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第一节ATP和酶
第1课时 ATP
1.ATP的全称是腺嘌呤核苷三磷酸；结构简式为
A—P～P～P，其中A代表腺嘌呤核苷，T代表3，
P代表磷酸基团，“～”代表高能磷酸键。
2．ATP水解和形成的反应式为：ATPADP
＋Pi＋能量。
3．ATP在细胞内的含量很少，但ATP与ADP在细
胞内的相互转化却是十分迅速的，ATP的含量因而
维持在一个相对稳定的、动态平衡的状态。
4．ATP直接为生物体的各种需能反应提供能量；
在能量转换中，它也起着关键作用。
5．ATP中的能量可以直接转换成其他各种形式的
能量。
一、ATP的名称与结构
1．结构简式：A－P～P～P，其中，A 代表腺嘌呤核苷，P代表磷酸基团，“～”代表高能磷酸键。
2．结构模式图[填图]
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3．组成：ATP由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸组成。
4．名称
(1)全称：腺嘌呤核苷三磷酸(或腺苷三磷酸或三磷酸腺苷)。
(2)简称：ATP。
5．结构特点
(1)ATP有2个高能磷酸键，其中ATP分子末端的高能磷酸键易断裂也易形成。
(2)能量储存在ATP的高能磷酸键中。
二、ATP与ADP 的相互转化
1．表达式：ATPADP＋Pi＋能量。
2．特点
(1)转化是在酶的参与下进行的。
(2)远离腺苷的高能磷酸键容易断裂和形成。
3．意义
(1)ATP是生命活动的直接能源物质。
(2)既能为生命活动及时提供能量，又避免一时用不尽的能量白白流失掉。
三、ATP中化学能的利用[填表]
项目
转换成的能量
应用举例
ATP中的化学能
机械能
肌肉收缩，染色体的运动等
电能
生物发电、神经传导等
光能
萤火虫等生物的发光
渗透能
主动运输、胞吞和胞吐等
1．判断下列说法的正误
(1)ATP的结构简式是A～P～P～P(×)
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(2)ATP中“A”是腺嘌呤(×)
(3)ATP分子末端的高能磷酸键断裂释放的能量可用于生物体的各种需能反应(√)
(4)ATP水解释放的能量可供给ADP和磷酸合成ATP(×)
(5)萤火虫发光利用的能量直接来自ATP(√)
2．鸟类在飞翔时，所需要的能量直接来源于( )
A．葡萄糖 B．食物 C. ATP
解析：选C ATP是直接被利用的高能化合物。
3．一分子ATP中，含有的高能磷酸键和磷酸基团的数目分别是( )
A．2和3 B．1和3 C．2和2
解析：选A ATP的结构简式是A－P～P～P，可见有2个高能磷酸键(“～”)和3个磷酸基团(“P”)。
4．下列物质中，能够直接给细胞生命活动提供能量的是( )
A．脂肪 B．ATP C．糖
解析：选B ATP是细胞生命活动的直接供能物质。
5．下列关于细胞内ATP的叙述，正确的是( )
A．每个ATP分子含有3个高能磷酸键
B．每个ATP分子含有2个磷酸基团
C．ATP直接为细胞的生命活动提供能量
解析：选C ATP直接为细胞的生命活动提供能量。
6．下列相关叙述正确的是( )
A．ATP中的A代表腺嘌呤核苷
B．ATP中的T代表胸腺嘧啶
C．ATP只存在于真核细胞中
解析：选A ATP中的“A”是腺嘌呤核苷，“T”代表3，远离腺苷(A)的高能磷酸键容易水解。
7．下列关于ATP的叙述，错误的是( )
A．ATP分子含有磷酸基团
B．ATP分子的结构简式为A－P
C．ATP是细胞内的能量“通货”
解析：选B ATP分子的结构简式为A－P～P～P 。
核心要点ATP与ADP相互转化
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结合ATP与ADP相互转化的图示，对两者的相互转化进行分析如下：
(1)ATP分子中，远离A的高能磷酸键容易水解和重新生成，这对于细胞中能量的捕获、贮存和释放非常重要。
(2)在ATP与ADP的相互转化中，酶1催化ATP合成，属于ATP合成酶；酶2催化ATP水解，属于ATP水解酶。
(3) ATP与ADP的相互转化是不可逆反应：
项目
ATP的合成
ATP的水解
反应式
ADP＋Pi＋能量―→ATP
ATP―→ADP＋Pi＋能量
所需酶
ATP合成酶
ATP水解酶
能量来源
光能(光合作用)，
化学能(细胞呼吸)
储存在高能磷酸键中的能量
能量去路
