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第10讲　细胞的能量“货币”ATP
课程标准解读与能力要求 知识网络概览
1.解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 2.运用模型与建模的方法分析ATP的结构与功能,强化理解能力。 3.通过分析ATP的合成、水解及利用过程,形成解决问题的能力。
【要点梳理·夯基固本】
一、ATP的结构
1.ATP的结构:
2.ATP的结构特点:
(1)特殊化学键:含有2个特殊的化学键,因此ATP是一种高能磷酸化合物。
(2)化学性质:ATP的化学性质不稳定,末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势,也就是具有较高的转移势能。
名师点睛　细胞内供能的高能磷酸化合物
(1)碱基不同:ATP、GTP、CTP和UTP是细胞内四种高能磷酸化合物,都能为生命活动直接提供能量。脱去两个磷酸基团,可以作为RNA合成的原料。
(2)五碳糖不同:dATP、dGTP、dCTP和dTTP也能为生命活动直接提供能量。脱去两个磷酸基团,可以作为DNA复制的原料。
二、ATP与ADP 的相互转化
项目 ATP的合成 ATP的水解
反应过程
所需酶 ATP合成酶 ATP水解酶
反应类型 吸能反应 放能反应
能量来源 光能(光合作用)、化学能(细胞呼吸) 储存在特殊化学键中的能量
能量去路 储存在特殊化学键中 用于各项生命活动
反应场所 细胞质基质、线粒体、叶绿体 生物体的需能部位
三、ATP的利用
1.ATP的利用实例:
2.ATP是细胞内的能量“货币”:
3.ATP的功能:驱动生命活动的直接能源物质。
易错辨析
1.1个ATP分子中含有1个腺嘌呤和3个磷酸基团。(×)
分析:1个ATP分子中含有1个腺苷和3个磷酸基团。
2.DNA与ATP中所含元素的种类相同。(√)
3.人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。(×)
分析:在正常人体内,细胞内的ATP与ADP迅速转化,维持动态的平衡,保证能量的供应。
4.无氧条件下,叶肉细胞光合作用产生ATP为各项生命活动供能。(×)
分析:光合作用光反应产生的ATP只能用于暗反应,不能用于其他各项生命活动。
5.线粒体内膜、内质网膜和叶绿体中进行光反应的膜结构中都能合成ATP。(×)
分析:内质网膜不能合成ATP。
6.ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。(√)
7.人在剧烈运动时,ATP的合成速率大于ATP的水解速率。(×)
分析:人在剧烈运动时,ATP的合成速率和水解速率均加快,二者仍能保持动态平衡。
长句表达
1.(必修1 P87图5-4延伸)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,原因是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.(必修1 P89“拓展应用”T3延伸)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: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。
【命题探究·释疑解惑】
【典例】腊肉是餐桌上的一道美食,但一些黑心商家用病死猪肉腌制的腊肉往往含有大量的细菌,可利用“荧光素—荧光素酶生物发光法”对市场中腊肉含细菌多少进行检测。检测原理涉及如图所示的相互转化过程。
(1)“荧光素—荧光素酶生物发光法”中涉及的能量转化形式是_______________
_________,该过程由图中________(填“酶1”或“酶2”)催化,生物细胞中该过程往往伴随着________(填“吸能”或“放能”)反应。
(2)细胞内由酶2催化的化学反应发生在____________和____________生命活动中。
聚焦考查点:ATP的产生与应用。
【解析】(1)“荧光素—荧光素酶生物发光法”检测原理是:荧光素接受ATP提供的能量后可被激活,在荧光素酶的作用下形成氧化荧光素并且发出荧光。该过程中发生的能量转化是ATP中的化学能转化为光能。ATP水解由图中酶1催化,生物细胞内ATP水解时会释放能量,通常与吸能反应相联系。
(2)细胞内由酶2催化的化学反应为生成ATP的过程,包括光合作用和呼吸作用。
答案:(1)化学能转化为光能　酶1　吸能　(2)光合作用　呼吸作用(二者可颠倒)
破解策略
“归纳法”梳理细胞内产生与消耗ATP的生理过程
转化场所 常见的生理过程
细胞膜 消耗ATP:主动运输、胞吞、胞吐
细胞质 基质 产生ATP:细胞呼吸第一阶段; 消耗ATP:一些需能反应
叶绿体 产生ATP:光反应; 消耗ATP:暗反应,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
细胞核 消耗ATP:DNA复制、转录等
【扣点专练·通法悟道】
1.(2026·清远联考)为探究ATP水解时磷酸基团间特殊化学键的断裂位置,分别用放射性同位素32P标记β位(甲组)和γ位(乙组)的磷酸基团并检测两组游离磷酸的放射性(如图)。下列叙述正确的是(　　)
A.ATP的合成与水解分别与细胞内的吸能与放能反应相联系
B.特殊化学键②断裂后的分子可作为RNA的基本组成单位
C.若仅乙组游离的磷酸基团检测到放射性则说明化学键②断裂
D.为完善实验还需用放射性同位素32P标记α位的磷酸基团
【解析】选C。放能反应一般与ATP的合成相联系,吸能反应一般与ATP的水解相联系,A错误;特殊化学键②断裂后的分子为ADP,特殊化学键①断裂后的分子为腺嘌呤核糖核苷酸,腺嘌呤核糖核苷酸可作为RNA的基本组成单位,B错误;甲组用放射性同位素32P标记β位的磷酸基团,乙组用放射性同位素32P标记γ位的磷酸基团,若仅乙组游离的磷酸基团检测到放射性,则说明化学键②断裂,C正确;在ATP分子中,仅①和②为特殊化学键,因此探究ATP水解时磷酸基团间特殊化学键的断裂位置,不应用放射性同位素32P标记α位的磷酸基团,D错误。
2.ATP作为直接能源物质,可参与细胞中的许多化学反应,如反应:
A+ATP+H2O→B+ADP+Pi+H+……①
下列相关叙述正确的是(　　)
A.ATP的3个磷酸基团都具有较高的转移势能
B.反应①中A生成B的反应是放能反应
C.催化反应①的酶在偏酸性的环境中能够保持活性
D.细胞中反应①的持续进行,会导致ATP的含量明显下降
