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人教版 (新课标)必修1《分子与细胞》第五章 细胞的能量供应和利用第2节 细胞的能量“通货”──ATP精品学案
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这是一份人教版 (新课标)必修1《分子与细胞》第五章 细胞的能量供应和利用第2节 细胞的能量“通货”──ATP精品学案，共18页。
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第2节 细胞的能量“货币”ATP
课前自主预习案
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1．ATP的结构[填图]
2．ATP的功能
ATP是生命活动的直接能源物质，能够直接为生命活动提供能量。
【巧学助记】 巧用数字记忆ATP的结构
二、ATP与ADP可以相互转化
1．相互转化的过程及能量来源[填图]
2．转化的原因及特点
(1)原因：ATP分子中远离A的那个高能磷酸键很容易水解。
(2)特点：时刻不停地发生并且处于动态平衡之中。
三、ATP的利用
1．ATP利用的实例[填图]
2．ATP是细胞内流通的能量“货币”
(1)化学反应中的能量变化与ATP的关系：
吸能反应：一般与ATP的水解相联系
放能反应：一般与ATP的合成相联系
(2)能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通。
1.判断下列有关叙述的正误
(1)ATP是高能磷酸化合物，只含有3个高能磷酸键( )
(2)细胞内储存有大量的ATP，为生命活动提供能量( )
(3)细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性( )
(4)细胞中的生命活动所需要的能量都是由ATP直接提供的( )
答案：(1)× (2)× (3)√ (4)×
2．ATP转化为ADP可表示如下，式中X代表( )
A．H2O B．[H] C．P D．Pi
解析：转化中没有H2O和[H]的生成；式中X表示磷酸(Pi)。
答案：D
课堂互动探究案
【课程标准】
解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
【素养达成】
1．分析ATP的分子结构，了解ATP的结构特点。(科学思维)
2．结合ATP和ADP的相互转化示意图，概述二者之间的关系。(生命观念)
3．结合教材图示，举例说明ATP的利用。(社会责任)
“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。天阶夜色凉如水，卧看牵牛织女星。”大家非常熟悉唐朝诗人杜牧这首情景交融的诗作《秋夕》。可是大家想过没有：
(1)萤火虫为什么要发光呢？
(2)萤火虫的发光需要能量吗？
(3)我们知道，糖类、脂肪和蛋白质都储存着能量。这些物质能为萤火虫发光直接提供能量吗？
探究点一 ATP是一种高能磷酸化合物
【师问导学】
下图是ATP的组成，据图分析：
1．ATP的组成元素有哪些？含有几个磷酸基团？几个高能磷酸键？
答案：ATP的组成元素为C、H、O、N、P。含有3个磷酸基团。2个高能磷酸键。
2．ATP中的“A”、“T”和组成DNA中的“A”、“T”含义相同吗？
答案：不同。ATP中的“A”指的是腺苷，包括腺嘌呤和核糖；“T”的含义是3。DNA中的“A”只是指腺嘌呤，“T”是指胸腺嘧啶。
【智涂笔记】
1．ATP的结构特点可用“一、二、三”来总结，即一个腺苷、二个高能磷酸键、三个磷酸基团。
2．几种化合物中“A”含义的区别
【师说核心】
1．ATP的元素组成与结构
2．ATP的结构与功能的相互关系
(1)ATP的结构特点保证了细胞内有一个相对稳定的能量供应库。ATP中远离腺苷的高能磷酸键容易水解和形成，可保证ATP数量的相对稳定和能量的持续供应。
(2)ATP在供能中处于核心地位，许多能源物质中的能量需转移到ATP中才能为生命活动供能。在生命活动中，ATP中的能量可转化为不同形式的能量。3.ATP彻底水解会得到哪些成分？
答案：ATP彻底水解会得到腺嘌呤、核糖和磷酸。
4．ATP分子去掉两个磷酸基团后的剩余部分是什么物质？利用图示表示出其结构。ATP和RNA在组成成分上有怎样的联系？
答案：ATP去掉两个磷酸基团后形成的结构是腺嘌呤核糖核苷酸，图示如下：
，其结构是构成RNA的基本单位之一。
【检测反馈】
1．(合格必考)ATP分子的结构简式和15个ATP所具有的高能磷酸键数目分别是( )
A．A－P－P～P、16个 B．A－P～P～P、45个
C．A－P～P～P、30个 D．A～P～P～P、16个
解析：ATP分子的结构简式是A－P～P～P，一个ATP中有2个高能磷酸键，所以15个ATP有30个高能磷酸键。
答案：C
2．(合格必考)ATP是腺嘌呤核苷的衍生物，如图是ATP的分子结构图，下列有关叙述错误的是( )
A．ATP分子的结构简式可表示为A－P～P～P
B．ATP的水解，主要是指图中②处的水解
C．图中虚线部分的名称是腺苷
D．图中①处的化学键断裂，ATP转化为ADP
解析：ATP的结构简式表示为A－P～P～P；ATP水解实际上是指ATP分子中高能磷酸键的水解，主要是远离A的高能磷酸键的水解；腺苷是由腺嘌呤和核糖连接而成的，图中虚线部分为腺苷；ATP水解时，远离A的高能磷酸键易断裂，即②处的化学键断裂，ATP转化为ADP。
答案：D
3．(等级选考)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中的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，该现象能够说明的是( )
①ATP中远离腺苷的磷酸基团容易水解 ②32P标记的ATP是新合成的 ③ATP是细胞内的直接能源物质 ④该过程中ATP既有合成又有分解
A．①②③④ B．①②④ C．①②③ D．②③④
解析：本题主要考查了ATP的结构及特性，分析如下：
题干中没有信息支持“ATP是细胞内的直接能源物质”的观点。
答案：B
4．(等级选考)[2019·北京西城高一期末]实验研究表明，向经过连续收缩发生疲劳的离体肌肉上滴加葡萄糖溶液，肌肉不收缩；向同一条肌肉上滴加ATP溶液，静置一段时间后，肌肉能发生明显收缩。这表明( )
A．葡萄糖是能源物质 B．ATP是直接能源物质
C．葡萄糖是直接能源物质 D．ATP不是能源物质
解析：根据题意“向经过连续收缩发生疲劳的离体肌肉上滴加葡萄糖溶液，肌肉不收缩”说明葡萄糖不能直接提供能量；“向同一条肌肉上滴加ATP溶液，静置一段时间后，肌肉能发生明显收缩”说明ATP是直接能源物质，故选B。
答案：B
探究点二 ATP与ADP的相互转化及ATP的利用
【师问导学】
在活细胞中，下图中的循环过程永不停止地进行着。请运用所学知识，分析回答ATP与ADP循环中的有关问题：
