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细胞的能量“货币”ATP
第14讲
一轮复习
知识点26：ATP的结构
1.ATP的中文名称
腺苷三磷酸
腺苷
三
磷酸
2.ATP的结构简式
A-P~P~P
tri
phosphate
ATP
A
T
P
adenosine
A
A表示：___________
P表示：___________
~表示：___________
腺苷
磷酸基团
特殊化学键
（磷酸酐键）
3.ATP的结构
腺嘌呤
核糖
α
β
γ
特殊
化学键
特殊
化学键
磷酯键
腺苷
2.ATP的结构简式
A-P~P~P
A表示：________
P表示：________
~表示：________
腺苷
磷酸基团
特殊化学键
（磷酸酐键）
腺苷一磷酸(AMP)
腺苷二磷酸(ADP)
腺苷三磷酸(ATP)
H
腺嘌呤
核糖
H
H
腺嘌呤
脱氧核糖
腺苷
脱氧腺苷
腺苷 与 脱氧腺苷
腺嘌呤
核糖
α
β
γ
特殊
化学键
特殊
化学键
磷酯键
腺苷
4.ATP与RNA的关系
腺苷一磷酸(AMP)
腺嘌呤核糖核苷酸
RNA的基本单位之一
ATP去掉两个磷酸基团，为RNA的基本单位之一
＝
ATP可作为合成RNA的原料
5. ATP是一种高能磷酸化合物
两个相邻磷酸基团都带负电荷而相互排斥
特殊化学键不稳定
导致
末端磷酸基团有一种离开ATP与其他分子结合的趋势
导致
具有较高的转移势能
导致
脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。
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。
6. ATP为吸能反应供能
脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。
B + ATP
B-P
+ ADP
B-P + C
D(B-C)
+ Pi
例1：B+C→D（吸能反应）
ADP +Pi
ATP供能过程一般分两步。
第一步：
第二步：
B+C
D
ATP
载体 + ATP
载体-P
+ ADP
例2：主动运输
第一步：
第二步：
由于载体被磷酸化，空间结构改变，
实现物质的逆浓度转运。
载体-P
载体
+ Pi
由于载体去磷酸化，空间结构恢复。
ATP
P
P
ADP
Pi
H2O
ATP
ADP
Pi
肌动蛋白丝
肌球蛋白头部
肌丝滑行
第一步
例3：肌肉收缩
肌球蛋白-ATP
Pi-肌球蛋白-ADP
第二步
Pi-肌球蛋白-ADP
肌球蛋白-ATP
ATP结合并水解,肌球蛋白与ADP和Pi结合构象改变
ADP与Pi释放肌球蛋白构象恢复，肌动蛋白丝相对移动
各种有关“A”代表的含义
A
C
C
G
T
T
G
G
C
A
A
C
C
G
U
A
P
P
P
H
A
OH
A
A
C
G
A
P
P
P
①
②
④
⑤
⑥
③
⑦
①: 腺苷
②: 腺嘌呤脱氧核苷酸
③: 腺嘌呤核糖核苷酸
⑤: 腺嘌呤核糖核苷酸
⑦: 腺嘌呤核糖核苷酸
⑥: 腺嘌呤
④: 腺苷
知识点27：ATP的功能
1.ATP的功能
ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
实验探究：萤火虫发光的研究历程
切取萤火虫的尾部
尾部
提取液
发出短暂荧光
恢复发光现象
添加新的煮沸过的 萤火虫尾部提取物
充分研磨
萤火虫发光是一种萤光物质在某种酶催化下的氧化过程。
将这种萤光物质和酶分别命名为萤光素和萤光素酶。
推断
荧光素
O2
氧化的荧光素(发光)
+
萤光素酶
切取萤火虫的尾部
尾部
提取液
发出短暂荧光
恢复发光现象
添加新的煮沸过的 萤火虫尾部提取物
充分研磨
萤火虫发光是一种萤光物质在某种酶催化下的氧化过程。