储存于形成的高能磷酸键中
用于各项生命活动
反应场所
细胞质基质、线粒体、叶绿体
生物体的需能部位
(4)ATP的含量总处于动态平衡之中。细胞内ATP和ADP相互转化的能量供应机制，是生物界的共性。
[名师点拨] ATP中的高能磷酸键
(1)高能磷酸键的一般特点：位于两个磷酸基团之间，键能为30.54 kJ/mol。
(2)高能是指磷酸键的储存的化学能是普通化学键的两倍以上。因此ATP属于高能磷酸化合物。
[思考探究]
(1)请分析下列化合物中“A”的含义， 这些化合物中“A”是否代表同一物质？
提示：不是；①中A为腺嘌呤核苷即“腺嘌呤＋核糖”，②③中的A均代表“腺嘌呤”。
(2)ATP是细胞的能量“通货”，为什么还说细胞的主要能源物质是糖类？它们有何内在联系？
提示：糖类是主要的能源物质，但糖类氧化分解时所释放的能量需转移到ATP中，方可被用于各种耗能反应。事实上，细胞中大多数ATP的形成所需能量，都来源于糖类的氧化分解。
[题组冲关]
1．以下关于ATP的叙述，正确的是( )
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A．ATP分子由1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成
B．ATP的化学性质十分稳定
C．ATP的结构简式可表示为A－P～P～P
D．ATP中靠近“A”的高能磷酸键易水解
解析：选C ATP分子由1个腺苷和3个磷酸基团组成；ATP的化学性质不稳定；ATP的结构简式可表示为A－P～P～P；ATP中远离“A”的高能磷酸键易水解。
2.右图是ATP与ADP之间的转化示意图，下列叙述正确的是( )
A．甲为ADP，乙为ATP
B．X1和X2是同一种物质
C．酶1和酶2是同一种酶
D．能量1和能量2来源相同
解析：选B 由图中能量的方向可以看出，甲为ATP，乙为ADP；X1和X2是同一种物质(Pi)。酶1和酶2是催化不同反应的不同的酶；能量1是来自ATP中高能磷酸键的水解所释放的能量，能量2是来自生物化学反应释放的能量。
一、选择题
1．ATP是绝大多数生命活动的直接能源物质，下列相关叙述正确的是( )
A．ATP是一种高能磷酸化合物
B．ATP分子中含有光能和电能
C．ATP的化学性质十分稳定
D．主动运输过程合成ATP
解析：选A 每个ATP分子中含有三个磷酸基团；ATP的化学性质不稳定；ATP中的能量是化学能，释放后可转换为光能和电能；主动运输消耗ATP。
2．细胞中绝大多数生命活动由ATP直接提供能量。在人体肌肉细胞中能够合成ATP的细胞器是( )
A．叶绿体 B．核糖体
C．线粒体 D．中心体
解析：选C 人体细胞内合成ATP的细胞器只有线粒体。
3．猎豹高速奔跑追捕羚羊时，能量直接来源是( )
A．葡萄糖 B．蔗糖
C．肝糖原 D．ATP
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解析：选D 葡萄糖是重要的能源物质，但不能直接供能；蔗糖是植物体内的二糖，猎豹体内没有；肝糖原属于动物体内的多糖，用于储存能量；ATP是直接能源物质。
4．下列反应可释放大量能量的是( )
A．ATP的水解 B．麦芽糖的水解
C．淀粉的水解 D．脂肪的水解
解析：选A 麦芽糖、淀粉和脂肪的水解，都不能释放大量能量。
5．ATP之所以作为能量的直接来源，是因为( )
A．ATP在细胞内数量很多
B．ATP中的高能磷酸键储存的能量多，且很不稳定
C．ATP中的高能磷酸键很稳定
D．ATP是生物体内唯一可以储存能量的化合物
解析：选B ATP是一种不稳定的高能化合物，远离腺苷的高能磷酸键容易断裂，释放能量。
6．当其他条件均可满足时，20个腺苷和60个磷酸最多可以组成的ATP个数和所有ATP分子中所含的高能磷酸键个数是( )
A．20个和30个 B．20个和40个
C．40个和40个 D．40个和60个
解析：选B 每个ATP分子含有1个腺苷，3个磷酸基团，2个高能磷酸键。所以20个腺苷和60个磷酸共可以组成20个ATP。
7．ATP是细胞中的直接能源物质，关于ATP的叙述，错误的是( )
A．ATP存在于所有活细胞中
B．活细胞中ATP与ADP之间的相互转化时刻都在发生
C．ATP与ADP的相互转化，要在不同的酶催化下才能完成
D．动、植物形成ATP的途径分别是呼吸作用和光合作用
解析：选D 植物形成ATP的途径有呼吸作用和光合作用。
8．关于ATP分子的叙述，正确的是( )
A．ATP分子中含有C、H、O、N、P 5种元素
B．“A”中含有1个脱氧核糖和1个腺嘌呤
