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第9讲 细胞的能量“货币”ATP
考点一　ATP的结构
　ATP是一种高能磷酸化合物
(1)ATP的组成结构
(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 mol ATP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。
考向　ATP结构的分析
1.(2026·山东聊城模拟)ATP的结构如图所示。下列关于ATP的叙述,正确的是(　　)
A.ATP的结构简式是A—P~P~P,其中的A即图中的①
B.ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
C.②表示ADP,是RNA的基本组成单位之一
D.③表示一种特殊的化学键,化学性质非常稳定
答案:B
解析:ATP的结构简式是A—P~P~P,其中的A为腺苷,由腺嘌呤和核糖构成,图中的①为腺嘌呤,A错误;ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质,B正确;②表示AMP,是RNA的基本组成单位之一,C错误;③表示一种特殊的化学键,化学性质不稳定,容易形成也容易断裂,D错误。
2.(2026·安徽芜湖模拟)GTP(鸟苷三磷酸)的结构和作用与ATP类似。线粒体分裂时,具有GTP酶活性的发动蛋白组装成环线粒体的纤维状结构,该结构依靠GTP水解驱动线粒体缢缩,使其一分为二。下列叙述正确的是(　　)
A.GTP因含三个特殊的化学键而具有较多能量
B.GTP酶为GTP的水解提供了活化能
C.推测发动蛋白具有催化、运动等功能
D.GTP去掉两个磷酸基团后可参与DNA的合成
答案:C
解析:GTP与ATP的结构类似,含有2个特殊的化学键,A错误;酶的作用机理是降低化学反应的活化能,B错误;结合题意分析可知,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组装成环线粒体的纤维状结构,该结构依靠GTP水解驱动线粒体缢缩,该过程体现了发动蛋白具有运动功能,C正确;依题意,GTP的结构与ATP类似,GTP去掉两个磷酸基团后的结构是组成RNA的基本单位,D错误。
考点二　ATP的合成与利用
1.ATP和ADP的相互转化
2.ATP的利用
(1)ATP利用的实例
(2)ATP为主动运输供能的过程
(3)分子的磷酸化及意义
ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化,这些分子被磷酸化后,空间结构发生变化,活性也被改变,因而可以参与特定的化学反应。
(4)ATP是细胞内的能量“货币”
拾遗·挖掘
(1)(必修1 P89“拓展应用”)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。
(2)(必修1 P89楷体改编)萤火虫发光的能量转换过程是荧光素接受ATP提供的能量后被激活。在荧光素酶的催化作用下,荧光素与氧发生化学反应,形成氧化荧光素并且发出荧光。
考向1　ATP的转化和利用
1.(2026·四川眉山模拟)为保证食品安全,执法人员使用含有荧光素、荧光素酶等物质的 ATP 荧光检测仪,对餐具等用品中的微生物如大肠杆菌含量进行检测,其设计灵感来源于萤火虫尾部发光的原理,如图所示。下列相关叙述正确的是(　　)
A.萤火虫发光需在有氧条件下进行且属于放能反应
B.萤火虫尾部的发光细胞产生的CO2均来自有氧呼吸
C.大肠杆菌的线粒体内膜上可能具有 ATP 合成酶
D.检测仪显示的荧光强度与食品表面的微生物数量呈正相关
答案:D