1．ATP与ADP的相互转化过程：ATP的化学性质不稳定。在有关酶的催化作用下ATP分子中________的那个高能磷酸键容易断裂，于是远离A的那个P就脱离开来，形成游离的__________(磷酸)；同时，储存在这个高能磷酸键中的__________释放出来，ATP就转化成ADP。在有关酶的催化作用下，ADP可以接受__________，同时与一个游离的__________结合，重新形成ATP。
答案：远离A Pi 能量 能量 Pi
2．有人说ATP与ADP相互转化的过程是个可逆反应。这种说法合适吗？通过下面的分析来解答：
(1)从反应条件上看：ATP的分解是一种________反应，催化该反应的酶Ⅰ属于__________酶；而ATP的合成是一种________反应，催化该反应的酶Ⅱ属于________酶。由酶的专一性可知，上述反应的条件是________(相同、不相同)的。
(2)从ATP合成与分解的场所上看：ATP合成的场所有细胞质基质、________和________；而ATP分解的场所有________(使主动运输消耗的能量)、________(DNA复制和RNA合成所消耗的能量)等，因此，其合成与分解的场所________________________________________________________________________。
(3)从能量上看：ATP水解的能量是储存在________内的化学能，释放出来后供________利用，不能再由Pi和ADP形成ATP而储存；而合成ATP的能量主要是________中的化学能和________，因此，反应中的能量流向是________(可逆、不可逆)的。
综上所述，ATP和ADP相互转化的过程________(是、不是)可逆反应。
答案：(1)水解 水解 合成 合成 不相同 (2)线粒体 叶绿体 细胞膜 细胞核 不尽相同 (3)高能磷酸键 各项生命活动 有机物 太阳能 不可逆 不是
3．在绿色植物的叶肉细胞内，与①相应的生理活动有哪些？
答案：光合作用和细胞呼吸。
4．A1和A2分别起什么作用？二者相同吗？
答案：二者不相同。A1催化ATP的合成，是ATP合成酶；A2催化ATP的水解，是ATP水解酶。
5．动物细胞中，能量E1的来源是什么？
答案：来自于呼吸作用中糖类等有机物氧化分解释放的能量以及其他一些高能磷酸化合物的分解。
6．②中能量E2的去向有哪些？
答案：转化为其他各种形式的能量，用于生物的各项生命活动。
【智涂笔记】
[特别提醒]
1．ATP≠能量：ATP是一种高能磷酸化合物，是与能量有关的一种物质，不能将两者等同起来。
2．细胞中ATP的含量并不多：ATP是生命活动的直接能源物质，但它在细胞中的含量很少。ATP与ADP时刻不停地进行相互转化，这是细胞的能量供应机制。
3．ATP为生命活动提供的是化学能
ATP是细胞内的直接供能物质，但并非所有的生命活动所需的能量都是由ATP提供的，如植物对水分的吸收和运输，其动力来自叶片蒸腾作用产生的拉力。
4．生物体中与能量有关的物质
(1)直接能源物质——ATP。
(2)主要的能源物质——糖类。
(3)主要的储能物质——脂肪。
(4)植物特有的储能物质——淀粉。
(5)动物特有的储能物质——糖原。
(6)最终能量来源——太阳能。
【师说核心】
1．ATP的转化及相关图示
(1)图示1：ATPADP＋Pi＋能量。
(2)图示2：
(3)ATP在生物体内含量很低，但是ATP与ADP在细胞内的转化十分迅速，从而使细胞内ATP的含量总是处于动态平衡中。
2．ATP与ADP的相互转化分析
反应式
ATP→ADP＋Pi＋能量
能量＋Pi＋ADP→ATP
类型
水解反应
合成反应
条件
水解酶
合成酶
场所
活细胞内多种场所
细胞质基质、线粒体、叶绿体
能量转化
放能
吸能
能量来源
高能磷酸键
呼吸作用、光合作用
能量去向
用于各项生命活动
储存于ATP中
综上所述，ATP和ADP相互转化的过程应判断为“物质是可逆的，能量是不可逆的”或解释为“物质是可以循环利用的，能量是不能循环的”。
3．ATP是能量的货币
ATP为细胞中绝大多数需要能量的生命活动直接提供能量。例如，在主动运输中，ATP水解后磷酸基团转移到载体上并使其活化，提高了载体的自由能水平，从而驱动载体主动运输特定物质，运输完成后释放磷酸基团(图a)，随后载体恢复原状。细胞内的化学反应有些是需要吸收能量的，吸能反应常常与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量，如蔗糖的合成(图b)。
ATP是生命活动的直接能源物质
在细胞内部，释放能量和消耗能量的过程通常在不同部位发生。ATP这样的载能分子，能够将能量从放能反应发生的部位转移到吸能反应发生的部位。绿色植物在光合作用过程中捕获光能，用于处于低能状态的CO2和H2O合成高能状态的有机物；有机物在生物的细胞呼吸过程中氧化分解，释放能量用于细胞的各项耗能活动：这些过程都离不开ATP与ADP的相互转化(如图)。
ATP是细胞中吸能反应与放能反应的纽带
由于ATP分子结构的独特性，细胞中绝大多数生命活动都是由ATP直接提供能量的。因此，ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。可以形象地把ATP比作细胞内流通的能量“货币”。正是由于细胞内具有ATP这种能量“货币”，细胞才能及时而持续地满足各项生命活动对能量的需求。
【检测反馈】
1．(合格必考)有人把ATP比作细胞的能量“货币”，说明ATP是细胞生命活动的( )
A．直接能源 B．储备能源
C．间接能源 D．主要能源
解析：ATP是细胞生命活动的直接能源。
答案：A
2．(合格必考)ATP在细胞内的含量及其生成速度分别为( )
A．很多、很快 B．很少、很慢
C．很多、很慢 D．很少、很快
解析：ATP在细胞内含量很少，通过ATP与ADP迅速的相互转化提供稳定的供能环境。
答案：D
3．(合格必考)ATP(甲)是生命活动的直接能源物质，据图判断下列叙述正确的是( )
A．在主动运输过程中，乙的含量会明显增加
B．丙中不含磷酸键，是RNA基本组成单位之一
C．丁由腺嘌呤和核糖组成，而戊可用于甲的合成
D．甲→乙和乙→丙过程中，起催化作用的酶空间结构相同
解析：图中甲为ATP，乙是ADP，生物体内的ATP和ADP含量非常少，但二者都处于动态平衡状态，所以主动运输过程中，乙的含量不会明显增加；丙是腺嘌呤核糖核苷酸，含有一个磷酸键；丁为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成，而戊可用于甲的合成；催化甲→乙和乙→丙过程的酶不同。
答案：C
4．(等级选考)[2019·北京西城高一期末]如图为ATP与ADP相互转化的示意图，请回答：
C＋Pi＋EB
(1)图中Pi表示磷酸，E表示能量，则B为________，C为________。
(2)在人和动物体内E来自________；与动物相比，绿色植物体内还可以来自________。
(3)根据分析，A1是________酶，A2是________酶。
解析：据图分析，图示为ATP与ADP相互转化的示意图，则图中C为ADP，E为能量，B为ATP，A1和A2分别表示ATP合成酶和水解酶。(1)根据以上分析可知，图中B为ATP，C为ADP。(2)图中E为ATP合成的能量来源，在人和动物体内来自呼吸作用，在绿色植物体内还可以来自于光合作用。(3)根据以上分析可知，A1是ATP合成酶，A2是ATP水解酶。
