2024年高考生物一轮复习（新人教版） 第3单元　第2课时　细胞的能量“货币”ATP

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解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
考点二　ATP与ADP可以相互转化及ATP的利用
重温高考 真题演练
归纳 夯实必备知识
1.写出图中标出的“A”的含义：① ；② ；③ ；④ 。
拓展 提升科学思维
2.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，肌肉很快就能发生收缩。请你解释这种现象的原因？
提示　生物体的能源物质有糖类、脂肪和蛋白质。糖类是主要的能源物质，然而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直接供应生命活动的需要。由此说明葡萄糖虽然是能源物质，但是不能被肌肉直接利用。
1.将标记的32P注入活细胞内，随后迅速分离细胞内的ATP，测定其放射性，下图代表ATP的结构。下列叙述错误的是A.①代表ATP中的“A”，ATP脱去④⑤成为腺嘌呤核糖核苷酸B.④和⑤之间化学键的形成过程总是与放能反应相关联C.ATP中磷酸基团⑤很快就会被 32P标记，但是ATP的含量基本 不变D.细胞癌变后ATP末端磷酸基团 被取代的速率加快
突破 强化关键能力
2.(2023·江苏高邮高三模拟)下列与ATP和酶有关的叙述，正确的是A.酶与ATP的合成都需要模板B.酶的合成不需要ATP提供能量C.ATP与绝大多数酶的组成元素相同D.能合成酶的细胞一定能产生ATP
ATP与ADP可以相互转化及ATP的利用
1.ATP与ADP可以相互转化(1)ATP的水解：需要水解酶的参与。
(2)ATP的合成：需要ATP合成酶的参与。
细胞质基质、线粒体、叶绿体
(1)源于必修1 P87“图5－4”：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，请分析原因：_________________________________________________________。(2)源于必修1 P89“拓展应用”：在植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都是以ATP作为能量“货币”的，由此说明：______________________________________________________。
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
统一性，也说明种类繁多的生物有着共同的起源
2.ATP的利用(1)ATP的主要功能①ATP是细胞内的一种 ，是细胞生命活动所需能量的__________。②ATP是细胞内流通的能量“货币”：吸能反应一般与ATP 的反应相联系，由ATP水解提供能量。放能反应一般与ATP的 相联系。能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。
(2)ATP供能机制①ATP为主动运输提供能量的过程
②ATP供能机制ATP水解释放的 使蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，_________发生变化， 也被改变，因而可以参与各种化学反应。
氰化钾是阻止人体内新的ATP合成的毒药，人中毒后在3到6分钟就会死亡。一个正常人体内ATP和ADP总量很少，基本保持一定，约2～6 mg，但一个成人一天在静止状态下所消耗的ATP为48 kg。(1)以上资料说明了ATP有什么特点？
提示　ATP的特点是在生物体内含量少，转化快，且对体内稳定的供能有重要意义。
(2)氰化钾主要作用于什么细胞器？
(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。从物质方面来看是可逆的，从酶、进行的场所、能量的来源等方面来看是不可逆的。
3.如图是生物界中能量“货币”ATP的循环示意图。下列相关叙述正确的是A.图中的M指的是腺苷，N指 的是核糖B.暗反应中ATP用于固定CO2和还原C3C.ATP的“充电”需要酶的催化，而“放能”不需要D.食物为ATP“充电”指的是有机物经过氧化分解，释放能量并生成ATP
