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(共31张PPT)
核心素养测评　
第二单元　第11讲　细胞的能量“货币”ATP
(20分钟　35分)
【基础过关练】
1.(2分)下列有关ATP的叙述正确的是 (　　)
A.淀粉水解成葡萄糖时伴随ATP的生成
B.ATP中A表示腺嘌呤核糖核苷酸
C.ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应
D.人成熟的红细胞既不能合成酶,也不能产生ATP
√
【解析】选C。淀粉水解成葡萄糖时没有ATP的生成,A错误;ATP中A表示腺苷,由腺嘌呤与核糖组成,而腺嘌呤核糖核苷酸由腺嘌呤、核糖与磷酸组成,B错误;ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应,如大分子物质的合成,C正确;人成熟的红细胞没有细胞核和细胞器,因此不能合成酶,但能通过无氧呼吸产生ATP,D错误。
2.(2分)据测算,一个人在剧烈运动的状态下,每分钟约有0.5 kg的ATP转化成
ADP,释放能量,供运动所需。生成的ADP又可在一定条件下转化成ATP。下
列相关叙述错误的是 (　　)
A.ADP是比ATP稳定的化合物,其分子中不含特殊化学键
B.在正常生活的细胞中,ATP和ADP的相互转化处于动态平衡
C.ATP和ADP相互转化的供能机制体现了生物界的统一性
D.ADP转化成ATP的过程中,所需的能量可来自细胞呼吸
√
【解析】选A。ADP分子中也含特殊化学键,A错误;在正常生活的细胞中,ATP和ADP的相互转化处于动态平衡,以保证细胞正常的能量供应,B正确;ATP和ADP相互转化的供能机制在生物界普遍存在,体现了生物界的统一性,C正确;ADP转化成ATP的过程中,所需的能量可来自细胞呼吸,因为细胞呼吸过程与体内的能量转换有关,D正确。
3.(2分)GTP与ATP的化学结构相似。G蛋白由Gα、Gβ和Gγ三个亚基组成,具
有GTP水解酶活性。G蛋白可以在活性状态与非活性状态之间相互转化,如
图所示,激动剂与G蛋白偶联受体(GPCR)结合后可引起G蛋白转化为活性状
态。下列叙述正确的是 (　　)
A.GTP中含有2个磷酸基团,G代表鸟嘌呤核糖核
苷酸
B.细胞中的GTP也可能作为生命活动的直接能源物质
C.G蛋白由非活性状态转化为活性状态与去磷酸化有关
D.生物体内G蛋白的活性只受温度和pH变化的影响
√
【解析】选B。GTP中含有3个磷酸基团,GTP中的G代表鸟苷,A错误;根据G蛋白具有GTP水解酶的活性可知,GTP水解释放能量,供生命活动所需,B正确;G蛋白由非活性状态转化为活性状态时,G蛋白上结合的GDP变为GTP,即发生磷酸化,C错误;G蛋白的活性还受激动剂的影响,D错误。
4.(2分)下图是萤火虫发光的原理,相关叙述正确的是 (　　)
A.ATP水解供能时生成一个腺苷和三个磷酸基团
B.荧光素酶的化学本质是蛋白质或RNA
C.由于酶具有专一性,该过程中需要多种酶催化
D.在试管中加入葡萄糖、荧光素和荧光素酶,可
看到荧光
√
【解析】选C。ATP水解供能时生成一个腺苷二磷酸和一个磷酸基团,A错误;荧光素酶的化学本质是蛋白质,B错误;由于酶具有专一性,该过程中涉及多步反应,需要多种酶催化,C正确;在试管中加入葡萄糖,并不会发生氧化分解,没有产生ATP,因此看不到荧光,D错误。
5.(2分)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的环境中能够保持活性,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的持续进行造成ATP的含量明显下降,D错误。
【知识拓展】ATP的来源和去向
6.(2分)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合成的原料之一
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
【解析】选B。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不符合题意。
【加固训练】
(2025·滨州模拟)GTP(鸟苷三磷酸)的作用与ATP类似,线粒体分裂依赖于细
胞质基质中具有GTP酶活性的发动蛋白。线粒体分裂时,在其他蛋白的介导
下,发动蛋白有序地排布到线粒体分裂面的外膜上,组装成环线粒体的纤维
状结构。该结构缢缩,使线粒体一分为二。下列说法正确的是 (　　)
A.GTP因含有三个特殊的化学键而具有较高能量
B.线粒体分裂体现了发动蛋白具有催化、运动等功能
C.一般情况下,发动蛋白结合到线粒体外膜上等待激活
D.环线粒体的纤维状结构由单糖脱水缩合而成
√
【解析】选B。GTP(鸟苷三磷酸)的作用与ATP类似,推测其结构简式应为G—P~P~P,含有两个特殊的化学键,A错误;发动蛋白具有GTP酶活性,说明其具有催化作用,且线粒体分裂时发动蛋白有序地排布到线粒体分裂面的外膜上,该过程体现了发动蛋白具有运动功能,B正确;根据“线粒体分裂依赖于细胞质基质中具有GTP酶活性的发动蛋白。线粒体分裂时……结构”可知,一般情况下,发动蛋白在细胞质基质中等待激活,C错误;环线粒体的纤维状结构是由发动蛋白组成的,蛋白质是由氨基酸脱水缩合形成的,D错误。
7.(2分) 【不定项】(2026·长沙模拟)如图所示,生物膜上的ATP可通过VNUT
蛋白进入囊泡,再经囊泡运输分泌到细胞外,作为信号分子调节生命活动。
下列分析正确的是(　　)
A.由图可知,H+进出囊泡有主动运输和协助扩散两
种方式
B.VNUT蛋白和ATP合成酶所含的氮元素主要分布
在肽键附近
C.生物膜系统含有ATP合成酶的结构至少有两种
D.用药剂抑制ATP的水解会导致细胞分泌的ATP量增加
√
√
√
【解析】选A、B、C。由题图可知,H+进入囊泡需要消耗ATP,又因其为离子,故方式是主动运输,H+出囊泡的方式是协助扩散,A正确;VNUT蛋白和ATP合成酶的化学本质均为蛋白质,蛋白质是由氨基酸经脱水缩合形成的,所含的氮元素主要分布在肽键附近,B正确;生物膜系统包括细胞膜、细胞器膜和核膜,合成ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体,其中存在ATP合成酶的膜结构有线粒体内膜、类囊体薄膜,C正确;结合题图分析可知,抑制ATP水解后,供能减少,影响ATP进入囊泡和胞吐过程,从而使细胞分泌的ATP量减少,D错误。
【思维进阶练】
8.(3分)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“货币”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。根据题干可知,某些蛋白质在相关酶的作用下会发生磷酸化和去磷酸化,而发生了磷酸化和去磷酸化的蛋白质就可以参与细胞信号传递,能够体现蛋白质结构与功能相适应的特点,A正确;蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失,会导致这些蛋白质不能发生磷酸化和去磷酸化,不能参与细胞信号传递,B错误;由题图可知,在蛋白质磷酸化过程中,ATP为蛋白质提供磷酸基团,参与了细胞信号传递,C正确;蛋白质磷酸化和去磷酸化反应均属于酶促反应,受温度的影响,D正确。
