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(共35张PPT)
第10讲　细胞的能量“货币”ATP
素养目标
考点一 ATP的结构
夯实基础 精研教材
1.ATP的结构和功能
(1)ATP的功能
ATP是驱动细胞生命活动的　　　　　　　。
(2)ATP的结构
直接能源物质
特殊的化学键
磷酸基团
腺嘌呤
腺苷
C、H、O、N、P
腺嘌呤
磷酸基团
A—P~P~P
2.ATP的供能原理
负电荷
特殊
化学键
末端磷酸
基团
教材深挖
1.(必修1 P86正文拓展)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的化学键容易水解的原因:
　 。
2.(必修1 P86相关信息拓展)假如将1分子ATP彻底水解,其产物分别是 　 。
因为两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等,使得这种特殊的化学键不稳定,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的化学键容易水解
1个核糖分子、1个腺嘌呤和3个磷酸基团
易错排查
1.在腺苷三磷酸分子中与磷酸基团相连接的化学键称为特殊磷酸键。(2022·浙江卷)(　　)
2.腺嘌呤可以存在于DNA、RNA、ATP和某些酶分子中。(　　)
3.AMP(腺苷一磷酸)可为人体细胞RNA的自我复制提供原料。(　　)
4.一分子AMP中只有一个特殊的化学键。(　　)
×
√
×
×
思维探究 考教衔接
ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。此外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苷酸。下图为ATP的结构简式、NTP和dNTP的结构简式。(注:d表示脱氧,N表示碱基)
(1)据此分析作答。下列叙述错误的是　　　。
①a和b再加一个磷酸基团形成的整体,是构成DNA的基本单位
②c处化学键不稳定是因为相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥
③dNTP的末端磷酸基团转移,可为某些吸能反应供能
④dNTP脱去β、γ位磷酸基团后即为DNA的单体
⑤若图中2'连接的X表示H,则该结构代表物质NTP
①⑤
(2)某种酶可以催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上,同时产生ADP。若要用该酶把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。
(3)若用带有32P标记的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。
(4)GTP是细胞中的另一种直接能源物质,其与ATP结构基本相同,GTP结构式可简写为G—P~P~P,GTP中G代表　　　　。GTP除了可以提供能量外,也可以作为细胞内合成RNA分子的原料来源之一,GTP需丢失　　　个Pi后方可参与RNA的合成。
γ　
α　
鸟苷
2
考法练透 素养提升
考法一　ATP分子的结构
1.(2024·全国甲卷)ATP可为代谢提供能量,也参与RNA的合成,ATP结构如图所示,图中~表示高能磷酸键,下列叙述错误的是(　　)
A.ATP转化为ADP可为离子的主动运输提供能量
B.用α位32P标记的ATP可以合成带有32P的RNA
C.β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键不能在细胞核中断裂
D.光合作用可将光能转化为化学能储存于β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键
C
解析 ATP水解为ADP和Pi,释放的能量可以用于细胞的主动运输,A项正确;ATP水解断裂两个高能磷酸键后,得到RNA的基本单位之一——腺嘌呤核糖核苷酸,故用α位32P标记的ATP可以合成带有32P的RNA,B项正确;β位和γ位的两个磷酸基团之间的高能磷酸键断裂后形成ADP和Pi,释放的能量可以用于细胞核中的吸能反应,C项错误;光合作用的光反应中,ADP与Pi结合形成ATP,光能转变为化学能储存于β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键,D项正确。
考法二　ATP分子与核酸的关系
2.(2024·湖北荆州三校联考)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,叶肉细胞内合成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
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项不符合题意;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项符合题意;无光情况下,叶肉细胞不能进行光合作用,此时叶肉细胞只能通过细胞呼吸合成ATP,场所是线粒体和细胞质基质,C项不符合题意;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项不符合题意。
考点二 ATP与ADP可以相互转化及ATP的利用
夯实基础 精研教材
1.ATP和ADP的相互转化
ATP合成酶
细胞质基质、
线粒体、叶绿体
化学能
特殊化学键
2.ATP的利用
(1)ATP为主动运输供能