答案：(1)ATP ADP (2)细胞呼吸 光合作用 (3)ATP合成 ATP水解
【网络建构】
【主干落实】
1．ATP的结构简式是A－P～P～P，其中“A”代表腺苷，“P”代表磷酸基团，“～”代表高能磷酸键。
2．一个ATP分子中有1个腺苷，3个磷酸基团，其中含有2个高能磷酸键。
3．ATP与ADP相互转化的反应式是ATPADP＋Pi＋能量。
4．细胞内ATP与ADP的相互转化是生物界的共性。
5．动物、人、真菌等合成ATP的途径是呼吸作用。
6．绿色植物合成ATP的途径是光合作用和呼吸作用。
7．ATP是生命活动的直接能源物质。
课后分层检测案16 细胞的能量“货币”ATP
授课提示：对应学生用书159页
【合格考全员做】(学业水平一、二)
1．ATP在一定条件下很容易断裂和重新形成的化学键是( )
A．A与P之间的磷酸键
B．前两个P之间的高能磷酸键
C．离A较近的那个高能磷酸键
D．远离A的那个高能磷酸键
解析：ATP的结构简式为A—P～P～P，共有两个高能磷酸键，其中远离腺苷A的那个高能磷酸键很容易断裂和重建。
答案：D
2．在绿色植物进行“ADP＋Pi＋能量ATP”的反应中，参与反应的能量不可能来源于( )
A．淀粉 B．葡萄糖 C．光 D．糖原
解析：植物中合成ATP的能量来自呼吸作用和光合作用。植物呼吸作用所分解的有机物不可能是糖原，因为它是动物所特有的。
答案：D
3．生物体内进行生命活动的直接能源物质、主要能源物质和最终能源依次是( )
A．太阳能、糖类、ATP B．ATP、糖类、脂肪
C．ATP、脂肪、太阳能 D．ATP、糖类、太阳能
解析：生物体内生命活动的直接能源物质是ATP，主要能源物质是糖类，最终的能源物质是太阳能。
答案：D
4．高等植物体内产生ATP的生理过程有( )
A．光合作用，主动运输 B．细胞呼吸，蒸腾作用
C．细胞呼吸，渗透作用 D．光合作用，细胞呼吸
解析：高等动物体内产生ATP的过程仅有细胞呼吸，而高等植物产生ATP的过程有光合作用和细胞呼吸。
答案：D
5．分析未进食的白鼠细胞内ADP与ATP的含量比，若发现ADP的含量偏高时( )
A．表示此细胞能量充足
B．表示此细胞内葡萄糖多被用以合成糖原
C．表示此细胞内的葡萄糖氧化分解将加快
D．表示此细胞缺少能量
解析：由反应式ATPADP＋Pi＋能量可知，当体内ADP含量偏高时，一定是ATP分解释放能量用于生命活动，也就证明此时细胞内缺少能量。所以A项可排除；B项中“葡萄糖多被用以合成糖原”是在能量过剩时，与题目相矛盾，也可排除；C项中，若葡萄糖氧化分解加快，能量就会较充足，ATP会偏高也可排除。
答案：D
6.ATP转化为ADP的过程可用如图表示，式中X和Y分别代表( )
A．H2O、[H]
B．Pi、H2O
C．H2O、Pi
D．能量、Pi
解析：ATP在水解时，远离A的那个磷酸基团就脱离下来，形成Pi，同时释放能量。
答案：C
7．下列对ATP的叙述中，错误的是( )
A．远离A的高能磷酸键容易水解
B．只在光合作用中产生
C．ATP和ADP可以相互转化
D．生命活动的直接供能物质
解析：ATP分子中，远离腺苷的高能磷酸键易水解断裂，释放出能量；细胞内通过ATP与ADP快速相互转化，提供了稳定的供能环境；ATP是生物生命活动的直接能源物质；ATP在呼吸作用和光合作用过程中都能合成。
答案：B
8.在活细胞中，右侧循环过程永不停止地进行着，请运用所学的知识，分析完成M和N循环中的有关问题：
(1)作为生物体生命活动直接能源物质的是______，其分子结构简式为________________________________________________________________________，
在②过程中，是由于______________________键断裂而释放出能量。
(2)在绿色植物体内与①相应的生理活动是在细胞内的细胞质基质、________和________中进行的。
(3)A1和A2具有________作用，在图中它们的作用分别是______________________。
(4)在呼吸作用中，应该进行________过程，能量来自______________________。
(5)根吸收无机盐离子过程中，应该进行________过程，能量用于______________________。
解析：(1)由图中物质转化关系可知，M是ATP，N是ADP。ATP是生命活动的直接能源物质，ATP水解时远离A的那个高能磷酸键易断裂。ATP的水解和合成分别是由水解酶和合成酶催化。(2)反应①过程是细胞合成ATP的过程，在绿色植物细胞内合成ATP的主要部位是细胞质基质、线粒体和叶绿体。(3)反应①和②过程中的酶不同，①为合成酶，②为水解酶，在ATP与ADP的相互转化过程中起催化作用。(4)呼吸作用过程中应该进行的是①过程(即ATP的合成)，所需能量来自有机物分解释放的能量。(5)根细胞吸收无机盐离子的方式是主动运输。主动运输需消耗代谢所产生的能量，故应进行②过程。
答案：
(1)M A－P～P～P 远离A的高能磷酸
(2)线粒体 叶绿体
(3)催化 催化ATP的合成和水解
(4)① 糖类等有机物分解释放的能量
(5)② 主动运输
9．[2019·北京西城高一期末]白色念珠菌是存在于人体上呼吸道和肠道粘膜中的真菌，当机体免疫功能下降时，菌丝大量生长，侵入细胞引起疾病。V蛋白具有ATP酶活性，对菌丝形成有重要作用。为研究药物 D(一种ATP酶抑制剂)的作用，科研人员进行了如下实验。
(1)白色念珠菌与大肠杆菌在细胞结构上最主要的区别是白色念珠菌具有________。ATP 分子的结构简式是________，V蛋白将ATP水解为ADP时，储存在ATP分子________中的能量被释放出来，同时产生无机磷。
(2)为研究不同浓度药物D对V蛋白的作用，科研人员将V蛋白与反应缓冲液混合，实验组加入用DMSO溶解的不同浓度的药物D溶液，室温孵育10 min之后向反应体系中加入ATP溶液，室温反应30 min。再向反应体系中加入孔雀绿试剂(可与无机磷反应呈现绿色)，定量分析反应体系的绿色深浅，得到如图所示结果。
①本实验中测定的绿色深浅，可反映出________，从而得到V蛋白活性。
②本实验以对照组数据作为V蛋白活性相对值 1，对照组的处理是将V蛋白与反应缓冲液混合，加入等量DMSO溶液，室温孵育10 min，向反应体系中加入ATP溶液，室温反应30 min。
③实验结果说明________________________________。