解析:观察可知,荧光素在荧光素酶、ATP等物质作用下,与氧气反应发光,该过程需要ATP水解释放能量,属于吸能反应,A错误;由题图可知,萤火虫尾部的发光细胞在荧光素酰腺苷酸氧化过程中也会产生CO2,并非均来自有氧呼吸,B错误;大肠杆菌是原核生物,没有线粒体,C错误;食品表面微生物数量越多,所含ATP越多,反应产生的荧光越强,所以检测仪显示的荧光强度与食品表面的微生物数量呈正相关,D正确。
考向2　蛋白质磷酸化和去磷酸化
2.(2026·天津武清模拟)细胞中L酶上的两个位点(位点1和位点2)可以与ATP和亮氨酸结合,进而催化tRNA与亮氨酸结合,促进蛋白质的合成。科研人员针对位点1和位点2分别制备出相应突变体细胞L1和L2,在不同条件下进行实验后检测L酶的放射性强度,结果如图。下列叙述正确的是(　　)
A.ATP水解释放的磷酸基团可使L酶磷酸化,进而抑制L酶的活性
B.突变体细胞L1中L酶不能与ATP结合
C.ATP与亮氨酸分别与L酶上的位点1和位点2结合
D.ATP与L酶结合能够促进亮氨酸与相应的位点结合
答案:D
解析:由题图可知,在添加亮氨酸和[3H]ATP以及添加ATP和[3H]亮氨酸的情况下,野生型L酶有放射性,而突变体细胞L1和L2在相应条件下放射性有变化,说明ATP水解释放的磷酸基团可使L酶磷酸化,进而激活L酶的活性,A错误;根据图1,突变体细胞L1的放射性与野生型相同,说明突变体细胞L1中L酶能与ATP结合,突变体细胞L2中的放射性明显降低,说明L2突变不能结合ATP,故推测ATP与亮氨酸分别与L酶上的位点2和位点1结合,B、C错误;亮氨酸与L酶的位点1结合,根据图2,突变体细胞L2的放射性极低,说明ATP与L酶结合能够促进亮氨酸与相应的位点结合,D正确。
1.下列关于ATP的叙述,正确的是(　　)
A.ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量
B.ATP—ADP循环使得细胞储存了大量的ATP
C.ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团
D.ATP分子中2个特殊的化学键不易断裂水解
答案:C
解析:光合作用和细胞呼吸都可以产生ATP,A错误;ATP在细胞内含量少,易再生,ATP—ADP循环使得细胞不会储存大量的ATP,B错误;ATP分子中2个特殊的化学键不稳定,易断裂水解,D错误。
2.ATP是细胞内流通的能量“货币”。下列叙述正确的是(　　)
A.ATP中的“A”是组成RNA的单体——核糖核苷酸
B.所有细胞合成ATP的途径相同,消耗ATP的途径不同
C.人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡
D.在Na+从其低浓度细胞内运到高浓度细胞外过程中,细胞消耗ATP
答案:D
解析:ATP中的“A”是腺苷,由腺嘌呤和核糖组成,而组成RNA的单体——核糖核苷酸,由含氮碱基、磷酸基团和核糖组成,A错误;植物可通过光合作用和呼吸作用合成ATP,动物只能通过呼吸作用合成ATP,合成途径不完全相同,B错误;人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量也处于动态平衡状态,C错误;Na+从低浓度细胞内运到高浓度细胞外的方式是主动运输,需要ATP提供能量,D正确。
3.(2026·湖南株洲模拟)cAMP(环化腺苷一磷酸)是由ATP脱去两个磷酸基团后环化而成的一种细胞内的信号分子,其结构组成如图所示。下列分析错误的是(　　)
A.方框内物质的名称是腺嘌呤
B.cAMP分子不含有不稳定的特殊化学键
C.ATP在形成cAMP的过程中,初期会释放能量
D.cAMP与磷脂分子所含的元素种类不完全相同
答案:D
解析:题图中方框内物质的名称为腺嘌呤,A正确;由题意可知,cAMP(环化腺苷一磷酸)是由ATP脱去两个磷酸基团后环化而成的,所以cAMP分子不含有不稳定的特殊化学键,B正确;ATP在形成cAMP的过程中,初期会断裂特殊化学键,释放能量,C正确;cAMP与磷脂分子所含的元素种类相同,都含有C、H、O、N、P,D错误。