【解析】选C。ATP中含有3个磷酸基团,远离A的磷酸基团具有较高的转移势能,A 错误;分析题干中的反应①,A生成B时伴随着 ATP 的水解,则该反应为吸能反应,B 错误;分析题干,反应①有 H+生成,若反应①需要酶,则催化该反应的酶在偏酸性条件下能够保持活性,C 正确;细胞中 ATP与ADP的转化处于动态平衡之中,不会因反应①的进行造成 ATP 的含量明显下降,D 错误。
3.蛋白质磷酸化反应是指ATP末端的磷酸转移到底物蛋白质的特定氨基上所进行的化学反应。磷酸化的蛋白质活性改变而做功,从而参与细胞代谢,如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.ATP末端磷酸基团脱落时伴随能量的转移
B.磷酸化的蛋白质活性改变但并未变性
C.ATP推动的细胞做功过程属于吸能反应
D.蛋白质的磷酸化过程伴随ATP的水解,水解产物参与RNA的合成
【解析】选D。ATP中特殊化学键不稳定,末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势,容易脱离,具有较高的转移势能。因此,ATP末端磷酸基团脱落时伴随能量的转移,A正确;蛋白质发生磷酸化,使蛋白质的空间结构改变,从而使蛋白质的活性发生变化,但并没有变性,B正确;ATP推动蛋白质做功的过程中有ATP的水解,ATP的水解与吸能反应有关,C正确;看图可知,蛋白质的磷酸化过程伴随ATP的水解,形成的产物之一是ADP,ADP还需要再脱掉一个磷酸基团才能参与RNA的合成,D错误。
从教材走向高考
4.(必修1 P89插图改编)萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶。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,形成氧化荧光素并发出荧光。
(1)萤火虫合成ATP时的能量来源是___________________________________
_____________________________________。 请从化学结构的角度解释ATP能为荧光素供能的原因是___________________________________。
(2)ATP合成酶是催化ADP和Pi合成ATP的酶。ATP合成酶广泛分布于萤火虫细胞的细胞质基质以及_______________________________________________。
(3)用所给材料设计实验证明荧光素酶具有专一性。要求:写出实验思路和预期结果及结论。
_________________________________________________________________。
(实验材料:激活的荧光素、荧光素酶、淀粉酶)
【解析】(1)萤火虫不能进行光合作用,所以萤火虫合成ATP时的能量来源是细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能量。ATP是直接给细胞的生命活动提供能量的物质,结构上含有两个特殊化学键,其中远离A的那个特殊化学键很容易水解,于是远离A的那个P就脱离下来,形成游离的Pi,同时释放大量的能量,ATP就转化成ADP,释放的能量就为荧光素供能。
(2)ATP在动物细胞中通过细胞呼吸产生,场所为细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜(或线粒体)。
(3)酶具有专一性,从题干可知,荧光素接受ATP提供的能量后,在荧光素酶的催化作用下,与氧发生化学反应,形成氧化荧光素并发出荧光。利用此原理可证明荧光素酶的专一性,因此实验思路和预期结果及结论如下:取两支试管并编号为A、B;分别加入等量的激活的荧光素,其他条件相同。A试管加入荧光素酶,B试管加入淀粉酶。观察试管是否发出荧光。预期结果及结论:A试管发出荧光,B试管不发出荧光,荧光素酶具有专一性。
答案:(1)细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能量　ATP含有特殊化学键,水解能释放出大量的能量　(2)线粒体内膜和线粒体基质(或线粒体)　(3)实验思路:取两支试管并编号为A、B;分别加入等量的激活的荧光素,其他条件相同。A试管加入荧光素酶,B试管加入淀粉酶。观察试管是否发出荧光。预期结果及结论:A试管发出荧光,B试管不发出荧光,荧光素酶具有专一性
悟高考·瞻动向
　　 　　　　　　 　　　　　　 　　
体验高考·淬炼考能
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中
【解析】选C。本题考查ATP的相关知识。ATP为细胞内的直接能源物质,γ位磷酸基团脱离,ATP转化为ADP的过程释放能量,可为离子的主动运输提供能量,A正确;ATP分子水解两个高能磷酸键后,得到RNA的基本组成单位之一——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正确;ATP可在细胞核中发挥作用,如细胞核中可进行转录过程,ATP可以为RNA的合成提供能量,故β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键能在细胞核中断裂,C错误;光合作用光反应过程中,在有关酶的催化作用下,光合色素吸收的光能促成ADP与Pi发生化学反应,形成ATP,故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中,D正确。
2.(2021·湖南高考)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。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,不影响细胞信号传递
C.作为能量“通货”的ATP能参与细胞信号传递
D.蛋白质磷酸化和去磷酸化反应受温度的影响
【解析】选B。由题干和图中信息可知:蛋白质磷酸化和去磷酸化改变了蛋白质的空间结构,进而实现细胞信号的传递,体现出蛋白质结构与信息传递功能相适应的观点,A正确;这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失,就不能发生磷酸化和去磷酸化,进而影响细胞信号传递,B错误;由图中信息可知ATP参与细胞信号传递,C正确;蛋白质磷酸化和去磷酸化反应需要蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用,而酶的活性受温度的影响,D正确。
瞭望高考·探悟动态
锁定新情境:
细菌会发光
　　为保证食品安全,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。
