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第08讲 酶和ATP（第二课时）
目录
01考情透视·目标导航 1
02知识导图·思维领航 2
03考点突破·考法探究 3
考点一 ATP的结构和功能 3
知识点1 ATP的结构 3
知识点2　ATP的功能 4
考向1 结合ATP的结构和功能，考查结构与功能观 5
考点二 ATP与ADP可以相互转化及ATP的利用 7
知识点1 ATP与ADP可以相互转化 7
知识点2 细包内产生与消耗ATP的生理过程（常考点） 8
知识点3 ATP的供能机制 9
知识点4 构建ATP产生量与O2供给量曲线模型 10
考向1 围绕ATP的转化和利用，考查物质与能量观 11
04真题练习·命题洞见 13
05长句分析·规范作答 16
一、教材知识链接 16
二、教材深挖拓展 16
三、长句规范作答 17
考点 由高考知核心知识点 预测
细包的能量“货币”ATP 考点一：ATP的结构和功能 （3年12考，全国卷3年0考） （2022·浙江）ATP的结构 （2021·海南）ATP的结构 （2023·天津）ATP的功能 （2022·江苏）ATP的功能 （2021·北京）ATP的功能 （2021·湖南）ATP的功能 题型：选择题 内容： （1）本专题知识难度较低、基础性强。常结合物质出入细包的方式、光合作用和呼吸作用综合等考查
考点二：ATP与ADP可以相互转化及ATP的利用 （3年6考，全国卷3年0考） （2022·浙江）吸能反应与放能反应 （2021·北京）ATP与ADP的相互转化 （2021·海南）ATP与ADP的相互转化
课标要求 1.解释ATP是驱动细包生命活动的直接能源物质。
新旧教材对比 增：①ATP供能机制及实例；②“～”特殊化学键不稳定的原因；③吸能反应与放能反应的实例。 改：①ATP中文名称，“～”代表特殊的化学键，不再说高能磷酸键；②能量“通货”改为能量“货币”。
考点一 ATP的结构和功能
知识点1 ATP的结构
1.ATP是一种高能磷酸化合物
（1）ATP的中文名称　腺苷三磷酸（ATP)。
（2）ATP的组成元素：C、H、O、N、P。
（3）ATP结构简式：A—P～P～P。
（4）A、T、P、～的含义：其中“A”表示腺苷，“T”表示三，“P”表示磷酸基团，“～”代表一种特殊的化学键(这种特殊的化学键不稳定)。
【归纳总结】辨析下列物质结构中“A”的含义
（5）ATP为什么不稳定：～代表特殊的化学键，两个相邻磷酸都带负电相互排斥等原因，使得这种化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP与其他分子结合的趋势，具有较高的转移势能。
（6）ATP是高能磷酸化合物的原因是：1molATP水解释放的能量高达30.54kJ，所以说ATP是一种高能磷酸化合物。
2.ATP是驱动细包生命活动的直接能源物质
问题1：如何设计实验探究ATP是驱动细包生命活动的直接能源物质？
【拓展延伸】探究生命活动的直接能源物质是ATP
（1）实验材料：萤火虫发光器干燥后研成粉末，蒸馏水，葡萄糖，脂肪，ATP制剂等。
（2）实验原理：
（3）实验变量：
①自变量：添加的物质（葡萄糖/脂肪/？）
②因变量：是否发光
③无关变量：温度等
（4）实验过程：发光器粉末加入试管暗处理15分钟→ 加试剂→黑暗条件下观察
（5）实验结论：ATP是驱动细包活动的直接能源物质。
知识点2　ATP的功能
1.ATP的功能
问题2：ATP是唯一的直接能源物质吗？
【拓展延伸】NTP与dNTP
注意：NTP与dNTP 均是高能磷酸化合物，可用作 RNA 或 DNA 的合成原料，合成过程中会脱去两个磷酸基团，并释放出大量的能量。
2.应用：ATP荧光检测仪
ATP荧光检测仪基于萤火虫发光原理(P89)，利用“荧光素酶—荧光素体系”快速检测三磷酸腺苷（ATP）。由于所有生物活细包中含有恒量的ATP，所以ATP含量可以清晰地表明样品中(食品、药品、水体等)微生物与其他生物残余的多少，用于判断卫生状况。
荧光强度越强→ATP含量越多→微生物数量越多
考向1 结合ATP的结构和功能，考查结构与功能观
例1．如图是ATP的结构简式，图中①②表示一种特殊的化学键。下列相关叙述错误的是(　　)
A.②断裂后的产物可直接与Pi结合形成ATP
B.①断裂后的产物可作为合成RNA的原料
C.细包中的高能磷酸化合物不止ATP一种
D.ATP和ADP相互转化的能量供应机制体现了生物界的统一性
【答案】　A