4.如图是生物界中能量“货币”——ATP的“循环”示意图。下列相关叙述正确的是(　　)
A.图中“M”指的是腺苷,“N”指的是核糖,“~”指的是特殊的化学键
B.图中①过程消耗的能量1可来自光能,②过程释放的能量2可转化成光能
C.图中“能量2”能为胞吞、胞吐、O2进入神经细胞直接提供能量
D.代谢旺盛的细胞内ATP含量较多,代谢缓慢的细胞内ADP含量较多
答案:B
解析:图中“M”指的是腺嘌呤,“N”指的是核糖,“~”指的是特殊的化学键,A错误;图中①过程为合成ATP的过程,消耗的能量1可来自光能或化学能,②过程为ATP的水解过程,释放的能量2可转化成光能,B正确;胞吞、胞吐需消耗能量,但氧气进入神经细胞为自由扩散,不消耗能量,C错误;细胞内的ATP含量不多,消耗后可迅速再生,代谢旺盛的细胞内ATP与ADP转化速率快,代谢缓慢的细胞内ATP与ADP转化速率慢,D错误。
5.(2026·河南平顶山模拟)参与Ca2+主动运输的载体蛋白也是一种能催化ATP水解的酶。如图所示,当膜内侧的Ca2+与其相应位点结合时,此酶被激活能催化ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合,这一过程伴随着能量的转移,这就是载体蛋白的磷酸化。下列叙述错误的是(　　)
A.ATP通过参与载体蛋白的磷酸化过程参与Ca2+主动运输
B.载体蛋白运输Ca2+的过程中其空间结构发生了变化
C.载体蛋白磷酸化引起Ca2+运出细胞体现了蛋白质结构与功能相适应的观点
D.载体蛋白磷酸化反应不受温度的影响
答案:D
解析:由题图可知,ATP通过参与载体蛋白的磷酸化过程参与Ca2+主动运输,A正确;根据题图可知,载体蛋白运输Ca2+的过程中其空间结构发生了变化,B正确;载体蛋白磷酸化引起Ca2+运出细胞体现了蛋白质结构与功能相适应的观点,C正确;载体蛋白磷酸化和去磷酸化反应都需要相关酶的催化,而酶的活性受温度影响,D错误。
6.(2026·重庆沙坪坝模拟)通过ATP的合成和水解,使放能反应释放的能量用于吸能反应,此过程被称为ATP—ADP循环。下列现象体现ATP—ADP循环转化速度快的是(　　)
A.在细胞内,ATP形成后1分钟内就被消耗掉
B.一个静卧的人24 h内消耗约40 kg ATP
C.在细胞培养液中加入32P,一段时间后检测部分ATP有放射性
D.肌肉细胞滴加葡萄糖不收缩,滴加ATP发生明显收缩
答案:A
解析:在细胞内,ATP形成后1分钟就被消耗掉,体现循环转换速度快,A正确;一个静卧的人24 h内消耗约40 kg ATP,未体现循环转换速度快,B错误;在细胞培养液中加入32P,一段时间后检测部分ATP有放射性,说明P参与ATP合成,部分ATP是重新合成的,C错误;肌肉细胞滴加葡萄糖不收缩,滴加ATP发生明显收缩,说明ATP是直接能源物质,而葡萄糖不是,不能体现ATP—ADP循环转换速度快,D错误。
7.(2026·安徽芜湖模拟)ATP的结构决定了其作为直接能源物质的功能。下列叙述正确的是(　　)
A.1个腺苷和2个磷酸基团组成ATP
B.细胞中所有生命活动都由ATP直接提供能量
C.磷酸基团带有负电荷导致它们之间的化学键不稳定
D.通过ADP的合成和水解,使放能反应所释放的能量用于吸能反应
答案:C
解析:ATP由1个腺苷和3个磷酸基团组成,其中腺苷由腺嘌呤和核糖组成,A错误;并不是细胞中所有生命活动都由ATP直接提供能量,如光合作用光反应阶段中,水的光解所需能量来自光能,不是由ATP提供,B错误;ATP中相邻的磷酸基团都带有负电荷,导致它们之间的化学键不稳定,容易断裂释放能量,C正确;通过ATP的合成和水解,使放能反应所释放的能量用于吸能反应,D错误。
8.底物水平去磷酸化是一种产生ATP的机制(如图),其中磷酸基团被转移到ADP上形成ATP。下列叙述正确的是(　　)
A.图中酶和ATP的元素组成相同
B.图中酶是通过为该反应提供化学能而发挥催化作用
C.ADP去掉一个磷酸基团后的结构可直接参与DNA的合成
D.ATP能将磷酸基团转移给载体蛋白并为主动运输供能