4.根据所消耗能量的来源不同，主动运输分为三种类型，如图a、b、c所示，■、▲、○代表跨膜的离子或小分子。下列相关说法错误的是A.图中属于膜外侧的是P侧B.a类型主动运输可能不 消耗能量C.b类型所需ATP可以产 生于细胞质基质、线 粒体D.蓝细菌有可能存在c类 型的主动运输
总结细胞内产生与消耗ATP的生理过程
重温高考 真题演练
1.(2022·浙江1月选考，3)下列关于腺苷三磷酸分子的叙述，正确的是A.由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成B.分子中与磷酸基团相连接的化学键称为高能磷酸键C.在水解酶的作用下不断地合成和水解D.是细胞中吸能反应和放能反应的纽带
1分子的ATP是由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸基团组成，A错误；ATP分子的结构式可以简写成A—P～P～P，磷酸基团与磷酸基团相连接的化学键是一种特殊的化学键，B错误；ATP在水解酶的作用下水解，在合成酶的作用下ADP和磷酸吸收能量合成ATP，C错误；吸能反应一般与ATP的分解相联系，放能反应一般与ATP的合成相联系，故吸能反应和放能反应之间的纽带就是ATP，D正确。
2.(2021·北京，1)ATP是细胞的能量“通货”，关于ATP的叙述错误的是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
ATP中含有腺嘌呤、核糖与磷酸基团，故元素组成为C、H、O、N、P，A正确；在无氧条件下，无氧呼吸过程中也能合成ATP，B错误；ATP合成过程中需要ATP合成酶的催化，C正确；ATP是生物体的直接能源物质，可直接为细胞提供能量，D正确。
3.(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
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.(2019·天津，2)下列过程需ATP水解提供能量的是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
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项不符合题意；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项符合题意；光反应阶段中水在光下分解产生NADPH和氧气，不需要消耗ATP水解释放的能量，C项不符合题意；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项不符合题意。
5.(2020·全国Ⅲ，29)参照表中内容，围绕真核细胞中ATP的合成来完成下表。
(1)(2)由反应物是葡萄糖，终产物除ATP外，还有乙醇和CO2，可知该过程是无氧呼吸，发生的场所(反应部位)是细胞质基质。(3)(4)由场所是叶绿体的类囊体薄膜和反应名称为光合作用的光反应，可知该过程合成ATP的能量来源是光能，终产物除ATP外，还有O2和NADPH。(5)由反应部位是线粒体，反应物是丙酮酸等，反应名称为有氧呼吸的部分过程，可知该过程是有氧呼吸的第二和第三阶段，终产物除ATP外，还有CO2、H2O。
1.判断关于ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质的叙述(1)腺嘌呤可以存在于DNA、RNA、ATP和某些酶分子中(　　)(2)AMP(腺苷一磷酸)可为人体细胞RNA的自我复制提供原料(　　)(3)ATP是细胞内唯一的直接供能物质(　　)(4)一分子AMP中只有一个特殊的化学键(　　)
2.判断关于ATP与ADP可以相互转化的叙述(1)酶的水解需要ATP供能， ATP 的水解需要酶的催化(　　)(2)ATP水解酶合成和发挥作用时都伴随ADP的生成(　　)(3)人在剧烈运动时，骨骼肌细胞合成的ATP远多于水解的ATP(　　)
3.判断关于ATP的利用的叙述(1)分泌蛋白排到细胞外和神经细胞吸收K＋的过程均可由ATP直接供能(　　)(2)细胞内的放能反应就是指ATP水解释放能量(　　)(3)ATP分子能在细胞膜上某些蛋白质的催化下水解(　　)
4.填空默写(1)(必修1 P86) ATP是细胞内的一种 。(2)(必修1 P87)ATP与ADP的相互转化是 并且处于动态平衡之中的。(3)(必修1 P89)许多吸能反应与 的反应相联系；许多放能反应与___________相联系。