基于核心素养的新考向:
1.(物质与能量观)图甲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.(批判性思维)图乙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__________。
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
综合上述材料分析,为保证该反应顺利进行,检测试剂中除荧光素酶外,至少应有_____________________________________。
根据酶的特性,检测试剂应在低温保存,使用时再恢复至常温,原因是_______
__________________________________________________________。
3.(结果分析)严谨的检测操作才能保证测量结果准确。执法人员检测前通常会带上无菌手套,主要是为了避免____________________________导致检测到的微生物含量偏________。检测时用拭子反复擦拭可以破坏微生物的细胞膜,进而更准确地检测出ATP的含量,因为ATP产生于__________。
4.(关注食品安全)若测试餐具时显示ATP含量超过警戒值,可要求商家通过______________________(写出1项即可)措施降低微生物含量,以保证食品安全卫生。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”)。
【解析】1.由题图可知,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,后者在荧光素酶的作用下被氧气氧化发光。催化过程中消耗的能量由ATP水解直接提供。
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,这是以荧光强度推测微生物含量的前提,②③正确;荧光强度与ATP供应呈正相关,所以ATP越多,荧光强度越大,④正确;根据图甲可知,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。为保证该反应顺利进行,检测试剂中除荧光素酶外,至少应有荧光素、氧气。由于低温条件下酶的活性较低,且酶的分子结构较稳定,使用时升高温度可使酶的活性升高,因此检测试剂应在低温保存,使用时再恢复至常温。
3.执法人员检测前通常会带上无菌手套,主要是为了避免手上携带的杂菌污染导致检测到的微生物含量偏高。因为ATP产生于微生物细胞内,通过细胞呼吸产生,因此检测时用拭子反复擦拭可以破坏微生物的细胞膜,可使ATP释放,进而更准确地检测出ATP的含量。
4.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等措施降低微生物含量,以保证食品安全卫生。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。
答案:1.荧光素酶　ATP　2.②③④　荧光素、氧气　低温条件下酶的空间结构稳定,使用时升高温度可使酶的活性升高并恢复最大活性　3.手上携带的杂菌污染　高　细胞内　4.高温煮沸餐具　下调
- 13 -(共20张PPT)
核心素养测评 第三单元 第10讲　细胞的能量“货币”ATP
(20分钟　33分)
一、选择题:本题共7小题,每小题3分,共21分。每小题只有一个选项符合题目要求。
1.(2026·佛山模拟)ATP与DNA、RNA、核苷酸的结构中都含有“A”,但在不同物质中“A”表示的含义不同,下图“○”中所对应的结构含义相同的是(　　)
A.①和②
B.②和③
C.①和④
D.没有相同的
√
【解析】选D。据题图信息可知,①中的A代表腺苷,由腺嘌呤和核糖构成,②中含有碱基T,为DNA分子,其中的A代表DNA的基本单位之一,为腺嘌呤脱氧核糖核苷酸,③中含有碱基U,为RNA分子,其中的A代表RNA的基本单位之一,为腺嘌呤核糖核苷酸,④为核苷酸,其中的A代表腺嘌呤,故题图中“○”所对应的结构含义都不相同,A、B、C不符合题意,D符合题意。
2.GTP是细胞信号传导的重要物质,其结构和ATP类似,研究发现细胞信号传导过程中GTP会在GTP酶的作用下水解为GDP。下列说法中正确的是(　　)
A.该细胞信号传导过程属于细胞中的放能反应
B.GTP中的“G”由鸟嘌呤和脱氧核糖组成
C.GTP和ATP彻底水解的产物只有含氮碱基不同
D.GTP脱去两个磷酸基团后可作为合成DNA的原料
√
【解析】选C。GTP的水解会释放能量用于细胞信号传导过程,因此该细胞信号传导过程属于细胞中的吸能反应,A错误;GTP中的“G”表示鸟苷,由鸟嘌呤和核糖组成,B错误;GTP是由鸟嘌呤、核糖、磷酸组成的,ATP是由腺嘌呤、核糖、磷酸组成的,所以二者彻底水解的产物只有含氮碱基是不同的,C正确;GTP脱去两个磷酸基团后可以作为合成RNA的原料,D错误。
3.ATP是细胞内的能量“货币”。如图表示ATP为Ca2+主动运输供能的过程,ATP分子末端磷酸基团脱离后与载体蛋白结合从而发生载体蛋白的磷酸化,载体蛋白的空间结构发生变化,活性也会改变。下列相关分析正确的是(　　)
A.载体蛋白的磷酸化导致其空间结构发生变化,该过程没有伴随着能量的转移
B.Ca2+通过Ca2+泵的跨膜运输是顺浓度梯度进行的,加入蛋白质变性剂会降低Ca2+泵跨膜运输Ca2+的速率
C.运输Ca2+过程中载体蛋白的转运活性保持不变
D.图中的载体蛋白既能运输Ca2+也能催化ATP水解
√
【解析】选D。ATP分子末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合,发生载体蛋白的磷酸化,这一过程伴随着能量的转移,A错误;Ca2+通过Ca2+泵需要ATP提供能量,故跨膜运输方式是主动运输,是逆浓度梯度进行的,Ca2+泵的化学本质是蛋白质,加入蛋白质变性剂会降低Ca2+泵跨膜运输Ca2+的速率,B错误;载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化,使Ca2+结合位点转向膜外侧,将Ca2+释放到膜外,因而运输Ca2+过程中载体蛋白的转运活性会发生改变,C错误;由题图可知,参与Ca2+主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶,既能运输Ca2+也能催化ATP水解供能,D正确。
4.磷酸肌酸(C~P)是一种高能磷酸化合物,它和ATP在一定条件下可相互转化:C~P+ADP ATP+C(肌酸)。肌肉中的C~P含量比ATP含量高得多。下列叙述错误的是(　　)