【解析】　②断裂后的产物是ADP，ADP在有关酶的作用下，可以接受能量与一个游离的Pi结合形成ATP，A正确；①断裂后的产物是腺嘌呤核糖核苷酸，是构成RNA的基本组成单位之一，B正确；根据ATP的结构简式可以推测细包中可能还会有GTP、CTP、UTP等高能磷酸化合物，C正确；ATP与ADP相互转化的能量供应机制，在所有生物的细包内都是一样的，这体现了生物界的统一性，D错误。
【变式训练】1.生物体内的高能磷酸化合物有多种，它们在人体合成代谢中有一定差异，如表所示。下列相关叙述最为准确的是(　　)
高能磷酸化合物 ATP GTP UTP CTP
主要用途 能量“货币” 蛋白质合成 糖原合成 脂肪和磷脂的合成
A.GTP脱去两个磷酸基团是DNA的合成的原料之一
B.UTP除了用于糖原合成，还可作为转录的原料
C.无光情况下，叶肉细包内合成ATP的场所是线粒体
D.在糖原、脂肪和磷脂的合成过程中，消耗的能量均不能来自ATP
【答案】　B
【解析】　GTP脱去两个磷酸基团后，可得到鸟嘌呤核糖核苷酸，是组成RNA的基本单位之一，A不符合题意；由表可知，UTP可用于糖原合成，其脱去两个磷酸基团后可得到尿嘧啶核糖核苷酸，可作为合成RNA的原料，因而可作为转录的原料，B符合题意；无光情况下，叶肉细包不能进行光合作用，此时叶肉细包只能通过细包呼吸合成ATP，场所是线粒体和细包质基质，C不符合题意；ATP作为能量“货币”，在糖原、脂肪和磷脂的合成过程中，消耗的能量可来自ATP，D不符合题意。
【变式训练】2.ATP是细包的能量“通货”，关于ATP的叙述错误的是(　　)
A．含有C、H、O、N、P
B．必须在有氧条件下合成
C．胞内合成需要酶的催化
D．可直接为细包提供能量
【答案】　B
【解析】　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，可直接为细包提供能量，D错误。
【变式训练】3.下列关于ATP分子的叙述，正确的是(　　)
A．A表示腺嘌呤，P表示磷酸基团
B．ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素
C．1 mol ATP水解，释放出30.54 kJ的能量来自两个特殊化学键的断裂
D．T表示胸腺嘧啶，因而ATP的结构与核苷酸很相似
【答案】　B
【解析】　ATP分子的结构简式为A—P～P～P，其中的A代表腺苷，由核糖和腺嘌呤组成，P代表磷酸基团，～代表一种特殊的化学键，T表示三个(磷酸基团)，可见，ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素，A、D错误，B正确；1 mol ATP水解释放出30.54 kJ的能量来自远离“腺苷”的那个特殊化学键的断裂，C错误。
考点二 ATP与ADP可以相互转化及ATP的利用
知识点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。
注意：不是可逆反应，物质可逆，但所需的酶、场所、能量的来源是不同的。
3.放能反应与吸能反应：
（1）吸能反应总是与___ATP的水解__相联系，由ATP水解提供能量；
放能反应总是与___ATP的合成__相联系，释放的能量贮存在ATP中。
（2）能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。
糖类、脂肪等有机物储存有大量的能量，但不能被直接利用→（释放储存）ATP储存的能量相对较少，但能被直接利用。
结论：ATP是细包的能量“货币”。
【教材隐性知识】
(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：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)源于必修1 P89“拓展应用”：在植物、动物、细菌和真菌的细包内，都是以ATP作为能量“货币”的，由此说明：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。
【归纳总结】ATP与ADP可以相互转化相关知识
（1）ATP与ADP相互转化不可逆：ATP与ADP的相互转化，从物质方面来看是可逆的，从酶、进行的场所、能量方面来看是不可逆的。
（2）ATP是与能量有关的一种物质，不可等同于能量：ATP是一种高能磷酸化合物，高能磷酸键水解时能够释放出高达30.54 kJ/mol 的能量。
（3）ATP转化为ADP消耗水：ATP转化为ADP又称为“ATP的水解反应”，这一过程需ATP水解酶的催化，同时也需要消耗水。蛋白质、脂肪、淀粉等的水解也都需要消耗水。
（4）ATP并不是细包内唯一的高能化合物，高能化合物在生物体内有很多种，如存在于各种生物体细包内的UTP、GTP、CTP及动物体内的磷酸肌酸。