解析：由原核细胞构成的生物叫原核生物，由真核细胞构成的生物叫真核生物；原核细胞与真核细胞相比，最大的区别是原核细胞没有被核膜包被的成形的细胞核，没有核膜、核仁和染色体，原核细胞只有核糖体一种细胞器，但原核生物含有细胞膜、细胞质等结构，也含有核酸和蛋白质等物质。ATP又叫三磷酸腺苷，简称为ATP，其结构式是A－P～P～P，其中A－表示腺苷、T－表示三个、P－表示磷酸基团，“～”表示高能磷酸键；ATP是一种含有高能磷酸键的有机化合物，是生命活动能量的直接来源，它的大量化学能就储存在高能磷酸键中，ATP水解释放的能量来自末端的那个高能磷酸键的断裂，合成ATP所需能量来源于光合作用和呼吸作用，其场所是细胞质基质、叶绿体和线粒体。(1)根据题干信息可知，白色念珠菌是存在于人体上呼吸道和肠道粘膜中的真菌，属于真核生物，而大肠杆菌属于原核生物，两者的主要区别是原核生物的细胞中没有核膜包围的成形的细胞核；ATP 分子的结构简式为A－P～P～P，V蛋白将ATP水解为ADP时，储存在ATP分子高能磷酸键中的能量被释放出来，同时产生无机磷。(2)①根据题干信息可知，向反应体系中加入的孔雀绿试剂可与无机磷反应呈现绿色，而无机磷是ATP水解为ADP时产生的，因此本实验中测定的绿色深浅，可反映出ATP水解无机磷的生成量，从而得到V蛋白活性。③据图分析，随着药物D浓度的增加，V蛋白活性的相对值先缓慢下降，后快速降低，说明药物D能抑制V蛋白的活性，且随药物D浓度增加，抑制作用增强。
答案：
(1)核膜包围的细胞核 A－P～P～P 高能磷酸键
(2)①ATP水解无机磷的生成量(或生成物生成量)
③药物D能抑制V蛋白的活性，且随药物D浓度增加，抑制作用增强
【等级考选学做】(学业水平三、四)
10．n分子的ATP中含有的高能磷酸键、磷酸基团、核糖的数目分别为( )
A．n、3n、n B．2n、3n、0 C．2n、3n、n D．2n、2n、n
解析：1分子ATP中含有2个高能磷酸键，3个磷酸基团，1分子核糖，故n分子ATP中所含高能磷酸键、磷酸基团及核糖数目分别为2n、3n、n。
答案：C
11．下列四项中，哪项能正确表示运动员比赛时其肌细胞中ATP的变化(纵轴表示细胞中的ATP含量，横轴表示时间)( )
解析：比赛时首先要消耗ATP，但体内ATP含量很少，其能量供应有限，所以有减少趋势，利用后可由ADP迅速转化，随着ATP的再生，其含量又会进一步增加，故变化趋势为先降低，后升高，B正确。
答案：B
12．科学家发现某些蚜虫能合成类胡萝卜素，其体内的类胡萝卜素不仅能吸收光能，传递给负责能量生产的组织细胞，而且还决定蚜虫的体色。阳光下蚜虫的ATP生成量将会增加，黑暗时蚜虫的ATP生成量会下降。下列有关叙述正确的是( )
A．正常情况下蚜虫在黑暗中合成ATP时会伴随着O2的消耗
B．蚜虫合成ATP时所需能量仅仅来自呼吸作用
C．蚜虫做同一强度的运动时，阳光下和黑暗中的ATP消耗量不一样
D．蚜虫ATP生成量在阳光下比黑暗时多，说明其体内的ATP含量不稳定
解析：黑暗中蚜虫合成ATP的生理过程是呼吸作用，伴随着氧气的消耗，A正确；蚜虫合成ATP时需要的能量不仅来自光能，还来自呼吸作用释放的化学能，B错误；蚜虫做同一强度的运动时，消耗的ATP只来自于呼吸作用，故在阳光下和黑暗中的ATP消耗量相同，C错误；蚜虫ATP含量在阳光下比黑暗时多，但消耗也增加，处于动态平衡中，故体内的ATP含量处于稳定状态，D错误。
答案：A
13．ATP荧光仪是专门设计用于快速检测微生物数量的测试仪器，其工作原理是ATP的含量与活细胞的活性、种类和数量成一定的比例关系。ATP可以和虫荧光素作用而发出生物光，光的强度和微生物的数量成一定的比例关系，其反应式如下：
下列有关ATP及ATP荧光仪工作原理的叙述，错误的是( )
A．检测过程中ATP内的化学能转变成光能
B．荧光的强度能反映微生物的数量
C．ATP释放能量需要酶的参与
D．微生物体内ATP的产生都需要氧气的参与
解析：不同种类的微生物产生ATP的条件不同，厌氧微生物产生ATP就不需要氧气的参与，若有氧气存在，其代谢反而受到抑制，ATP的产生量会减少。
答案：D
14．ATP在细胞中能够释放能量和储存能量，从其化学结构看，原因是( )
①腺苷很容易吸收能量和释放能量 ②第三个高能磷酸键很容易断裂和再结合 ③第三个磷酸基团(远离腺苷的那个)很容易从ATP上脱离，使ATP转化为ADP，同时释放能量 ④ADP可以在酶的作用下迅速与一分子磷酸结合，吸收能量形成第二个高能磷酸键(远离腺苷的那个)，使ADP转变成ATP
A．①③ B．②④
C．③④ D．①④
解析：二磷酸腺苷很容易吸收能量和储存能量，并非腺苷，①错误；ATP的离腺苷较远的高能磷酸键易发生断裂和再形成，只含有2个高能磷酸键，②错误；离腺苷较远的高能磷酸键易发生断裂，从而形成ADP，同时释放能量，③正确；ADP可以在酶的作用下迅速与一分子磷酸结合，吸收能量形成第二个高能磷酸键，使ADP转变成ATP，④正确，故答案为C。
答案：C
15.如图为细胞中ATP与ADP相互转化示意图，下列相关叙述正确的是( )
A．过程①不需要酶的催化
B．过程②发生高能磷酸键的断裂
C．过程①不能发生在线粒体中
D．过程②不能发生在叶绿体中
解析：过程①表示合成ATP，需要ATP合成酶的催化；过程②表示ATP的水解，远离腺苷的高能磷酸键断裂；过程①主要发生在线粒体中；过程②可以发生在叶绿体的基质中。
答案：B
16．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
现象预测
结论
①发光现象随ATP浓度升高而增强
①荧光强度与ATP浓度________
②发光现象随ATP浓度升高而________
②荧光强度与ATP浓度________
③________________
③荧光强度与ATP浓度无关
(3)实验讨论
①最可能的实验结果是哪一个？________。
②萤火虫发光是________能转变成________能的过程。
解析：本题为探究性实验，为了探究萤火虫发光强度与ATP浓度关系，首先需要配制一系列不同浓度的ATP溶液，随后将等量的荧光器晒干后研制的粉末放入上述溶液中，观察不同浓度的ATP溶液中粉末发光情况，实验现象有三种可能：①随ATP浓度增大，发光现象增强；②随ATP浓度增大，发光现象减弱；③随ATP浓度增大，发光现象不变。实验最可能的结果是①，萤火虫发光过程是ATP中活跃化学能转变为光能的过程。
答案：
(1)②荧光器粉末 ③等量不同浓度的ATP溶液
(2)①成正比 ②减弱 成反比 ③在不同浓度的ATP溶液中发光现象没有差别
(3)①第①种结果 ②ATP中活跃的化学 光
【素养养成练】
17．[2019·丰台高一期末]腌制的腊肉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________(正比/反比)。
(2)“荧光素—荧光素酶生物发光法”中涉及的能量转换的形式是________能→________能。生物细胞中ATP的水解一般与________(吸能反应/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________(可以/不可以)恢复；Hg2＋处理后酶活性降低可能是因为
________________________________________________________________________。
解析：
(1)ATP是生命活动所需能量的直接来源。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)分析曲线图可知：用Mg2＋处理后，在较低荧光素酶浓度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＋处理后，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
