酸酶作为畜禽饲料添加剂，可提高饲料利用率。科研人员对真菌产生的两种植酸酶在不同pH条件下活性的差异进行研究，结果如图。相关叙述正确的是(　　) A．植酸酶只能在活细胞中产 生，可在细胞外发挥作用 B．真菌合成的植酸酶需要经 高尔基体参与，才能转运到细 胞外 C．植酸酶A的最适pH为2或6， 植酸酶B的最适pH为6 D．两种酶相比，植酸酶A更适合添加在家畜饲料中
植酸酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物，可在细胞内或细胞外发挥作用，A正确；植酸酶为分泌蛋白，真菌合成的植酸酶需要经高尔基体对其进行加工和转运，才能分泌到细胞外，B正确；在pH为2时，植酸酶A的相对活性较高，但不是其最适pH，植酸酶A和B在pH为6时，酶的活性均最高，故植酸酶A和植酸酶B的最适pH均为6，C错误；因为胃液的pH较低，在此条件下植酸酶A的相对活性较高，故更适合添加在家畜饲料中，D正确。
淀粉酶在60 ℃时催化淀粉水解，在100 ℃和0 ℃时都不能发挥催化作用。酶的催化作用需要适宜的温度，温度过高或过低都会影响 。
过酸、过碱都会影响酶的活性，适宜pH下酶的活性最高。
演示视频：探究影响酶活性的条件
实验变量控制的三个原则
探究温度对酶活性的影响实验中只有温度一个自变量
探究温度对酶活性的影响实验中，根据淀粉遇碘变蓝的颜色反应直观地显现不可观测的反应，便于实验结果的观测。
探究温度对酶活性的影响实验中pH为无关变量，不但相同，还要适宜。
1．梯度法探究酶的最适温度或pH[设计方案]
(1)探究酶的最适温度[操作示例]
2.探究影响酶活性实验的“四步曲”
3．酶活性实验探究中的“三宜”“五不宜”
科学探究——实验设计的三大原则与三类“变量”分析1．实验设计遵循的三大基本原则(1)单一变量原则：即除自变量(实验变量)以外，应使实验组与对照组的无关变量保持相同且适宜。如生物材料相同(大小、生理状况、年龄、性别等)、实验器具相同(型号、洁净程度等)、实验试剂相同(用量、浓度、使用方法等)和条件相同(保温或冷却、光照或黑暗、搅拌、振荡等)。
(2)对照原则：应设置对照实验，使实验组与对照组的自变量不同(其他因素都相同)，以便减小实验误差。(3)平行重复原则：在实验设计中为了避免实验结果的偶然性，必须对所做实验进行足够次数的重复，以获得多次实验结果的平均值，保证实验结果的准确性。
1．实验中的淀粉和淀粉酶为什么要预热到同一温度再混合？
提示：保证反应一开始就达到预设温度，不会因为混合而改变温度。
2.在探究温度对蛋白酶活性的影响实验中， “蛋白质溶液”和“蛋白块”哪个更适合作实验材料，为什么？
提示：蛋白块，便于观测。实验结果可用“相同时间内蛋白块体积的变化”作为酶活性的观测指标
围绕教材基础实验，考查实验探究与分析能力
熟马铃薯块茎的细胞已死亡，酶已失活，没有催化效率，所以不能以熟马铃薯块茎代替生马铃薯块茎，A错误；“探究pH对过氧化氢酶的影响”实验中，先分别加入不同pH的缓冲液，后再加入底物，B正确；“探究酶的专一性”实验中，设置1、2号试管的目的是检验淀粉和蔗糖中是否混有还原糖，C错误；斐林试剂检测实验结果需要水浴加热，水浴加热会干扰实验结果，因此不能用斐林试剂检测实验结果，D错误。
1．(2021·浙江选考)下列关于酶的特性及其影响因素相关实验的叙述，正确的是(　　)A．“酶的催化效率”实验中，若以熟马铃薯块茎代替生马铃薯块茎，实验结果相同B．“探究pH对过氧化氢酶的影响”实验中，分别加入不同pH的缓冲液后再加入底物C．“探究酶的专一性”实验中，设置1、2号试管的目的是检验酶液中是否混有还原糖D．设计温度对蛋白酶活性影响的实验方案时，可选择斐林试剂检测反应产物
2．(2021·湖北选择性考试)甲同学从某哺乳动物的胃液中分离到了一种酶。为探讨该酶的最适pH，设计了如下实验方案，其中最合理的是(　　)
哺乳动物的胃中存在胃酸，为酸性，故选取的pH范围应该是1～6。一般来说，动物体内的酶最适温度在35～40 ℃之间，作为本实验无关变量中的温度应选择较适宜的温度37 ℃，综上所述，C正确，A、B、D错误。
3．利用纤维素解决能源问题的关键是高性能纤维素酶的获取。请完善实验方案，并回答相关问题。实验目的：比较三种微生物所产生的纤维素酶的活性。实验材料和试剂：纤维素悬浮液、pH7.5的缓冲液、蒸馏水、三种微生物(A～C)培养物的纤维素酶提取液(提取液中酶蛋白浓度相同)、斐林试剂。