【知识纵横】磷酸化和去磷酸化
在相应的位置上,加上磷酸基团称为磷酸化,将磷酸基团去除称为去磷酸化。腺苷二磷酸加上磷酸基团发生在叶绿体内,称光合磷酸化;腺苷二磷酸加上磷酸基团发生在线粒体内,称氧化磷酸化。这两种磷酸化过程中,都伴随着能量向ATP的转移。若蛋白质分子加上磷酸基团,称蛋白质分子的磷酸化,已磷酸化的蛋白质分子去除磷酸基团,称蛋白质分子的去磷酸化。磷酸化和去磷酸化,一般指的是蛋白质分子的磷酸化和去磷酸化。蛋白质分子的磷酸化过程,往往伴随着ATP水解,提供磷酸基团。
9.(3分) 【不定项】(2026·本溪模拟)ATP驱动泵能利用ATP水解释放的能量
将小分子或离子进行跨膜转运,有下图所示的3种类型。下列相关叙述错误
的是 (　　)
A.C泵可发生磷酸化不改变泵的蛋白质构象
进行C的转运过程
B.Na+-K+泵依赖ATP水解释放能量维持神经细胞外高Na+低K+的环境
C.溶酶体膜上存在F型质子泵将H+运入溶酶体维持溶酶体内的酸性环境
D.F型质子泵广泛分布于线粒体内膜、叶绿体的类囊体薄膜上
√
√
【解析】选A、C。C泵催化ATP水解,ATP末端的磷酸基团会脱离下来与载体蛋白结合,使载体蛋白发生磷酸化,导致其空间结构发生变化,使C的结合位点转向膜外,A错误;Na+-K+泵依赖ATP水解释放能量维持神经细胞外高Na+低K+的环境,B正确;F型质子泵利用H+浓度差驱动ATP的合成,所以溶酶体膜上没有F型质子泵,C错误;F型质子泵的作用是运输质子的同时利用势能合成ATP,真核细胞中能合成ATP的生物膜是线粒体内膜和类囊体薄膜,D正确。
10.(3分)(2026·常德模拟)丙谷二肽常被用作病人术后的必需营养注射液。为降低
成本,实现工业化生产,研究人员在体外将聚磷酸激酶(PPK2)构建的ATP再生系统
与氨基酸连接酶联用,可以催化丙氨酸和谷氨酰胺合成丙谷二肽,反应原理如图,其
中无机聚磷酸盐(Pin)是由多个磷酸基团通过磷酸酐键连接而成的线性聚合物,含
有较高的能量。下列叙述不正确的是 (　　)
A.丙谷二肽的合成和ATP的合成均是吸能反应
B.体外ATP再生系统合成ATP所需的能量来源与
细胞内ATP的合成相同
C.DNA聚合酶和聚磷酸激酶一样都需要Mg2+激活
D.ATP水解掉两个磷酸基团之后的产物,是组成RNA的基本单位之一
√
【解析】选B。从图中反应原理来看,丙氨酸和谷氨酰胺合成丙谷二肽需要消耗ATP,说明是吸能反应,ATP的合成是将无机聚磷酸盐(Pin)中的能量储存到ATP中,也是吸能反应,A正确;细胞内ATP的合成能量来源主要是呼吸作用(有机物氧化分解释放能量)和光合作用(光能转化),而体外ATP再生系统合成ATP的能量来自无机聚磷酸盐(Pin)中磷酸酐键断裂释放的能量,二者能量来源不同,B错误;已知聚磷酸激酶(PPK2)需要Mg2+激活,在许多生化反应中,Mg2+常作为一些酶的激活剂,DNA聚合酶在催化DNA合成时也需要Mg2+激活,C正确;ATP的结构简式为A-P~P~P,水解掉两个磷酸基团后得到A-P,即腺嘌呤核糖核苷酸,它是组成RNA的基本单位之一,D正确。
11.(3分) 【不定项】(2026·菏泽模拟)多聚磷酸盐(PolyP)是经高能磷酸键连接的无
机磷酸盐,多聚磷酸激酶PPK2可以利用PolyP作为磷酸基团供体,实现AMP、ADP、
ATP、PolyP之间磷酸基团的高效定向转移,PolyP能与PPK2特异性位点结合,且
PPK2偏好长链的PolyP,作用过程如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.ADP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
B.PPK2酶可催化形成ADP和ATP,说明PPK2酶不具有专一性
C.AMP、ADP和ATP三者的元素组成相同,彻底水解产物种类不相同
D.(PolyP)n发生磷酸基团转移后与PPK2酶的亲和力降低
√
【解析】选D。ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质,A错误;PPK2酶催化的是一类物质的合成,如可催化形成ADP和ATP的反应,具有专一性,B错误;AMP、ADP和ATP三者元素组成完全相同,三者的彻底水解产物相同,均为腺嘌呤、核糖和磷酸,C错误;(PolyP)n的磷酸基团转移后分子变小,分子太小可能影响和PPK2酶的结合能力,D正确。
12.(9分)(2026·包头模拟)如图为生物体新陈代谢与ATP关系的示意图,请回
答下列问题。
(1)(2分)ATP的结构简式为_____________。
【解析】(1)ATP是细胞中的直接能源物质,其结构简式可表示为A-P~P~P。
　A-P~P~P　
(2)(2分)海洋中的电鳗有放电现象,其电能是由图中的_______(填数字)过程
释放的能量转变而来的;某人感冒发烧,其体温上升所需要的热量主要是由
图中_______(填数字)过程释放出来的。
【解析】(2)海洋中的电鳗放电,是ATP中的化学能转化为电能的过程,伴随
ATP的水解过程,即题图中的④过程;某人感冒发烧,其体温上升所需要的热
量主要是细胞呼吸氧化分解有机物释放的能量,即题图中的③过程。
　④　
　③　
(3)(2分)用图中的数字依次表示光能转变为骨骼肌收缩所需能量的过程:
______________。
【解析】(3)光能转变为骨骼肌收缩所需能量的过程:①光合作用吸收光能,转化为ATP中活跃的化学能→②ATP中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能→③有机物氧化分解释放能量,产生ATP→④ATP为生命活动直接提供能量,故用题图中的数字依次表示光能转变为骨骼肌收缩所需能量的过程是①②③④。
　 ①②③④　
(4)(3分)经测定,正常成年人静止状态下24 h将有40 kg ATP发生转化,而细胞
内ADP、ATP的总量仅为2~10 mmol/L,为满足能量需要,生物体内解决这一
矛盾的合理途径是___________________________________________。
【解析】(4)ATP在细胞内含量很少,但需求量很大,生物体内解决这一矛盾
的合理途径是通过ATP与ADP的相互转化时刻不停地进行,来维持细胞内
ATP含量的相对稳定。
　ATP与ADP之间的相互转化时刻不停地进行　(共49张PPT)
第11讲　细胞的能量“货币”ATP
考点一　ATP的结构与转化
考点二　ATP的利用
从教材走向高考
【课标要求】
解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
考点一　ATP的结构与转化
【精梳攻教材】
【基础整合】
1.ATP是一种高能磷酸化合物:
(1)ATP的中文名称:____________。
①ATP的元素组成:_________________。
②ATP的结构简式:___________,其中“A”代表______,“P”代表__________,
“~”代表______________(这种化学键不稳定)。
