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5.2细胞的能量“货币”ATP——2024-2025学年高一生物学人教版（2019）必修一同步训练
一、单选题
1．磷酸肌酸（C~P）是一种存在于肌细胞中的高能磷酸化合物，细胞在急需供能时，在酶的催化下，磷酸肌酸的磷酸基团转移到ADP分子上，形成ATP，即磷酸肌酸（C~P）+ADP=ATP+肌酸（C），这样可以在短时间内维持细胞中ATP含量的相对稳定。下列叙述错误的是( )
A.细胞中的磷酸肌酸对于维持ATP含量的相对稳定具有重要作用
B.ATP中的能量可来自光能和化学能，也可转化为光能和化学能
C.磷酸肌酸转移磷酸基团的过程是放能反应
D.剧烈运动时，肌细胞中磷酸肌酸与肌酸含量的比值会有所上升
2．以下是萤火虫体内细胞能量代谢中ATP与ADP相互转化示意图。下列相关叙述正确的是( )
A.①过程的能量来源是光能和呼吸作用释放的能量
B.②过程所释放的Pi和能量可以用于过程①
C.细胞中的许多吸能反应与②过程相联系
D.正在发光的萤火虫②过程反应速率明显大于①过程
3．下图为细胞中ATP及其相关物质和能量的转化示意图（M表示酶，Q表示能量，甲、乙表示化合物）。下列叙述错误的是( )
A.细胞内的许多放能反应伴随着甲的消耗，能量储存在ATP中
B.蛋白质的合成过程中，物质甲的量增多
C.物质乙由腺嘌呤、核糖和磷酸基团组成，是构成RNA的基本单位之一
D.Q1可以来源于光能，Q2不能转化为光能，M1和M2不是同一种酶
4．马达蛋白能结合并催化ATP水解，利用其中特殊化学键的转移势能沿着细胞骨架定向行走，进而将其所携带的细胞器或大分子物质送到特定位置。下列叙述正确的是( )
A.马达蛋白同时具有ATP合酶与水解酶的活性
B.人体成熟的红细胞、蛙的红细胞中均能合成ATP
C.ATP依次水解三个磷酸基团均产生较高的转移势能
D.代谢旺盛的细胞中ATP的水解速率远大于合成速率
5．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.细胞膜上也存在蛋白质的磷酸化与去磷酸化
B.剧烈运动过程中分子开关的频率远高于静息状态
C.“分子开关”的磷酸化与去磷酸化过程属于可逆反应
D.蛋白质的磷酸化是翻译后的修饰，空间结构会发生变化
6．除ATP以外，体内还有其他的高能化合物，如磷酸肌酸等。磷酸肌酸可以认为是体内ATP的储存库，主要存在于肌肉和脑组织中，其转化如下图所示。下列选项错误的是( )
A.腺苷三磷酸是由一个腺嘌呤、一个核糖和3个磷酸基团组成的
B.磷酸肌酸水解是放能反应，放出的能量可以直接用于肌肉收缩等生命活动
C.当体内ATP合成过剩时，ATP的磷酸基团可在相关酶作用下形成磷酸肌酸
D.当体内ATP消耗过快时，磷酸肌酸中的能量可转移到ATP中
7．GTP（鸟苷三磷酸）和CTP（胞苷三磷酸）的作用与ATP类似，GTP参与细胞中线粒体的分裂过程，过程中有GDP产生；CTP能参与甘油磷脂的合成，过程中有CDP产生。下列说法正确的是( )
A.GTP和CTP中各含有3个特殊化学键，使其具有较高能量
B.线粒体分裂和甘油磷脂的合成过程中都需要相关水解酶的催化
C.GDP和CDP都可以作为合成DNA的原料
D.许多吸能反应与ATP的合成有关，能量暂时储存在ATP中
8．活体扇贝4℃干藏过程中生命力不断下降，闭壳肌蛋白溶解性发生显著变化。研究发现，干藏过程中闭壳肌ATP的含量与肌肉蛋白溶解性呈负相关。肌球蛋白是闭壳肌肌肉蛋白中的一种，具有ATP水解酶活性，用EGTA处理正常活体扇贝可使其闭合能力下降。下列说法错误的是( )