(1)(2)根据实验的单一变量原则和对照性原则分析，已知向2、3、4三支试管均加入1.4 mL蒸馏水以及分别加入0.1 mL的微生物A提取液、微生物B提取液、微生物C提取液，则1号试管是对照组，应该加入1.5 mL蒸馏水。
实验步骤：(1)取四支试管，分别编号1、2、3、4。向四支试管均加入0.2 mL pH7.5的缓冲液、0.3 mL纤维素悬浮液，____________________________，向2、3、4三支试管均加入1.4 mL蒸馏水以及分别加入0.1 mL的微生物A提取液、微生物B提取液、微生物C提取液。(2)将上述四支试管放入37 ℃的水浴锅中，保温1小时。该实验中的对照组是________号试管。
向1试管中加入1.5 mL蒸馏水
(3)斐林试剂鉴定还原糖时需要水浴加热，即加入斐林试剂摇匀后进行50～65 ℃水浴加热处理。
(3)在上述四支试管中分别加入斐林试剂，摇匀后，进行____________________处理。观察比较4支试管的颜色及其深浅。该实验的实验原理是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出两点)。实验结果：
50～65 ℃水浴加热
纤维素酶催化纤维素分解为葡萄糖；用葡萄糖的产生速率表示酶活性大小；葡萄糖与斐林试剂发生作用，生成砖红色沉淀
 (4)上述结果表明：_______________________________________________________________________________。若不考虑酶的最适pH和最适温度的差异，其可能原因是_______________________________________________________________________________________________。从解决能源问题的角度分析，开发这种纤维素酶的用途在于_____________________________________________________________________________________________________________________________________________。 
不同来源的纤维素酶，虽然酶蛋白浓度相同，但活性不同
不同酶的氨基酸序列不同(或不同酶的空间结构不同)
将纤维素分解为葡萄糖，可用作制取酒精的原料；用纤维素作为原料，提供清洁能源一定程度上代替化石燃料(合理即可)
(1) 1个ATP分子中只含有1个腺嘌呤和3个磷酸基团 (　　)(2)人成熟红细胞无细胞核和众多的细胞器，所以不能合成ATP ( )(3)人剧烈运动时，细胞中ATP的含量会明显降低 ( )(4) ATP是细胞内唯一的直接能源物质 ( )(5)ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应 ( )(6)无氧条件下，光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一来源 ( )(7)淀粉水解成葡萄糖时伴随有ATP的生成 ( )(8)人长时间剧烈运动时，骨骼肌每摩尔葡萄糖生成ATP的量与安静时相等( )(9)人在饥饿时，细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡 ( )
1．(必修1 P86问题探讨拓展)萤火虫尾部发光的原理是________________________________________________________________________________________________________________。2.(必修1　P89正文)人体内ATP的含量很少，但在剧烈运动时，每分钟约有0.5 kg的ATP转化为ADP，释放能量，以供运动之需，但人体内ATP总含量并没有太大变化，其原因是________________________________________________________________________________________________________。3.(必修1 P89)ATP合成与分解与吸能和放能反应的联系是__________________________________________________________________________________。