一、选择题1.ATP是细胞的能量“货币”，以下叙述不正确的是A.细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接供能B.细胞代谢可在温和条件下快速发生是因为ATP和ADP之间的快速转化C.ATP水解属于放能反应，释放的能量可用于吸能反应，如光合作用暗 反应中C3的还原D.萤火虫尾部发光过程中除了荧光素、ATP，还离不开荧光素酶的参与
2.下列有关ATP的叙述错误的是A.ATP由腺嘌呤、核糖和3个磷酸基团连接而成，ATP中的A与DNA中碱 基A含义不同B.运动员在剧烈运动时ATP快速水解，其释放的能量可以转换成肌肉收 缩的机械能C.剧烈运动时人体骨骼肌细胞可通过无氧呼吸产生乳酸，乳酸中仍含有 大量的ATP未被释放出来D.人体内成熟的红细胞中没有线粒体，仍能产生ATP
3.cAMP是由ATP脱去两个磷酸基团后环化而成，是细胞内的一种信号分子，其结构组成如图所示。下列说法正确的是A.cAMP的元素组成与磷脂分子不相同B.cAMP存在于突触间隙中C.a所示物质名称为腺苷D.b所指化学键是脱水形成的
4.ATP合成酶参与生物体的氧化磷酸化和光合磷酸化，作用机理是在跨膜质子(H＋)电化学梯度驱动下合成ATP，下列说法错误的是A.该酶广泛分布于线粒体、叶绿体的内外膜和原核细胞的质膜上B.ATP 合成酶跨膜部位呈疏水性，有利于与膜结合部位的稳定C.H＋跨膜驱动ATP合成的运输方式是协助扩散，需要转运蛋白协助D.ATP的合成在细胞中时刻进行并与ATP 的水解处于动态平衡
5.(2023·河北张家口高三检测)细胞代谢过程离不开酶的催化和ATP的供能。下列关于酶和ATP的叙述，正确的是A.酶的合成需要消耗ATP，ATP的合成需要酶的催化B.酶促反应速率加快的过程中，酶的活性也一定在升高C.饥饿状态下，细胞内ATP的水解速率大于其合成速率D.ATP中含有腺嘌呤，而酶中一定不含有腺嘌呤
6.(2023·黑龙江哈尔滨高三模拟)下列关于水稻细胞内ATP的叙述，正确的是A.只能由细胞呼吸产生B.细胞内主要的能源物质C.可为通道蛋白的运输提供能量D.释放的磷酸基团能与某些蛋白质结合
7.(2023·福建南平高三阶段练习)ATP可将蛋白质磷酸化，磷酸化的蛋白质会改变形状做功，从而推动细胞内系列反应的进行(机理如下图所示)。下列叙述错误的是A.磷酸化的蛋白质做功，失去的 能量主要用于再生ATPB.ATP推动蛋白质做功的过程， 存在放能反应与吸能反应过程C.ATP水解过程中，末端磷酸基团具有较高的转移势能D.主动运输过程中，载体蛋白中的能量先增加后减少
8.(2023·湖北孝感高三检测)研究人员将32P标记的磷酸注入活的离体肝细胞，1～2 min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
9.磷酸肌酸是在肌肉或其他兴奋性组织(如脑和神经)中的一种高能磷酸化合物，是高能磷酸基的暂时贮存形式，ATP和磷酸肌酸在一定条件下可相互转化。下列相关叙述错误的是磷酸肌酸(C～P)＋ADP↔ATP＋肌酸(C)A.磷酸肌酸(C～P)在形成肌酸的过程中特殊化学键断裂B.磷酸肌酸是肌肉中能量储存的一种形式，但不是细胞内的直接能源物质C.剧烈运动时，在磷酸肌酸的作用下肌肉细胞ATP的含量保持相对稳定D.磷酸肌酸释放的能量可以用于各项生命活动
一般而言，细胞内的直接能源物质是ATP，磷酸肌酸中的能量也需要先转移到ATP中才能直接供应于生命活动，D错误。
10.(2023·山西太原高三月考)下列有关ATP的叙述正确的是A.淀粉水解成葡萄糖时伴随有ATP的生成B.细胞中需要能量的活动都是由ATP直接供能C.ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应D.人成熟的红细胞既不能合成酶，也不能产生ATP
ATP的产生途径包括光合作用和呼吸作用，因此淀粉水解成葡萄糖时没有ATP的生成，A错误；ATP是直接能源物质，细胞中绝大多数需要能量的生命活动都由ATP供能，但也有少数由GTP、UTP等供能，B错误；人成熟红细胞没有细胞核和细胞器，因此不能合成酶，但能通过无氧呼吸产生ATP，D错误。
11.(2023·江苏新海高级中学高三检测)睡眠是动物界普遍存在的现象。腺苷是一种重要的促眠物质。图1为腺苷合成及转运示意图，ATP运到胞外后，可被膜上的核酸磷酸酶分解。研究发现，腺苷与觉醒神经元细胞膜上的A1受体结合，可促进K＋通道开放，腺苷还可以通过A2受体激活睡眠相关神经元来促进睡眠。图2为测定基底前脑(BF)胞外腺苷水平的变化的一种腺苷传感器。下列相关叙述错误的是