A.ATP水解释放的磷酸基团能使蛋白质等分子磷酸化
B.闭壳肌收缩时会产生ADP，该过程属于吸能反应
C.随活体扇贝冷藏时间的延长，闭壳肌蛋白溶解性会下降
D.EGTA可能作用于肌球蛋白，抑制其发挥作用
9．人体中某生命活动过程如图所示。下列说法错误的是( )
A.该生命活动过程可体现酶的专一性
B.过程②所需的能量可来自光合色素吸收的光能
C.图中的Pi为远离腺苷的磷酸基团
D.过程①伴随着特殊化学键的断裂
10．电一次放电的电压可达300~500V，足以把附近的鱼电死。电风的电能是细胞内ATP水解释放出来的能量转化而成的，而ATP中储存的能量是电细胞利用葡萄糖氧化分解释放的能量。下列关于ATP和ADP的叙述，错误的是( )
A.ATP水解与放能反应有关
B.ADP合成ATP时所需能量不能由磷酸提供
C.ATP水解释放的磷酸基团可使细胞膜上的载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化
D.生物体内ATP与ADP的相互转化体现了生物界的统一性
11．下图表示ATP在细胞内的转化过程，下列相关叙述正确的是( )
A.在有氧和缺氧的条件下，细胞质基质都能形成ATP
B.ATP可被膜上的水解酶水解，脱去2个磷酸产生腺苷
C.物质a、c分别是DNA和RNA的组成成分
D.原核细胞中存在ATP合酶，叶肉细胞中ATP合酶仅存在于线粒体内膜上
12．2，4-二硝基苯酚（DNP）是一种有毒的化学物质，在酸性环境中，它能结合并携带质子顺浓度梯度跨过线粒体内膜，从而破坏膜内外质子的浓度梯度，使能量以热能形式散失。DNP曾被不良商家作为减肥药售卖，下列说法错误的是( )
A.推测DNP可能是一种脂溶性物质
B.ATP的生成依赖于线粒体内膜两侧的H+浓度差
C.服用DNP后，细胞主要通过消耗更多的葡萄糖以维持ATP的浓度
D.服用DNP后，机体的汗腺分泌可能会增加
13．人在剧烈运动过程中会引起体内一系列的生理变化，其中肌肉的运动需要大量的能量供给，糖类是细胞中的主要能量来源，脂肪也会在细胞中分解供能。下列相关叙述正确的是( )
A.在剧烈运动时，骨骼肌细胞中ATP水解速率比ATP合成速率更迅速
B.在高强度剧烈运动过程中，骨骼肌细胞释放的CO2量小于吸收的O2量
C.剧烈运动时骨骼肌细胞中葡萄糖所含能量全部转化成ATP中的化学能和散失的热能
D.剧烈运动过程中骨骼肌细胞会产生大量乳酸使内环境pH发生显著变化
14．拟南芥发育早期的叶肉细胞中，未成熟叶绿体发育所需ATP须借助其膜上的转运蛋白H由细胞质基质进入。发育到一定阶段，叶肉细胞H基因表达量下降，细胞质基质中的ATP向成熟叶绿体转运受阻。成熟叶绿体方可正常行使其功能。下列叙述错误的是( )
A.成熟叶绿体行使其功能所需ATP在类囊体膜上合成
B.H基因表达量的变化，表明叶肉细胞正在发生细胞分化
C.细胞质基质中的ATP进入未成熟叶绿体主要参与暗反应
D.ATP是细胞中吸能反应和放能反应的纽带
15．NTP家族由ATP（三磷酸腺苷）、GTP（三磷酸鸟苷）、三磷酸尿苷（UTP）和CTP（三磷酸胞苷）构成。它们的结构只是碱基不同，如图是ATP的化学结构图，A、B表示物质，α﹣γ表示磷酸基团（Pi）的位置。下列叙述错误的是( )
A.物质A和B分别是腺嘌呤和核糖，A和B组成腺苷
B.许多吸能反应与ATP的水解反应相联系
C.1分子GTP彻底水解可得到3种小分子物质
D.CTP中的胞苷（C）由胞嘧啶和脱氧核糖构成
二、多选题
16．ANT是一种位于线粒体内膜上的转运蛋白，其表面有ATP和ADP的结合位点。在正常状态下，ANT作为一个反向转运载体把ADP转运到线粒体基质，把ATP从线粒体基质中运出。而在肿瘤细胞中，ANT转运ADP和ATP的方向相反。研究发现苍术苷可降低ANT与ADP的亲和力。下列分析正确的是( )