腺苷三磷酸
C、H、O、N、P
A—P~P~P
腺苷
磷酸基团
特殊的化学键
(2)ATP和ADP的结构
(3)ATP的供能原理
(4)ATP是一种高能磷酸化合物
ATP水解的过程就是释放能量的过程,1 molATP水解释放的能量高达
30.54 kJ,所以说ATP是一种高能磷酸化合物。
(5)ATP的功能:驱动生命活动的______________。
直接能源物质
【名师点睛】
细胞内供能的高能磷酸化合物不仅有ATP
(1)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)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。
2.ATP和ADP的相互转化:
【多维赋能】
1.请写出图中标出的“A”的含义:
①______;②________;③__________________;④__________________。
2.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,从化学结构的角度解释GTP也可以供能的原因
是_________________________________________________________。
腺苷
腺嘌呤
腺嘌呤脱氧核苷酸
腺嘌呤核糖核苷酸
含有两个特殊化学键,末端的特殊化学键容易水解断裂,释放能量
【自测强化】
1.腺苷三磷酸分子由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成。
(2022·浙江1月卷,3A)( )
分析:腺苷三磷酸分子由1分子核糖、1分子腺嘌呤和3分子磷酸基团组成。
2.光照下,叶肉细胞中的ATP均来源于光能的直接转化。(2022·江苏卷,
8A)( )
分析:光照下,叶肉细胞可以进行光合作用和有氧呼吸,光合作用中产生
的ATP来源于光能的直接转化,有氧呼吸中产生的ATP来源于有机物的氧
化分解。
×
×
3.供氧充足时,真核生物在线粒体外膜上氧化NADH产生大量ATP。
(2022·江苏卷,8D)( )
分析:真核生物氧化NADH发生在线粒体内膜上。
4.ATP必须在有氧条件下合成。(2021·北京卷,1B)( )
分析:无氧呼吸也可产生ATP。
5.ATP水解后转化为ADP,与其他分子结合的磷酸基团再脱离下来就成为
游离的磷酸。(必修1 P86正文)( )
6.ATP与ADP的相互转化是时刻不停地发生且处于动态平衡之中的。
(必修1 P87正文)( )
×
×
√
√
【精练提素养】
1.(2026·东营模拟)ATP是细胞的能量“货币”,下列关于ATP的叙述错误的是(　　)
A.含有C、H、O、N、P
B.必须在有氧条件下合成
C.胞内合成需要酶的催化
D.可直接为细胞提供能量
√
【解析】选B。ATP中含有腺嘌呤、核糖与磷酸基团,故元素组成为C、H、O、N、P,A正确;在无氧条件下,无氧呼吸过程释放的能量也能用于合成ATP,B错误;ATP合成过程中需要ATP合成酶的催化,C正确;ATP是生物体的直接能源物质,可直接为细胞提供能量,D正确。
2.(2025·盘锦模拟)如图所示为ATP的结构及ATP与ADP之间的相互转化过程,下列说法正确的是(　　)
A.图1中的a代表腺苷,A代表的是腺嘌呤
B.某些载体蛋白可催化ATP水解
C.ATP与ADP相互转化过程,虽不是可逆的,但物质和能量是可循环利用的
D.酶1和酶2调节作用的机理是降低反应的活化能
√
【解析】选B。图1中的a是由腺嘌呤(A)、核糖和磷酸组成的,代表腺嘌呤核糖核苷酸,A代表腺嘌呤,A错误;C载体蛋白可发挥ATP水解酶的作用,B正确;ATP与ADP相互转化过程中物质是可以循环利用的,但能量不可循环利用,C错误;酶1和酶2作为催化剂,其作用是催化而非调节,D错误。
【加固训练】
1. 【不定项】(2026·抚顺模拟)ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质,如
图是“ATP-ADP循环”示意图,其中①和②表示过程。下列叙述正确的是
(　　)
A.①过程的能量全部来自化学能
B.②过程的完成需要有水参与
C.植物叶肉细胞中发生过程①的结构是线粒体和叶绿体
D.ADP再脱离一个磷酸基团,可以作为构成RNA的原料
√
√
【解析】选B、D。①过程表示ATP的合成,光反应合成ATP所需能量来自光能,细胞呼吸合成ATP所需能量来自化学能,A错误;②过程表示ATP的水解,该过程有水消耗,同时释放能量供给各项耗能的生命过程,B正确;①过程表示ATP的合成,植物叶肉细胞中发生过程①的结构有细胞质基质、线粒体和叶绿体,C错误;ADP再脱离一个磷酸基团成为腺嘌呤核糖核苷酸,可以作为构成RNA的原料,D正确。
2.双脱氧核苷三磷酸(ddNTP)属于非天然核苷酸,ddNTP与脱氧核苷三磷酸(dNTP)的结构如图所示。根据所学知识,判断下列选项错误的是(　　)
A.若X表示OH,该结构代表的物质dNTP脱去两个
磷酸基团后可作为体内DNA分子复制的原料之一
B.若将ddNTP加到正在复制的DNA反应体系中,
ddNTP结合到子链后,子链的延伸会立即终止
C.ddNTP、dNTP的元素组成都是C、H、O、N、P
D.若X表示OH,碱基为A时,该物质可为细胞的生命活动直接提供能量
√
【解析】选D。dNTP脱去两个磷酸基团后,变成脱氧核苷酸,可作为体内DNA分子复制的原料之一,A正确;若将ddNTP加到正在复制的DNA反应体系中,ddNTP结合到子链后,因为没有3'端的羟基,不能同后续的脱氧核苷酸形成磷酸二酯键,因此,DNA链不能继续延伸,子链的延伸会立即终止,B正确;根据图中元素组成可知,ddNTP和DNTP都由C、H、O、N、P元素组成,C正确;若X和2'处均为OH,碱基为A时,该物质为ATP,可为细胞的生命活动直接提供能量,D错误。
考点二　ATP的利用
【精梳攻教材】
【基础整合】
1.ATP利用的实例:
2.ATP为主动运输供能的过程(以C释放为例):
【名师点睛】
载体蛋白有两个功能
(1)催化功能:催化ATP水解,为主动运输提供能量。
(2)运输功能:运输物质通过生物膜。
3.ATP是细胞内的能量“货币”:
【多维赋能】
ATP产生量与O2供给量的关系分析
【自测强化】
1.细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的。(必
修1 P88正文)( )
2.蛋白质等分子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。(必修1 P88正文)( )
3.蛋白质的合成是吸能反应,常与ATP的合成反应相联系。(必修1 P89
正文)( )
分析:蛋白质的合成是许多吸能反应,与ATP的水解反应相联系。
4.ATP可被比喻成细胞内流通的能量“货币”。(必修1 P89正文)( )
√
√
×
√
【精研强思维】
【思维探究】
下图为细胞内ATP与ADP相互转化的示意图及酶作用模型。据图回答:
(1)(生命观念)ATP是一种高能磷酸化合物,其末端磷酸基团的特点是什么
提示:具有较高的转移势能(或有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势)。