A.1分子ATP含有1分子腺苷、3分子磷酸基团
B.肌肉细胞合成C~P所需的能量来自细胞呼吸
C.磷酸肌酸既可储能,又可为肌肉细胞直接供能
D.剧烈运动时,肌细胞中C~P与C含量比值下降
√
【解析】选C。1分子ATP含有1分子腺苷、3分子磷酸基团,A正确;肌肉细胞合成C~P所需能量来自细胞呼吸,B正确;肌肉中的C~P含量比ATP含量高得多,表明磷酸肌酸有一定的储能作用,但为肌肉细胞直接供能的是ATP,C错误;剧烈运动时,磷酸肌酸将磷酸基团转移给ADP生成ATP和C,故肌细胞中C~P与C含量比值下降,D正确。
5.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与ATP的结构和性质相似,仅是碱基A被碱基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。下列相关叙述错误的是(　　)
A.GTP是由鸟苷、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需要消耗能量
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】选A。根据题干“GTP和ATP的结构和性质相似,仅是碱基A被碱基G替代”,结合ATP的结构简式可知,GTP是由鸟嘌呤、核糖和3个磷酸基团结合而成,A错误;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需要消耗能量,因此Arf由不活跃状态转化为活跃状态也消耗能量,B正确;Arf结合GDP时为不活跃状态,Arf结合GTP时为活跃状态,GDP和GTP之间的相互转化需要相关酶的催化,据此可推测,两种状态Arf蛋白的相互转化需要相应酶的催化,C正确;分泌蛋白在合成与分泌过程中需要囊泡在内质网和高尔基体以及细胞膜之间转运,据此可推测,运输货物蛋白的囊泡可能来自内质网或高尔基体,D正确。
6.(2026·肇庆联考)人的骨骼肌细胞中所含的ATP仅够维持剧烈运动3 s以内的能量供应,但是一般情况下,运动员能持续数分钟的剧烈运动。运动员参加短跑比赛过程中,肌细胞中ATP的相对含量随时间的变化情况如图所示。下列有关叙述错误的是(　　)
A.ab段ATP水解释放的能量主要用于肌肉
收缩等生命活动
B.b点时细胞开始进行呼吸作用合成ATP,以维持细胞中ATP的含量
C.ATP供能时需要酶的催化,通常会断裂一个特殊的化学键
D.ATP合成与分解所需的酶不同,发生的场所不一定相同
√
【解析】选B。ATP是驱动生命活动的直接能源物质,ab段ATP水解释放的能量主要用于肌肉收缩等生命活动,A正确;细胞一直在进行呼吸作用合成ATP,并不是在b点时细胞才开始进行呼吸作用的,B错误;ATP供能时需要酶的催化,通常会断裂一个特殊的化学键,生成ADP和Pi,C正确;ATP合成与分解所需的酶不同,发生的场所不一定相同,D正确。
7.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,形成有活性的蛋白质是一个磷酸化的过程,即“开”的过程,形成无活性的蛋白质是一个去磷酸化的过程,即“关”的过程。下列有关“分子开关”的说法错误的是(　　)
A.细胞呼吸产生的ATP可以用于分子开关
中蛋白质的磷酸化过程
B.分子开关可能是通过改变蛋白质的空间结构来实现“开”和“关”的
C.蛋白质去磷酸化过程是一个放能反应的过程,释放的能量有一部分可用于合成ATP
D.蛋白质磷酸化过程是一个吸能反应,与ATP的水解相联系
√
【解析】选C。通过题图可知,细胞呼吸产生的ATP可以用于分子开关中蛋白质的磷酸化过程,形成有活性的蛋白质,A正确;ATP将蛋白质磷酸化,形成ADP和磷酸化的蛋白质,同时蛋白质的空间结构发生改变,当磷酸化的蛋白质上的磷酸基团脱落时会发生性状改变,因此分子开关可能是通过改变蛋白质的空间结构来实现“开”和“关”的,B正确;蛋白质去磷酸化过程不是放能反应,没有产生ATP,C错误;通过题图可知,蛋白质磷酸化过程需要消耗ATP,是一个吸能反应,与ATP的水解相联系,D正确。
二、非选择题
8.(12分)★对核酸分子合成的深入研究表明,DNA复制过程中所需的原料是dNTP,其中d表示脱氧,N表示碱基,T表示3个,P表示磷酸基团,其结构如图所示。合成子链的过程中,与模板链互补配对的dNTP脱去1个焦磷酸(由2个磷酸分子组成)后,连接到子链的一端。RNA的合成原料与之类似。
(1)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“①”或“②”或“③”或“④”或“⑤”)上。
(2)DNA复制过程中的________________酶可以沿模板链的__________(填“3'→5'”或“5'→3'”)方向移动,将dNTP连接到子链末端。
③　
DNA聚合
3'→5'
【解析】(1)合成子链的过程中,与模板链互补配对的dNTP脱去1个焦磷酸(由2个磷酸分子组成)后,连接到子链的一端,即脱去①②后,连接到子链的一端,32P标记磷酸基团,所以带有32P的磷酸基团应在dATP的③上。
(2)DNA复制需要DNA聚合酶催化,子链延伸方向为5'→3',子链与模板链反向平行,所以DNA聚合酶沿模板链的3'→5'方向移动。
(3)上述酶分子只能催化单个dNTP连接到正在延伸的子链末端,而RNA聚合酶可以从子链的第一个核苷酸开始合成,据此分析,细胞内DNA复制起始时需先合成一小段________________分子。结合上述信息,写出dATP分子在DNA合成过程中的作用:______________________________________。
(4)科学家利用五碳糖中2'和3'碳原子均脱氧的双脱氧核苷酸(ddNTP)掺入DNA体外复制反应体系的原料中,由于该类物质无法与延伸中的子链末端形成____________________键,DNA的复制将会终止,可用于DNA序列的鉴定。
RNA片段　
提供能量、作为原料
磷酸二酯
【解析】(3)由题意可知,DNA聚合酶只能催化单个dNTP连接到正在延伸的子链末端,所以DNA复制起始时需先合成一小段RNA片段分子,dATP在DNA合成过程中既作为原料,又提供能量。
(4)DNA复制时,脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键。(共40张PPT)
第10讲　细胞的能量“货币”ATP
悟高考·瞻动向
课程标准解读与能力要求 知识网络概览
1.解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 2.运用模型与建模的方法分析ATP的结构与功能,强化理解能力。 3.通过分析ATP的合成、水解及利用过程,形成解决问题的能力。
