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(共33张PPT)
第三单元
细胞的代谢
考查内容
1.举例说明细胞中的能量转化(生命观念、科学思维)
2.解释ATP在细胞生命活动中的作用(科学思维)
3.通过分析小资料，描述酶的发现历程并理解酶的概念(科学思维、科学探究)
4.举例说明酶是生物催化剂(生命观念、科学思维)
5.通过活动，说明酶的催化功能具有专一性和高效性(科学思维、科学探究)
6.分析酶的催化作用受许多因素的影响(生命观念、科学思维、科学探究)
1.ATP的结构
(1)ATP的元素组成为______________________。
(2)写出①②③④的中文名称：
①________，
②______________，
③____________，
④______________。
(3)若④水解释放出两个磷酸基团，产物是__________的基本组成单位之一。
(4)ATP的结构特点：ATP分子中远离________的那个高能磷酸键容易断裂和重建。
(5)将④彻底水解，其产物是______________________。
C、H、O、N、P
腺苷
高能磷酸键
磷酸基团
腺苷三磷酸
RNA
腺苷
腺嘌呤、核糖、磷酸
2.ATP和ADP的相互转化
(1)ATP的合成与水解反应的比较
(2)ATP与ADP之间转化的生理意义
①ATP在细胞内的含量很______，但在细胞内的转化十分迅速，使得细胞内ATP的含量总是处在____________之中，从而确保生物体的生命活动能及时得到能量的供应，保证新陈代谢的顺利进行。
②ATP水解释放的能量是生物体维持生命活动所需能量的________来源。
少
动态平衡
直接
[自我诊断]正确的打“√”，错误的打“ ”。
1.剧烈运动时，人体细胞ATP的合成速率小于ATP的消耗速率。(　 　)
2.ATP是驱动细胞生命活动的唯一直接能源物质。(　 　)
3.光合作用的碳反应是吸能反应，伴随着ATP的水解。(　 　)
4.ATP含有3个磷酸键，但是只有1个磷酸键会断裂。(　 　)
5.ATP必须在有氧条件下合成。(　 　)
6.线粒体、叶绿体和高尔基体都是合成ATP的场所。(　 　)
7.(真题节选)ATP－ADP循环使得细胞中储存了大量的ATP。(　 　)


√




考向1　ATP的结构和误区辨析
1.ATP的结构图示及描述
2.对ATP认识上的四个误区
误区1 ATP与ADP的相互转化是可逆反应 ATP和ADP的相互转化不是可逆反应，但物质可重复利用
误区2 ATP转化为ADP不需要消耗水 ATP转化为ADP又称“ATP的水解反应”，需要消耗水
误区3 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
误区4 细胞中含有大量ATP 细胞中ATP含量很少
例 1
(2022·浙江1月选考)下列关于腺苷三磷酸分子的叙述，正确的是(　 　)
A.由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成
B.分子中与磷酸基团相连接的化学键称为高能磷酸键
C.在水解酶的作用下不断地合成和水解
D.是细胞中吸能反应和放能反应的纽带
【解析】1分子的ATP是由1个腺嘌呤、1个核糖和3个磷酸基团组成，A错误；连接2个磷酸基团之间的磷酸键稳定性较差，水解时可以释放出大量的能量，被称为高能磷酸键，B错误；ATP在水解酶的作用下水解，1个ADP和1个磷酸在合成酶的作用下重新形成ATP，C错误；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，因此ATP是吸能反应和放能反应之间的纽带，D正确。
D
例 2
(2025·浙江名校协作体联考)ATP是细胞中直接能源物质。如图所示为ATP的结构示意图，①~②表示结构成分，③~⑤表示键位，下列叙述中，错误的是(　 　)
A.①和②组成的结构代表ATP中的“A”
B.图中③、④、⑤都是磷酸键，它们断裂后释放的能量相等