(2)(生命观念)在人体内,图①的能量来自________作用,②的能量用于__________________________(举出两例)。
提示:呼吸　大脑思考、主动运输、肌肉收缩等
(3)(科学思维)人在剧烈运动时,肌细胞中ATP的含量会下降,但不会降为零,原因是什么
提示:ATP的生成和分解是同时进行的(ATP与ADP相互迅速转化处于动态平衡)。
(4)(社会责任)生物体内合成ATP的生理过程有哪些
提示:光合作用、细胞呼吸等。
【思维建构】
细胞内产生和消耗ATP的常见生理过程
【精练提素养】
1.ATP可作为一种药物用于辅助治疗肌肉萎缩、脑出血后遗症、心肌炎等疾病。下列说法正确的是(　　)
A.ATP是生物体内所有耗能生命活动的直接能量来源
B.ATP合成所需的能量来自光能或化学能
C.ATP的水解过程往往伴随着蛋白质分子的去磷酸化
D.ATP的水解产物可以作为合成DNA的原料
√
【解析】选B。ATP是直接能源物质,细胞中绝大多数需要能量的生命活动都由ATP提供,但也有少数由GTP、UTP等提供,A错误;光合作用和呼吸作用都会产生ATP,ATP合成所需的能量来自光能或化学能,B正确;ATP的水解过程往往伴随着蛋白质分子的磷酸化,C错误;ATP的水解产物核糖核苷酸,可以作为合成RNA的原料,D错误。
2. 【不定项】(2026·常德模拟)如图是生物体内ATP合成与分解示意图,下列叙述错误的是(　　)
A.能量1可以来自蛋白质水解为氨基酸的过程
B.能量1可以来自丙酮酸的氧化分解
C.能量2可以用于叶绿体中H2O的光解
D.能量2可以用于光合作用中CO2的固定
√
√
√
【解析】选A、C、D。能量1为合成ATP的能量,来自呼吸作用或光合作用,A错误;能量1可以来自丙酮酸的氧化分解,B正确;H2O的光解所需能量来自光能,C错误;光合作用中CO2的固定不需要消耗能量,D错误。
3.(2023·福建卷)肌细胞质基质中Ca2+浓度升高将引起肌收缩。静息状态下,肌细胞质基质Ca2+浓度极低,此时胞内Ca2+主要存储于肌质网(一种特殊的内质网)中。肌质网膜上存在一种Ca2+载体,能催化水解ATP实现 Ca2+逆浓度跨膜运输。该载体转运过程中的两个状态(E1和E2)如图所示。
下列相关叙述错误的是(　　)
A.该载体对Ca2+的转运过程利用了ATP水解所释放的能量
B.E2中该载体通过构象变化向细胞质基质运输Ca2+ ,导致肌细胞收缩
C.若该载体数量不足或功能减弱,可导致肌细胞收缩的停止发生异常
D.随着待转运Ca2+浓度的增加,该载体的运输速率先增加后稳定
√
【解析】选B。根据题干信息,该载体对Ca2+的转运是主动运输,A正确;图示中E1状态是载体蛋白的磷酸化,通过其空间结构变化完成Ca2+的逆浓度梯度运输,E2是去磷酸化状态,恢复可以重新结合Ca2+的状态,因此这个主动运输过程是把Ca2+向肌质网中运输,降低了肌细胞质基质中Ca2+浓度,肌细胞由收缩恢复为舒张状态,B错误;肌质网膜上的Ca2+载体数量不足或功能减弱,不利于肌质网回收Ca2+,使肌细胞质基质中Ca2+维持较高浓度,引起肌细胞持续收缩,C正确;主动运输中,在一定范围内随着待转运Ca2+浓度的增加,该载体的运输速率增大,但受到载体数量的限制,达到最大速率后保持稳定,D正确。
【加固训练】
(2025·潍坊模拟)科学家研究发现,在电鳐等放电鱼类的电器官和豚鼠的大脑皮层中,ATP作为乙酰胆碱的一种伴递质,存在于含有乙酰胆碱的突触小泡中,含量比几乎达到1∶1,且呈现出量子式释放,并往往有Ca2+ 、K+依赖性。下列叙述错误的是(　　)
A.ATP作为伴递质通过胞吐作用释放,并与相应细胞受体结合
B.ATP的水解产物可为RNA的合成提供原料
C.ATP的水解往往影响蛋白质的空间结构,也可用于合成大分子
D.ATP只能作为直接能源物质,在细胞内利用
√
【解析】选D。依据题干“ATP作为乙酰胆碱的一种伴递质,存在于含有乙酰胆碱的突触小泡中”可知,ATP不仅能作为能源物质,还可以作为伴递质,通过胞吐作用释放,并与相应细胞受体结合,A正确,D错误;ATP的水解产物AMP可参与RNA的合成,B正确;ATP的水解往往影响蛋白质的空间结构,也可用于合成大分子,C正确。
从教材走向高考
【体验高考真题溯源】
1.(2025·河北卷)→(必修1 P88图5-6)ATP是一种能为生命活动供能的化合物,下列过程不消耗ATP的是(　　)
A.肌肉的收缩
B.光合作用的暗反应
C.Ca2+载体蛋白的磷酸化
D.水的光解
【教考融通】教材以图片的形式展示了几种利用ATP的例子,考题依托教材图片考查不消耗ATP的过程。
√
【解析】选D。肌肉收缩通过肌球蛋白与肌动蛋白相互作用,需要ATP水解供能,A不符合题意;光合作用暗反应中C3的还原需要消耗ATP(来自光反应产生的ATP),B不符合题意;ATP为主动运输供能时载体蛋白空间结构发生变化,Ca2+载体蛋白磷酸化需要ATP水解提供磷酸基团和能量,C不符合题意;水的光解发生在光反应阶段,由光能驱动,不消耗ATP,反而生成ATP,D符合题意。
2.(2024·全国甲卷)→(必修1 P87图5-4)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(特殊的化学键),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(特殊的化学键)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(特殊的化学键)中
√
【教考融通】考题和教材图片高度相似,考题以教材图片为原型,综合考查特殊化学键的作用、ATP的功能等。
【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分子水解两个特殊的化学键后,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位磷酸基团之间的特殊的化学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位磷酸基团之间的特殊的化学键中,D正确。
【深研教材预测高考】
3.(必修1 P88图5-7【改编】)ATP为C跨膜运输供能的过程如图所示,下列相关叙述错误的是(　　)
A.图中物质A既具有物质运输功能,又具有催化功能
B.载体蛋白磷酸化伴随着能量的转移,载体蛋白活性也被改变
C. C与物质A结合后,最终导致物质A的空间结构发生变化,使结合位点转向膜的另一侧
D.加入蛋白质变性剂会提高C的跨膜运输速率
√
【解析】选D。由题图可知,物质A既可以运输Ca2+,又能够促进ATP的水解,故物质A既有物质运输功能,又具有催化功能,A正确;由题图可知,载体蛋白-物质A的磷酸化伴随着能量的转移,载体蛋白被磷酸化后,空间结构发生变化,活性也被改变,B正确;Ca2+与物质A结合后,最终导致物质A的空间结构发生变化,使结合位点转向膜的另一侧,然后Ca2+释放出来,C正确;物质A是载体蛋白,其化学本质是蛋白质,加入蛋白质变性剂会使物质A变性,从而阻碍Ca2+的跨膜运输,可能导致其运输速率降低,D错误。

【加固训练】
