資源簡介

課時分層訓練(十六)　細胞的能量“貨幣”ATP
知識點1　ATP是一種高能磷酸化合物
1．衣原體缺乏細胞呼吸所需的酶，則其需要從宿主細胞內攝取的物體是(　　)
A．葡萄糖　 B．糖原
C．淀粉 D．ATP
D　[細胞生命活動所需的能量主要是由細胞呼吸提供的，衣原體缺乏細胞呼吸所需的酶，不能進行細胞呼吸，缺乏能量，ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質，因此衣原體需要從宿主細胞內攝取的物質是ATP，D正確，A、B、C錯誤。]
2．下圖表示ATP的結構式，其中能作為RNA的基本單位的是(　　)
A．①　　B．② C．③　　 　D．④
B　[圖中①②③④分別表示腺苷、腺嘌呤核糖核苷酸、ADP和ATP，其中②(腺嘌呤核糖核苷酸)是組成RNA的基本單位之一。]
知識點2　ATP與ADP可以相互轉化
3．下圖表示ATP與ADP之間的轉化圖，下列分析錯誤的是(　　)
A．A為ATP，B為ADP
B．能量1和能量2來源不同
C．酶1和酶2是同一種酶
D．C1和C2是同一種物質
C　[A為ATP，B為ADP，C1、C2為磷酸，酶1為ATP水解酶，酶2為ATP合成酶。能量1為ATP水解釋放出的能量，能量2為用于ATP合成的能量，來自光能或細胞呼吸釋放的能量。]
4．ATP在細胞內的含量及其轉化速度分別是(　　)
A．很多；很快 B．很少；很慢
C．很多；很慢 D．很少；很快
D　[ATP在細胞內的含量很少，其轉化速度很快。]
知識點3　ATP的利用
5．海洋中的電鰻有放電現象，其電能是由(　　)
A．有機物進行氧化分解釋放的化學能轉變而來的
B．熱能轉變而來的
C．光能轉變而來的
D．ATP轉變成ADP時釋放的化學能轉變而來的
D　[電鰻放電是一種生命活動，其電能也是由生命活動的直接能源物質ATP水解釋放的能量轉化來的。]
6．ATP是細胞的能量“貨幣”。下列生命活動中，不需要消耗ATP的是(　　)
A．心肌細胞的舒張和收縮
B．電鰻受到刺激后放電
C．上課時的思考和記憶
D．甘油跨膜運輸進入細胞
D　[心肌細胞的舒張和收縮、電鰻放電、大腦思考和記憶均需要消耗能量，由ATP水解提供，A、B、C不符合題意；甘油跨膜運輸進入細胞為自由擴散，不消耗能量，D符合題意。]
7．下列對“ATP ADP＋Pi＋能量”的敘述中，正確的是(　　)
A．①過程和②過程所需的酶都是一樣的
B．①過程的能量供各項生命活動利用，②過程的能量來自糖類等有機物的氧化分解
C．①過程和②過程時刻發生，處于動態平衡之中
D．ATP中的能量可來源于光能、熱能，也可以轉化為光能、熱能
C　[①過程為水解酶催化的水解反應，釋放的能量可供各項生命活動利用，②過程為合成酶催化的合成反應，能量來源于呼吸作用中糖類等有機物的氧化分解，在綠色植物中還可來源于光合作用吸收并轉化的光能，A、B錯誤。生物體內ATP的水解與合成時刻發生，處于動態平衡之中，C正確。ATP中的活躍化學能可來源于光能，但不能來源于熱能；ATP中的活躍化學能可以轉變為光能、熱能、機械能、電能等多種形式的能量，D錯誤。]
8．在某細胞培養液中加入32P標記的磷酸分子，短時間內分離出細胞的ATP，發現其含量變化不大。但部分ATP的末端P已帶上放射性標記，該現象不能說明(　　)
A．ATP中遠離A的P容易脫離
B．部分32P標記的ATP是重新合成的
C．ATP是細胞內的直接能源物質
D．該過程中ATP既有合成又有分解
C　[由題意可知，ATP的含量變化不大，說明該過程中ATP既有合成又有分解；由題干信息“部分ATP的末端P已帶上放射性標記”可知，ATP中遠離A的P容易脫離，且32P參與了ATP的重新合成，故選C。]
9．右圖是ATP與ADP的循環圖解，其中①②表示過程。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．綠色植物在黑暗條件下，①過程也能發生
B．細胞中的吸能反應一般與②過程相聯系
C．與平靜狀態時相比，劇烈運動時①過程減慢，②過程加快
D．在動物體內，①過程所需的能量一般來自細胞進行呼吸作用釋放的能量
C　[植物在黑暗條件下，能進行細胞呼吸，釋放能量，合成ATP，①過程也能發生，A正確；細胞中需要能量的生命活動絕大多數是由ATP直接提供能量的，故細胞中的吸能反應一般與②過程相聯系，B正確；與處于平靜狀態時相比，劇烈運動時需要能量較多，所以①②過程都會加快，C錯誤；在動物細胞內，①過程所需的能量一般來自細胞進行呼吸作用釋放的能量，D正確。]