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第2节 细胞的能量“货币”ATP
课前自主预习案
一、ATP是一种高能磷酸化合物
1．ATP的结构[填图]
2．ATP的功能
ATP是生命活动的直接能源物质，能够直接为生命活动提供能量。
【巧学助记】 巧用数字记忆ATP的结构
二、ATP与ADP可以相互转化
1．相互转化的过程及能量来源[填图]
2．转化的原因及特点
(1)原因：ATP分子中远离A的那个高能磷酸键很容易水解。
(2)特点：时刻不停地发生并且处于动态平衡之中。
三、ATP的利用
1．ATP利用的实例[填图]
2．ATP是细胞内流通的能量“货币”
(1)化学反应中的能量变化与ATP的关系：
吸能反应：一般与ATP的水解相联系
放能反应：一般与ATP的合成相联系
(2)能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通。
1.判断下列有关叙述的正误
(1)ATP是高能磷酸化合物，只含有3个高能磷酸键( )
(2)细胞内储存有大量的ATP，为生命活动提供能量( )
(3)细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性( )
(4)细胞中的生命活动所需要的能量都是由ATP直接提供的( )
答案：(1)× (2)× (3)√ (4)×
2．ATP转化为ADP可表示如下，式中X代表( )
A．H2O B．[H] C．P D．Pi
解析：转化中没有H2O和[H]的生成；式中X表示磷酸(Pi)。
答案：D
课堂互动探究案
【课程标准】
解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
【素养达成】
1．分析ATP的分子结构，了解ATP的结构特点。(科学思维)
2．结合ATP和ADP的相互转化示意图，概述二者之间的关系。(生命观念)
3．结合教材图示，举例说明ATP的利用。(社会责任)
“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。天阶夜色凉如水，卧看牵牛织女星。”大家非常熟悉唐朝诗人杜牧这首情景交融的诗作《秋夕》。可是大家想过没有：
(1)萤火虫为什么要发光呢？
(2)萤火虫的发光需要能量吗？
(3)我们知道，糖类、脂肪和蛋白质都储存着能量。这些物质能为萤火虫发光直接提供能量吗？
探究点一 ATP是一种高能磷酸化合物
【师问导学】
下图是ATP的组成，据图分析：
1．ATP的组成元素有哪些？含有几个磷酸基团？几个高能磷酸键？
答案：ATP的组成元素为C、H、O、N、P。含有3个磷酸基团。2个高能磷酸键。
2．ATP中的“A”、“T”和组成DNA中的“A”、“T”含义相同吗？
答案：不同。ATP中的“A”指的是腺苷，包括腺嘌呤和核糖；“T”的含义是3。DNA中的“A”只是指腺嘌呤，“T”是指胸腺嘧啶。
【智涂笔记】
1．ATP的结构特点可用“一、二、三”来总结，即一个腺苷、二个高能磷酸键、三个磷酸基团。
2．几种化合物中“A”含义的区别
【师说核心】
1．ATP的元素组成与结构
2．ATP的结构与功能的相互关系
(1)ATP的结构特点保证了细胞内有一个相对稳定的能量供应库。ATP中远离腺苷的高能磷酸键容易水解和形成，可保证ATP数量的相对稳定和能量的持续供应。
(2)ATP在供能中处于核心地位，许多能源物质中的能量需转移到ATP中才能为生命活动供能。在生命活动中，ATP中的能量可转化为不同形式的能量。3.ATP彻底水解会得到哪些成分？
答案：ATP彻底水解会得到腺嘌呤、核糖和磷酸。
4．ATP分子去掉两个磷酸基团后的剩余部分是什么物质？利用图示表示出其结构。ATP和RNA在组成成分上有怎样的联系？
答案：ATP去掉两个磷酸基团后形成的结构是腺嘌呤核糖核苷酸，图示如下：
，其结构是构成RNA的基本单位之一。
【检测反馈】
1．(合格必考)ATP分子的结构简式和15个ATP所具有的高能磷酸键数目分别是( )
A．A－P－P～P、16个 B．A－P～P～P、45个
C．A－P～P～P、30个 D．A～P～P～P、16个
解析：ATP分子的结构简式是A－P～P～P，一个ATP中有2个高能磷酸键，所以15个ATP有30个高能磷酸键。
答案：C
2．(合格必考)ATP是腺嘌呤核苷的衍生物，如图是ATP的分子结构图，下列有关叙述错误的是( )
A．ATP分子的结构简式可表示为A－P～P～P
B．ATP的水解，主要是指图中②处的水解
C．图中虚线部分的名称是腺苷
D．图中①处的化学键断裂，ATP转化为ADP
解析：ATP的结构简式表示为A－P～P～P；ATP水解实际上是指ATP分子中高能磷酸键的水解，主要是远离A的高能磷酸键的水解；腺苷是由腺嘌呤和核糖连接而成的，图中虚线部分为腺苷；ATP水解时，远离A的高能磷酸键易断裂，即②处的化学键断裂，ATP转化为ADP。
答案：D
3．(等级选考)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中的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，该现象能够说明的是( )
①ATP中远离腺苷的磷酸基团容易水解 ②32P标记的ATP是新合成的 ③ATP是细胞内的直接能源物质 ④该过程中ATP既有合成又有分解
A．①②③④ B．①②④ C．①②③ D．②③④
解析：本题主要考查了ATP的结构及特性，分析如下：
题干中没有信息支持“ATP是细胞内的直接能源物质”的观点。
答案：B
4．(等级选考)[2019·北京西城高一期末]实验研究表明，向经过连续收缩发生疲劳的离体肌肉上滴加葡萄糖溶液，肌肉不收缩；向同一条肌肉上滴加ATP溶液，静置一段时间后，肌肉能发生明显收缩。这表明( )
A．葡萄糖是能源物质 B．ATP是直接能源物质
C．葡萄糖是直接能源物质 D．ATP不是能源物质
解析：根据题意“向经过连续收缩发生疲劳的离体肌肉上滴加葡萄糖溶液，肌肉不收缩”说明葡萄糖不能直接提供能量；“向同一条肌肉上滴加ATP溶液，静置一段时间后，肌肉能发生明显收缩”说明ATP是直接能源物质，故选B。
答案：B
探究点二 ATP与ADP的相互转化及ATP的利用
【师问导学】
在活细胞中，下图中的循环过程永不停止地进行着。请运用所学知识，分析回答ATP与ADP循环中的有关问题：
1．ATP与ADP的相互转化过程：ATP的化学性质不稳定。在有关酶的催化作用下ATP分子中________的那个高能磷酸键容易断裂，于是远离A的那个P就脱离开来，形成游离的__________(磷酸)；同时，储存在这个高能磷酸键中的__________释放出来，ATP就转化成ADP。在有关酶的催化作用下，ADP可以接受__________，同时与一个游离的__________结合，重新形成ATP。
答案：远离A Pi 能量 能量 Pi