(必修1 P86“相关信息”【改编】)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
√
【解析】选D。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)组成,A正确;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;1分子GTP彻底水解可得到鸟嘌呤(G)、核糖和磷酸,C正确;CTP中的胞苷(C)由胞嘧啶和核糖构成,D错误。核心素养测评　
第二单元　第11讲　细胞的能量“货币”ATP
(20分钟　35分)
【基础过关练】
1.(2分)下列有关ATP的叙述正确的是 (　　)
A.淀粉水解成葡萄糖时伴随ATP的生成
B.ATP中A表示腺嘌呤核糖核苷酸
C.ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应
D.人成熟的红细胞既不能合成酶,也不能产生ATP
【解析】选C。淀粉水解成葡萄糖时没有ATP的生成,A错误;ATP中A表示腺苷,由腺嘌呤与核糖组成,而腺嘌呤核糖核苷酸由腺嘌呤、核糖与磷酸组成,B错误;ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应,如大分子物质的合成,C正确;人成熟的红细胞没有细胞核和细胞器,因此不能合成酶,但能通过无氧呼吸产生ATP,D错误。
2.(2分)据测算,一个人在剧烈运动的状态下,每分钟约有0.5 kg的ATP转化成ADP,释放能量,供运动所需。生成的ADP又可在一定条件下转化成ATP。下列相关叙述错误的是 (　　)
A.ADP是比ATP稳定的化合物,其分子中不含特殊化学键
B.在正常生活的细胞中,ATP和ADP的相互转化处于动态平衡
C.ATP和ADP相互转化的供能机制体现了生物界的统一性
D.ADP转化成ATP的过程中,所需的能量可来自细胞呼吸
【解析】选A。ADP分子中也含特殊化学键,A错误;在正常生活的细胞中,ATP和ADP的相互转化处于动态平衡,以保证细胞正常的能量供应,B正确;ATP和ADP相互转化的供能机制在生物界普遍存在,体现了生物界的统一性,C正确;ADP转化成ATP的过程中,所需的能量可来自细胞呼吸,因为细胞呼吸过程与体内的能量转换有关,D正确。
3.(2分)GTP与ATP的化学结构相似。G蛋白由Gα、Gβ和Gγ三个亚基组成,具有GTP水解酶活性。G蛋白可以在活性状态与非活性状态之间相互转化,如图所示,激动剂与G蛋白偶联受体(GPCR)结合后可引起G蛋白转化为活性状态。下列叙述正确的是 (　　)
A.GTP中含有2个磷酸基团,G代表鸟嘌呤核糖核苷酸
B.细胞中的GTP也可能作为生命活动的直接能源物质
C.G蛋白由非活性状态转化为活性状态与去磷酸化有关
D.生物体内G蛋白的活性只受温度和pH变化的影响
【解析】选B。GTP中含有3个磷酸基团,GTP中的G代表鸟苷,A错误;根据G蛋白具有GTP水解酶的活性可知,GTP水解释放能量,供生命活动所需,B正确;G蛋白由非活性状态转化为活性状态时,G蛋白上结合的GDP变为GTP,即发生磷酸化,C错误;G蛋白的活性还受激动剂的影响,D错误。
4.(2分)下图是萤火虫发光的原理,相关叙述正确的是 (　　)
A.ATP水解供能时生成一个腺苷和三个磷酸基团
B.荧光素酶的化学本质是蛋白质或RNA
C.由于酶具有专一性,该过程中需要多种酶催化
D.在试管中加入葡萄糖、荧光素和荧光素酶,可看到荧光
【解析】选C。ATP水解供能时生成一个腺苷二磷酸和一个磷酸基团,A错误;荧光素酶的化学本质是蛋白质,B错误;由于酶具有专一性,该过程中涉及多步反应,需要多种酶催化,C正确;在试管中加入葡萄糖,并不会发生氧化分解,没有产生ATP,因此看不到荧光,D错误。
5.(2分)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的环境中能够保持活性,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的持续进行造成ATP的含量明显下降,D错误。
【知识拓展】ATP的来源和去向
6.(2分)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合成的原料之一
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
【解析】选B。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不符合题意。
【加固训练】
(2025·滨州模拟)GTP(鸟苷三磷酸)的作用与ATP类似,线粒体分裂依赖于细胞质基质中具有GTP酶活性的发动蛋白。线粒体分裂时,在其他蛋白的介导下,发动蛋白有序地排布到线粒体分裂面的外膜上,组装成环线粒体的纤维状结构。该结构缢缩,使线粒体一分为二。下列说法正确的是 (　　)
A.GTP因含有三个特殊的化学键而具有较高能量
B.线粒体分裂体现了发动蛋白具有催化、运动等功能
C.一般情况下,发动蛋白结合到线粒体外膜上等待激活
D.环线粒体的纤维状结构由单糖脱水缩合而成
【解析】选B。GTP(鸟苷三磷酸)的作用与ATP类似,推测其结构简式应为G—P~P~P,含有两个特殊的化学键,A错误;发动蛋白具有GTP酶活性,说明其具有催化作用,且线粒体分裂时发动蛋白有序地排布到线粒体分裂面的外膜上,该过程体现了发动蛋白具有运动功能,B正确;根据“线粒体分裂依赖于细胞质基质中具有GTP酶活性的发动蛋白。线粒体分裂时……结构”可知,一般情况下,发动蛋白在细胞质基质中等待激活,C错误;环线粒体的纤维状结构是由发动蛋白组成的,蛋白质是由氨基酸脱水缩合形成的,D错误。
7.(2分) 【不定项】(2026·长沙模拟)如图所示,生物膜上的ATP可通过VNUT蛋白进入囊泡,再经囊泡运输分泌到细胞外,作为信号分子调节生命活动。下列分析正确的是(　　)
A.由图可知,H+进出囊泡有主动运输和协助扩散两种方式
B.VNUT蛋白和ATP合成酶所含的氮元素主要分布在肽键附近
C.生物膜系统含有ATP合成酶的结构至少有两种
D.用药剂抑制ATP的水解会导致细胞分泌的ATP量增加
【解析】选A、B、C。由题图可知,H+进入囊泡需要消耗ATP,又因其为离子,故方式是主动运输,H+出囊泡的方式是协助扩散,A正确;VNUT蛋白和ATP合成酶的化学本质均为蛋白质,蛋白质是由氨基酸经脱水缩合形成的,所含的氮元素主要分布在肽键附近,B正确;生物膜系统包括细胞膜、细胞器膜和核膜,合成ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体,其中存在ATP合成酶的膜结构有线粒体内膜、类囊体薄膜,C正确;结合题图分析可知,抑制ATP水解后,供能减少,影响ATP进入囊泡和胞吐过程,从而使细胞分泌的ATP量减少,D错误。
【思维进阶练】