【要点梳理·夯基固本】
一、ATP的结构
1.ATP的结构:
2.ATP的结构特点:
(1)特殊化学键:含有2个特殊的化学键,因此ATP是一种________________。
(2)化学性质:ATP的化学性质________,末端磷酸基团有一种离开ATP而与其
他分子结合的趋势,也就是具有较高的________能。
高能磷酸化合物
不稳定
转移势
名师点睛　细胞内供能的高能磷酸化合物
(1)碱基不同:ATP、GTP、CTP和UTP是细胞内四种高能磷酸化合物,都能为生命活动直接提供能量。脱去两个磷酸基团,可以作为RNA合成的原料。
(2)五碳糖不同:dATP、dGTP、dCTP和dTTP也能为生命活动直接提供能量。脱去两个磷酸基团,可以作为DNA复制的原料。
二、ATP与ADP 的相互转化
项目 ATP的合成 ATP的水解
反应过程
所需酶 ATP合成酶 ATP水解酶
反应类型 吸能反应 放能反应
能量来源 ______(光合作用)、_______ (细胞呼吸) 储存在特殊化学键中的能量
能量去路 储存在____________中 用于各项生命活动
反应场所 ___________________________ 生物体的需能部位
光能
化学能
特殊化学键
细胞质基质、线粒体、叶绿体
三、ATP的利用
1.ATP的利用实例:
2.ATP是细胞内的能量“货币”:
3.ATP的功能:驱动生命活动的______________。
直接能源物质
易错辨析
1.1个ATP分子中含有1个腺嘌呤和3个磷酸基团。( )
分析:1个ATP分子中含有1个腺苷和3个磷酸基团。
2.DNA与ATP中所含元素的种类相同。( )
3.人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡。( )
分析:在正常人体内,细胞内的ATP与ADP迅速转化,维持动态的平衡,保证能量的供应。
×
√
×
4.无氧条件下,叶肉细胞光合作用产生ATP为各项生命活动供能。( )
分析:光合作用光反应产生的ATP只能用于暗反应,不能用于其他各项生命
活动。
5.线粒体内膜、内质网膜和叶绿体中进行光反应的膜结构中都能合成
ATP。( )
分析:内质网膜不能合成ATP。
×
×
6.ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应。( )
7.人在剧烈运动时,ATP的合成速率大于ATP的水解速率。( )
分析:人在剧烈运动时,ATP的合成速率和水解速率均加快,二者仍能保持
动态平衡。
√
×
长句表达
1.(必修1 P87图5-4延伸)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,原因是_______________________________________
____________________。
2.(必修1 P89“拓展应用”T3延伸)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:______________________________
________________________。
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
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
【命题探究·释疑解惑】
【典例】腊肉是餐桌上的一道美食,但一些黑心商家用病死猪肉腌制的腊肉往往含有大量的细菌,可利用“荧光素—荧光素酶生物发光法”对市场中腊肉含细菌多少进行检测。检测原理涉及如图所示的相互转化过程。
(1)“荧光素—荧光素酶生物发光法”中涉及的能量转化形式是________________________,该过程由图中________(填“酶1”或“酶2”)催化,生物细胞中该过程往往伴随着________(填“吸能”或“放能”)反应。
(2)细胞内由酶2催化的化学反应发生在__________和___________________
生命活动中。
聚焦考查点:ATP的产生与应用。
化学能转化为光能　
酶1
吸能
光合作用
呼吸作用(二者可颠倒)
【解析】(1)“荧光素—荧光素酶生物发光法”检测原理是:荧光素接受ATP提供的能量后可被激活,在荧光素酶的作用下形成氧化荧光素并且发出荧光。该过程中发生的能量转化是ATP中的化学能转化为光能。ATP水解由图中酶1催化,生物细胞内ATP水解时会释放能量,通常与吸能反应相联系。
(2)细胞内由酶2催化的化学反应为生成ATP的过程,包括光合作用和呼吸作用。
破解策略 “归纳法”梳理细胞内产生与消耗ATP的生理过程
转化场所 常见的生理过程
细胞膜 消耗ATP:主动运输、胞吞、胞吐
细胞质 基质 产生ATP:细胞呼吸第一阶段;
消耗ATP:一些需能反应
叶绿体 产生ATP:光反应;
消耗ATP:暗反应,自身DNA复制、转录和蛋白质合成等
转化场所 常见的生理过程
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
细胞核 消耗ATP:DNA复制、转录等
【扣点专练·通法悟道】
1.(2026·清远联考)为探究ATP水解时磷酸基团间特殊化学键的断裂位置,分别用放射性同位素32P标记β位(甲组)和γ位(乙组)的磷酸基团并检测两组游离磷酸的放射性(如图)。下列叙述正确的是(　　)
A.ATP的合成与水解分别与细胞内的吸能与放能反应相联系
B.特殊化学键②断裂后的分子可作为RNA的基本组成单位
C.若仅乙组游离的磷酸基团检测到放射性则说明化学键②断裂
D.为完善实验还需用放射性同位素32P标记α位的磷酸基团
√
【解析】选C。放能反应一般与ATP的合成相联系,吸能反应一般与ATP的水解相联系,A错误;特殊化学键②断裂后的分子为ADP,特殊化学键①断裂后的分子为腺嘌呤核糖核苷酸,腺嘌呤核糖核苷酸可作为RNA的基本组成单位,B错误;甲组用放射性同位素32P标记β位的磷酸基团,乙组用放射性同位素32P标记γ位的磷酸基团,若仅乙组游离的磷酸基团检测到放射性,则说明化学键②断裂,C正确;在ATP分子中,仅①和②为特殊化学键,因此探究ATP水解时磷酸基团间特殊化学键的断裂位置,不应用放射性同位素32P标记α位的磷酸基团,D错误。
2.ATP作为直接能源物质,可参与细胞中的许多化学反应,如反应:
A+ATP+H2O→B+ADP+Pi+H+……①
下列相关叙述正确的是(　　)
A.ATP的3个磷酸基团都具有较高的转移势能
B.反应①中A生成B的反应是放能反应
C.催化反应①的酶在偏酸性的环境中能够保持活性
D.细胞中反应①的持续进行,会导致ATP的含量明显下降