C.ATP可以断裂④后作为原料参与组成RNA
D.细胞中ATP、ADP的相互转化中，物质可逆，能量不可逆
【解析】④和⑤断裂后释放的能量较多，③断裂后释放的能量较少，B错误。
B
考向2　ATP在能量代谢中的作用
细胞内常见的产生与消耗ATP生理过程的归纳
转化场所 常见的生理过程
细胞膜 消耗ATP：__________________________
细胞溶胶 产生ATP：______________________
消耗ATP：一些吸能反应
叶绿体 产生ATP：____________
消耗ATP：__________和自身DNA复制、转录、蛋白质合成等
线粒体 产生ATP：__________________________
消耗ATP：自身DNA复制、转录、蛋白质合成等
核糖体 消耗ATP：__________________
细胞核 消耗ATP：____________________等
主动转运、胞吞、胞吐
细胞呼吸第一阶段
光反应
碳反应
需氧呼吸第二、三阶段
蛋白质的合成
DNA复制、转录
例 3
(2025·浙江精诚联盟)如图所示为人体细胞内“ATP－ADP循环”的图解，其中①和②表示过程。下列叙述中，正确的是(　 　)
A.肌肉做功，ATP通过①过程吸能，使肌肉恢复原状
B.过程①进行的场所为细胞溶胶、线粒体、叶绿体
C.运输葡萄糖出入肝细胞的载体变形，需过程②供能
D.人体参加马拉松长跑时，腿部肌肉细胞中过程①②的速率无显著差异
【解析】肌肉收缩是吸能反应，通过过程②吸能，使肌肉改变形状，A错误；人体细胞中过程①进行的场所为细胞溶胶、线粒体，B错误；葡萄糖出入肝细胞的方式是易化扩散，载体变形但不消耗能量，C错误；细胞内ATP的合成和水解保持平衡，过程①②的速率无显著差异，D正确。
D
例 4
(2025·衢州模拟)ATP 荧光检测仪常用于食品表面细菌数量的检测，其原理如图所示。下列叙述中，错误的是(　 　)
荧光素＋ATP＋O2 氧化荧光素＋物质X＋2Pi＋H2O＋光能
A.ATP 形成物质X的过程中发生了高能磷酸键断裂
B.发光过程中，荧光素与酶结合形成稳定复合物
C.荧光检测仪含有裂解剂，使细菌裂解释放ATP
D.该仪器检测的前提是各细菌体内 ATP 含量基本相同
【解析】ATP分解为AMP(物质X)时需断裂两个高能磷酸键，A正确；酶与底物(荧光素)的结合是短暂的过渡态复合物，而非稳定复合物，B错误；裂解剂用于释放细菌内的ATP，符合检测原理，C正确；根据题目原理，假设细菌ATP含量一致是检测的前提，D正确。
B
考向3　ATP与DNA、RNA的组成比较
1.不同化合物中“A”的辨析
化合物 结构简式 “A”的含义 共同点
ATP
腺苷(由腺嘌呤和核糖组成) 所有“A”都含有腺嘌呤
DNA
腺嘌呤脱氧核苷酸
RNA
腺嘌呤核糖核苷酸
核苷酸
腺嘌呤
2.ATP与核苷酸的关系
例 5
细胞内有多种高能磷酸化合物，如NTP和dNTP。ATP是NTP家族中的一员，dATP是dNTP家族中的一员。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。下列叙述中，错误的是(　 　)
A.ATP和dATP的区别只在于五碳糖不同
B.dNTP彻底水解的产物中可能含尿嘧啶
C.ATP失去离腺苷最远的磷酸基团可得到ADP
D.NTP和dNTP都能作为直接能源物质
【解析】NTP分子失去两个磷酸基团后的产物是核糖核苷酸，dNTP分子失去两个磷酸基团后的产物是脱氧核糖核苷酸，即ATP和dATP的区别在于五碳糖不同，A正确；dNTP彻底水解的产物是脱氧核糖、磷酸和碱基，该碱基可能是腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶或胞嘧啶，但一定不是尿嘧啶，B错误；ATP失去离腺苷最远的磷酸基团可得到ADP，同时释放大量的能量，C正确；NTP和dNTP的结构中都含有高能磷酸键，二者均能作为直接能源物质，D正确。
B
例 6