答案:D
解析:催化该反应的酶为蛋白质类物质,元素组成为 C、H、O、N,有的蛋白质含有 S,ATP 元素组成为 C、H、O、N、P,A 错误;酶的作用机理是降低反应所需的活化能,B错误;ADP 中的五碳糖为核糖,DNA 中所含的五碳糖是脱氧核糖,ADP去掉一个磷酸基团后的结构为腺嘌呤核糖核苷酸,不可直接参与DNA的合成,C错误;ATP 能将磷酸基团转移给载体蛋白,载体蛋白磷酸化后具有运输功能,该过程消耗的 ATP 为主动运输提供能量,D正确。
9.(2026·山东济宁模拟)高强度的运动需先经腺苷三磷酸—磷酸肌酸系统供能,该系统仅能持续供能约15 s。ATP和磷酸肌酸的能量转换关系如图。下列说法正确的是(　　)
A.剧烈运动时,细胞内ATP/ADP的值会明显下降
B.磷酸肌酸和ATP都是细胞内的直接能源物质
C.磷酸肌酸去磷酸化反应属于吸能反应
D.运动员在400米短跑时消耗的能量主要来源于磷酸肌酸和葡萄糖
答案:D
解析:细胞内ATP与ADP转化速率快,处于相对稳定的比值,剧烈运动时细胞内ATP/ADP的值不会明显下降,A错误;ATP是细胞内的直接能源物质,而磷酸肌酸不是,磷酸肌酸中的能量要转移到ATP中才能被利用,B错误;磷酸肌酸去磷酸化反应要释放能量,属于放能反应,C错误;高强度的运动需先经腺苷三磷酸—磷酸肌酸系统供能,该系统仅能持续供能约15 s,运动员在400米短跑时消耗大量的ATP,这些ATP合成时所需的能量主要来源于磷酸肌酸的去磷酸化和葡萄糖的氧化分解,D正确。
10.蛋白激酶(PK)是催化蛋白质磷酸化的酶。这类酶催化ATP转移出磷酸,并使磷酸结合到特定蛋白质分子中的某些氨基酸残基上。PK分子内都存在一同源的约由270个氨基酸残基构成的催化结构区。下列叙述错误的是(　　)
A.PK作用的底物包括ATP和特定的蛋白质
B.蛋白质的磷酸化会改变蛋白质的构象和活性
C.蛋白质的磷酸化需ATP供能,属于放能反应
D.催化结构区是PK与底物结合和发生作用的区域
答案:C
解析:蛋白激酶(PK)是催化蛋白质磷酸化的酶,这类酶催化ATP转移出磷酸,并使磷酸结合到特定蛋白质分子中的某些氨基酸残基上,PK作用的底物包括特定的蛋白质和ATP,A正确;蛋白质的磷酸化会改变蛋白质的构象和活性,促进蛋白质发挥作用,B正确;蛋白质的磷酸化需ATP供能,属于吸能反应,C错误;酶发挥作用需要与底物的特定部位结合,催化结构区是PK与底物结合和发生作用的区域,D正确。
11.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1所示。回答下列问题。
表1
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
(1)表1中的各种化合物共有的组成元素为　　　　　　　,高能磷酸化合物的组成元素为　　　　　　　,UTP除了用于糖原合成,其脱去两个磷酸基团后还是合成　　　　　　　(填生物大分子)的原料。
(2)糖原和脂肪在细胞内共有的作用表现在 　 。人体细胞合成蛋白质所需原料的来源有 　 (答出2点即可)。
(3)某身体健康成年女性发现体态变肥胖后,每天控制食量,特别是糖类和脂肪类食物的摄入量,并每天坚持较高强度的锻炼,较长一段时间后,体态变瘦。该女性经较长一段时间成功减肥的生物学原理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)磷酸肌酸也是细胞中的一种高能磷酸化合物,它在肌酸激酶催化下,将磷酸基团转移到ADP分子合成ATP,从而使细胞中的ATP含量维持在正常水平。肌酸激酶与无机催化剂相比较,所具有的特性是　 。
研究者对蛙的肌肉组织短暂电刺激,检测对照组和实验组(肌肉组织用肌酸激酶阻断剂处理)肌肉收缩前后ATP和ADP的含量,结果如表2所示。据表分析,实验组消耗的ATP与产生的ADP数量　　(填“相等”或“不相等”),对照组肌肉收缩前后ATP和ADP含量保持不变说明　　　　　　　　。