（5）细包中ATP和ADP的相互转化的能量供应机制，是生物界的共性。
知识点2 细包内产生与消耗ATP的生理过程（常考点）
【归纳总结】总结细包内产生与消耗ATP的生理过程
转化场所 常见的生理过程
细包膜 消耗ATP：主动运输、胞吞、胞吐
细包质基质 产生ATP：细包呼吸第一阶段； 消耗ATP：一些需能反应
叶绿体 产生ATP：光反应； 消耗ATP：暗反应和自身DNA复制、转录和蛋白质合成等
线粒体 产生ATP：有氧呼吸第二、三阶段； 消耗ATP：自身DNA复制、转录，蛋白质合成等
核糖体 消耗ATP：蛋白质的合成
细包核 消耗ATP：DNA复制、转录等
知识点3 ATP的供能机制
1.ATP为主动运输提供能量的过程
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，其酶活性就被激活了。
在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，这一过程伴随着能量的转移，这就是载体蛋白的磷酸化。
载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2＋的结合位点转向膜外侧，将Ca2＋释放到膜外。
2.ATP供能机制
ATP水解释放磷酸基团→蛋白质等分子磷酸化→分子空间结构改变，活性也被改变→参与各种化学反应。
【名师点拨】ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通的模型图。
知识点4 构建ATP产生量与O2供给量曲线模型
（1）甲图：
①A点：表示在无氧条件下，细包可通过无氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。
②AB段：表示随O2供给量的增多，有氧呼吸明显增强,通过有氧呼吸分解有机物释放的能量增多，ATP的产生量随之增加。
③BC段：表示O2供给量超过一定范围后，ATP的产生量不再增加，此时的限制因素可能是酶ATP、磷酸等。
（2）乙图：可表示哺乳动物的成熟红细包中的ATP来自无氧呼吸与O2供给量无关。
【易错辨析】
1．ATP是驱动细包生命活动的唯一的直接能源物质。(必修1 P86正文)(　× 　)
提示：ATP并不是细包内唯一的高能化合物，高能化合物在生物体内有很多种
2．ATP由腺苷、核糖和三分子磷酸组成。(必修1 P86相关信息)(　× 　)
提示：ATP由腺嘌呤、核糖和磷酸组成，是构成RNA的基本单位之一
3．ATP含有3个特殊化学键，但是只有一个特殊化学键会发生断裂。(必修1 P86正文) (　 × 　)
提示：ATP含有2个特殊化学键
4．植物细包可以通过光合作用和细包呼吸形成ATP，而动物细包只能通过细包呼吸形成ATP。(必修1 P87图5 5)(　√　)
5．ATP水解释放的能量可用于细包内的放能反应。(必修1 P89正文)(　 × 　)
提示：吸能反应
考向1 围绕ATP的转化和利用，考查物质与能量观
例1．蛋白质的磷酸化与去磷酸化被比喻为一种“分子开关”，分子开关的机理如图所示。下列有关分子开关的说法，错误的是(　　)
A.剧烈运动过程中分子开关的频率远高于静息状态
B.“分子开关”的磷酸化与去磷酸化过程属于可逆反应
C.蛋白质的磷酸化是翻译后的修饰
D.细包膜上存在蛋白质的磷酸化与去磷酸化
【答案】　B
【解析】　剧烈运动过程中，细包代谢加快，需要的有活性蛋白增多，推测分子开关频率更高，A正确；蛋白质的磷酸化和去磷酸化所需要的酶分别为蛋白激酶和蛋白磷酸酶，不属于可逆反应，B错误；蛋白质磷酸化使无活性蛋白转变为有活性蛋白，属于翻译后的修饰，C正确；细包膜上行使主动运输功能的载体蛋白存在蛋白质的磷酸化和去磷酸化，D错误。
【变式训练】1.如图所示为ATP合成酶结构及其作用机制。H＋沿着线粒体内膜上ATP合成酶内部的通道流回线粒体基质，推动ATP的合成。某些减肥药物能够增加线粒体内膜对H＋的通透性，降低H＋膜内外浓度差。下列相关叙述正确的是(　　)
A.ATP合成酶还存在于叶绿体内膜和叶绿体类囊体薄膜
B.图中合成ATP的能量来自H＋浓度差产生的势能
C.图中产生的ATP可用于一切生命活动
D.减肥药物会加快ATP的产生，有利于健康
【答案】　B
【解析】　线粒体内膜和叶绿体类囊体薄膜上都存在ATP合成酶，但叶绿体内膜上不存在ATP合成酶，A正确；由图可知，合成ATP的能量来自H＋浓度差产生的势能，B正确；光合作用暗反应阶段需要的ATP来自光反应阶段(叶绿体类囊体薄膜产生的)而非来自线粒体，C错误；减肥药物能够增加线粒体内膜对H＋的通透性，降低H＋膜内外的浓度差，减慢ATP的产生，不利于健康，D错误。
【思维建模】
(1)ATP的来源和去向小结