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
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
ATP与ADP时刻不停地发生快速相互转化，并且处于动态平衡之中
2.ATP的供能原理（结构决定功能观）
两个相邻的磷酸基团都带________而相互排斥等
ATP中的____________________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，即具有较高的转移势能
ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的_________________挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化
3．ATP与ADP的相互转化
细胞质基质、线粒体、叶绿体
空间结构
ATP理解的四点提醒(1)ATP不等同于能量：ATP是与能量有关的一种高能磷酸化合物，水解时大量的能量会释放出来。(2)ATP在细胞内含量较少：剧烈运动时，含量不会明显增加，但可以通过ATP与ADP的快速转化为生命活动提供能量。(3)ATP与RNA的关系：ATP分子脱去2分子磷酸基团，称为腺嘌呤核糖核苷酸，它是RNA分子的基本组成单位之一。(4)ATP与ADP的相互转化不可逆：从物质方面来看是可逆的，但从酶、进行的场所、能量方面来看是不可逆的。
1．ATP的再生和利用图解
2．细胞内常见产生与消耗ATP生理过程的归纳
3．理清ATP的合成、利用与细胞能量代谢的关系
4．ATP产生量与O2供给量的关系分析
1.概括ATP与相关物质的关系
（1）组成：ATP合酶主要由F₁(伸在膜外的水溶性部分) 和F(嵌入膜内的疏水部分)组成。不同物种来源的 ATP合酶含的亚基和数目不尽相同。（2）分布：ATP合酶广泛分布于线粒体内膜，叶绿体类囊体，异养菌和光合菌的质膜上。（3）功能： ATP合酶既能依靠质子动力势合成ATP，也能水解ATP形成机体需要的质子梯度。（4）机制：ATP合酶驱动H+顺浓度梯度跨膜运输形成动力势，推动F₁将ADP和Pi催化合成为ATP。结合改变机理认为认为F₁上的3个核苷酸催化位点相互协同作用，在反应中对ATP和[ADP+Pi]结合有不同的亲和性，催化ATP的合成与水解，其中水解ATP释放的能量用于转运H+ 。
3.ATP与蛋白质磷酸化
蛋白质磷酸化：指由蛋白质激酶催化的把ATP的磷酸基转移到底物蛋白质氨基酸残基（丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸）上的过程，或者在信号作用下结合GTP，是生物体内一种普通的调节方式，在细胞信号转导的过程中起重要作用。在蛋白磷酸酶的作用下，脱去结合的磷酸基团，发生去磷酸化。蛋白质磷酸化是调节和控制蛋白质活力和功能的最基本、最普遍，也是最重要的机制。
1．ATP与ADP的相互转化是不是一个可逆反应？为什么？(必修1　P87“图5－4”)
提示：不是可逆反应，因为从物质方面看是可逆的，从酶、进行的场所、能量来源等方面看是不可逆的。
2．植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都以ATP作为能量“通货”，由此说明了什么？提示：生物界具有统一性，也说明种类繁多的生物有着共同的起源。
3.实验室里有萤火虫尾部研磨粉、生理盐水、葡萄糖溶液、ATP溶液，请设计实验证明ATP是直接能源物质。写出实验步骤和实验结果。思路建模：设置对照→分组编号→控制自变量→检测因变量。
提示：将萤火虫尾部研磨粉用生理盐水配制成悬浊液；取两支试管编号为甲、乙，分别加入等量的已配制的悬浊液；向甲试管中加入两滴ATP溶液，向乙试管中加入两滴葡萄糖溶液，在黑暗环境中观察两试管；观察到甲试管发出荧光，乙试管没有发出荧光。
围绕ATP的结构及其合成与利用，形成生命观念
ATP是细胞的直接能源物质，但是不是唯一的直接能源物质，还有CTP、GTP等，故细胞中所有需要能量的生命活动，不一定都是由ATP直接提供能量的，A错误；细胞中的吸能反应与ATP的水解反应相联系，B正确；蓝藻能进行光合作用，但没有叶绿体，C错误；ATP中远离腺苷的第2个高能磷酸键容易断裂和重新合成，D错误。