10．在活細胞中，下圖所示循環過程永不停止地進行著，請運用所學知識，分析完成下面ATP與ADP轉化中的有關問題：
(1)圖中B為________，C為________。
(2)ATP作為生物體生命活動的__________物質，其結構簡式為____________________________________________________________。
(3)②反應中能量E2的去向有哪些？試舉例。______________________
____________________________________________________________。
(4)在動物肌細胞中，進行②反應時，能量來自_______________________
____________________________________________________________。
解析：(1)由ATP和ADP的轉化圖可看出①是合成ATP的反應，B代表ATP，②是ATP水解為ADP的反應，C為ADP。(2)ATP是各項生命活動的直接能源物質，其結構簡式為A—P～P～P。(3)、(4)ATP水解釋放的能量(E2)來源于遠離腺苷的特殊的化學鍵，用于生物體各項生命活動，如肌肉收縮、神經傳導、主動運輸等。
答案：(1)ATP　ADP　(2)直接能源　A—P～P～P　(3)各項生命活動，如肌肉收縮、神經傳導、主動運輸等　(4)遠離腺苷的特殊化學鍵
11．經研究證實ATP是細胞的能量“貨幣”。請分析回答問題：
(1)研究發現，正常成年人劇烈運動狀態下每分鐘有0.5 kg ATP發生轉化，而細胞內ADP、ATP的濃度僅為2～10 mmol/L，為滿足能量需要，人體解決這一矛盾的合理途徑是_________________________________
_____________________________________________________________
________________________________(寫方程式，標明條件)。
(2)細胞間隙中的ATP在有關酶的作用下，三個磷酸基團逐個脫離下來，最后剩下的是____________________________________________。
(3)用小刀將數十只螢火蟲的發光器割下，干燥后研成粉末狀，取兩等份分別裝入兩支試管中，各加入少量的水，使之混合，可以觀察到試管中發出淡黃色熒光。約15 min后熒光消失，如下圖所示。這時再將ATP溶液加入其中一支試管中，將葡萄糖溶液加入另一支試管中，發現加入ATP溶液的試管中重新發出熒光，而加入葡萄糖溶液的試管中沒有發出熒光。
上述對照實驗說明：
①螢火蟲發光是將__________能轉變成________能的過程。
②這一過程所需的能量由__________提供。
③__________不是生命活動的直接能源物質。
④螢火蟲尾部發光的意義在于________________________________。
解析：(1)ATP在生物體內含量很少，但在細胞內ATP與ADP的相互轉化十分迅速。(2)ATP由一個腺苷和三個磷酸基團組成。ATP在有關酶的作用下，脫去三個磷酸基團后只剩下A，即腺苷。(3)分析題意可知，熒光消失后，加入ATP溶液的一組重新發出熒光，而加入葡萄糖溶液的一組沒有發出熒光，這說明該過程所需的能量由ATP提供，因此葡萄糖不是生命活動的直接能源物質；螢火蟲尾部發光的意義在于求偶炫耀，便于交尾。
答案：(1)ATPADP＋Pi＋能量　(2)腺苷　(3)①化學　光　②ATP　③葡萄糖　④求偶炫耀，便于交尾
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第2節
細胞的能量“貨幣”ATP
通過分析資料，概述細胞核的功能。
說出細胞核各部分的結構特點。
了解建構模型的概念，以及學會制作真核細胞的三維結構模型。
問題探討
討論：
1.螢火蟲發光的生物學意義是什么？
2.螢火蟲體內有特殊的發光物質嗎？
3.螢火蟲發光的過程有能量的轉換嗎？
相互傳遞求偶信號，以便繁衍后代。
熒光素和熒光素酶共同作用。
能量
熒光素酶
+氧氣
氧化
熒光素
熒光
熒光素
激活熒光素
發出