将这种萤光物质和酶分别命名为萤光素和萤光素酶。
推断
荧光素
O2
氧化的荧光素(发光)
+
萤光素酶
添加新的煮沸过的萤火虫尾部提取物使提取液重新发光的原因是什么？
提取液中的荧光素耗尽，添加新的提取物中含有荧光素，可使提取液重新发光。煮沸使蛋白质变性失活，能够排除蛋白质的干扰，证明荧光素的化学本质不是蛋白质。
实验探究：萤火虫发光的研究历程
提取出含有萤光素的粗提物
提取出含有萤光素酶的粗提物
混合
没有萤光产生
加入少量 ATP
立即产生了明亮的萤光
加入等量葡糖糖
仍然没有
萤光产生
推断
ATP是萤火虫发光的直接能源物质。
荧光素
O2
氧化的荧光素(发光)
+
萤光素酶
ATP
实验探究：萤火虫发光的研究历程
含有萤光素和萤光素酶的 5mL总反应体系中（pH 为 8.0），分别加入 0.06μmol/L 和 0.1μmol/L 的 ATP，并连续记录不同发光时间萤光总量，实验结果如下图所示。
实验探究：萤火虫发光的研究历程
0
25
50
75
100
125
150
10
20
加入ATP的量/μg
荧光持续时间(min)
0
5
10
15
20
25
10
20
30
40
50
60
70
发光时间/min
荧光总量相对值
加0.1μmol/L 的ATP
加0.06μmol/L 的ATP
萤火虫尾部发光器能发光的机理如图所示，ATP快速荧光检测仪中含有荧光素、荧光索酶等物质，用来快速检测食品表面的微生物，下列说法正确的是( )
A.ATP是细胞中的能量货币，细胞中储存大量ATP为生命活动供能
B.ATP快速荧光检测仪只能检测是否看微生物残留，不能检测数量
C.ATP快速荧光检测仪既可以检测残留的需氧型微生物，也可以检测厌氧型微生物
D.荧光素酶可以催化荧光素转化为荧光素酰腺苷酸
荧光素酰腺苷酸
荧光素
氧合荧光素
荧光素酶
O2
CO2 + AMP
光
ATP
PPi
C
2. ATP供能的机制
ATP与ADP可以相互转化
P
P
P
P
P
Pi
能量
能量
Pi
水解
合成
吸能反应
放能反应
细胞呼吸
光合作用
(光反应)
主动运输
胞吞胞吐
肌肉收缩
生物发光
物质合成
……
ATP与ADP的相互转化，时刻不停地发生并且处于动态平衡之中
能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。
因此，可以形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“货币”。
②ATP供能的机制
ATP与ADP可以相互转化
Pi
能量
ATP
ADP
吸能反应
放能反应
Pi
能量
将标记的磷酸(32P)
注到活细胞内
迅速分离胞内的ATP和Pi并测定其放射性
ATP含量不变，但其磷酸基团被32P标记
ATP放射性和无机磷酸的放射性强度一致
ATP与ADP之间的相互转化十分迅速
②ATP供能的机制
ATP与ADP可以相互转化
ATP与ADP之间的相互转化十分迅速
特点1：
保证了细胞中少量的ATP，可以实现大量能量的供应。
特点2：
ATP 与ADP相互转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的
体现了生物界的统一性，为生物有共同祖先提供了证据。
特点3：
ATP与ADP之间的相互转化不是可逆反应
物质可逆，但能量不可逆
ATP合成和ATP水解的场所不同
ATP合成的场所
ATP消耗的场所
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
类囊体薄膜
细胞中需能的部位
叶绿体基质
线粒体基质
细胞质基质
细胞核中
生物膜上
……
细胞呼吸
光合作用
暗反应、DNA复制、基因表达等
DNA复制、基因表达等
某些物质合成、蛋白质降解等