2．有人说ATP与ADP相互转化的过程是个可逆反应。这种说法合适吗？通过下面的分析来解答：
(1)从反应条件上看：ATP的分解是一种________反应，催化该反应的酶Ⅰ属于__________酶；而ATP的合成是一种________反应，催化该反应的酶Ⅱ属于________酶。由酶的专一性可知，上述反应的条件是________(相同、不相同)的。
(2)从ATP合成与分解的场所上看：ATP合成的场所有细胞质基质、________和________；而ATP分解的场所有________(使主动运输消耗的能量)、________(DNA复制和RNA合成所消耗的能量)等，因此，其合成与分解的场所________________________________________________________________________。
(3)从能量上看：ATP水解的能量是储存在________内的化学能，释放出来后供________利用，不能再由Pi和ADP形成ATP而储存；而合成ATP的能量主要是________中的化学能和________，因此，反应中的能量流向是________(可逆、不可逆)的。
综上所述，ATP和ADP相互转化的过程________(是、不是)可逆反应。
答案：(1)水解 水解 合成 合成 不相同 (2)线粒体 叶绿体 细胞膜 细胞核 不尽相同 (3)高能磷酸键 各项生命活动 有机物 太阳能 不可逆 不是
3．在绿色植物的叶肉细胞内，与①相应的生理活动有哪些？
答案：光合作用和细胞呼吸。
4．A1和A2分别起什么作用？二者相同吗？
答案：二者不相同。A1催化ATP的合成，是ATP合成酶；A2催化ATP的水解，是ATP水解酶。
5．动物细胞中，能量E1的来源是什么？
答案：来自于呼吸作用中糖类等有机物氧化分解释放的能量以及其他一些高能磷酸化合物的分解。
6．②中能量E2的去向有哪些？
答案：转化为其他各种形式的能量，用于生物的各项生命活动。
【智涂笔记】
[特别提醒]
1．ATP≠能量：ATP是一种高能磷酸化合物，是与能量有关的一种物质，不能将两者等同起来。
2．细胞中ATP的含量并不多：ATP是生命活动的直接能源物质，但它在细胞中的含量很少。ATP与ADP时刻不停地进行相互转化，这是细胞的能量供应机制。
3．ATP为生命活动提供的是化学能
ATP是细胞内的直接供能物质，但并非所有的生命活动所需的能量都是由ATP提供的，如植物对水分的吸收和运输，其动力来自叶片蒸腾作用产生的拉力。
4．生物体中与能量有关的物质
(1)直接能源物质——ATP。
(2)主要的能源物质——糖类。
(3)主要的储能物质——脂肪。
(4)植物特有的储能物质——淀粉。
(5)动物特有的储能物质——糖原。
(6)最终能量来源——太阳能。
【师说核心】
1．ATP的转化及相关图示
(1)图示1：ATPADP＋Pi＋能量。
(2)图示2：
(3)ATP在生物体内含量很低，但是ATP与ADP在细胞内的转化十分迅速，从而使细胞内ATP的含量总是处于动态平衡中。
2．ATP与ADP的相互转化分析
反应式
ATP→ADP＋Pi＋能量
能量＋Pi＋ADP→ATP
类型
水解反应
合成反应
条件
水解酶
合成酶
场所
活细胞内多种场所
细胞质基质、线粒体、叶绿体
能量转化
放能
吸能
能量来源
高能磷酸键
呼吸作用、光合作用
能量去向
用于各项生命活动
储存于ATP中
综上所述，ATP和ADP相互转化的过程应判断为“物质是可逆的，能量是不可逆的”或解释为“物质是可以循环利用的，能量是不能循环的”。
3．ATP是能量的货币
ATP为细胞中绝大多数需要能量的生命活动直接提供能量。例如，在主动运输中，ATP水解后磷酸基团转移到载体上并使其活化，提高了载体的自由能水平，从而驱动载体主动运输特定物质，运输完成后释放磷酸基团(图a)，随后载体恢复原状。细胞内的化学反应有些是需要吸收能量的，吸能反应常常与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量，如蔗糖的合成(图b)。
ATP是生命活动的直接能源物质
在细胞内部，释放能量和消耗能量的过程通常在不同部位发生。ATP这样的载能分子，能够将能量从放能反应发生的部位转移到吸能反应发生的部位。绿色植物在光合作用过程中捕获光能，用于处于低能状态的CO2和H2O合成高能状态的有机物；有机物在生物的细胞呼吸过程中氧化分解，释放能量用于细胞的各项耗能活动：这些过程都离不开ATP与ADP的相互转化(如图)。
ATP是细胞中吸能反应与放能反应的纽带
由于ATP分子结构的独特性，细胞中绝大多数生命活动都是由ATP直接提供能量的。因此，ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。可以形象地把ATP比作细胞内流通的能量“货币”。正是由于细胞内具有ATP这种能量“货币”，细胞才能及时而持续地满足各项生命活动对能量的需求。
【检测反馈】
1．(合格必考)有人把ATP比作细胞的能量“货币”，说明ATP是细胞生命活动的( )
A．直接能源 B．储备能源
C．间接能源 D．主要能源
解析：ATP是细胞生命活动的直接能源。
答案：A
2．(合格必考)ATP在细胞内的含量及其生成速度分别为( )
A．很多、很快 B．很少、很慢
C．很多、很慢 D．很少、很快
解析：ATP在细胞内含量很少，通过ATP与ADP迅速的相互转化提供稳定的供能环境。
答案：D
3．(合格必考)ATP(甲)是生命活动的直接能源物质，据图判断下列叙述正确的是( )
A．在主动运输过程中，乙的含量会明显增加
B．丙中不含磷酸键，是RNA基本组成单位之一
C．丁由腺嘌呤和核糖组成，而戊可用于甲的合成
D．甲→乙和乙→丙过程中，起催化作用的酶空间结构相同
解析：图中甲为ATP，乙是ADP，生物体内的ATP和ADP含量非常少，但二者都处于动态平衡状态，所以主动运输过程中，乙的含量不会明显增加；丙是腺嘌呤核糖核苷酸，含有一个磷酸键；丁为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成，而戊可用于甲的合成；催化甲→乙和乙→丙过程的酶不同。
答案：C
4．(等级选考)[2019·北京西城高一期末]如图为ATP与ADP相互转化的示意图，请回答：
C＋Pi＋EB
(1)图中Pi表示磷酸，E表示能量，则B为________，C为________。
(2)在人和动物体内E来自________；与动物相比，绿色植物体内还可以来自________。
(3)根据分析，A1是________酶，A2是________酶。
解析：据图分析，图示为ATP与ADP相互转化的示意图，则图中C为ADP，E为能量，B为ATP，A1和A2分别表示ATP合成酶和水解酶。(1)根据以上分析可知，图中B为ATP，C为ADP。(2)图中E为ATP合成的能量来源，在人和动物体内来自呼吸作用，在绿色植物体内还可以来自于光合作用。(3)根据以上分析可知，A1是ATP合成酶，A2是ATP水解酶。
答案：(1)ATP ADP (2)细胞呼吸 光合作用 (3)ATP合成 ATP水解
【网络建构】
【主干落实】