“銀燭秋光冷畫屏，輕羅小扇撲流螢。天階夜色涼如水，臥看牽牛織女星。 ”讓我們重溫唐代詩人杜牧這情景交融的詩句，想象夜空中與星光媲美的點點流螢，思考有關的生物學問題。
一、ATP是一種高能磷酸化合物
【閱讀書本P86-87的內容，思考下列問題】
1.ATP的全稱是什么
2.ATP的元素組成
3.構建ATP分子的結構模型。
4.寫出ATP結構簡式，每部分分別代表什么？
5.為什么說ATP是一種高能磷酸化合物？
一、ATP是一種高能磷酸化合物
核糖
腺嘌呤
磷酸基團
1. ATP ：中文名稱—腺苷三磷酸，（舊稱：三磷酸腺苷）
腺苷（A）
2. 組成元素：C、H、O、N、P
假如用 代表腺嘌呤、
代表核糖、 代表磷酸基團，
嘗試構建ATP的模型。
P
一、ATP是一種高能磷酸化合物
A
P
核糖
腺嘌呤
腺苷（A）
AMP腺苷一磷酸
ADP腺苷二磷酸
ATP腺苷三磷酸
說明：
AMP也叫腺嘌呤核糖核苷酸，
是RNA的基本單位之一。
~ P
~ P
3. 結構簡圖：
組成：1分子腺苷，2個特殊化學鍵，3分子磷酸基團
一、ATP是一種高能磷酸化合物
4. 結構簡式：
A–P～P～P
腺苷
（腺嘌呤+核糖）
（舊稱：高能磷酸鍵）
磷酸基團
普通化學鍵
特殊化學鍵
A-P~P~P
A-P~P：腺苷二磷酸
ADP
A-P：腺苷一磷酸
AMP
A-P~P~P
腺苷三磷酸
ATP
一、ATP是一種高能磷酸化合物
歸納：
一、ATP是一種高能磷酸化合物
為什么說ATP是一種高能磷酸化合物？(水解時釋放20.92kJ/mol及以上能量的化合物稱高能化合物)
因為1molATP水解釋放的能量高達30.54kJ。
思考
α、β和γ表示ATP上三個磷酸基團所處的位置(A－Pα～Pβ～Pγ)，現有甲、乙兩組ATP溶液，甲組用32P標記ATP的β位的磷酸基團，乙組用32P標記ATP的γ位的磷酸基團，然后分別加入等量的ATP水解酶，短時間后迅速分離溶液中游離的磷酸基團，結果發現只有乙組中游離的磷酸基團帶有放射性。
α 位 β位 γ位
資料
一、ATP是一種高能磷酸化合物
從實驗結果ATP中哪一個化學鍵更容易斷裂？為什么？
ATP中兩個相鄰的磷酸基團帶有負電荷而相互排斥，使得這種化學鍵不穩定，末端的磷酸基團具有較高的轉移勢能。
ADP相互排斥的磷酸基團減少，勢能降低
β和γ位磷酸基團之間的化學鍵更容易斷裂。
磷酸基團攜帶轉移的
“勢能”與其他分子結合
思考
一、ATP是一種高能磷酸化合物
【對點練習】
1．科學家發現，小鼠的抑郁行為與星形膠質細胞釋放ATP的多少有關。下列有關ATP的敘述，正確的是(　　)
A．圖中的A代表腺苷，b、c為特殊的化學鍵
B．a是構成DNA的基本單位之一
C．ATP是生物體內的儲能物質
D．ATP中的“A”與RNA中的“A”表示的不是同一種物質
D
一、ATP是一種高能磷酸化合物
【對點練習】
2．cAMP是由ATP脫去兩個磷酸基團后環化而成的，是細胞內的一種信號分子，其結構組成如圖所示，下列表述中正確的是(　　)
A．X的名稱是腺苷
B．每個cAMP中含有2個特殊的化學鍵
C．ATP脫去2個磷酸基團后可以成為RNA的基本單位
D．cAMP與DNA的元素種類不相同
C
二、ATP與ADP可以相互轉化
【資料1】研究顯示，一個成年人一天在靜止狀態下所消耗的ATP約有40kg；在劇烈運動的狀態下，每分鐘約有0.5kg的ATP轉化成ADP。
【資料2】成人體內ATP總量約2~10mg，人體安靜狀態下，肌肉內ATP含量只能供肌肉收縮1~2s。
【資料3】每個細胞每秒鐘可合成約1000 萬個ATP 且同時有等量 ATP 被水解。
ATP消耗量多
但ATP含量很少
ATP合成和水解都非常迅速
ATP在水解的同時還在源源不斷的的合成，ATP與ADP可以互相轉化。
二、ATP與ADP可以相互轉化
ATP水解酶
1. ATP轉化成ADP的過程
A–P～P～P
A–P～P + Pi +
ADP
（腺苷二磷酸）
不穩定,易斷裂,也易形成
游離磷酸
ATP
（腺苷三磷酸）
用于各項生命活動
場所：
活細胞所有部位
二、ATP與ADP可以相互轉化
用于主動運輸
ATP
用于生物放電
葡萄糖+果糖→蔗糖
酶
細胞內各種吸能反應
生物發光　　　　　　　　　　　　　　　　　
滲透能
電能
光能
用于各種運動，如肌細胞收縮
機械能
化學能
熱能
用于恒定體溫
ATP的利用
二、ATP與ADP可以相互轉化
ATP水解釋放的 使 等分子 化。這些分子被 后，
發生 變化， 也被改變，因而可以參與各種 。