A.ANT在转运ATP和ADP时空间结构会发生改变
B.肿瘤患者体内细胞质基质和线粒体中合成的ATP均可通过ANT转运
C.与正常细胞相比，肿瘤细胞的有氧呼吸受到抑制
D.苍术苷不会对细胞有氧呼吸第二阶段造成影响
17．底物A（一种蛋白质）在蛋白激酶作用下可发生磷酸化：ATP分子某一个磷酸基团脱离下来并与底物A相结合。其在细胞信号转导的过程中起重要作用。ADP-GLO可用于检测蛋白激酶活性，具体过程如下图所示。下列叙述错误的是( )
A.底物A在蛋白激酶作用下发生磷酸化的过程属于放能反应
B.底物A发生磷酸化后，其空间结构和活性不会改变
C.在步骤2之前需将所有剩余的ATP消耗掉，以避免干扰实验结果
D.在荧光素酶的催化作用下，荧光素接受ATP提供的能量后即可发出荧光
三、读图填空题
18．在生物体内能量的转换和传递中，ATP是一种关键的物质，其分子结构式如图所示（①~⑤表示组成ATP的相关化学基团）。
(1)ATP的中文名称为_______________，A代表的含义_______________，一个ATP分子含有_______________个特殊化学键。ATP脱去④⑤后是组成_______________的基本单位之一。
(2)ATP的结构简式可以写成_______________。
(3)对于绿色植物来说，在ADP转化成ATP的过程中所需的能量既可来自光能，也可以来自_______________作用所释放的能量，ATP水解所释放的能量可以用于_______________（举2例具体生命活动）。
19．蛋白激酶是一类催化蛋白质磷酸化反应的酶，能使ATP上的磷酸基团转移并结合到蛋白质分子中某些特定氨基酸上，从而改变蛋白质的活性。在分子水平的激酶活性检测中，较为常用的方法是ADP一Glo发光法，通过检测激酶反应中生成ADP的量来反映激酶活性，该检测方法主要分为两个步骤。首先，在激酶反应后加入ADP一Glo试剂，终止激酶反应并耗尽剩余ATP；第二步，检测试剂将ADP还原成ATP，在荧光素酶的作用下，与荧光素反应发出荧光，主要过程如图所示。回答下列问题。
(1)在蛋白激酶作用下，ATP分子的__________磷酸基团脱离下来与蛋白质结合。蛋白质磷酸化后活性改变，原因是__________。
(2)进行检测时，先要耗尽激酶反应剩余的ATP，目的是__________。根据检测结果可推测物质X是__________，生物膜系统中存在该物质的膜结构有__________。
(3)ADP—Glo发光法可通过荧光信号的强度反映激酶活性，原理是__________。
(4)有人提出：一定浓度的Hg2+会导致蛋白激酶失活。请设计实验对该观点进行验证，实验思路是__________。
20．“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。”我国唐代诗人杜牧用诗句描绘了一幅美丽的夜景图。诗中的萤火虫发光与能量的转化有关。下图为ATP和ADP之间相互转化的示意图。回答下列问题：
（1）图中被称为细胞能量“货币”的物质是______。
（2）ADP的结构可以简写成_______（填“A-P~P~P”或“A-P~P”）。
（3）酶1和酶2_______（填“是”或“不是”）同一种酶。酶1能催化ATP的水解，而不能催化ATP的合成，这体现了酶具有_____（填“高效性”或“专一性”）。
（4）对于绿色植物来说，在ADP转化成ATP的过程中所需的能量既可来自光能，也可以来自_____所释放的能量。
参考答案
1．答案：D