表2
磷酸腺 苷分子 对照组 /(10-6mol·g-1) 实验组 /(10-6mol·g-1)
收缩前 收缩后 收缩前 收缩后
ATP 1.30 1.30 1.30 0.75
ADP 0.60 0.60 0.60 0.95
答案:(1)C、H、O　C、H、O、N、P　RNA
(2)都是储能物质　从外界环境中获取、人体细胞合成、细胞中蛋白质水解产生
(3)控制饮食和较高强度的锻炼,导致体内糖类供能不足,脂肪分解供能(但脂肪不会大量转化为糖类),体重减轻
(4)高效性、专一性、作用条件较温和　不相等　ATP和ADP的相互转化处于动态平衡
解析:(1)表格中的化合物包括各种高能磷酸化合物以及脂肪和糖原、蛋白质等,它们共有的元素组成是C、H、O。高能磷酸化合物的元素组成为C、H、O、N、P。UTP脱去两个磷酸基团后为尿嘧啶核糖核苷酸,是合成RNA的原料。
(2)糖原和脂肪均为细胞内重要的储能物质。蛋白质的原料为氨基酸,人体内合成蛋白质的氨基酸可从外界环境中获取、人体细胞合成或细胞中蛋白质水解产生。
(3)每天控制饮食并坚持锻炼最终减肥成功的生物学原理:控制饮食和较高强度的锻炼,导致体内糖类供能不足,脂肪分解供能(但脂肪不会大量转化为糖类),体重减轻。
(4)与无机催化剂相比,酶具有的特性有高效性、专一性、作用条件较温和。据表可知,实验组中消耗ATP为1.3-0.75=0.55,产生 ADP为 0.95-0.6=0.35,说明消耗的 ATP 量与产生的 ADP 量不相等。对照组中肌肉收缩前后ATP和ADP含量保持不变说明ATP和ADP的相互转化处于动态平衡。(共25张PPT)
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1.下列关于ATP的叙述,正确的是(　　)
A.ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量
B.ATP—ADP循环使得细胞储存了大量的ATP
C.ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团
D.ATP分子中2个特殊的化学键不易断裂水解
解析:光合作用和细胞呼吸都可以产生ATP,A错误;ATP在细胞内含量少,易再生,ATP—ADP循环使得细胞不会储存大量的ATP,B错误;ATP分子中2个特殊的化学键不稳定,易断裂水解,D错误。
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2.ATP是细胞内流通的能量“货币”。下列叙述正确的是(　　)
A.ATP中的“A”是组成RNA的单体——核糖核苷酸
B.所有细胞合成ATP的途径相同,消耗ATP的途径不同
C.人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡
D.在Na+从其低浓度细胞内运到高浓度细胞外过程中,细胞消耗ATP
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解析:ATP中的“A”是腺苷,由腺嘌呤和核糖组成,而组成RNA的单体——核糖核苷酸,由含氮碱基、磷酸基团和核糖组成,A错误;植物可通过光合作用和呼吸作用合成ATP,动物只能通过呼吸作用合成ATP,合成途径不完全相同,B错误;人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量也处于动态平衡状态,C错误;Na+从低浓度细胞内运到高浓度细胞外的方式是主动运输,需要ATP提供能量,D正确。
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3.(2026·湖南株洲模拟)cAMP(环化腺苷一磷酸)是由ATP脱去两个磷酸基团后环化而成的一种细胞内的信号分子,其结构组成如图所示。下列分析错误的是(　　)
A.方框内物质的名称是腺嘌呤