DNA复制、转录等
主动运输、膜泡形成等
在有关DNA分子的研究中，常用32P来标记DNA分子，用α、β、γ表示ATP或dATP（d表示脱氧）上三个磷酸基团所处的位置(A－Pα～Pβ～Pγ或dA－Pα～Pβ～Pγ)。回答下列问题：
1)某种酶可催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上，同时产生ADP。若用该酶把32P标记到DNA末端上，那么带有32P的磷酸基团应在ATP的_____(填“α”、“β”或“γ”)位上。
γ
2)若用带有32P的dATP作为DNA生物合成的原料，将32P标记到新合成的DNA分子上，则带有32P的磷酸基团应在dATP的___(填“α”、“β”或“γ”)位上。
α
能量的“黄金储备” —— 磷酸肌酸
1. 磷酸肌酸是一种主要分布在肌肉组织中的高能化合物，是能量的暂时储存形式。
训练有素的运动员肌细胞中磷酸肌酸的含量是 ATP 含量的 10 倍左右。
3~4 倍
正常人肌细胞中磷酸肌酸的含量是 ATP 含量的 3~4 倍。
10倍
思考：细胞储存磷酸肌酸有意义？不是有糖类等有机物储存能量吗？
2. 细胞储存磷酸肌酸的意义
100 米短跑比赛中，运动员能量的直接来源是存储在 ATP 分子中的，由于 ATP 的数量有限，只能维持短跑约 3s。这时，肌细胞中的磷酸肌酸在肌酸激酶的作用，将其能量转移给ADP，补充生成新的 ATP，可以让运动员再跑 5~6s。短跑比赛结束时，运动员体内的磷酸肌酸基本耗尽。在活动后的恢复期，积累的肌酸又可与 ATP 反应，重新生成磷酸肌酸。
ATP
ADP + Pi + 能量
短时间剧烈运动能量很快用完。
磷酸肌酸
ADP + Pi + 能量
肌酸
肌酸激酶
能量 +
ADP + Pi
ATP
继续提供剧烈运动的能量。
磷酸肌酸形成ATP的速度比糖类等有机物氧化分解形成ATP的速度快。
2. 细胞储存磷酸肌酸的意义
剧烈运动时， ATP 的水解速率远远大于重新合成的速率。在生物进化过程中，磷酸肌酸的出现解决了 ATP 的供需矛盾。
ATP
ADP + Pi + 能量
短时间剧烈运动能量很快用完。
磷酸肌酸
ADP + Pi + 能量
肌酸
肌酸激酶
能量 +
ADP + Pi
ATP
继续提供剧烈运动的能量。
磷酸肌酸形成ATP的速度比糖类等有机物氧化分解形成ATP的速度快。
如果把 ATP 称为“能量货币”，磷酸肌酸就相当于能量 的“黄金储备”
1.磷酸肌酸是一种高能磷酸化合物，它能在肌酸激酶的催化下将自身的磷酸基团转移到ADP 分子中来合成ATP( A—P～P～P)。研究者对蛙的肌肉组织进行短暂电刺激，检测对照组和实验组（肌肉组织用肌酸激酶阻断剂处理）肌肉收缩前后ATP和ADP的含量，结果如下表所示，根据实验结果，下列有关分析正确的是（ ）
磷酸腺苷 对照组/(10-6'mol．g-1) 实验组/(10-6mol ．g-1)
收缩前 收缩后 收缩前 收缩后
ATP 1．30 1．30 1．30 0．75
ADP 0．60 0．60 0．60 0．95
A.对照组中的肌肉组织细胞中无ATP和ADP的相互转化
B.实验组中的肌肉组织细胞中有ATP分解也有ATP合成
C.对照组中的磷酸肌酸没有参与ATP的再生合成
D.实验组数据表明部分生命活动可利用靠近A的磷酸键
B
2.磷酸肌酸（C~P）是除ATP外的其他高能磷酸化合物，当动物和人体细胞内的ATP含量过少时，在相关酶的催化作用下，磷酸肌酸中的磷酸基团连同能量一起转移给ADP，从而生成ATP和肌酸（C）；当ATP含量较多时，在相关酶的催化作用下，ATP可将磷酸基团连同能量一起转移给肌酸，使肌酸转变成磷酸肌酸。下列有关叙述错误的是（　　）
A.磷酸肌酸水解可直接为细胞生命活动提供能量
B.磷酸肌酸在能量释放、转移和利用之间起到缓冲作用