C．“T”表示3，因而ATP中含有3个高能磷酸键
D．ATP和ADP之间可以相互转化，转化反应是可逆反应
解析：选 A ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素；“A”由1分子核糖和1分子腺嘌呤形成；“T”表示3，ATP中含有2个高能磷酸键；由于ATP与ADP的转化发生的场所不同，催化ATP与ADP相互转化的酶不同，合成ATP时需要的能量来源与水解时释放的能量去向不同，所以ATP与ADP的转化是不可逆反应。
9．下图是生命活动的直接能源物质ATP的结构式，其中能作为RNA组成单位的是( )
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A．① B．②
C．③ D．④
解析：选B ②由腺嘌呤、核糖和磷酸基团组成，是腺嘌呤核糖核苷酸，属于RNA的组成单位。
10．下列有关ATP的叙述，正确的是( )
①ATP是生物体内储存能量的主要物质 ②ATP的能量主要储存在腺苷和磷酸基团之间的化学键中 ③ATP的水解实际上是指ATP分子中高能磷酸键的水解 ④ATP在细胞内含量很少，但转化速率很快 ⑤ATP只能在线粒体中生成 ⑥ATP是可流通的能量“通货”
A．①②④ B．③④⑥
C．③⑤⑥ D．③④⑤
解析：选B ATP是直接能源物质，不是储能物质。ATP的能量主要储存在高能磷酸键中，而与腺苷相连的是普通磷酸键。ATP的水解实质就是高能磷酸键断裂的过程。ATP和ADP能快速转化，在体内含量很少。ATP在细胞质基质和叶绿体中也能合成。ATP是能流通的能量“通货”。
二、非选择题
11．在活细胞中，如图所示的循环过程永不停止地进行着，请运用所学知识，分析回答下面ATP与ADP循环中的有关问题：
(1)ATP是生物体生命活动的___________________，其分子的结构简式为_____________________，在②过程中，是由于__________________的断裂而释放出能量。
(2)A1和A2分别是_____________、____________。
答案：(1)直接能源物质 A－P～P～P 远离A的高能磷酸键 (2)ATP合成酶 ATP水解酶
一、选择题
1.右图表示ATP的结构，相关叙述正确的是( )
A．①表示腺苷 B．②表示脱氧核糖
C．③是高能磷酸键 D．③的形成释放能量
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解析：选C ①表示含氮碱基，②表示核糖，③是高能磷酸键，③的形成消耗能量，水解释放能量。
2．在某细胞培养液中加入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的末端磷酸基团已带上放射性标记。该现象不能说明( )
A．ATP是细胞内的直接能源物质
B．部分32P标记的ATP是重新合成的
C．ATP中远离A的磷酸基团容易脱离
D．该过程中ATP既有合成又有分解
解析：选A 该现象ATP含量变化不大，但部分ATP的末端磷酸基团已带上放射性标记，说明部分标记的ATP是新合成的。末端的磷酸基团带上标记，说明ATP中远离A的磷酸基团容易脱离。含量变化不大说明该过程中既有ATP合成又有分解。
3．下列有关细胞内ATP的叙述，错误的是( )
A．一个ATP分子中含有两个高能磷酸键
B．核糖体合成免疫球蛋白时需要消耗ATP
C．细胞产生ATP的生理活动都需要氧气的参与
D．细胞中ATP与ADP的比值在一定范围内变化
解析：选C 一个ATP分子中含有两个高能磷酸键；核糖体合成免疫球蛋白属于需能反应，需要消耗ATP；细胞产生ATP的生理活动不一定都需要氧气的参与，比如光合作用、无氧呼吸等都能产生ATP，但都不需要氧气的参与；细胞中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，ATP与ADP的比值在一定范围内变化。
4.右图为生物体内ATP、ADP、AMP相互转化示意图，下列有关叙述正确的是( )
A．参与甲过程的反应物有ATP和酶
B．AMP可作为合成核糖核酸的原料
C．丁过程所需能量可来自化学能和热能
D．催化乙过程和丙过程的酶是同一种酶
解析：选B 甲过程表示ATP的水解，则反应物有ATP和水；AMP是ATP脱掉两个磷酸基团后的产物，由一分子磷酸、一分子核糖和一分子腺嘌呤组成，可以作为合成核糖核酸的原料；丁过程是ADP和Pi合成ATP的过程，不能利用热能；催化乙过程的酶是水解酶，催化丙过程的酶是合成酶。