1．(2022·辽宁模拟)下列关于ATP结构与功能的叙述，正确的是(　　) A．ATP是细胞中所有代谢活动的直接能量来源 B．细胞中的吸能反应与ATP的水解反应相联系 C．蓝藻光合作用产生的ATP由类囊体薄膜移向叶绿体基质 D．ATP中远离腺苷的第3个高能磷酸键容易断裂和重新合成
2.如图表示ATP与ADP相互转化的关系式，下列说法正确的是(　　) A.ATP经DNA酶水解后的产物是合成RNA的原料之一 B.细胞内基因的选择性表达过程伴随着ATP的水解 C.酶1和酶2的功能不同的根本原因是组成二者基本单位的种类、数量和排列顺序不同 D.ATP与ADP间相互转化的能量供应机制发生在所有生物体内，体现生物界的统一性
DNA酶可将DNA分子水解为脱氧核苷酸，不能水解ATP，A错误。细胞内基因的选择性表达过程中需要ATP提供能量，B正确。酶1和酶2的本质是蛋白质，二者功能不同的直接原因是组成二者基本单位的种类、数量、排列顺序和空间结构不同，而根本原因是控制这两种酶合成的基因不同，C错误。病毒是寄生生物，没有独立的能量代谢体系，其体内不能发生ATP与ADP的相互转化，D错误。
3.核苷三磷酸(NTP)包括ATP、GTP、UTP、CTP等；脱氧核苷三磷酸(dNTP，d表示脱氧)包括dATP、dGTP、dTTP、dCTP。研究发现dNTP可作为DNA合成的原料。下列叙述正确的是 (　　) A．dNTP和NTP的区别体现在五碳糖的种类不同 B．dNTP含有2个高能磷酸键，可为DNA复制提供能量 C．DNA复制时需dATP、dTTP含量越多，则DNA结构越稳定 D．真核细胞分裂时，胞内dNTP都进入细胞核内参与DNA的复制
dNTP和NTP的区别在于五碳糖种类不同和碱基种类不同；DNA复制时，dNTP需要脱去2个高能磷酸键释放能量，该能量可用于DNA复制；DNA复制时需dCTP、dGTP含量越多，则DNA结构越稳定；真核细胞进行分裂时，除核DNA进行复制外，细胞质DNA也有复制，胞内dNTP不可能全部进入细胞核中。
附加题：(不定项)如图是ATP为主动运输供能的示意图。下列有关叙述错误的是(　　) A．ATP中离A最远 的两个磷酸基团被 水解后，剩余部分 是组成DNA的一 种基本单位 B．参与Ca2＋主动 运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶 C．在运输Ca2＋的载体蛋白的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随能量的转移 D．由图可知，细胞中Ca2＋的跨膜运输是由ATP水解提供能量的主动运输，而ATP水解总是跟放能反应有关
ATP中的“～”代表一种特殊的化学键，断开两个这种化学键，就形成A—P，又叫AMP(腺嘌呤核糖核苷酸)，它是组成RNA的一种基本单位，A错误；如图所示，参与Ca2＋主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶，当膜内侧的Ca2＋与其相应位点结合时，酶活性就被激活了，B正确；在运输Ca2＋的载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随能量的转移，此过程就是载体蛋白的磷酸化，C正确；细胞中Ca2＋的跨膜运输是主动运输，需要ATP水解释放能量为其供能，而细胞内许多吸能反应与ATP水解的反应相联系，D错误。
借助ATP结构与功能的拓展，考查科学思维
通过蛋白质磷酸化和去磷酸化改变蛋白质的空间结构，进而来实现细胞信号的传递，体现出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。
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
5.人体胃内的酸性环境主要通过细胞膜上的质子泵来维持，胃酸过多会导致患者出现烧心、反酸、胃部疼痛等症状。质子泵催化1分子的ATP水解所释放的能量，可驱动1个H＋从胃壁细胞进入胃腔和1个K＋从胃腔进入胃壁细胞，K＋又可经过通道蛋白顺浓度进入胃腔。下列相关叙述错误的是 A.该质子泵既能催化化学反应又能转运H＋ B.H＋、K＋等离子进出胃壁细胞都需要消耗ATP C.利用药物抑制质子泵的活性可以改善胃反酸等症状 D.该质子泵的合成与加工依赖于核糖体、内质网、高尔基体等细胞器