(2025·宁波期末)自然界中“电鱼”的发电器官能产生电，发电的过程需要消耗ATP。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；CTP参与甘油磷脂的合成过程。下列叙述中，正确的是(　 　)
A.GTP、CTP和ATP都是组成DNA的基本单位
B.GTP、CTP和ATP的水解反应是一个放能反应
C.线粒体分裂和甘油磷脂的合成过程中需要能量，但不需要酶
D.许多吸能反应与ATP的合成相关联，能量暂时储存在ATP中
【解析】ATP、GTP、CTP分别是腺苷三磷酸、鸟苷三磷酸、胞苷三磷酸，脱去两个磷酸基团后剩下的结构才是组成RNA的基本单位(腺嘌呤核糖核苷酸、鸟嘌呤核糖核苷酸、胞嘧啶核糖核苷酸)，而不是组成DNA的基本单位，A错误；GTP、CTP和ATP的水解反应会断裂高能磷酸键，释放能量，是放能反应，B正确；线粒体分裂和甘油磷脂的合成过程都属于生化反应，生化反应不仅需要能量，也需要酶来降低反应的活化能，从而保证反应高效进行，C错误；许多吸能反应与ATP的水解相关联，由ATP水解提供能量；放能反应与ATP的合成相关联，能量暂时储存在ATP中，D错误。
B
课时作业
答案速对
第三单元 作业6　ATP在细胞代谢中的作用
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 A B A C D D B B
题号 9 10
答案 A 见答案
1.(2025·杭州期末)如图所示为ATP的结构，下列叙述中，错误的是(　 　)
A.图中五碳糖为核糖，A为腺苷
B.合成ATP所需能量可以来源于光能和化学能
C.“α”和“β”位之间的特殊化学键断裂后是形成RNA的基本单位之一
D.细胞的吸能反应与ATP水解反应相联系
【解析】图中五碳糖为核糖，A为腺嘌呤，A错误；光合作用、呼吸作用均可合成ATP，所需能量可以来源于光能和化学能，B正确； “α”和“β”位之间的特殊化学键断裂后可形成RNA的基本单位，即腺嘌呤核糖核苷酸，C正确；细胞的吸能反应与ATP水解反应相联系，因为ATP是细胞中的直接能源物质，细胞中的放能反应应与ATP的合成相联系，D正确。
A
2. (2025·温州期末)马拉松比赛过程中，运动员需持续消耗能量。下列关于该过程中ATP的叙述，错误的是(　 　)
A.ATP在细胞中含量很少
B.线粒体是人体所有细胞产生ATP的主要场所
C.ATP中的“A”与构成RNA中的碱基“A”不是同一物质
D.ATP与ADP相互转化的速率在比赛过程中明显加快
【解析】ATP在细胞中含量很少，因其与ADP的转化迅速，能满足能量需求，A正确；线粒体是需氧呼吸第二、三阶段的场所，但人体成熟的红细胞无线粒体，只能通过厌氧呼吸在细胞质基质中产生ATP，故线粒体并非所有细胞产ATP的主要场所，B错误；ATP中的“A”是腺苷(腺嘌呤＋核糖)，RNA中的“A”是腺嘌呤，二者不同，C正确；比赛时能量需求大，ATP与ADP转化速率加快以维持供能，D正确。
B
(2025·温州期末)阅读下列材料，据此回答第3、4题。
科学家在研究细胞内能量转换机制时，发现萤火虫的发光机制主要依赖于荧光素和荧光素酶。研究表明，荧光素必须在接受ATP提供的能量后被激活，才能在有氧气存在的条件下发生氧化反应并发出荧光。
3. 关于萤火虫腹部发光过程中ATP的作用，下列叙述正确的是(　 　)
A.ATP为荧光素氧化提供能量
B.ATP作为底物直接参与氧化反应
C.ATP在此反应中起催化作用
D.ATP是荧光素酶的组成成分
【解析】ATP为荧光素氧化提供能量，该过程中ATP中的化学能转化为光能，A正确；ATP不是反应的底物，只提供能量，B错误；催化作用由荧光素酶完成，C错误；荧光素酶是蛋白质，ATP并非其组成成分，D错误。
A
4. 下列关于ATP结构和功能的叙述，错误的是(　 　)
A.ATP含有3个磷酸基团和2个高能磷酸键
B.ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应
C.ATP与ADP之间的相互转化体现了可逆反应的能量循环
D.ATP是细胞中普遍使用的能量载体