磷酸基團
磷酸
蛋白質
空間結構
活性
化學反應
磷酸化
ATP為主動運輸供能的機理
2．在載體蛋白這種酶的作用下，ATP分子的末端磷酸基團脫離下來與載體蛋白結合，這一過程伴隨著能量的轉移，這就是載體蛋白的磷酸化。
3．載體蛋白磷酸化導致其空間結構發生變化，使Ca2+ 的結合位點轉向膜外側，將Ca2+ 釋放到膜外。
1．參與Ca2+ 主動運輸的載體蛋白是一種能催化ATP 水解的酶。當膜內側的Ca2+ 與其相應位點結合時，其酶活性就被激活了。
二、ATP與ADP可以相互轉化
資料分析
ATP
消耗量大
ATP
含量很少
研究顯示，一個成年人一天在靜止狀態下所消耗的ATP約有40kg；在劇烈運動的狀態下，每分鐘約有0.5kg的ATP轉化成ADP。
成人體內ATP總量約2~10mg，人體安靜狀態下，肌肉內ATP含量只能供肌肉收縮1~2s。
ATP的利用
二、ATP與ADP可以相互轉化
ATP合成和水解都非常迅速
每個細胞每秒鐘可合成約1000 萬個ATP 且同時有等量 ATP 被水解
吸能反應一般與ATP水解的反應相聯系，由ATP水解提供能量
放能反應一般與ATP的合成相聯系，釋放的能量儲存在ATP中
ATP　 　ADP＋Pi＋能量
ADP＋Pi＋能量 ATP
（水解酶）
（合成酶）
ATP與ADP相互轉化的反應式？
ATP的利用
二、ATP與ADP可以相互轉化
ATP合成酶
2. ADP轉化成ATP的過程
A–P～P + Pi
ADP
（腺苷二磷酸）
游離磷酸
A–P～P～P
ATP
（腺苷三磷酸）
動物和人
呼吸作用
呼吸作用
光合作用
線粒體、細胞質基質、葉綠體等
場所：
二、ATP與ADP可以相互轉化
3. 吸能反應和放能反應
ATP
合成酶
水解酶
ADP + Pi
+ 能量
吸能反應：與ATP的水解相聯系，如合成蛋白質、合成淀粉等。
放能反應：與ATP的合成相聯系，如葡萄糖的氧化分解等。
ATP在吸能反應和放能反應之間流通，是細胞內的能量“貨幣”
二、ATP與ADP可以相互轉化
（1）ATP只能作為能源物質嗎？
（2）有其他的直接能源物質嗎？
資料2 如果將ATP中的堿基A替換為G、U、C，分別為鳥苷三磷酸、尿苷三磷酸和胞苷三磷酸，一起組成NTP家族，其脫去核糖第二位C上的O原子組成dNTP家族，均為高能化合物。
資料1 20世紀50年代，研究者發現ATP在神經系統的信息傳遞中可以作為一種興奮性的神經遞質發揮作用，并且在內臟、中樞及外周神經系統等多個部位的細胞質膜上發現了ATP受體，可見ATP還是一種能在細胞間傳遞信息的信號分子。
ATP是一種能源物質，也是能在細胞間傳遞信息的信號分子。
結論：
結論：
除了ATP外，鳥苷三磷酸GTP、尿苷三磷酸UTP和胞苷三磷酸CTP，也可以直接供能。
3．蛋白質分子的磷酸化和去磷酸化與其活性的關系如下圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．伴隨蛋白質磷酸化形成的ADP可進一步水解作為構建DNA分子的單體
B．蛋白質被磷酸化激活的過程中，周圍環境中會積累ADP和磷酸分子
C．蛋白磷酸酶為蛋白質的去磷酸化過程提供化學反應的活化能
D．在蛋白激酶的作用下Ca2+載體蛋白的空間結構發生變化，Ca2+逆濃度梯度進入細胞
【對點練習】
D
二、ATP與ADP可以相互轉化
結論：______________________________________________________________
___________________。
物質是可逆的，能量是不可逆的，酶也不相同，因此ATP和ADP的相互轉化不是可逆反應
4.ATP和ADP的相互轉化是否是可逆反應？請完善下表并得出結論。
反應 ATP　 　ADP＋Pi＋能量 ADP＋Pi＋能量 ATP
反應類型 水解反應 合成反應
酶的類型 ________ ________
場所 活細胞所有部位 線粒體、葉綠體、細胞質基質等
能量來源 _____________________ _______________________
能量去向 ___________________ ____________________
水解酶
合成酶
特殊化學鍵中的化學能
有機物中的化學能、光能
用于各項生命活動
儲存于特殊化學鍵中

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