C.人体剧烈运动时，磷酸肌酸可使ATP和ADP的含量保持相对稳定
D.运动员肌肉细胞中磷酸肌酸的含量与普通人相比要多一些
A
3.细胞内有多种高能磷酸化合物，如NTP和dNTP。每个NTP分子失去两个磷酸基团后的产物是核糖核苷酸，而每个dNTP分子失去两个磷酸基团后的产物是脱氧核糖核苷酸。下图为NTP和dNTP的结构式，下列相关叙述错误的是（ ）
注：NTP包括ATP、CTP、GTP、UTP；
dNTP包括dATP、dCTP、dGTP、dTTP
A.NTP、dNTP以及磷脂分子的元素组成都为C、H、O、N、P
B.dATP的末端磷酸基团转移，可为某些吸能反应供能
C.dATP脱去β、γ位磷酸基团后即为DNA的单体
D.若图中2'连接的X表示H，则该结构代表物质NTP
D
20世纪50年代，研究者发现ATP在神经系统的信息传递中可以作为一种兴奋性的神经递质发挥作用，并且在内脏、中枢及外周神经系统等多个部位的细胞质膜上发现了ATP受体，可见ATP 还是一种能在细胞间传递信息的信号分子。
ATP 还是一种能在细胞间传递信息的信号分子
目前，ATP作为药物，主要利用的是其信号分子的作用。 ATP注射液是一种用于心功能不全、脑出血后遗症等疾病的辅助治疗药物
研究证实ATP既是“能量通货”，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：
1)从图中可以看出，ATP作为信号分子时，酶和ATP的共同特点是都具有_____。细胞间隙中的ATP在有关酶的作用下，磷酸基团逐个脱落下来，最后剩下的是___。
参考答案：专一性 腺苷
研究证实ATP既是“能量通货”，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：
2)典型神经递质和ATP都能引起受体细胞的膜电位变化，如果ATP使受体细胞兴奋，则突触后膜的膜内电位变化是___．若浆细胞产生的某种抗体破坏了ATP的相应受体，从免疫学角度分析，这属于___病。
参考答案：由负变正 自身免疫
研究证实ATP既是“能量通货”，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：
3)一些神经细胞不仅能释放典型神经递质，还能释放ATP，两者均能引起受体细胞的膜电位变化． 据图分析，科学家当初推测ATP可作为神经细胞间传递信息的信号分子的实验思路是：①科学家用化学物质阻断___在神经细胞间的信息传递后，发现靶细胞膜能接受到部分神经信号；②科学家寻找到靶细胞膜上有ATP的___。
参考答案：典型神经递质 受体
4)为了研究X物质对动物细胞的影响，某研究小组用不同浓度的X物质将细胞赴理24h，然后测量各组细胞内ATP的浓度和细胞死亡的百分率．经过多次实验后，所得数据如表所示：
编号 X物质的浓/ng ml-1 细胞内ATP的浓度/nmol mL-1 细胞死亡率/%
A 0 80 1
B 2 70 2
C 4 50 10
D 8 20 25
E 16 5 70
F 32 1 95
①该实验的因变量是_______。 ②实验数据表明，该实验的因变量之间有何联系？___________
编号 X物质的浓/ng ml-1 细胞内ATP的浓度/nmol mL-1 细胞死亡率/%
A 0 80 1
B 2 70 2
C 4 50 10
D 8 20 25
E 16 5 70
F 32 1 95
①该实验的因变量是_______。 ②实验数据表明，该实验的因变量之间有何联系？___________
参考答案：①细胞中ATP浓度和细胞死亡率 ②细胞内ATP浓度下降，能量供应减少，细胞死亡率增加。

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