ATP水解释放的
　　　　使蛋白质等分子磷酸化,这些分子被磷酸化后,
　　　　　发生变化,
　　　　也被改变,因而可以参与特定化学反应。
酶活性
末端磷酸基团
能量转移
空间结构
磷酸基团
空间结构
活性
(2)ATP是细胞内流通的能量“货币”
吸能
放能
3.ATP与O2之间的关系模型分析
无氧呼吸
有氧呼吸
酶、ADP、磷酸
无氧呼吸
教材深挖
1.(必修1 P87正文)人体中ATP的含量很少,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总量并没有多大变化,请分析原因: 　　　　　　　 　　　　　　　。
2.(必修1 P89拓展应用3)在植物、动物、细菌和真菌的细胞内,都是以ATP作为能量“货币”的,由此说明:
　　　　　　　 　　　　　　　。
3.(必修1 P89文字信息改编)萤火虫发光的能量转换过程是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。在荧光素酶的催化作用下,荧光素与氧发生化学反应,形成　　　　　　并且发出荧光。
ATP和ADP时刻不停地发生相互转化,并处于动态平衡之中
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
荧光素接受ATP提供的能量后就被激活
氧化荧光素
易错排查
1.ATP必须在有氧条件下合成。(　　)
2.酶的水解需要ATP供能,ATP的水解需要酶的催化。(　　)
3.ATP水解酶合成和发挥作用时都伴随ADP的生成。(　　)
4.人在剧烈运动时,骨骼肌细胞合成的ATP远多于水解的ATP。(　　)
5.细胞内的放能反应就是指ATP水解释放能量。(　　)
×
×
√
×
×
思维探究 考教衔接
ATP与蛋白质磷酸化和去磷酸化
(根据2021·湖南卷情境设计)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,参与细胞信号传递,如图所示。
(1)作为能量“货币”的ATP还具有的功能是 　 。
(2)这些蛋白质磷酸化和去磷酸化过程体现的生物学意义是
　 。
参与细胞信号传递
通过蛋白质磷酸化和去磷酸化改变蛋白质的空间结构,进而实现细胞信号的传递,体现出蛋白质结构与功能相适应的观点
(3)蛋白质磷酸化和去磷酸化反应　　　　(填“受”或“不受”)温度的影响,判断的依据是
　 　。
受
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
考法练透 素养提升
考法一　ATP与ADP的转化
1.(2025·安徽模拟)下列关于生物体内ATP合成与分解的叙述,错误的是(　)
A.ATP的合成需要酶,而酶的合成也需要ATP
B.载体蛋白的磷酸化过程伴随着ATP分子中能量的转移
C.ATP是高能磷酸化合物,1 mol ATP比1 mol葡萄糖所含的能量多
D.ATP中的磷酸基团带负电荷而相互排斥,外侧的两个磷酸键不稳定
C
解析 ATP的合成需要ATP合成酶参与,酶的合成属于吸能反应,需要ATP提供能量,A项正确;载体蛋白的磷酸化过程,需要ATP上的磷酸基团转移,所以同时发生磷酸键能量的利用和转移,B项正确;1 mol葡萄糖在细胞内彻底氧化分解,合成较多ATP,故1 mol ATP比1 mol葡萄糖所含的能量少,C项错误;ATP中的磷酸基团因带负电荷而相互排斥,外侧的两个磷酸键不稳定,易发生水解,D项正确。
考法二　ATP的利用与磷酸化
2.(2024·广东梅州一模)生物膜上存在着一些能携带离子通过膜的载体分子。某种载体分子对X离子有专一的结合部位,能选择性地携带X离子通过膜,转运机制如下图所示。已知X离子可参与构成线粒体内的丙酮酸氧化酶,载体IC的活化需要ATP。下列相关叙述错误的是(　　)
A.磷酸激酶能促进ATP的分解,磷酸酯酶催化活化的载体释放磷酸基团
B.X离子进入线粒体基质发挥作用至少需要穿过6层磷脂分子
C.ATP脱离下来的末端磷酸基团挟能量与IC结合后会使IC发生空间结构的改变
D.图中只有线粒体才能为载体IC的活化提供ATP
答案 D　
解析 磷酸激酶催化ATP水解生成ADP时,ATP脱离下来的末端磷酸基团挟能量与IC(未活化载体)结合使之变成AC(活化载体),在磷酸酯酶的作用下,CIC分子发生去磷酸化过程,成为未活化载体(IC),A项正确;X离子进入线粒体基质发挥作用至少需要穿过3层生物膜(1层细胞膜+2层线粒体膜),共6层磷脂分子,B项正确;磷酸激酶催化ATP水解生成ADP时,ATP脱离下来的末端磷酸基团挟能量与IC(未活化载体)结合使之变成AC(活化载体),IC发生空间结构的改变,C项正确;细胞质基质和线粒体都可以为载体IC的活化提供ATP,D项错误。
聚焦表达 回扣落实
1.(基础识记类)写出图中标出的“A”的含义
①　　　　;②　　　　;③　　　　　　　　;④　　　　　　　　。
腺苷
腺嘌呤
腺嘌呤脱氧核苷酸
腺嘌呤核糖核苷酸
2.(原因分析类)细胞内绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP水解直接提供能量的,但细胞内ATP的含量却能基本保持稳定,原因是
　。
3.(原因分析类)科学家发现,一种化学结构与ATP相似的物质GTP(鸟苷三磷酸)也能为细胞的生命活动提供能量,请从化学结构的角度解释GTP也可以供能的原因:
　。
ATP与ADP之间存在相互转化,且这种转化处于动态平衡之中
含有两个特殊化学键,远离鸟苷的特殊化学键容易水解断裂,释放能量

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