(2)磷酸化和去磷酸化
在相应的位置上，加上磷酸基团称为磷酸化，将磷酸基团去除称为去磷酸化。腺苷二磷酸加上磷酸基团发生在叶绿体内，称光合磷酸化；腺苷二磷酸加上磷酸基团发生在线粒体内，称氧化磷酸化。这两种磷酸化过程中，都伴随着能量向ATP的转移。若蛋白质分子加上磷酸基团，称蛋白质分子的磷酸化，已磷酸化的蛋白质分子去除磷酸基团，称蛋白质分子的去磷酸化。磷酸化和去磷酸化，一般指的是蛋白质分子的磷酸化和去磷酸化。
蛋白质分子的磷酸化过程，往往伴随着ATP水解，提供磷酸基团。　
【变式训练】2.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C3
C．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
【答案】　D
【解析】　根据题图分析可知，M指的是腺嘌呤、N为核糖，A正确；如果ATP来自光反应，则这部分ATP只能用于暗反应中还原C3，固定CO2不需要消耗能量，B错误；ATP的合成和分解均需要酶的催化，C错误；食物中稳定的化学能转化成ATP中活跃的化学能，需通过呼吸作用来完成，D错误。
【变式训练】3.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可以产生于细包质基质、线粒体
D．蓝细菌有可能存在c类型的主动运输
【答案】　B
【解析】　由于图中P侧有糖蛋白，所以属于膜外侧的是P侧，A正确；X物质运输是顺浓度梯度，属于协助扩散，Y物质是由低浓度向高浓度一侧运输，应属于主动运输，Y与X通过同一个载体运输，可知Y转运所需的能量来源于X通过载体蛋白顺浓度梯度运输产生的势能，B错误；b方式是消耗ATP的主动运输，消耗的ATP来自呼吸作用，而呼吸作用发生的场所是细包质基质和线粒体，C正确；蓝细菌含有叶绿素和藻蓝素，可以进行光合作用，有可能存在c类型的主动运输，D错误。
1.（2021·海南·高考真题）研究人员将32P标记的磷酸注入活的离体肝细包，1~2min后迅速分离得到细包内的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，细包内全部ADP都转化成ATP
B．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包核内
【答案】B
【分析】ATP又叫三磷酸腺苷，简称为ATP，其结构式是：A-P～P～P，A-表示腺苷、T-表示三个、P-表示磷酸基团，“～”表示高能磷酸键。
【详解】A、根据题意可知：该实验不能说明细包内全部ADP都转化成ATP，A正确；
B、根据题干信息“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。”说明：32P标记的ATP水解产生的腺苷没有放射性，B正确；
C、根据题干信息“放射性几乎只出现在ATP的末端磷酸基团”可知，32P在ATP的3个磷酸基团中出现的概率不同，C错误；
D、该实验不能说明转化主要发生在细包核内，D错误。
故选B。
2.（2021·湖南·高考真题）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，参与细包信号传递，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，不影响细包信号传递
C．作为能量“通货”的ATP能参与细包信号传递
D．蛋白质磷酸化和去磷酸化反应受温度的影响
【答案】B
【分析】分析图形，在信号的刺激下，蛋白激酶催化ATP将蛋白质磷酸化，形成ADP和磷酸化的蛋白质，使蛋白质的空间结构发生改变；而蛋白磷酸酶又能催化磷酸化的蛋白质上的磷酸基团脱落，形成去磷酸化的蛋白质，从而使蛋白质空间结构的恢复。
【详解】A、通过蛋白质磷酸化和去磷酸化改变蛋白质的空间结构，进而来实现细包信号的传递，体现出蛋白质结构与功能相适应的观点，A正确；
B、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，进而影响细包信号的传递，B错误；
C、根据题干信息：进行细包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，从而参与细包信号传递，C正确；
D、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错误。
故选B。
【题后悟道·归纳】
(1)细包中ATP含量很少，ATP与ADP转化非常迅速及时。无论是饱食还是饥饿，ATP与ADP含量都保持动态平衡。(2)吸能反应一般与ATP的水解反应相联系，需要ATP水解提供能量；放能反应一般与ATP的合成相联系，释放的能量储存于ATP中。