1．ATP的结构简式是A－P～P～P，其中“A”代表腺苷，“P”代表磷酸基团，“～”代表高能磷酸键。
2．一个ATP分子中有1个腺苷，3个磷酸基团，其中含有2个高能磷酸键。
3．ATP与ADP相互转化的反应式是ATPADP＋Pi＋能量。
4．细胞内ATP与ADP的相互转化是生物界的共性。
5．动物、人、真菌等合成ATP的途径是呼吸作用。
6．绿色植物合成ATP的途径是光合作用和呼吸作用。
7．ATP是生命活动的直接能源物质。
课后分层检测案16 细胞的能量“货币”ATP
授课提示：对应学生用书159页
【合格考全员做】(学业水平一、二)
1．ATP在一定条件下很容易断裂和重新形成的化学键是( )
A．A与P之间的磷酸键
B．前两个P之间的高能磷酸键
C．离A较近的那个高能磷酸键
D．远离A的那个高能磷酸键
解析：ATP的结构简式为A—P～P～P，共有两个高能磷酸键，其中远离腺苷A的那个高能磷酸键很容易断裂和重建。
答案：D
2．在绿色植物进行“ADP＋Pi＋能量ATP”的反应中，参与反应的能量不可能来源于( )
A．淀粉 B．葡萄糖 C．光 D．糖原
解析：植物中合成ATP的能量来自呼吸作用和光合作用。植物呼吸作用所分解的有机物不可能是糖原，因为它是动物所特有的。
答案：D
3．生物体内进行生命活动的直接能源物质、主要能源物质和最终能源依次是( )
A．太阳能、糖类、ATP B．ATP、糖类、脂肪
C．ATP、脂肪、太阳能 D．ATP、糖类、太阳能
解析：生物体内生命活动的直接能源物质是ATP，主要能源物质是糖类，最终的能源物质是太阳能。
答案：D
4．高等植物体内产生ATP的生理过程有( )
A．光合作用，主动运输 B．细胞呼吸，蒸腾作用
C．细胞呼吸，渗透作用 D．光合作用，细胞呼吸
解析：高等动物体内产生ATP的过程仅有细胞呼吸，而高等植物产生ATP的过程有光合作用和细胞呼吸。
答案：D
5．分析未进食的白鼠细胞内ADP与ATP的含量比，若发现ADP的含量偏高时( )
A．表示此细胞能量充足
B．表示此细胞内葡萄糖多被用以合成糖原
C．表示此细胞内的葡萄糖氧化分解将加快
D．表示此细胞缺少能量
解析：由反应式ATPADP＋Pi＋能量可知，当体内ADP含量偏高时，一定是ATP分解释放能量用于生命活动，也就证明此时细胞内缺少能量。所以A项可排除；B项中“葡萄糖多被用以合成糖原”是在能量过剩时，与题目相矛盾，也可排除；C项中，若葡萄糖氧化分解加快，能量就会较充足，ATP会偏高也可排除。
答案：D
6.ATP转化为ADP的过程可用如图表示，式中X和Y分别代表( )
A．H2O、[H]
B．Pi、H2O
C．H2O、Pi
D．能量、Pi
解析：ATP在水解时，远离A的那个磷酸基团就脱离下来，形成Pi，同时释放能量。
答案：C
7．下列对ATP的叙述中，错误的是( )
A．远离A的高能磷酸键容易水解
B．只在光合作用中产生
C．ATP和ADP可以相互转化
D．生命活动的直接供能物质
解析：ATP分子中，远离腺苷的高能磷酸键易水解断裂，释放出能量；细胞内通过ATP与ADP快速相互转化，提供了稳定的供能环境；ATP是生物生命活动的直接能源物质；ATP在呼吸作用和光合作用过程中都能合成。
答案：B
8.在活细胞中，右侧循环过程永不停止地进行着，请运用所学的知识，分析完成M和N循环中的有关问题：
(1)作为生物体生命活动直接能源物质的是______，其分子结构简式为________________________________________________________________________，
在②过程中，是由于______________________键断裂而释放出能量。
(2)在绿色植物体内与①相应的生理活动是在细胞内的细胞质基质、________和________中进行的。
(3)A1和A2具有________作用，在图中它们的作用分别是______________________。
(4)在呼吸作用中，应该进行________过程，能量来自______________________。
(5)根吸收无机盐离子过程中，应该进行________过程，能量用于______________________。
解析：(1)由图中物质转化关系可知，M是ATP，N是ADP。ATP是生命活动的直接能源物质，ATP水解时远离A的那个高能磷酸键易断裂。ATP的水解和合成分别是由水解酶和合成酶催化。(2)反应①过程是细胞合成ATP的过程，在绿色植物细胞内合成ATP的主要部位是细胞质基质、线粒体和叶绿体。(3)反应①和②过程中的酶不同，①为合成酶，②为水解酶，在ATP与ADP的相互转化过程中起催化作用。(4)呼吸作用过程中应该进行的是①过程(即ATP的合成)，所需能量来自有机物分解释放的能量。(5)根细胞吸收无机盐离子的方式是主动运输。主动运输需消耗代谢所产生的能量，故应进行②过程。
答案：
(1)M A－P～P～P 远离A的高能磷酸
(2)线粒体 叶绿体
(3)催化 催化ATP的合成和水解
(4)① 糖类等有机物分解释放的能量
(5)② 主动运输
9．[2019·北京西城高一期末]白色念珠菌是存在于人体上呼吸道和肠道粘膜中的真菌，当机体免疫功能下降时，菌丝大量生长，侵入细胞引起疾病。V蛋白具有ATP酶活性，对菌丝形成有重要作用。为研究药物 D(一种ATP酶抑制剂)的作用，科研人员进行了如下实验。
(1)白色念珠菌与大肠杆菌在细胞结构上最主要的区别是白色念珠菌具有________。ATP 分子的结构简式是________，V蛋白将ATP水解为ADP时，储存在ATP分子________中的能量被释放出来，同时产生无机磷。
(2)为研究不同浓度药物D对V蛋白的作用，科研人员将V蛋白与反应缓冲液混合，实验组加入用DMSO溶解的不同浓度的药物D溶液，室温孵育10 min之后向反应体系中加入ATP溶液，室温反应30 min。再向反应体系中加入孔雀绿试剂(可与无机磷反应呈现绿色)，定量分析反应体系的绿色深浅，得到如图所示结果。
①本实验中测定的绿色深浅，可反映出________，从而得到V蛋白活性。
②本实验以对照组数据作为V蛋白活性相对值 1，对照组的处理是将V蛋白与反应缓冲液混合，加入等量DMSO溶液，室温孵育10 min，向反应体系中加入ATP溶液，室温反应30 min。
③实验结果说明________________________________。
解析：由原核细胞构成的生物叫原核生物，由真核细胞构成的生物叫真核生物；原核细胞与真核细胞相比，最大的区别是原核细胞没有被核膜包被的成形的细胞核，没有核膜、核仁和染色体，原核细胞只有核糖体一种细胞器，但原核生物含有细胞膜、细胞质等结构，也含有核酸和蛋白质等物质。ATP又叫三磷酸腺苷，简称为ATP，其结构式是A－P～P～P，其中A－表示腺苷、T－表示三个、P－表示磷酸基团，“～”表示高能磷酸键；ATP是一种含有高能磷酸键的有机化合物，是生命活动能量的直接来源，它的大量化学能就储存在高能磷酸键中，ATP水解释放的能量来自末端的那个高能磷酸键的断裂，合成ATP所需能量来源于光合作用和呼吸作用，其场所是细胞质基质、叶绿体和线粒体。(1)根据题干信息可知，白色念珠菌是存在于人体上呼吸道和肠道粘膜中的真菌，属于真核生物，而大肠杆菌属于原核生物，两者的主要区别是原核生物的细胞中没有核膜包围的成形的细胞核；ATP 分子的结构简式为A－P～P～P，V蛋白将ATP水解为ADP时，储存在ATP分子高能磷酸键中的能量被释放出来，同时产生无机磷。(2)①根据题干信息可知，向反应体系中加入的孔雀绿试剂可与无机磷反应呈现绿色，而无机磷是ATP水解为ADP时产生的，因此本实验中测定的绿色深浅，可反映出ATP水解无机磷的生成量，从而得到V蛋白活性。③据图分析，随着药物D浓度的增加，V蛋白活性的相对值先缓慢下降，后快速降低，说明药物D能抑制V蛋白的活性，且随药物D浓度增加，抑制作用增强。