5. 如图四种化合物的化学组成中，“○”中所对应的名称正确的是( )
A．①腺嘌呤脱氧核苷酸 B．②腺苷
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C．③腺嘌呤脱氧核苷酸 D．④腺嘌呤
解析：选C 图①表示ATP，“○”中所对应的名称是AMP(或腺嘌呤核糖核苷酸)；图②表示腺嘌呤核糖核苷酸，“○”中所对应的名称是腺嘌呤，腺苷由腺嘌呤和核糖组成；图③是DNA片段，“○”中所对应的名称是腺嘌呤脱氧核苷酸；图④中有碱基U，表示RNA片段，“○”中所对应的名称是腺嘌呤核糖核苷酸。
6．下列有关ATP的叙述，正确的是( )
A．ATP中的A代表腺嘌呤，T代表3，P代表磷酸基团
B．人体内成熟的红细胞没有线粒体，不能产生ATP
C．ATP和ADP的相互转化是一种可逆反应，保证了生命活动所需的能量供应
D．ATP中的能量可来源于光能和化学能，也可转换为光能和化学能
解析：选D ATP中的A代表腺苷；人体内成熟的红细胞虽然没有线粒体，但可在细胞质基质中通过无氧呼吸产生ATP；ATP和ADP的相互转化不是可逆反应；ATP中的能量可来源于光合作用中的光能，也可以来自于呼吸作用中的化学能，ATP中的能量可转换为光能，也可转换为化学能。
7．下列有关人体细胞内ATP的叙述，正确的是( )
A．寒冷时，细胞产生ATP的速率下降
B．紧张状态下，细胞内ATP的合成速率大大超过分解速率
C．剧烈运动时，肌肉细胞产生ATP的速率迅速加快
D．饥饿时，细胞内ATP的合成速率大大超过分解速率
解析：选C 为维持体温，寒冷时，细胞产生ATP的速率上升；ATP和ADP的转化处于动态平衡中，细胞内ATP的合成速率不会大大超过分解速率；剧烈运动时，消耗能量增加，肌肉细胞产生ATP的速率迅速加快。
二、非选择题
8．在生物体内能量的转换和传递中，ATP是一种关键的物质，其分子结构式如下图1：
(1)从ATP的分子结构式可知，去掉两个磷酸基团后的剩余部分是___________________。
(2)人体骨骼肌细胞中，ATP的含量仅够剧烈运动时3秒钟内的能量供给。校运动会上，某同学在参加100 m短跑过程中，其肌细胞中ATP相对含量变化如图2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_______________________等生命活动。
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②由整个曲线来看，肌细胞中ATP的含量不会降为零，说明____________________。
(3)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_______________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 ______________(填“葡萄糖溶液”或“ATP溶液”)，观察______________________与否以后，再滴加___________(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？____________，原因是__________
_____________________________________________________________________________。
解析：(1)从ATP的分子结构式可知，去掉两个磷酸基团后剩余部分是RNA的基本单位之一：腺嘌呤核糖核苷酸。
(2)①ATP被水解，释放的能量用于肌肉收缩等生命活动。②肌细胞中ATP的含量不会降为零，说明ATP的生成和分解是同时进行的。(3)①必须待离体肌肉自身的ATP消耗之后，才能进行实验．，排除原有ATP对实验结果的影响。②在程序上，采取自身前后对照的方法，先滴加葡萄糖溶液，观察肌肉收缩与否以后，再滴加ATP溶液。③如果将上述顺序颠倒一下，实验结果不可靠，原因是如果外源ATP尚未耗尽，会出现滴加葡萄糖溶液肌肉也会收缩的现象，造成葡萄糖也被肌肉直接利用的假象。
答案：(1)腺嘌呤核糖核苷酸 (2)①肌肉收缩 ②ATP的生成和分解是同时进行的 (3)①ATP ②葡萄糖溶液 肌肉收缩 ATP溶液 ③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，造成葡萄糖也被肌肉直接利用的假象
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