(3)动态平衡：细包中的ATP与ADP的转化总是处于动态平衡中的，由于ADP、Pi等可重复利用，只要提供能量，生物体就可不断合成ATP、满足生物体的需要。
胞质基质会出现标记的NADH，B正确；
C、结合题图，食物中缺乏NAM时，组织细包仍可用NA合成NAD+，C正确；
D、肠道中的厌氧菌合成ATP所需的能量主要来自于细包呼吸（无氧呼吸），D错误。
故选A。
5.（2023·天津·高考真题）衣原体是一类原核寄生生物，缺乏细包呼吸相关酶，不能产生自身生命活动所需能量，因此需从寄主吸收（ ）
A．葡萄糖 B．糖原 C．淀粉 D．ATP
【答案】A
【分析】ATP来源于光合作用和呼吸作用，是生物体内直接的能源物质。
【详解】细包生命活动所需的能量主要是由细包呼吸提供的，衣原体缺乏细包呼吸所需的酶，不能进行细包呼吸，缺乏能量，ATP是直接的能源物质，因此衣原体需要从宿主细包体内摄取的物质是ATP，D错误，ABC错误。
故选A。
一、教材知识链接
1.ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写。ATP分子的结构可以简写成A—P～P～P，其中A代表腺苷，由一分子的腺嘌呤和一分子核糖组成，P代表磷酸基团，～代表一种特殊的化学键，A—P可代表腺嘌呤核糖核苷酸。(P86)
2.对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，产生ATP的生理过程是呼吸作用，场所是细包质基质和线粒体；对于绿色植物来说，产生ATP的生理作用是呼吸作用和光合作用，场所是细包质基质、线粒体和叶绿体。(P87)
3.ATP在细包中含量少，转化迅速，含量处于动态平衡。(P87)
4.细包内的化学反应有些是需要吸收能量的，有些是释放能量的。吸能反应一般与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量；放能反应一般与ATP合成相联系，释放的能量储存在ATP中。(P89)
二、教材深挖拓展
1.(教材必修1 P89)如果把糖类和脂肪比作大额支票，ATP相当于现金，这种比喻有道理的原因是:
提示：糖类和脂肪分子中的能量很多而且很稳定，不能被细包直接利用。这些稳定的化学能只有转化成ATP分子中活跃的化学能，才能被细包直接利用。
2. (教材必修1 P89“文字信息”)萤火虫尾部的发光细包中含有 荧光素和荧光素酶 ，其中荧光素是其特有的发光物质。荧光素接受 ATP 提供的能量后就被激活。在荧光素酶的催化作用下，激活的荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素并且发出荧光，此过程发生的能量转换为 ATP中的化学能转变为光能 。
三、长句规范作答
1.(科学思维)ATP中含有3个磷酸基团，磷酸基团带有负电荷。请从电荷间的相互作用角度解释ATP分子中远离腺苷的那个特殊化学键容易水解的原因。
提示：由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得磷酸键这种化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，因而远离腺苷的那个特殊化学键容易水解。
2．(科学思维)植物、动物、细菌和真菌的细包内，都以ATP作为能量“通货”，这说明了什么？
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.（科学探究）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，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：
提示：ATP与ADP时刻不停地发生快速相互转化，并且处于动态平衡。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)第08讲 酶和ATP（第二课时）
目录
01考情透视·目标导航 1
02知识导图·思维领航 2
03考点突破·考法探究 3
考点一 ATP的结构和功能 3
知识点1 ATP的结构 3
知识点2　ATP的功能 4
考向1 结合ATP的结构和功能，考查结构与功能观 5
考点二 ATP与ADP可以相互转化及ATP的利用 6
知识点1 ATP与ADP可以相互转化 6
知识点2 细包内产生与消耗ATP的生理过程（常考点） 8
知识点3 ATP的供能机制 8
知识点4 构建ATP产生量与O2供给量曲线模型 9
考向1 围绕ATP的转化和利用，考查物质与能量观 10