【解析】ATP由腺苷和3个磷酸基团组成，含2个高能磷酸键，A正确；吸能反应通常与ATP水解偶联，释放的能量驱动反应进行，B正确；ATP水解和合成反应的酶、场所及能量来源不同，整体不可逆，C错误；ATP作为直接能源物质，广泛参与细胞能量代谢，是细胞中普遍使用的能量载体，D正确。
C
5.在温室大棚中，植物的生长依赖于复杂的能量转换过程。如图所示为部分能量转换相关生理过程，下列关于ATP的叙述，错误的是(　 　)
A.ATP和ADP的相互转化保证了机体对能量的需求
B.图中两次ATP的水解，后者能量可用于各项生命活动
C.图中两次合成ATP，前者能量来源于光能，且在人体细胞中不会发生
D.ATP由3个磷酸基团和1个腺嘌呤构成
D
【解析】细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，保证了机体对能量的需求，A正确；图中两次ATP的水解，前者能量储存在有机物中，后者能量可用于各项生命活动，B正确；图中两次合成ATP，前者ATP的合成是通过光合作用，所需能量来源于光能，在人体细胞中不会发生，C正确；ATP由3个磷酸基团和1个腺苷(由腺嘌呤和核糖结合而成)构成，D错误。
6.如图所示为细胞中ATP与ADP相互转化示意图。下列叙述
中，正确的是(　 　)
A.过程①不能发生在线粒体中
B.过程②不能发生在叶绿体中
C.过程①所需的能量一定是来自有机物的氧化分解
D.过程②释放的能量来自高能磷酸键的断裂
【解析】过程①为ATP的合成，可以发生在线粒体和细胞溶胶中，也可以发生在叶绿体中，A错误；过程②表示ATP水解释放能量，可以发生在光合作用碳反应过程中，场所为叶绿体基质，B错误；过程①所需要的能量还可以来自光能，C错误；在过程②中，远离腺苷的高能磷酸键断裂，释放出大量的能量，用于生命活动，D正确。
D
7.Arf家族蛋白参与蛋白质的囊泡运输，它们有两种状态，结合GDP的不活跃状态和结合GTP的活跃状态。GTP和ATP的结构和性质相似，仅是碱基A被G替代。活跃状态的Arf蛋白参与货物蛋白的招募和分选，保证货物蛋白进入特定囊泡等待运输。下列叙述中，错误的是(　 　)
A.GTP是由1个鸟嘌呤、1个核糖和3个磷酸基团结合而成
B.Arf由不活跃状态转化为活跃状态可以释放能量
C.两种状态Arf蛋白的相互转化需要相应酶的催化
D.运输货物蛋白的囊泡可能来自内质网或高尔基体
【解析】根据题干“GTP和ATP的结构和性质相似，仅是碱基A被G替代”，结合ATP的结构简式，可知GTP由1个鸟嘌呤、1个核糖和3个磷酸基团结合而成，A正确；由题意可知，Arf结合GDP时为不活跃状态，Arf结合GTP时为活跃状态，GDP转化为GTP吸收能量，因此Arf由不活跃状态转化为活跃状态需要吸收能量，B错误；GDP和GTP的相互转化需要相应酶的催化，故两种状态Arf蛋白的相互转化需要相应酶的催化，C正确；根据分泌蛋白的合成与分泌过程可知，运输货物蛋白的囊泡可能来自内质网或高尔基体，D正确。
B
8.研究人员将32P标记的磷酸注入活的离体肝细胞中，1~2 min后迅速分离得到细胞内的ATP。结果发现ATP的末端磷酸基团已被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。下列叙述中，正确的是(　 　)
A.该实验表明，细胞内全部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胞核内
【解析】实验表明1~2 min内生成的ATP的末端磷酸基团均被32P标记，但不能说明细胞内全部的ADP都转化成了ATP，A错误；腺苷中不含磷元素，因此，32P标记的ATP水解产生的腺苷没有放射性，B正确；根据题干信息可知，放射性几乎只出现在ATP的末端磷酸基团，因此32P在ATP的3个磷酸基团中出现的概率不同，C错误；ATP在细胞内含量很少，通过ATP与ADP相互转化实现能量的供应，而且转化速度快，由于细胞溶胶是细胞代谢的主要场所，因而可推测，转化主要发生在细胞溶胶中，D错误。
B