解析：A、由题意可知，细胞中的磷酸肌酸对维持ATP含量的稳定具有重要作用，A正确；B、ATP中的能量可来自光能和化学能，也可转化为光能和化学能等任何形式的能，B正确；C、磷酸肌酸能在肌酸激酶催化下，将其磷酸基团转移至ADP分子上，生成ATP，故磷酸肌酸转移磷酸基团是放能反应，C正确；D、剧烈运动时，消耗ATP加快，ADP转化为ATP的速率也加快，磷酸肌酸的磷酸基团转移到ADP分子上，产生肌酸，导致磷酸肌酸和肌酸含量的比值会有所下降，D错误。故选D。
2．答案：C
解析：A、①是ATP的合成过程，该过程所需的能量来源是光能和呼吸作用释放的能量，但是题干说是萤火虫，动物不会利用光能，A错误；B、②过程释放的能量可以转化为多种形式，供生命活动需要，但不可用于过程①，B错误；C、②是ATP的水解，该过程可释放能量，细胞中的许多吸能反应与②过程相联系，C正确；D、生物体内ATP的合成和分解处于平衡状态，②过程反应速率和①过程基本相等，D错误。故选C。
3．答案：D
解析：细胞内的许多放能反应与ATP的合成相关联，释放的能量储存在ATP中，A正确；物质合成需要消耗能量，由ATP水解提供，甲（ADP）增多，B正确；物质乙是腺嘌呤核糖核苷酸，或称一磷酸腺苷，是构成RNA的基本单位之一，由腺苷和磷酸基团构成，腺苷又包含腺嘌呤、核糖，C正确；光反应中ATP的合成，能量来源于光能，萤火虫发光过程中ATP中的能量可以转化为光能，M1是合成酶，M2是水解酶，D错误。故选D。
4．答案：B
解析：A、马达蛋白能催化ATP水解，具有ATP水解酶的活性，A错误；B、一般来说，活细胞均能合成ATP，B正确；C、ATP末端的两个磷酸基团具有较高的转移势能，C错误；D、细胞代谢旺盛时，ATP的水解速率和ATP的合成速率都升高，两者处于平衡状态，D错误。故选B。
5．答案：C
解析：A、细胞膜上也存在蛋白质的磷酸化与去磷酸化,例如细胞膜上的钠钾泵（一种载体蛋白）存在蛋白质的磷酸化和去磷酸化，A正确；B、蛋白质的磷酸化过程存在ATP水解，剧烈运动过程中消耗ATP更多，ATP和ADP之间的转化更加迅速，故分子开关频率更高，B正确；C、蛋白质的磷酸化和去磷酸化两个过程所需的酶的种类不同，不属于可逆反应，C错误；D、蛋白质磷酸化使蛋白质具有了生物活性，是翻译后修饰的重要内容，D正确。故选C。
6．答案：B
解析：A、腺苷三磷酸是由一个腺苷和3个磷酸基团组成的，而一个腺苷是由一个腺嘌呤和一个核糖组成的，A正确；
B、磷酸肌酸水解伴随着ATP的合成，故磷酸肌酸水解是放能反应，但其放出的能量不能直接用于肌肉收缩等生命活动，而是用于合成ATP后，由ATP水解释放的能量用于肌肉收缩，B错误；
C、由图可知，当体内ATP合成过剩时，ATP的磷酸基团可在相关酶作用下与肌酸反应生成磷酸肌酸，C正确；
D、当体内ATP消耗过快时，磷酸肌酸可水解释放能量，该能量可用于合成ATP，故磷酸肌酸中的能量可转移到ATP中，D正确。
故选B。
7．答案：B
解析：A、GTP和CTP的结构和ATP类似，各有2个特殊化学键，使其具有较高能量，A错误；B、线粒体分裂和甘油磷脂的合成过程中都需要消耗能量，也都需要相关水解酶的催化，B正确。C、GDP和CDP中的五碳糖是核糖，GDP和CDP都可以作为合成RNA的原料，C错误；D、许多吸能反应与ATP的水解有关，许多放能反应与ATP的合成有关，D错误。故选B。
8．答案：C
解析：A、ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，这在细胞中是常见的。这些分子被磷酸化后，空间结构发生变化，活性也被改变，因而可以参与各种化学反应，A正确；
B、闭壳肌收缩属于吸能反应，伴随着ATP的水解，会产生ADP，B正确；