04真题练习·命题洞见 11
05长句分析·规范作答 13
一、教材知识链接 13
二、教材深挖拓展 13
三、长句规范作答 13
考点 由高考知核心知识点 预测
细包的能量“货币”ATP 考点一：ATP的结构和功能 （3年12考，全国卷3年0考） （2022·浙江）ATP的结构 （2021·海南）ATP的结构 （2023·天津）ATP的功能 （2022·江苏）ATP的功能 （2021·北京）ATP的功能 （2021·湖南）ATP的功能 题型：选择题 内容： （1）本专题知识难度较低、基础性强。常结合物质出入细包的方式、光合作用和呼吸作用综合等考查
考点二：ATP与ADP可以相互转化及ATP的利用 （3年6考，全国卷3年0考） （2022·浙江）吸能反应与放能反应 （2021·北京）ATP与ADP的相互转化 （2021·海南）ATP与ADP的相互转化
课标要求 1.解释ATP是驱动细包生命活动的直接能源物质。
新旧教材对比 增：①ATP供能机制及实例；②“～”特殊化学键不稳定的原因；③吸能反应与放能反应的实例。 改：①ATP中文名称，“～”代表特殊的化学键，不再说高能磷酸键；②能量“通货”改为能量“货币”。
考点一 ATP的结构和功能
知识点1 ATP的结构
1.ATP是一种高能磷酸化合物
（1）ATP的中文名称　腺苷三磷酸（ATP)。
（2）ATP的组成元素：C、H、O、N、P。
（3）ATP结构简式：A—P～P～P。
（4）A、T、P、～的含义：其中“A”表示腺苷，“T”表示三，“P”表示磷酸基团，“～”代表一种特殊的化学键(这种特殊的化学键不稳定)。
【归纳总结】辨析下列物质结构中“A”的含义
（5）ATP为什么不稳定：～代表特殊的化学键，两个相邻磷酸都带负电相互排斥等原因，使得这种化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP与其他分子结合的趋势，具有较高的转移势能。
（6）ATP是高能磷酸化合物的原因是：1molATP水解释放的能量高达30.54kJ，所以说ATP是一种高能磷酸化合物。
2.ATP是驱动细包生命活动的直接能源物质
问题1：如何设计实验探究ATP是驱动细包生命活动的直接能源物质？
【拓展延伸】探究生命活动的直接能源物质是ATP
（1）实验材料：萤火虫发光器干燥后研成粉末，蒸馏水，葡萄糖，脂肪，ATP制剂等。
（2）实验原理：
（3）实验变量：
①自变量：添加的物质（葡萄糖/脂肪/？）
②因变量：是否发光
③无关变量：温度等
（4）实验过程：发光器粉末加入试管暗处理15分钟→ 加试剂→黑暗条件下观察
（5）实验结论：ATP是驱动细包活动的直接能源物质。
知识点2　ATP的功能
1.ATP的功能
问题2：ATP是唯一的直接能源物质吗？
【拓展延伸】NTP与dNTP
注意：NTP与dNTP 均是高能磷酸化合物，可用作 RNA 或 DNA 的合成原料，合成过程中会脱去两个磷酸基团，并释放出大量的能量。
2.应用：ATP荧光检测仪
ATP荧光检测仪基于萤火虫发光原理(P89)，利用“荧光素酶—荧光素体系”快速检测三磷酸腺苷（ATP）。由于所有生物活细包中含有恒量的ATP，所以ATP含量可以清晰地表明样品中(食品、药品、水体等)微生物与其他生物残余的多少，用于判断卫生状况。
荧光强度越强→ATP含量越多→微生物数量越多
考向1 结合ATP的结构和功能，考查结构与功能观
例1．如图是ATP的结构简式，图中①②表示一种特殊的化学键。下列相关叙述错误的是(　　)
A.②断裂后的产物可直接与Pi结合形成ATP
B.①断裂后的产物可作为合成RNA的原料
C.细包中的高能磷酸化合物不止ATP一种
D.ATP和ADP相互转化的能量供应机制体现了生物界的统一性
【变式训练】1.生物体内的高能磷酸化合物有多种，它们在人体合成代谢中有一定差异，如表所示。下列相关叙述最为准确的是(　　)
高能磷酸化合物 ATP GTP UTP CTP
主要用途 能量“货币” 蛋白质合成 糖原合成 脂肪和磷脂的合成
A.GTP脱去两个磷酸基团是DNA的合成的原料之一
B.UTP除了用于糖原合成，还可作为转录的原料
C.无光情况下，叶肉细包内合成ATP的场所是线粒体
D.在糖原、脂肪和磷脂的合成过程中，消耗的能量均不能来自ATP
【变式训练】2.ATP是细包的能量“通货”，关于ATP的叙述错误的是(　　)
A．含有C、H、O、N、P
B．必须在有氧条件下合成
C．胞内合成需要酶的催化
D．可直接为细包提供能量
【变式训练】3.下列关于ATP分子的叙述，正确的是(　　)
A．A表示腺嘌呤，P表示磷酸基团
B．ATP分子中含有C、H、O、N、P五种元素
C．1 mol ATP水解，释放出30.54 kJ的能量来自两个特殊化学键的断裂