B.cAMP分子不含有不稳定的特殊化学键
C.ATP在形成cAMP的过程中,初期会释放能量
D.cAMP与磷脂分子所含的元素种类不完全相同
D
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解析:题图中方框内物质的名称为腺嘌呤,A正确;由题意可知,cAMP(环化腺苷一磷酸)是由ATP脱去两个磷酸基团后环化而成的,所以cAMP分子不含有不稳定的特殊化学键,B正确;ATP在形成cAMP的过程中,初期会断裂特殊化学键,释放能量,C正确;cAMP与磷脂分子所含的元素种类相同,都含有C、H、O、N、P,D错误。
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4.如图是生物界中能量“货币”——ATP的“循环”示意图。下列相关叙述正确的是(　　)
A.图中“M”指的是腺苷,“N”指的是核糖,“~”指的是特殊的化学键
B.图中①过程消耗的能量1可来自光能,②过程释放的能量2可转化成光能
C.图中“能量2”能为胞吞、胞吐、O2进入神经细胞直接提供能量
D.代谢旺盛的细胞内ATP含量较多,代谢缓慢的细胞内ADP含量较多
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解析:图中“M”指的是腺嘌呤,“N”指的是核糖,“~”指的是特殊的化学键,A错误;图中①过程为合成ATP的过程,消耗的能量1可来自光能或化学能,②过程为ATP的水解过程,释放的能量2可转化成光能,B正确;胞吞、胞吐需消耗能量,但氧气进入神经细胞为自由扩散,不消耗能量,C错误;细胞内的ATP含量不多,消耗后可迅速再生,代谢旺盛的细胞内ATP与ADP转化速率快,代谢缓慢的细胞内ATP与ADP转化速率慢,D错误。
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5.(2026·河南平顶山模拟)参与Ca2+主动运输的载体蛋白也是一种能催化ATP水解的酶。如图所示,当膜内侧的Ca2+与其相应位点结合时,此酶被激活能催化ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合,这一过程伴随着能量的转移,这就是载体蛋白的磷酸化。下列叙述错误的是(　　)
A.ATP通过参与载体蛋白的磷酸化过程参与Ca2+主动运输
B.载体蛋白运输Ca2+的过程中其空间结构发生了变化
C.载体蛋白磷酸化引起Ca2+运出细胞体现了蛋白质结构与功能相适应的观点
D.载体蛋白磷酸化反应不受温度的影响
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解析:由题图可知,ATP通过参与载体蛋白的磷酸化过程参与Ca2+主动运输,A正确;根据题图可知,载体蛋白运输Ca2+的过程中其空间结构发生了变化,B正确;载体蛋白磷酸化引起Ca2+运出细胞体现了蛋白质结构与功能相适应的观点,C正确;载体蛋白磷酸化和去磷酸化反应都需要相关酶的催化,而酶的活性受温度影响,D错误。
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6.(2026·重庆沙坪坝模拟)通过ATP的合成和水解,使放能反应释放的能量用于吸能反应,此过程被称为ATP—ADP循环。下列现象体现ATP—ADP循环转化速度快的是(　　)
A.在细胞内,ATP形成后1分钟内就被消耗掉
B.一个静卧的人24 h内消耗约40 kg ATP
C.在细胞培养液中加入32P,一段时间后检测部分ATP有放射性
D.肌肉细胞滴加葡萄糖不收缩,滴加ATP发生明显收缩
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解析:在细胞内,ATP形成后1分钟就被消耗掉,体现循环转换速度快,A正确;一个静卧的人24 h内消耗约40 kg ATP,未体现循环转换速度快,B错误;在细胞培养液中加入32P,一段时间后检测部分ATP有放射性,说明P参与ATP合成,部分ATP是重新合成的,C错误;肌肉细胞滴加葡萄糖不收缩,滴加ATP发生明显收缩,说明ATP是直接能源物质,而葡萄糖不是,不能体现ATP—ADP循环转换速度快,D错误。