8.(3分)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“货币”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。根据题干可知,某些蛋白质在相关酶的作用下会发生磷酸化和去磷酸化,而发生了磷酸化和去磷酸化的蛋白质就可以参与细胞信号传递,能够体现蛋白质结构与功能相适应的特点,A正确;蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失,会导致这些蛋白质不能发生磷酸化和去磷酸化,不能参与细胞信号传递,B错误;由题图可知,在蛋白质磷酸化过程中,ATP为蛋白质提供磷酸基团,参与了细胞信号传递,C正确;蛋白质磷酸化和去磷酸化反应均属于酶促反应,受温度的影响,D正确。
【知识纵横】磷酸化和去磷酸化
在相应的位置上,加上磷酸基团称为磷酸化,将磷酸基团去除称为去磷酸化。腺苷二磷酸加上磷酸基团发生在叶绿体内,称光合磷酸化;腺苷二磷酸加上磷酸基团发生在线粒体内,称氧化磷酸化。这两种磷酸化过程中,都伴随着能量向ATP的转移。若蛋白质分子加上磷酸基团,称蛋白质分子的磷酸化,已磷酸化的蛋白质分子去除磷酸基团,称蛋白质分子的去磷酸化。磷酸化和去磷酸化,一般指的是蛋白质分子的磷酸化和去磷酸化。蛋白质分子的磷酸化过程,往往伴随着ATP水解,提供磷酸基团。
9.(3分) 【不定项】(2026·本溪模拟)ATP驱动泵能利用ATP水解释放的能量将小分子或离子进行跨膜转运,有下图所示的3种类型。下列相关叙述错误的是 (　　)
A.C泵可发生磷酸化不改变泵的蛋白质构象进行C的转运过程
B.Na+-K+泵依赖ATP水解释放能量维持神经细胞外高Na+低K+的环境
C.溶酶体膜上存在F型质子泵将H+运入溶酶体维持溶酶体内的酸性环境
D.F型质子泵广泛分布于线粒体内膜、叶绿体的类囊体薄膜上
【解析】选A、C。C泵催化ATP水解,ATP末端的磷酸基团会脱离下来与载体蛋白结合,使载体蛋白发生磷酸化,导致其空间结构发生变化,使C的结合位点转向膜外,A错误;Na+-K+泵依赖ATP水解释放能量维持神经细胞外高Na+低K+的环境,B正确;F型质子泵利用H+浓度差驱动ATP的合成,所以溶酶体膜上没有F型质子泵,C错误;F型质子泵的作用是运输质子的同时利用势能合成ATP,真核细胞中能合成ATP的生物膜是线粒体内膜和类囊体薄膜,D正确。
10.(3分)(2026·常德模拟)丙谷二肽常被用作病人术后的必需营养注射液。为降低成本,实现工业化生产,研究人员在体外将聚磷酸激酶(PPK2)构建的ATP再生系统与氨基酸连接酶联用,可以催化丙氨酸和谷氨酰胺合成丙谷二肽,反应原理如图,其中无机聚磷酸盐(Pin)是由多个磷酸基团通过磷酸酐键连接而成的线性聚合物,含有较高的能量。下列叙述不正确的是 (　　)
A.丙谷二肽的合成和ATP的合成均是吸能反应
B.体外ATP再生系统合成ATP所需的能量来源与细胞内ATP的合成相同
C.DNA聚合酶和聚磷酸激酶一样都需要Mg2+激活
D.ATP水解掉两个磷酸基团之后的产物,是组成RNA的基本单位之一
【解析】选B。从图中反应原理来看,丙氨酸和谷氨酰胺合成丙谷二肽需要消耗ATP,说明是吸能反应,ATP的合成是将无机聚磷酸盐(Pin)中的能量储存到ATP中,也是吸能反应,A正确;细胞内ATP的合成能量来源主要是呼吸作用(有机物氧化分解释放能量)和光合作用(光能转化),而体外ATP再生系统合成ATP的能量来自无机聚磷酸盐(Pin)中磷酸酐键断裂释放的能量,二者能量来源不同,B错误;已知聚磷酸激酶(PPK2)需要Mg2+激活,在许多生化反应中,Mg2+常作为一些酶的激活剂,DNA聚合酶在催化DNA合成时也需要Mg2+激活,C正确;ATP的结构简式为A-P~P~P,水解掉两个磷酸基团后得到A-P,即腺嘌呤核糖核苷酸,它是组成RNA的基本单位之一,D正确。
11.(3分) 【不定项】(2026·菏泽模拟)多聚磷酸盐(PolyP)是经高能磷酸键连接的无机磷酸盐,多聚磷酸激酶PPK2可以利用PolyP作为磷酸基团供体,实现AMP、ADP、ATP、PolyP之间磷酸基团的高效定向转移,PolyP能与PPK2特异性位点结合,且PPK2偏好长链的PolyP,作用过程如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.ADP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
B.PPK2酶可催化形成ADP和ATP,说明PPK2酶不具有专一性
C.AMP、ADP和ATP三者的元素组成相同,彻底水解产物种类不相同
D.(PolyP)n发生磷酸基团转移后与PPK2酶的亲和力降低
【解析】选D。ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质,A错误;PPK2酶催化的是一类物质的合成,如可催化形成ADP和ATP的反应,具有专一性,B错误;AMP、ADP和ATP三者元素组成完全相同,三者的彻底水解产物相同,均为腺嘌呤、核糖和磷酸,C错误;(PolyP)n的磷酸基团转移后分子变小,分子太小可能影响和PPK2酶的结合能力,D正确。
12.(9分)(2026·包头模拟)如图为生物体新陈代谢与ATP关系的示意图,请回答下列问题。
(1)(2分)ATP的结构简式为　A-P~P~P　。
【解析】(1)ATP是细胞中的直接能源物质,其结构简式可表示为A-P~P~P。
(2)(2分)海洋中的电鳗有放电现象,其电能是由图中的　④　(填数字)过程释放的能量转变而来的;某人感冒发烧,其体温上升所需要的热量主要是由图中　③　(填数字)过程释放出来的。
【解析】(2)海洋中的电鳗放电,是ATP中的化学能转化为电能的过程,伴随ATP的水解过程,即题图中的④过程;某人感冒发烧,其体温上升所需要的热量主要是细胞呼吸氧化分解有机物释放的能量,即题图中的③过程。
(3)(2分)用图中的数字依次表示光能转变为骨骼肌收缩所需能量的过程:　 ①②③④　。
【解析】(3)光能转变为骨骼肌收缩所需能量的过程:①光合作用吸收光能,转化为ATP中活跃的化学能→②ATP中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能→③有机物氧化分解释放能量,产生ATP→④ATP为生命活动直接提供能量,故用题图中的数字依次表示光能转变为骨骼肌收缩所需能量的过程是①②③④。
(4)(3分)经测定,正常成年人静止状态下24 h将有40 kg ATP发生转化,而细胞内ADP、ATP的总量仅为2~10 mmol/L,为满足能量需要,生物体内解决这一矛盾的合理途径是　ATP与ADP之间的相互转化时刻不停地进行　。
【解析】(4)ATP在细胞内含量很少,但需求量很大,生物体内解决这一矛盾的合理途径是通过ATP与ADP的相互转化时刻不停地进行,来维持细胞内ATP含量的相对稳定。第11讲　细胞的能量“货币”ATP
【课标要求】
解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
考点一　ATP的结构与转化
【精梳攻教材】
【基础整合】
1.ATP是一种高能磷酸化合物:
(1)ATP的中文名称:腺苷三磷酸。
①ATP的元素组成:C、H、O、N、P。
②ATP的结构简式:A—P~P~P,其中“A”代表腺苷,“P”代表磷酸基团,“~”代表特殊的化学键(这种化学键不稳定)。
(2)ATP和ADP的结构
(3)ATP的供能原理
(4)ATP是一种高能磷酸化合物