D．T表示胸腺嘧啶，因而ATP的结构与核苷酸很相似
考点二 ATP与ADP可以相互转化及ATP的利用
知识点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。
注意：不是可逆反应，物质可逆，但所需的酶、场所、能量的来源是不同的。
3.放能反应与吸能反应：
（1）吸能反应总是与___ATP的水解__相联系，由ATP水解提供能量；
放能反应总是与___ATP的合成__相联系，释放的能量贮存在ATP中。
（2）能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。
糖类、脂肪等有机物储存有大量的能量，但不能被直接利用→（释放储存）ATP储存的能量相对较少，但能被直接利用。
结论：ATP是细包的能量“货币”。
【教材隐性知识】
(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：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)源于必修1 P89“拓展应用”：在植物、动物、细菌和真菌的细包内，都是以ATP作为能量“货币”的，由此说明：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。
【归纳总结】ATP与ADP可以相互转化相关知识
（1）ATP与ADP相互转化不可逆：ATP与ADP的相互转化，从物质方面来看是可逆的，从酶、进行的场所、能量方面来看是不可逆的。
（2）ATP是与能量有关的一种物质，不可等同于能量：ATP是一种高能磷酸化合物，高能磷酸键水解时能够释放出高达30.54 kJ/mol 的能量。
（3）ATP转化为ADP消耗水：ATP转化为ADP又称为“ATP的水解反应”，这一过程需ATP水解酶的催化，同时也需要消耗水。蛋白质、脂肪、淀粉等的水解也都需要消耗水。
（4）ATP并不是细包内唯一的高能化合物，高能化合物在生物体内有很多种，如存在于各种生物体细包内的UTP、GTP、CTP及动物体内的磷酸肌酸。
（5）细包中ATP和ADP的相互转化的能量供应机制，是生物界的共性。
知识点2 细包内产生与消耗ATP的生理过程（常考点）
【归纳总结】总结细包内产生与消耗ATP的生理过程
转化场所 常见的生理过程
细包膜 消耗ATP：主动运输、胞吞、胞吐
细包质基质 产生ATP：细包呼吸第一阶段； 消耗ATP：一些需能反应
叶绿体 产生ATP：光反应； 消耗ATP：暗反应和自身DNA复制、转录和蛋白质合成等
线粒体 产生ATP：有氧呼吸第二、三阶段； 消耗ATP：自身DNA复制、转录，蛋白质合成等
核糖体 消耗ATP：蛋白质的合成
细包核 消耗ATP：DNA复制、转录等
知识点3 ATP的供能机制
1.ATP为主动运输提供能量的过程
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，其酶活性就被激活了。
在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，这一过程伴随着能量的转移，这就是载体蛋白的磷酸化。
载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2＋的结合位点转向膜外侧，将Ca2＋释放到膜外。
2.ATP供能机制
ATP水解释放磷酸基团→蛋白质等分子磷酸化→分子空间结构改变，活性也被改变→参与各种化学反应。
【名师点拨】ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通的模型图。
知识点4 构建ATP产生量与O2供给量曲线模型
（1）甲图：
①A点：表示在无氧条件下，细包可通过无氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。
②AB段：表示随O2供给量的增多，有氧呼吸明显增强,通过有氧呼吸分解有机物释放的能量增多，ATP的产生量随之增加。
③BC段：表示O2供给量超过一定范围后，ATP的产生量不再增加，此时的限制因素可能是酶ATP、磷酸等。
（2）乙图：可表示哺乳动物的成熟红细包中的ATP来自无氧呼吸与O2供给量无关。
【易错辨析】
1．ATP是驱动细包生命活动的唯一的直接能源物质。(必修1 P86正文)(　 　)
2．ATP由腺苷、核糖和三分子磷酸组成。(必修1 P86相关信息)(　 　)
3．ATP含有3个特殊化学键，但是只有一个特殊化学键会发生断裂。(必修1 P86正文) (　 　)
4．植物细包可以通过光合作用和细包呼吸形成ATP，而动物细包只能通过细包呼吸形成ATP。(必修1 P87图5 5)(　　)