√
【解析】选C。ATP中含有3个磷酸基团,远离A的磷酸基团具有较高的转移势能,A 错误;分析题干中的反应①,A生成B时伴随着 ATP 的水解,则该反应为吸能反应,B 错误;分析题干,反应①有 H+生成,若反应①需要酶,则催化该反应的酶在偏酸性条件下能够保持活性,C 正确;细胞中 ATP与ADP的转化处于动态平衡之中,不会因反应①的进行造成 ATP 的含量明显下降,D 错误。
3.蛋白质磷酸化反应是指ATP末端的磷酸转移到底物蛋白质的特定氨基上所进行的化学反应。磷酸化的蛋白质活性改变而做功,从而参与细胞代谢,如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.ATP末端磷酸基团脱落时伴随能量的转移
B.磷酸化的蛋白质活性改变但并未变性
C.ATP推动的细胞做功过程属于吸能反应
D.蛋白质的磷酸化过程伴随ATP的水解,水解产物参与RNA的合成
√
【解析】选D。ATP中特殊化学键不稳定,末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势,容易脱离,具有较高的转移势能。因此,ATP末端磷酸基团脱落时伴随能量的转移,A正确;蛋白质发生磷酸化,使蛋白质的空间结构改变,从而使蛋白质的活性发生变化,但并没有变性,B正确;ATP推动蛋白质做功的过程中有ATP的水解,ATP的水解与吸能反应有关,C正确;看图可知,蛋白质的磷酸化过程伴随ATP的水解,形成的产物之一是ADP,ADP还需要再脱掉一个磷酸基团才能参与RNA的合成,D错误。
从教材走向高考
4.(必修1 P89插图改编)萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶。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,形成氧化荧光素并发出荧光。
(1)萤火虫合成ATP时的能量来源是_______________________________
___________________。 请从化学结构的角度解释ATP能为荧光素供能的原因是_______________________________________________。
细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能量　
ATP含有特殊化学键,水解能释放出大量的能量
【解析】(1)萤火虫不能进行光合作用,所以萤火虫合成ATP时的能量来源是细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能量。ATP是直接给细胞的生命活动提供能量的物质,结构上含有两个特殊化学键,其中远离A的那个特殊化学键很容易水解,于是远离A的那个P就脱离下来,形成游离的Pi,同时释放大量的能量,ATP就转化成ADP,释放的能量就为荧光素供能。
(2)ATP合成酶是催化ADP和Pi合成ATP的酶。ATP合成酶广泛分布于萤火虫细胞的细胞质基质以及________________________________________。
(3)用所给材料设计实验证明荧光素酶具有专一性。要求:写出实验思路和预期结果及结论。
_____________________________________________________________
______________________________________________________________
____________________________________________________________
_____________________________ 。 (实验材料:激活的荧光素、荧光素
酶、淀粉酶)
线粒体内膜和线粒体基质(或线粒体)　
实验思路:取两支试管并编号为A、B;分别加入等量的激活的荧光素,其他条件相同。A试管加入荧光素酶,B试管加入淀粉酶。观察试管是否发出荧光。预期结果及结论:A试管发出荧光,B试管不发出荧光,荧光素酶具有专一性
【解析】 (2)ATP在动物细胞中通过细胞呼吸产生,场所为细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜(或线粒体)。
(3)酶具有专一性,从题干可知,荧光素接受ATP提供的能量后,在荧光素酶的催化作用下,与氧发生化学反应,形成氧化荧光素并发出荧光。利用此原理可证明荧光素酶的专一性,因此实验思路和预期结果及结论如下:取两支试管并编号为A、B;分别加入等量的激活的荧光素,其他条件相同。A试管加入荧光素酶,B试管加入淀粉酶。观察试管是否发出荧光。预期结果及结论:A试管发出荧光,B试管不发出荧光,荧光素酶具有专一性。
悟高考·瞻动向
体验高考·淬炼考能
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中
√
【解析】选C。本题考查ATP的相关知识。ATP为细胞内的直接能源物质,γ位磷酸基团脱离,ATP转化为ADP的过程释放能量,可为离子的主动运输提供能量,A正确;ATP分子水解两个高能磷酸键后,得到RNA的基本组成单位之一——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正确;ATP可在细胞核中发挥作用,如细胞核中可进行转录过程,ATP可以为RNA的合成提供能量,故β和γ位磷酸基团之间的高能磷酸键能在细胞核中断裂,C错误;光合作用光反应过程中,在有关酶的催化作用下,光合色素吸收的光能促成ADP与Pi发生化学反应,形成ATP,故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中,D正确。
2.(2021·湖南高考)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。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,不影响细胞信号传递
C.作为能量“通货”的ATP能参与细胞信号传递
D.蛋白质磷酸化和去磷酸化反应受温度的影响
√
【解析】选B。由题干和图中信息可知:蛋白质磷酸化和去磷酸化改变了蛋白质的空间结构,进而实现细胞信号的传递,体现出蛋白质结构与信息传递功能相适应的观点,A正确;这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失,就不能发生磷酸化和去磷酸化,进而影响细胞信号传递,B错误;由图中信息可知ATP参与细胞信号传递,C正确;蛋白质磷酸化和去磷酸化反应需要蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用,而酶的活性受温度的影响,D正确。