A.利用AK活性抑制剂或利用A2激动剂可改善失眠症患者睡眠B.由图1可知，储存在囊泡中的ATP通过自由扩散的方式转运至胞外C.由图2可知，可通过检测荧光强度来指示BF胞外腺苷浓度D.ATP转运至胞外后，可被膜上的核酸磷酸酶分解，脱去3个磷酸产生腺苷
通过图1可知，利用AK活性抑制剂可抑制腺苷转化为AMP，有利于睡眠；腺苷还可以通过A2受体激活睡眠相关神经元来促进睡眠，故使用A2激动剂也可改善失眠症患者睡眠，A正确；由图1可知，储存在囊泡中的ATP通过胞吐的方式转运至胞外，B错误；
由图2可知，可通过检测荧光强度来指示BF胞外腺苷浓度，C正确；ATP转运至胞外后，可被膜上的核酸磷酸酶分解，脱去3个磷酸产生腺苷，D正确。
二、非选择题12.科学家分别将细菌紫膜质(蛋白质)和ATP合成酶重组到脂双层(一种由磷脂双分子层组成的人工膜)上，在光照条件下，观察到如图所示的结果。另外科学研究表明每个细菌内的ATP含量基本相同，可利用下图所示反应原理来检测样品中细菌数量。放线菌(原核生物)产生的寡霉素能够改变线粒体内膜上ATP合成酶的结构，从而阻断ATP的合成。
根据以上内容，回答下列问题：(1)从ATP合成酶的功能来看，说明某些膜蛋白具有___________的功能。
从ATP合成酶的功能来看，一方面它作为酶催化ATP的形成，另一方面它以一个载体的身份来转运H＋，说明某些膜蛋白具有催化和运输的功能。
(2)H＋进入脂质体内部的运输方式具有______________________________特点。图丙在停止光照后短时间内，脂质体产生ATP的能量来源是__________。
逆浓度运输、需要载体、消耗能量
据图甲分析，H＋跨膜运输需要细菌紫膜质(一种膜蛋白)的协助，且从低浓度向高浓度运输，为主动运输方式，具有逆浓度运输、需要载体、消耗能量的特点。ATP合成酶能将H＋势能转化为ATP中的化学能，故图丙在停止光照后短时间内脂质体产生ATP。
(3)利用图示反应原理来检测样品中细菌数量时，荧光强度与样品中细菌数量呈正相关，原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________。
每个细菌内的ATP含量基本相同，ATP水解释放的能量部分转化成光能，荧光越强说明ATP含量越高，从而说明细菌数量越高，故荧光强度与细菌数量呈正相关
(4)寡霉素不能用来抑制细菌细胞的繁殖，原因是__________________________________________________________________________________________________________________________。
体内膜上ATP合成酶的结构，从而阻断ATP的合成，而细菌没有线粒体结构，所以寡霉素对细菌的生理过程不起作用
(1)ATP的结构简式是_______________，神经细胞中的ATP主要来自________(细胞结构)。研究发现，正常成年人安静状态下24 h有40 kg ATP发生转化，而细胞内ADP、ATP的浓度仅为2～10 mml/L，为满足能量需要，人体解决这一矛盾的合理途径是_________________________。
13.研究证实ATP既是能量“货币”，也可作为神经细胞间信息传递中的一种信号分子，其作为信号分子的作用机理如图所示。请分析回答下列问题：
ATP的结构简式是A—P～P～P。动物细胞中，线粒体是有氧呼吸的主要场所，所以神经细胞中的ATP主要来自线粒体。ATP是直接能源物质，在体内含量很少，可通过ATP与ADP迅速相互转化而形成。
(2)由图可知，ATP在传递信号过程中，在细胞间隙中的有关酶的作用下，磷酸基团逐个脱离下来，最后剩下的是______。
ATP脱去一个磷酸基团为ADP，脱去两个磷酸基团为AMP，如果磷酸基团完全脱落，剩下的则是腺苷，由腺嘌呤和核糖组成。
(3)一些神经细胞不仅能释放典型神经递质，还能释放ATP，二者均能引起受体细胞的膜电位变化。据图分析，如果要研究ATP是否能在神经元之间起传递信号的作用，则图中的________________属于无关变量，应予以排除。
若要研究ATP是否能在神经元之间起传递信号的作用，可以设法把ATP与典型神经递质分开，单独去研究其作用，即用化学物质阻断典型神经递质，所以典型神经递质是实验的无关变量。