ATP水解的过程就是释放能量的过程,1 molATP水解释放的能量高达30.54 kJ,所以说ATP是一种高能磷酸化合物。
(5)ATP的功能:驱动生命活动的直接能源物质。
【名师点睛】
细胞内供能的高能磷酸化合物不仅有ATP
(1)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)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。
2.ATP和ADP的相互转化:
【多维赋能】
1.请写出图中标出的“A”的含义:
①腺苷;②腺嘌呤;③腺嘌呤脱氧核苷酸;④腺嘌呤核糖核苷酸。
2.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,从化学结构的角度解释GTP也可以供能的原因是含有两个特殊化学键,末端的特殊化学键容易水解断裂,释放能量。
【自测强化】
1.腺苷三磷酸分子由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成。(2022·浙江1月卷,3A)(×)
分析:腺苷三磷酸分子由1分子核糖、1分子腺嘌呤和3分子磷酸基团组成。
2.光照下,叶肉细胞中的ATP均来源于光能的直接转化。(2022·江苏卷,8A)(×)
分析:光照下,叶肉细胞可以进行光合作用和有氧呼吸,光合作用中产生的ATP来源于光能的直接转化,有氧呼吸中产生的ATP来源于有机物的氧化分解。
3.供氧充足时,真核生物在线粒体外膜上氧化NADH产生大量ATP。(2022·江苏卷,8D)(×)
分析:真核生物氧化NADH发生在线粒体内膜上。
4.ATP必须在有氧条件下合成。(2021·北京卷,1B)(×)
分析:无氧呼吸也可产生ATP。
5.ATP水解后转化为ADP,与其他分子结合的磷酸基团再脱离下来就成为游离的磷酸。(必修1 P86正文)(√)
6.ATP与ADP的相互转化是时刻不停地发生且处于动态平衡之中的。(必修1 P87正文)(√)
【精练提素养】
1.(2026·东营模拟)ATP是细胞的能量“货币”,下列关于ATP的叙述错误的是(　　)
A.含有C、H、O、N、P
B.必须在有氧条件下合成
C.胞内合成需要酶的催化
D.可直接为细胞提供能量
【解析】选B。ATP中含有腺嘌呤、核糖与磷酸基团,故元素组成为C、H、O、N、P,A正确;在无氧条件下,无氧呼吸过程释放的能量也能用于合成ATP,B错误;ATP合成过程中需要ATP合成酶的催化,C正确;ATP是生物体的直接能源物质,可直接为细胞提供能量,D正确。
2.(2025·盘锦模拟)如图所示为ATP的结构及ATP与ADP之间的相互转化过程,下列说法正确的是(　　)
A.图1中的a代表腺苷,A代表的是腺嘌呤
B.某些载体蛋白可催化ATP水解
C.ATP与ADP相互转化过程,虽不是可逆的,但物质和能量是可循环利用的
D.酶1和酶2调节作用的机理是降低反应的活化能
【解析】选B。图1中的a是由腺嘌呤(A)、核糖和磷酸组成的,代表腺嘌呤核糖核苷酸,A代表腺嘌呤,A错误;C载体蛋白可发挥ATP水解酶的作用,B正确;ATP与ADP相互转化过程中物质是可以循环利用的,但能量不可循环利用,C错误;酶1和酶2作为催化剂,其作用是催化而非调节,D错误。
【加固训练】
1. 【不定项】(2026·抚顺模拟)ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质,如图是“ATP-ADP循环”示意图,其中①和②表示过程。下列叙述正确的是 (　　)
A.①过程的能量全部来自化学能
B.②过程的完成需要有水参与
C.植物叶肉细胞中发生过程①的结构是线粒体和叶绿体
D.ADP再脱离一个磷酸基团,可以作为构成RNA的原料
【解析】选B、D。①过程表示ATP的合成,光反应合成ATP所需能量来自光能,细胞呼吸合成ATP所需能量来自化学能,A错误;②过程表示ATP的水解,该过程有水消耗,同时释放能量供给各项耗能的生命过程,B正确;①过程表示ATP的合成,植物叶肉细胞中发生过程①的结构有细胞质基质、线粒体和叶绿体,C错误;ADP再脱离一个磷酸基团成为腺嘌呤核糖核苷酸,可以作为构成RNA的原料,D正确。
2.双脱氧核苷三磷酸(ddNTP)属于非天然核苷酸,ddNTP与脱氧核苷三磷酸(dNTP)的结构如图所示。根据所学知识,判断下列选项错误的是(　　)
A.若X表示OH,该结构代表的物质dNTP脱去两个磷酸基团后可作为体内DNA分子复制的原料之一
B.若将ddNTP加到正在复制的DNA反应体系中,ddNTP结合到子链后,子链的延伸会立即终止
C.ddNTP、dNTP的元素组成都是C、H、O、N、P
D.若X表示OH,碱基为A时,该物质可为细胞的生命活动直接提供能量
【解析】选D。dNTP脱去两个磷酸基团后,变成脱氧核苷酸,可作为体内DNA分子复制的原料之一,A正确;若将ddNTP加到正在复制的DNA反应体系中,ddNTP结合到子链后,因为没有3'端的羟基,不能同后续的脱氧核苷酸形成磷酸二酯键,因此,DNA链不能继续延伸,子链的延伸会立即终止,B正确;根据图中元素组成可知,ddNTP和DNTP都由C、H、O、N、P元素组成,C正确;若X和2'处均为OH,碱基为A时,该物质为ATP,可为细胞的生命活动直接提供能量,D错误。
考点二　ATP的利用
【精梳攻教材】
【基础整合】
1.ATP利用的实例:
2.ATP为主动运输供能的过程(以C释放为例):
【名师点睛】
载体蛋白有两个功能
(1)催化功能:催化ATP水解,为主动运输提供能量。
(2)运输功能:运输物质通过生物膜。
3.ATP是细胞内的能量“货币”:
【多维赋能】
ATP产生量与O2供给量的关系分析
【自测强化】
1.细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的。(必修1 P88正文)(√)
2.蛋白质等分子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。(必修1 P88正文)(√)
3.蛋白质的合成是吸能反应,常与ATP的合成反应相联系。(必修1 P89正文)(×)
分析:蛋白质的合成是许多吸能反应,与ATP的水解反应相联系。
4.ATP可被比喻成细胞内流通的能量“货币”。(必修1 P89正文)(√)
【精研强思维】
【思维探究】
　下图为细胞内ATP与ADP相互转化的示意图及酶作用模型。据图回答:
(1)(生命观念)ATP是一种高能磷酸化合物,其末端磷酸基团的特点是什么
提示:具有较高的转移势能(或有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势)。
(2)(生命观念)在人体内,图①的能量来自________作用,②的能量用于__________________________(举出两例)。
提示:呼吸　大脑思考、主动运输、肌肉收缩等
(3)(科学思维)人在剧烈运动时,肌细胞中ATP的含量会下降,但不会降为零,原因是什么
提示:ATP的生成和分解是同时进行的(ATP与ADP相互迅速转化处于动态平衡)。
(4)(社会责任)生物体内合成ATP的生理过程有哪些
提示:光合作用、细胞呼吸等。
【思维建构】