瞭望高考·探悟动态
锁定新情境:
细菌会发光
　　为保证食品安全,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。
基于核心素养的新考向:
1.(物质与能量观)图甲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。
【解析】1.由题图可知,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,后者在荧光素酶的作用下被氧气氧化发光。催化过程中消耗的能量由ATP水解直接提供。
荧光素酶　
ATP
2.(批判性思维)图乙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__________。
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
综合上述材料分析,为保证该反应顺利进行,检测试剂中除荧光素酶外,至少应有__________________。 根据酶的特性,检测试剂应在低温保存,使用时再恢复至常温,原因是______________________________________________
__________________________________。
②③④　　
荧光素、氧气
低温条件下酶的空间结构稳定,使用时升高温度可使酶的活性升高并恢复最大活性
【解析】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,这是以荧光强度推测微生物含量的前提,②③正确;荧光强度与ATP供应呈正相关,所以ATP越多,荧光强度越大,④正确;根据图甲可知,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。为保证该反应顺利进行,检测试剂中除荧光素酶外,至少应有荧光素、氧气。由于低温条件下酶的活性较低,且酶的分子结构较稳定,使用时升高温度可使酶的活性升高,因此检测试剂应在低温保存,使用时再恢复至常温。
3.(结果分析)严谨的检测操作才能保证测量结果准确。执法人员检测前通常会带上无菌手套,主要是为了避免____________________________导致检测到的微生物含量偏________。检测时用拭子反复擦拭可以破坏微生物的细胞膜,进而更准确地检测出ATP的含量,因为ATP产生于__________。
手上携带的杂菌污染　　
高
细胞内
【解析】3.执法人员检测前通常会带上无菌手套,主要是为了避免手上携带的杂菌污染导致检测到的微生物含量偏高。因为ATP产生于微生物细胞内,通过细胞呼吸产生,因此检测时用拭子反复擦拭可以破坏微生物的细胞膜,可使ATP释放,进而更准确地检测出ATP的含量。
4.(关注食品安全)若测试餐具时显示ATP含量超过警戒值,可要求商家通过______________________(写出1项即可)措施降低微生物含量,以保证食品安全卫生。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”)。
高温煮沸餐具　
下调
【解析】 4.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等措施降低微生物含量,以保证食品安全卫生。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。核心素养测评 第三单元 第10讲　细胞的能量“货币”ATP
(20分钟　33分)
一、选择题:本题共7小题,每小题3分,共21分。每小题只有一个选项符合题目要求。
1.(2026·佛山模拟)ATP与DNA、RNA、核苷酸的结构中都含有“A”,但在不同物质中“A”表示的含义不同,下图“○”中所对应的结构含义相同的是(　　)
A.①和② B.②和③
C.①和④ D.没有相同的
【解析】选D。据题图信息可知,①中的A代表腺苷,由腺嘌呤和核糖构成,②中含有碱基T,为DNA分子,其中的A代表DNA的基本单位之一,为腺嘌呤脱氧核糖核苷酸,③中含有碱基U,为RNA分子,其中的A代表RNA的基本单位之一,为腺嘌呤核糖核苷酸,④为核苷酸,其中的A代表腺嘌呤,故题图中“○”所对应的结构含义都不相同,A、B、C不符合题意,D符合题意。
2.GTP是细胞信号传导的重要物质,其结构和ATP类似,研究发现细胞信号传导过程中GTP会在GTP酶的作用下水解为GDP。下列说法中正确的是(　　)
A.该细胞信号传导过程属于细胞中的放能反应
B.GTP中的“G”由鸟嘌呤和脱氧核糖组成
C.GTP和ATP彻底水解的产物只有含氮碱基不同
D.GTP脱去两个磷酸基团后可作为合成DNA的原料
【解析】选C。GTP的水解会释放能量用于细胞信号传导过程,因此该细胞信号传导过程属于细胞中的吸能反应,A错误;GTP中的“G”表示鸟苷,由鸟嘌呤和核糖组成,B错误;GTP是由鸟嘌呤、核糖、磷酸组成的,ATP是由腺嘌呤、核糖、磷酸组成的,所以二者彻底水解的产物只有含氮碱基是不同的,C正确;GTP脱去两个磷酸基团后可以作为合成RNA的原料,D错误。
3.ATP是细胞内的能量“货币”。如图表示ATP为Ca2+主动运输供能的过程,ATP分子末端磷酸基团脱离后与载体蛋白结合从而发生载体蛋白的磷酸化,载体蛋白的空间结构发生变化,活性也会改变。下列相关分析正确的是(　　)
A.载体蛋白的磷酸化导致其空间结构发生变化,该过程没有伴随着能量的转移
B.Ca2+通过Ca2+泵的跨膜运输是顺浓度梯度进行的,加入蛋白质变性剂会降低Ca2+泵跨膜运输Ca2+的速率
C.运输Ca2+过程中载体蛋白的转运活性保持不变
D.图中的载体蛋白既能运输Ca2+也能催化ATP水解
【解析】选D。ATP分子末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合,发生载体蛋白的磷酸化,这一过程伴随着能量的转移,A错误;Ca2+通过Ca2+泵需要ATP提供能量,故跨膜运输方式是主动运输,是逆浓度梯度进行的,Ca2+泵的化学本质是蛋白质,加入蛋白质变性剂会降低Ca2+泵跨膜运输Ca2+的速率,B错误;载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化,使Ca2+结合位点转向膜外侧,将Ca2+释放到膜外,因而运输Ca2+过程中载体蛋白的转运活性会发生改变,C错误;由题图可知,参与Ca2+主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶,既能运输Ca2+也能催化ATP水解供能,D正确。