该质子泵既可催化ATP的水解，又可驱动H＋从胃壁细胞进入胃腔，A正确；K＋经过通道蛋白顺浓度由胃壁细胞进入胃腔，为协助扩散，不需要消耗ATP，B错误；利用药物抑制质子泵的活性，可以减少H＋从胃壁细胞进入胃腔，避免胃酸过多，改善胃反酸等症状，C正确；该质子泵的化学本质为蛋白质，其合成与加工依赖于核糖体、内质网、高尔基体等细胞器，D正确。
附加题：(多选)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。运动员参加短跑比赛过程中，肌细胞中ATP的相对含量随时间的变化如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．ab段ATP水解释放的 能量主要用于肌肉收缩 B．bc段ATP含量上升的 能量来源主要来自无氧呼吸 C．跑步时可能会感觉肌肉酸痛，主要是无氧呼吸产生的乳酸引起的 D．bc段只有ATP的合成，没有ATP的分解
根据题意可知，运动员参加短跑比赛，ab段ATP水解的能量主要用于肌肉收缩，A正确。人体剧烈运动需要消耗大量能量，有氧呼吸产生的能量较多，bc段ATP含量上升的能量来源主要是有氧呼吸，B错误。人体剧烈运动时，无氧呼吸与有氧呼吸并存，无氧呼吸产生的乳酸会引起肌肉酸痛，C正确。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，故bc段既有ATP的合成又有ATP的分解，D错误。
（1）生物膜结构的基本支架是磷脂双分子层；ATP合酶能催化ATP形成，在真核细胞中，该酶主要分布于线粒体内膜、叶绿体类囊体薄膜。
6.ATP合酶是一种功能复杂的蛋白质，与生物膜结合后能催化ATP的合成，其作用机理如图所示。请据图回答：(1)生物膜结构的基本支架是______________，在真核细胞中，ATP合酶主要分布于_____________________________(填生物膜名称)。
线粒体内膜、类囊体薄膜
（2）分析此图可知：H+跨越该膜的过程中是顺着浓度梯度进行的，需要载体（ATP合酶）的协助且不消耗能量，其运输方式是协助扩散。（3）ATP在细胞内的作用是生命活动的直接能源物质；由于该酶与生物膜结合后能催化ATP的合成，好氧细菌能进行有氧呼吸产生ATP，而好氧性细菌的膜结构只有细胞膜，故推测好氧性细菌细胞的细胞膜上存在该酶。
(2)分析此图可知H＋跨越该膜的运输方式是________，判断的依据是________________________________________________________________。(3)ATP在细胞内的作用是_________________________；推测好氧型细菌细胞的________上存在该酶，理由是_________________________________________________________________________。
顺浓度梯度，需载体蛋白协助且不消耗能量
生命活动的直接能源物质
该酶与生物膜结合后能催化ATP的合成，而好氧型细菌的膜结构只有细胞膜
（4）由于GTP（三磷酸鸟苷）含有两个特殊的化学键，远离鸟苷的特殊的化学键容易水解断裂，其化学结构与ATP相似的物质，故GTP也能为细胞的生命活动提供能量。本题考查细胞膜的流动镶嵌模型、ATP与ADP相互转化的过程和意义，把握知识的内在联系，形成知识网络，并结合题干信息进行推理、判断。
(4)科学家发现，一种化学结构与ATP相似的物质——GTP(三磷酸鸟苷)也能为细胞的生命活动提供能量，请从化学结构的角度解释GTP也可以供能的原因：_____________________________________________________________________________________________。
含有两个特殊化学键，远离鸟苷的特殊化学键容易水解断裂，释放能量
(1)(必修1 P76)细胞代谢：细胞中每时每刻都进行着许多化学反应。(2)(必修1 P78)活化能：分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。(3)(必修1 P81)酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质。(4)(必修1 P82)酶活性：酶催化特定化学反应的能力。