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7.(2026·安徽芜湖模拟)ATP的结构决定了其作为直接能源物质的功能。下列叙述正确的是(　　)
A.1个腺苷和2个磷酸基团组成ATP
B.细胞中所有生命活动都由ATP直接提供能量
C.磷酸基团带有负电荷导致它们之间的化学键不稳定
D.通过ADP的合成和水解,使放能反应所释放的能量用于吸能反应
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解析:ATP由1个腺苷和3个磷酸基团组成,其中腺苷由腺嘌呤和核糖组成,A错误;并不是细胞中所有生命活动都由ATP直接提供能量,如光合作用光反应阶段中,水的光解所需能量来自光能,不是由ATP提供,B错误;ATP中相邻的磷酸基团都带有负电荷,导致它们之间的化学键不稳定,容易断裂释放能量,C正确;通过ATP的合成和水解,使放能反应所释放的能量用于吸能反应,D错误。
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8.底物水平去磷酸化是一种产生ATP的机制(如图),其中磷酸基团被转移到ADP上形成ATP。下列叙述正确的是(　　)
A.图中酶和ATP的元素组成相同
B.图中酶是通过为该反应提供化学能而发挥催化作用
C.ADP去掉一个磷酸基团后的结构可直接参与DNA的合成
D.ATP能将磷酸基团转移给载体蛋白并为主动运输供能
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解析:催化该反应的酶为蛋白质类物质,元素组成为 C、H、O、N,有的蛋白质含有 S,ATP 元素组成为 C、H、O、N、P,A 错误;酶的作用机理是降低反应所需的活化能,B错误;ADP 中的五碳糖为核糖,DNA 中所含的五碳糖是脱氧核糖,ADP去掉一个磷酸基团后的结构为腺嘌呤核糖核苷酸,不可直接参与DNA的合成,C错误;ATP 能将磷酸基团转移给载体蛋白,载体蛋白磷酸化后具有运输功能,该过程消耗的 ATP 为主动运输提供能量,D正确。
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9.(2026·山东济宁模拟)高强度的运动需先经腺苷三磷酸—磷酸肌酸系统供能,该系统仅能持续供能约15 s。ATP和磷酸肌酸的能量转换关系如图。下列说法正确的是(　　)
A.剧烈运动时,细胞内ATP/ADP的值会明显下降
B.磷酸肌酸和ATP都是细胞内的直接能源物质
C.磷酸肌酸去磷酸化反应属于吸能反应
D.运动员在400米短跑时消耗的能量主要来源于磷酸肌酸和葡萄糖
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解析:细胞内ATP与ADP转化速率快,处于相对稳定的比值,剧烈运动时细胞内ATP/ADP的值不会明显下降,A错误;ATP是细胞内的直接能源物质,而磷酸肌酸不是,磷酸肌酸中的能量要转移到ATP中才能被利用,B错误;磷酸肌酸去磷酸化反应要释放能量,属于放能反应,C错误;高强度的运动需先经腺苷三磷酸—磷酸肌酸系统供能,该系统仅能持续供能约15 s,运动员在400米短跑时消耗大量的ATP,这些ATP合成时所需的能量主要来源于磷酸肌酸的去磷酸化和葡萄糖的
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10.蛋白激酶(PK)是催化蛋白质磷酸化的酶。这类酶催化ATP转移出磷酸,并使磷酸结合到特定蛋白质分子中的某些氨基酸残基上。PK分子内都存在一同源的约由270个氨基酸残基构成的催化结构区。下列叙述错误的是(　　)