答案：
(1)核膜包围的细胞核 A－P～P～P 高能磷酸键
(2)①ATP水解无机磷的生成量(或生成物生成量)
③药物D能抑制V蛋白的活性，且随药物D浓度增加，抑制作用增强
【等级考选学做】(学业水平三、四)
10．n分子的ATP中含有的高能磷酸键、磷酸基团、核糖的数目分别为( )
A．n、3n、n B．2n、3n、0 C．2n、3n、n D．2n、2n、n
解析：1分子ATP中含有2个高能磷酸键，3个磷酸基团，1分子核糖，故n分子ATP中所含高能磷酸键、磷酸基团及核糖数目分别为2n、3n、n。
答案：C
11．下列四项中，哪项能正确表示运动员比赛时其肌细胞中ATP的变化(纵轴表示细胞中的ATP含量，横轴表示时间)( )
解析：比赛时首先要消耗ATP，但体内ATP含量很少，其能量供应有限，所以有减少趋势，利用后可由ADP迅速转化，随着ATP的再生，其含量又会进一步增加，故变化趋势为先降低，后升高，B正确。
答案：B
12．科学家发现某些蚜虫能合成类胡萝卜素，其体内的类胡萝卜素不仅能吸收光能，传递给负责能量生产的组织细胞，而且还决定蚜虫的体色。阳光下蚜虫的ATP生成量将会增加，黑暗时蚜虫的ATP生成量会下降。下列有关叙述正确的是( )
A．正常情况下蚜虫在黑暗中合成ATP时会伴随着O2的消耗
B．蚜虫合成ATP时所需能量仅仅来自呼吸作用
C．蚜虫做同一强度的运动时，阳光下和黑暗中的ATP消耗量不一样
D．蚜虫ATP生成量在阳光下比黑暗时多，说明其体内的ATP含量不稳定
解析：黑暗中蚜虫合成ATP的生理过程是呼吸作用，伴随着氧气的消耗，A正确；蚜虫合成ATP时需要的能量不仅来自光能，还来自呼吸作用释放的化学能，B错误；蚜虫做同一强度的运动时，消耗的ATP只来自于呼吸作用，故在阳光下和黑暗中的ATP消耗量相同，C错误；蚜虫ATP含量在阳光下比黑暗时多，但消耗也增加，处于动态平衡中，故体内的ATP含量处于稳定状态，D错误。
答案：A
13．ATP荧光仪是专门设计用于快速检测微生物数量的测试仪器，其工作原理是ATP的含量与活细胞的活性、种类和数量成一定的比例关系。ATP可以和虫荧光素作用而发出生物光，光的强度和微生物的数量成一定的比例关系，其反应式如下：
下列有关ATP及ATP荧光仪工作原理的叙述，错误的是( )
A．检测过程中ATP内的化学能转变成光能
B．荧光的强度能反映微生物的数量
C．ATP释放能量需要酶的参与
D．微生物体内ATP的产生都需要氧气的参与
解析：不同种类的微生物产生ATP的条件不同，厌氧微生物产生ATP就不需要氧气的参与，若有氧气存在，其代谢反而受到抑制，ATP的产生量会减少。
答案：D
14．ATP在细胞中能够释放能量和储存能量，从其化学结构看，原因是( )
①腺苷很容易吸收能量和释放能量 ②第三个高能磷酸键很容易断裂和再结合 ③第三个磷酸基团(远离腺苷的那个)很容易从ATP上脱离，使ATP转化为ADP，同时释放能量 ④ADP可以在酶的作用下迅速与一分子磷酸结合，吸收能量形成第二个高能磷酸键(远离腺苷的那个)，使ADP转变成ATP
A．①③ B．②④
C．③④ D．①④
解析：二磷酸腺苷很容易吸收能量和储存能量，并非腺苷，①错误；ATP的离腺苷较远的高能磷酸键易发生断裂和再形成，只含有2个高能磷酸键，②错误；离腺苷较远的高能磷酸键易发生断裂，从而形成ADP，同时释放能量，③正确；ADP可以在酶的作用下迅速与一分子磷酸结合，吸收能量形成第二个高能磷酸键，使ADP转变成ATP，④正确，故答案为C。
答案：C
15.如图为细胞中ATP与ADP相互转化示意图，下列相关叙述正确的是( )
A．过程①不需要酶的催化
B．过程②发生高能磷酸键的断裂
C．过程①不能发生在线粒体中
D．过程②不能发生在叶绿体中
解析：过程①表示合成ATP，需要ATP合成酶的催化；过程②表示ATP的水解，远离腺苷的高能磷酸键断裂；过程①主要发生在线粒体中；过程②可以发生在叶绿体的基质中。
答案：B
16．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
现象预测
结论
①发光现象随ATP浓度升高而增强
①荧光强度与ATP浓度________
②发光现象随ATP浓度升高而________
②荧光强度与ATP浓度________
③________________
③荧光强度与ATP浓度无关
(3)实验讨论
①最可能的实验结果是哪一个？________。
②萤火虫发光是________能转变成________能的过程。
解析：本题为探究性实验，为了探究萤火虫发光强度与ATP浓度关系，首先需要配制一系列不同浓度的ATP溶液，随后将等量的荧光器晒干后研制的粉末放入上述溶液中，观察不同浓度的ATP溶液中粉末发光情况，实验现象有三种可能：①随ATP浓度增大，发光现象增强；②随ATP浓度增大，发光现象减弱；③随ATP浓度增大，发光现象不变。实验最可能的结果是①，萤火虫发光过程是ATP中活跃化学能转变为光能的过程。
答案：
(1)②荧光器粉末 ③等量不同浓度的ATP溶液
(2)①成正比 ②减弱 成反比 ③在不同浓度的ATP溶液中发光现象没有差别
(3)①第①种结果 ②ATP中活跃的化学 光
【素养养成练】
17．[2019·丰台高一期末]腌制的腊肉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________(正比/反比)。
(2)“荧光素—荧光素酶生物发光法”中涉及的能量转换的形式是________能→________能。生物细胞中ATP的水解一般与________(吸能反应/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________(可以/不可以)恢复；Hg2＋处理后酶活性降低可能是因为
________________________________________________________________________。
解析：
(1)ATP是生命活动所需能量的直接来源。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)分析曲线图可知：用Mg2＋处理后，在较低荧光素酶浓度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＋处理后，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
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