5．ATP水解释放的能量可用于细包内的放能反应。(必修1 P89正文)(　 　)
考向1 围绕ATP的转化和利用，考查物质与能量观
例1．蛋白质的磷酸化与去磷酸化被比喻为一种“分子开关”，分子开关的机理如图所示。下列有关分子开关的说法，错误的是(　　)
A.剧烈运动过程中分子开关的频率远高于静息状态
B.“分子开关”的磷酸化与去磷酸化过程属于可逆反应
C.蛋白质的磷酸化是翻译后的修饰
D.细包膜上存在蛋白质的磷酸化与去磷酸化
【变式训练】1.如图所示为ATP合成酶结构及其作用机制。H＋沿着线粒体内膜上ATP合成酶内部的通道流回线粒体基质，推动ATP的合成。某些减肥药物能够增加线粒体内膜对H＋的通透性，降低H＋膜内外浓度差。下列相关叙述正确的是(　　)
A.ATP合成酶还存在于叶绿体内膜和叶绿体类囊体薄膜
B.图中合成ATP的能量来自H＋浓度差产生的势能
D．ATP与ADP相互转化速度快，且转化主要发生在细包核内
2.（2021·湖南·高考真题）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，参与细包信号传递，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，不影响细包信号传递
C．作为能量“通货”的ATP能参与细包信号传递
D．蛋白质磷酸化和去磷酸化反应受温度的影响
3.（2021·北京·高考真题）ATP是细包的能量“通货”，关于ATP的叙述错误的是（　　）
A．含有C、H、O、N、P
B．必须在有氧条件下合成
C．胞内合成需要酶的催化
D．可直接为细包提供能量
4.（2023·重庆·高考真题）哺乳动物可利用食物中的NAM或NA合成NAD+，进而转化为NADH（[H]）。研究者以小鼠为模型，探究了哺乳动物与肠道菌群之间NAD+代谢的关系，如图所示。下列叙述错误的是（ ）
A．静脉注射标记的NA，肠腔内会出现标记的NAM
B．静脉注射标记的NAM，细包质基质会出现标记的NADH
C．食物中缺乏NAM时，组织细包仍可用NAM合成NAD+
D．肠道中的厌氧菌合成ATP所需的能量主要来自于NADH
5.（2023·天津·高考真题）衣原体是一类原核寄生生物，缺乏细包呼吸相关酶，不能产生自身生命活动所需能量，因此需从寄主吸收（ ）
一、教材知识链接
1.ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写。ATP分子的结构可以简写成A—P～P～P，其中A代表腺苷，由一分子的腺嘌呤和一分子核糖组成，P代表磷酸基团，～代表一种特殊的化学键，A—P可代表腺嘌呤核糖核苷酸。(P86)
2.对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，产生ATP的生理过程是呼吸作用，场所是细包质基质和线粒体；对于绿色植物来说，产生ATP的生理作用是呼吸作用和光合作用，场所是细包质基质、线粒体和叶绿体。(P87)
3.ATP在细包中含量少，转化迅速，含量处于动态平衡。(P87)
4.细包内的化学反应有些是需要吸收能量的，有些是释放能量的。吸能反应一般与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量；放能反应一般与ATP合成相联系，释放的能量储存在ATP中。(P89)
二、教材深挖拓展
1.(教材必修1 P89)如果把糖类和脂肪比作大额支票，ATP相当于现金，这种比喻有道理的原因是:
2. (教材必修1 P89“文字信息”)萤火虫尾部的发光细包中含有 荧光素和荧光素酶 ，其中荧光素是其特有的发光物质。荧光素接受 ATP 提供的能量后就被激活。在荧光素酶的催化作用下，激活的荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素并且发出荧光，此过程发生的能量转换为 ATP中的化学能转变为光能 。
三、长句规范作答
1.(科学思维)ATP中含有3个磷酸基团，磷酸基团带有负电荷。请从电荷间的相互作用角度解释ATP分子中远离腺苷的那个特殊化学键容易水解的原因。
2．(科学思维)植物、动物、细菌和真菌的细包内，都以ATP作为能量“通货”，这说明了什么？
3.（科学探究）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，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：
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