4.磷酸肌酸(C~P)是一种高能磷酸化合物,它和ATP在一定条件下可相互转化:C~P+ADPATP+C(肌酸)。肌肉中的C~P含量比ATP含量高得多。下列叙述错误的是(　　)
A.1分子ATP含有1分子腺苷、3分子磷酸基团
B.肌肉细胞合成C~P所需的能量来自细胞呼吸
C.磷酸肌酸既可储能,又可为肌肉细胞直接供能
D.剧烈运动时,肌细胞中C~P与C含量比值下降
【解析】选C。1分子ATP含有1分子腺苷、3分子磷酸基团,A正确;肌肉细胞合成C~P所需能量来自细胞呼吸,B正确;肌肉中的C~P含量比ATP含量高得多,表明磷酸肌酸有一定的储能作用,但为肌肉细胞直接供能的是ATP,C错误;剧烈运动时,磷酸肌酸将磷酸基团转移给ADP生成ATP和C,故肌细胞中C~P与C含量比值下降,D正确。
5.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与ATP的结构和性质相似,仅是碱基A被碱基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。下列相关叙述错误的是(　　)
A.GTP是由鸟苷、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需要消耗能量
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】选A。根据题干“GTP和ATP的结构和性质相似,仅是碱基A被碱基G替代”,结合ATP的结构简式可知,GTP是由鸟嘌呤、核糖和3个磷酸基团结合而成,A错误;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需要消耗能量,因此Arf由不活跃状态转化为活跃状态也消耗能量,B正确;Arf结合GDP时为不活跃状态,Arf结合GTP时为活跃状态,GDP和GTP之间的相互转化需要相关酶的催化,据此可推测,两种状态Arf蛋白的相互转化需要相应酶的催化,C正确;分泌蛋白在合成与分泌过程中需要囊泡在内质网和高尔基体以及细胞膜之间转运,据此可推测,运输货物蛋白的囊泡可能来自内质网或高尔基体,D正确。
6.(2026·肇庆联考)人的骨骼肌细胞中所含的ATP仅够维持剧烈运动3 s以内的能量供应,但是一般情况下,运动员能持续数分钟的剧烈运动。运动员参加短跑比赛过程中,肌细胞中ATP的相对含量随时间的变化情况如图所示。下列有关叙述错误的是(　　)
A.ab段ATP水解释放的能量主要用于肌肉收缩等生命活动
B.b点时细胞开始进行呼吸作用合成ATP,以维持细胞中ATP的含量
C.ATP供能时需要酶的催化,通常会断裂一个特殊的化学键
D.ATP合成与分解所需的酶不同,发生的场所不一定相同
【解析】选B。ATP是驱动生命活动的直接能源物质,ab段ATP水解释放的能量主要用于肌肉收缩等生命活动,A正确;细胞一直在进行呼吸作用合成ATP,并不是在b点时细胞才开始进行呼吸作用的,B错误;ATP供能时需要酶的催化,通常会断裂一个特殊的化学键,生成ADP和Pi,C正确;ATP合成与分解所需的酶不同,发生的场所不一定相同,D正确。
7.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,形成有活性的蛋白质是一个磷酸化的过程,即“开”的过程,形成无活性的蛋白质是一个去磷酸化的过程,即“关”的过程。下列有关“分子开关”的说法错误的是(　　)
A.细胞呼吸产生的ATP可以用于分子开关中蛋白质的磷酸化过程
B.分子开关可能是通过改变蛋白质的空间结构来实现“开”和“关”的
C.蛋白质去磷酸化过程是一个放能反应的过程,释放的能量有一部分可用于合成ATP
D.蛋白质磷酸化过程是一个吸能反应,与ATP的水解相联系
【解析】选C。通过题图可知,细胞呼吸产生的ATP可以用于分子开关中蛋白质的磷酸化过程,形成有活性的蛋白质,A正确;ATP将蛋白质磷酸化,形成ADP和磷酸化的蛋白质,同时蛋白质的空间结构发生改变,当磷酸化的蛋白质上的磷酸基团脱落时会发生性状改变,因此分子开关可能是通过改变蛋白质的空间结构来实现“开”和“关”的,B正确;蛋白质去磷酸化过程不是放能反应,没有产生ATP,C错误;通过题图可知,蛋白质磷酸化过程需要消耗ATP,是一个吸能反应,与ATP的水解相联系,D正确。
二、非选择题
8.(12分)★对核酸分子合成的深入研究表明,DNA复制过程中所需的原料是dNTP,其中d表示脱氧,N表示碱基,T表示3个,P表示磷酸基团,其结构如图所示。合成子链的过程中,与模板链互补配对的dNTP脱去1个焦磷酸(由2个磷酸分子组成)后,连接到子链的一端。RNA的合成原料与之类似。
(1)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“①”或“②”或“③”或“④”或“⑤”)上。
(2)DNA复制过程中的________________酶可以沿模板链的__________(填“3'→5'”或“5'→3'”)方向移动,将dNTP连接到子链末端。
(3)上述酶分子只能催化单个dNTP连接到正在延伸的子链末端,而RNA聚合酶可以从子链的第一个核苷酸开始合成,据此分析,细胞内DNA复制起始时需先合成一小段________________分子。结合上述信息,写出dATP分子在DNA合成过程中的作用:______________________________________。
(4)科学家利用五碳糖中2'和3'碳原子均脱氧的双脱氧核苷酸(ddNTP)掺入DNA体外复制反应体系的原料中,由于该类物质无法与延伸中的子链末端形成____________________键,DNA的复制将会终止,可用于DNA序列的鉴定。
【解析】(1)合成子链的过程中,与模板链互补配对的dNTP脱去1个焦磷酸(由2个磷酸分子组成)后,连接到子链的一端,即脱去①②后,连接到子链的一端,32P标记磷酸基团,所以带有32P的磷酸基团应在dATP的③上。
(2)DNA复制需要DNA聚合酶催化,子链延伸方向为5'→3',子链与模板链反向平行,所以DNA聚合酶沿模板链的3'→5'方向移动。
(3)由题意可知,DNA聚合酶只能催化单个dNTP连接到正在延伸的子链末端,所以DNA复制起始时需先合成一小段RNA片段分子,dATP在DNA合成过程中既作为原料,又提供能量。
(4)DNA复制时,脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键。
答案:(1)③　(2)DNA聚合　3'→5'
(3)RNA片段　提供能量、作为原料
(4)磷酸二酯
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