C、活体扇贝4℃干藏过程中生命力不断下降，闭壳肌蛋白溶解性发生显著变化，闭壳肌蛋白溶解性会升高，C错误；
D、EGTA可能通过抑制肌球蛋白（ATP水解酶），抑制ATP的水解，使扇贝闭合能力下降，D正确。
故选C。
9．答案：B
解析：B、据图可知,过程②为ATP的合成过程,依题意,过程②是人体中的生命活动过程,因此,过程②所需的能量不可来自光合色素吸收的光能,B错误。
10．答案：A
解析：A、ATP水解与吸能反应有关，A错误；
B、ADP合成ATP时所需能量来自呼吸作用或光能，不是来自磷酸，B正确；
C、ATP水解释放的磷酸基团可使细胞膜上的载体蛋白磷酸化，原因是ATP水解产生的磷酸分子转移到蛋白质上，导致其空间结构发生变化，C正确；
D、生物体内ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性，从一个侧面说明了生物界具有统一性，也反映了种类繁多的生物有着共同的起源，D正确。
故选A。
11．答案：A
解析：A、有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段均位于细胞质基质，都产生少量的ATP，故在有氧与缺氧的条件下细胞质基质中都能形成ATP，A正确；
B、ATP可被膜上的水解酶水解，脱去3个磷酸产生腺苷，B错误；
C、物质a为ATP，其水解脱去两个磷酸基团后变成腺嘌呤核糖核苷酸为物质c，是RNA的基本单位之一，C错误；
D、原核细胞中存在ATP合酶，叶肉细胞中的细胞质基质、线粒体，叶绿体都存在ATP合酶，均能合成ATP，D错误。
故选A。
12．答案：C
解析：A、DNP全称是2，4-二硝基苯酚，是一种有毒的化学物质，携带质子跨过线粒体内膜，根据名称判断可能是一种脂溶性物质，A正确；B、根据题干信息：DNP破坏膜内外质子的浓度梯度，使能量以热能形式散失，ATP合成减少，由此判断：ATP的生成依赖于线粒体内膜两侧的H+浓度差，氢离子顺浓度梯度产生的电化学势能，用于合成ATP，B正确；C、ATP的合成和水解速率是相同的，处于动态平衡中，服用DNP后，ATP合成减少，ATP水解速率也会下降，细胞中ATP水平降低，不足以供应细胞内的生命活动的正常进行，C错误；D、服用DNP后，有机物氧化分解释放出的能量以热能形式散失的比例增加，产热增多，使得机体的汗腺分泌可能会增加，增加散热，从而维持机体体温相对稳定，D正确。故选C。
13．答案：B
解析：A、在剧烈运动时，机体消耗能量多，此时骨骼肌细胞中ATP水解速率和ATP合成速率均加快，进而维持细胞中ATP含量的稳定，保证骨骼肌细胞对能量的需求，A错误；B、在高强度剧烈运动过程中，肌肉细胞会通过无氧呼吸补充能量供应，骨骼肌细胞中无氧呼吸的产物是乳酸，没有二氧化碳的产生，因此，骨骼肌细胞中二氧化碳来自有氧呼吸过程，但在剧烈运动工程中有氧呼吸的底物不仅仅是葡萄糖，还有脂肪分解供能过程，由于脂肪中含有更多的氢，因此消耗的氧气更多，因此，在高强度剧烈运动过程中，骨骼肌细胞释放的CO2量小于吸收的O2量，B正确；C、剧烈运动时骨骼肌细胞中既有有氧呼吸过程也有无氧呼吸过程，有氧呼吸过程中葡萄糖所含能量全部转化成ATP中的化学能和散失的热能，而无氧呼吸过程中葡萄糖中含有的能量大部分储存在乳酸中，极少部分的能量转化为ATP中的化学能和散失的热能，C错误；D、剧烈运动过程中体内会因为无氧呼吸产生大量的乳酸，但人体内环境中存着缓冲离子和缓冲对，血浆pH不会显著下降，D错误。故选B。
14．答案：C