9. (2025·宁波模拟)dATP是脱氧腺苷三磷酸的英文名称缩写，其结构式可简写成dA—P~P~P(该结构式中的 dA 表示脱氧腺苷)。 下列分析中，错误的是(　 　)
A.dATP与ATP的分子结构的主要区别是含氮碱基不同
B.dATP彻底水解形成的有机物只有2种
C.dATP中的高能磷酸键水解可为某些吸能反应供能
D.细胞内合成dATP时有能量的储存，常与放能反应相联系
【解析】dATP与ATP分子结构的主要区别是五碳糖种类不同，ATP 含有核糖，dATP含有脱氧核糖，A 错误；dATP 彻底水解生成腺嘌呤、脱氧核糖、磷酸，共3种物质，但磷酸不是有机物，B正确；dATP中的高能磷酸键水解时会释放较多的能量，可为某些吸能反应供能，C正确；与合成 ATP 类似，细胞内合成dATP时要储存能量，因此合成dATP的反应常与放能反应相联系，D正确。
A
10.为保证市民的食品安全，执法人员会使用ATP荧光检测系统对餐饮行业中餐具等用品的微生物含量进行检测，其设计灵感来源于萤火虫尾部发光器发光的原理。请据图回答下列问题：
注：ATP可脱去一个PPi(2个Pi)形成AMP，并释放能量。
图1
注：ATP荧光检测系统由ATP荧光检测仪和检测试剂组成。
图2
(1)图1为萤火虫尾部发光器发光的原理，据图分析可知，萤火虫能够发光是由于萤火虫腹部细胞内的____________催化荧光素反应，从而放出光子而发出荧光，催化过程中消耗的能量由_________水解直接提供。
(2)图2中的荧光检测仪可检测上述反应中荧光强度，从而推测微生物含量。该仪器可用作检测微生物含量的前提包括_________。(填序号，多选)
①细胞中储备的ATP非常多；②所有生物活细胞中都含有ATP；③不同细胞中ATP浓度差异不大；④荧光强度与ATP供应呈正相关；⑤试剂与样品混合后发荧光属于放能反应
(3)若测试餐具时显示ATP含量超过警戒值，可要求商家通过________________(答出一点即可)的措施降低微生物含量，以保证市民的食品安全卫生。为避免太空环境引起微生物变异，威胁到航天员的健康，火箭发射前可用ATP荧光检测系统对太空舱进行卫生检测，此时警戒值应________(填“上调”“下调”或“不变”)。
(4)吸能反应一般与________________相联系，需要ATP水解酶的催化，同时也消耗______；放能反应一般与________________相联系。
(5)正常细胞中ATP与ADP的相互转化处于____________中，这种功能机制在所有生物的细胞内都是一样的，这体现了__________________。
荧光素酶
ATP
②③④
高温煮沸餐具
下调
ATP的水解
水
ATP的合成
动态平衡
生物界的统一性　
【解析】(1)由图可知，萤火虫能够发光是由于萤火虫腹部细胞内的荧光素酶催化荧光素反应形成荧光素酰腺苷酸，后者与O2结合，被氧化为氧化荧光素，同时发光。
(2)细胞内的ATP含量较少，①错误；所有生物活细胞中都含有ATP，不同细胞中ATP浓度差异不大，这是以荧光强度反映微生物含量的前提，②③正确；荧光强度与ATP供应呈正相关，所以ATP越多，荧光强度越强，④正确；根据图1可知，该过程需要ATP水解供能，属于吸能反应，即试剂与样品混合后发荧光属于吸能反应，⑤错误。综上分析，该仪器可用作检测微生物含量的前提包括②③④。
(3)高温可杀死微生物，因此若测试餐具时显示ATP含量超过警戒值，可要求商家通过高温煮沸餐具的措施降低微生物含量，以保证市民的食品安全卫生；为避免太空环境引起微生物变异，威胁到航天员的健康，需要太空舱内微生物数量极少，因此警戒值应下调。
(4)吸能反应需要消耗能量，一般与ATP的水解相联系，需要ATP水解酶的催化，同时也消耗水；放能反应会释放能量，一般与ATP的合成相联系。
(5)正常细胞中ATP与ADP的相互转化是时刻不停进行的，处于动态平衡中；这种功能机制在所有生物的细胞内都是一样的，这体现了生物界的统一性。

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