细胞内产生和消耗ATP的常见生理过程
【精练提素养】
1.ATP可作为一种药物用于辅助治疗肌肉萎缩、脑出血后遗症、心肌炎等疾病。下列说法正确的是(　　)
A.ATP是生物体内所有耗能生命活动的直接能量来源
B.ATP合成所需的能量来自光能或化学能
C.ATP的水解过程往往伴随着蛋白质分子的去磷酸化
D.ATP的水解产物可以作为合成DNA的原料
【解析】选B。ATP是直接能源物质,细胞中绝大多数需要能量的生命活动都由ATP提供,但也有少数由GTP、UTP等提供,A错误;光合作用和呼吸作用都会产生ATP,ATP合成所需的能量来自光能或化学能,B正确;ATP的水解过程往往伴随着蛋白质分子的磷酸化,C错误;ATP的水解产物核糖核苷酸,可以作为合成RNA的原料,D错误。
2. 【不定项】(2026·常德模拟)如图是生物体内ATP合成与分解示意图,下列叙述错误的是(　　)
A.能量1可以来自蛋白质水解为氨基酸的过程
B.能量1可以来自丙酮酸的氧化分解
C.能量2可以用于叶绿体中H2O的光解
D.能量2可以用于光合作用中CO2的固定
【解析】选A、C、D。能量1为合成ATP的能量,来自呼吸作用或光合作用,A错误;能量1可以来自丙酮酸的氧化分解,B正确;H2O的光解所需能量来自光能,C错误;光合作用中CO2的固定不需要消耗能量,D错误。
3.(2023·福建卷)肌细胞质基质中Ca2+浓度升高将引起肌收缩。静息状态下,肌细胞质基质Ca2+浓度极低,此时胞内Ca2+主要存储于肌质网(一种特殊的内质网)中。肌质网膜上存在一种Ca2+载体,能催化水解ATP实现 Ca2+逆浓度跨膜运输。该载体转运过程中的两个状态(E1和E2)如图所示。
下列相关叙述错误的是(　　)
A.该载体对C的转运过程利用了ATP水解所释放的能量
B.E2中该载体通过构象变化向细胞质基质运输C,导致肌细胞收缩
C.若该载体数量不足或功能减弱,可导致肌细胞收缩的停止发生异常
D.随着待转运Ca2+浓度的增加,该载体的运输速率先增加后稳定
【解析】选B。根据题干信息,该载体对Ca2+的转运是主动运输,A正确;图示中E1状态是载体蛋白的磷酸化,通过其空间结构变化完成Ca2+的逆浓度梯度运输,E2是去磷酸化状态,恢复可以重新结合Ca2+的状态,因此这个主动运输过程是把Ca2+向肌质网中运输,降低了肌细胞质基质中Ca2+浓度,肌细胞由收缩恢复为舒张状态,B错误;肌质网膜上的Ca2+载体数量不足或功能减弱,不利于肌质网回收Ca2+,使肌细胞质基质中Ca2+维持较高浓度,引起肌细胞持续收缩,C正确;主动运输中,在一定范围内随着待转运Ca2+浓度的增加,该载体的运输速率增大,但受到载体数量的限制,达到最大速率后保持稳定,D正确。
【加固训练】
　(2025·潍坊模拟)科学家研究发现,在电鳐等放电鱼类的电器官和豚鼠的大脑皮层中,ATP作为乙酰胆碱的一种伴递质,存在于含有乙酰胆碱的突触小泡中,含量比几乎达到1∶1,且呈现出量子式释放,并往往有C、K+依赖性。下列叙述错误的是(　　)
A.ATP作为伴递质通过胞吐作用释放,并与相应细胞受体结合
B.ATP的水解产物可为RNA的合成提供原料
C.ATP的水解往往影响蛋白质的空间结构,也可用于合成大分子
D.ATP只能作为直接能源物质,在细胞内利用
【解析】选D。依据题干“ATP作为乙酰胆碱的一种伴递质,存在于含有乙酰胆碱的突触小泡中”可知,ATP不仅能作为能源物质,还可以作为伴递质,通过胞吐作用释放,并与相应细胞受体结合,A正确,D错误;ATP的水解产物AMP可参与RNA的合成,B正确;ATP的水解往往影响蛋白质的空间结构,也可用于合成大分子,C正确。
【体验高考真题溯源】
1.(2025·河北卷)→(必修1 P88图5-6)ATP是一种能为生命活动供能的化合物,下列过程不消耗ATP的是(　　)
A.肌肉的收缩
B.光合作用的暗反应
C.Ca2+载体蛋白的磷酸化
D.水的光解
【教考融通】教材以图片的形式展示了几种利用ATP的例子,考题依托教材图片考查不消耗ATP的过程。
【解析】选D。肌肉收缩通过肌球蛋白与肌动蛋白相互作用,需要ATP水解供能,A不符合题意;光合作用暗反应中C3的还原需要消耗ATP(来自光反应产生的ATP),B不符合题意;ATP为主动运输供能时载体蛋白空间结构发生变化,Ca2+载体蛋白磷酸化需要ATP水解提供磷酸基团和能量,C不符合题意;水的光解发生在光反应阶段,由光能驱动,不消耗ATP,反而生成ATP,D符合题意。
2.(2024·全国甲卷)→(必修1 P87图5-4)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(特殊的化学键),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(特殊的化学键)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(特殊的化学键)中
【教考融通】考题和教材图片高度相似,考题以教材图片为原型,综合考查特殊化学键的作用、ATP的功能等。
【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分子水解两个特殊的化学键后,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位磷酸基团之间的特殊的化学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位磷酸基团之间的特殊的化学键中,D正确。
【深研教材预测高考】
3.(必修1 P88图5-7【改编】)ATP为C跨膜运输供能的过程如图所示,下列相关叙述错误的是(　　)
A.图中物质A既具有物质运输功能,又具有催化功能
B.载体蛋白磷酸化伴随着能量的转移,载体蛋白活性也被改变
C.C与物质A结合后,最终导致物质A的空间结构发生变化,使结合位点转向膜的另一侧
D.加入蛋白质变性剂会提高C的跨膜运输速率
【解析】选D。由题图可知,物质A既可以运输Ca2+,又能够促进ATP的水解,故物质A既有物质运输功能,又具有催化功能,A正确;由题图可知,载体蛋白-物质A的磷酸化伴随着能量的转移,载体蛋白被磷酸化后,空间结构发生变化,活性也被改变,B正确;Ca2+与物质A结合后,最终导致物质A的空间结构发生变化,使结合位点转向膜的另一侧,然后Ca2+释放出来,C正确;物质A是载体蛋白,其化学本质是蛋白质,加入蛋白质变性剂会使物质A变性,从而阻碍Ca2+的跨膜运输,可能导致其运输速率降低,D错误。
【加固训练】
(必修1 P86“相关信息”【改编】)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
【解析】选D。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)组成,A正确;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;1分子GTP彻底水解可得到鸟嘌呤(G)、核糖和磷酸,C正确;CTP中的胞苷(C)由胞嘧啶和核糖构成,D错误。

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