解析：A、成熟叶绿体行使其功能（光合作用）所需ATP在类囊体膜上合成，用于暗反应阶段C3的还原，A正确；B、H基因表达量的变化，属于基因的选择性表达，表明叶肉细胞正在发生细胞分化，B正确；C、细胞质基质中的ATP进入未成熟叶绿体主要用于生长发育，C错误；D、ATP与ADP快速转化保证了生命活动的正常进行，ATP是细胞中吸能反应和放能反应的纽带，D正确。故选C。
15．答案：D
解析：A、ATP的结构式可简写成A-P～P～P，式中A代表腺苷，由腺嘌呤（A）和核糖（B），A正确；B、ATP的水解反应是放能反应，与之相联系的是吸收能量的反应，B正确；C、1分子GTP彻底水解可得到鸟嘌呤（G）、核糖和磷酸，C正确；D、CTP中的胞苷（C）由胞嘧啶和核糖构成，D错误。故选D。
16．答案：ABC
解析：A、ANT为转运蛋白,其表面有ATP和ADP的结合位点,在转运ATP和ADP时空间结构会发生改变,A正确;B、肿瘤患者体内存在正常细胞和肿瘤细胞,所以细胞质基质和线粒体基质中合成的ATP均可通过ANT转运,B正确;C、与正常细胞相比,肿瘤细胞中ANT转运ADP和ATP的方向相反,肿瘤细胞的有氧呼吸受到抑制,C正确;D、苍术苷可降低ANT与ADP的亲和力,使线粒体基质中ADP含量减少,进而影响细胞有氧呼吸第二阶段ATP的合成,故苍术苷会对正常细胞有氧呼吸第二阶段产生影响,D错误。故选ABC。
17．答案：ABD
解析：A、据图判断，底物A在蛋白激酶作用下发生磷酸化的过程需要ATP的参与，属于吸能反应，A错误；B、底物A发生磷酸化后，其空间结构发生改变，B错误；C、据图判断，步骤2会产生ATP，所以需将所有剩余的ATP消耗掉，避免ATP对实验的干扰，C正确；D、在荧光素酶的催化作用下，荧光素接受ATP提供的能量后与氧发生反应形成氧化荧光素后发出荧光，D错误。故选ABD。
18．答案：（1）腺苷三磷酸；腺苷；2；RNA
(2)A-P~P~P
(3)呼吸；主动运输，大脑思考，萤火虫发光
解析：(1)ATP即腺苷三磷酸，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，~代表一种特殊的化学键。ATP共含有两个特殊化学键，其脱去④⑤两个磷酸基团后为腺嘌呤核糖核苷酸，是构成RNA的基本单位之一
(2)ATP的结构简式是A-P~P~P，A代表腺苷，P代表磷酸基团，~代表一种特殊的化学键。
(3)人和动物体内产生ATP的生理过程只有呼吸作用，但是对于绿色植物来说，在ADP转化成ATP的过程中所需的能量既可来自光能，也可以来自呼吸作用释放的能量，ATP水解所释放的能量可以用于各种生命活动，比如主动运输，大脑思考，萤火田发光。
19．答案：(1)末端；蛋白质的空间结构发生变化
(2)保证检测的ATP完全是由激酶反应生成的；ADP合成的ATP合成酶线粒体内膜、叶绿体类囊体薄膜
(3)激酶反应中生成ADP的量可反映激酶活性，检测试剂可将这些ADP转化为ATP，ATP与荧光素反应最终发出荧光，所以荧光信号强度与激酶活性呈正相关
(4)将一定量的蛋白激酶均分为两组，一组用一定浓度的Hg2+处理，另一组不处理。激酶反应一段时间后，检测两组蛋白激酶的活性
20．答案：（1）ATP
（2）A-P~P
（3）不是;专一性
（4）细胞呼吸
解析：（1）细胞能量货币是ATP。
（2）ADP含有2个特殊化学键，2个磷酸基团，所以结构简式是A-P~P。
（3）酶1催化ATP水解，酶2催化ATP的合成，酶具有专一性，二者不是同一种酶。酶1能催化ATP的水解，而不能催化ATP的合成，这体现了酶具有专一性。
（4）对于绿色植物来说，合成ATP的能量可以通过光能进行光合作用，也可以通过细胞呼吸释放的能量合成。

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