A.PK作用的底物包括ATP和特定的蛋白质
B.蛋白质的磷酸化会改变蛋白质的构象和活性
C.蛋白质的磷酸化需ATP供能,属于放能反应
D.催化结构区是PK与底物结合和发生作用的区域
C
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解析:蛋白激酶(PK)是催化蛋白质磷酸化的酶,这类酶催化ATP转移出磷酸,并使磷酸结合到特定蛋白质分子中的某些氨基酸残基上,PK作用的底物包括特定的蛋白质和ATP,A正确;蛋白质的磷酸化会改变蛋白质的构象和活性,促进蛋白质发挥作用,B正确;蛋白质的磷酸化需ATP供能,属于吸能反应,C错误;酶发挥作用需要与底物的特定部位结合,催化结构区是PK与底物结合和发生作用的区域,D正确。
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11.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1所示。回答下列问题。
表1
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
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(1)表1中的各种化合物共有的组成元素为　　　　　,高能磷酸化合物的组成元素为　　　　　 　　,UTP除了用于糖原合成,其脱去两个磷酸基团后还是合成　　　　　(填生物大分子)的原料。
解析:表格中的化合物包括各种高能磷酸化合物以及脂肪和糖原、蛋白质等,它们共有的元素组成是C、H、O。高能磷酸化合物的元素组成为C、H、O、N、P。UTP脱去两个磷酸基团后为尿嘧啶核糖核苷酸,是合成RNA的原料。
C、H、O
C、H、O、N、P
RNA
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(2)糖原和脂肪在细胞内共有的作用表现在 　 。人体细胞合成蛋白质所需原料的来源有__________________________________
　 (答出2点即可)。
解析:糖原和脂肪均为细胞内重要的储能物质。蛋白质的原料为氨基酸,人体内合成蛋白质的氨基酸可从外界环境中获取、人体细胞合成或细胞中蛋白质水解产生。
都是储能物质
从外界环境中获取、人体细胞合成、细胞中蛋白质水解产生
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(3)某身体健康成年女性发现体态变肥胖后,每天控制食量,特别是糖类和脂肪类食物的摄入量,并每天坚持较高强度的锻炼,较长一段时间后,体态变瘦。该女性经较长一段时间成功减肥的生物学原理是
____________________________________________________________
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
解析:每天控制饮食并坚持锻炼最终减肥成功的生物学原理:控制饮食和较高强度的锻炼,导致体内糖类供能不足,脂肪分解供能(但脂肪不会大量转化为糖类),体重减轻。
控制饮食和较高强度的锻炼,导致体内糖类供能不足,脂肪分解供能(但脂肪不会大量转化为糖类),体重减轻
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(4)磷酸肌酸也是细胞中的一种高能磷酸化合物,它在肌酸激酶催化下,将磷酸基团转移到ADP分子合成ATP,从而使细胞中的ATP含量维持在正常水平。肌酸激酶与无机催化剂相比较,所具有的特性是　 。
研究者对蛙的肌肉组织短暂电刺激,检测对照组和实验组(肌肉组织用肌酸激酶阻断剂处理)肌肉收缩前后ATP和ADP的含量,结果如表2所示。据表分析,实验组消耗的ATP与产生的ADP数量　 　(填“相等”或“不相等”),对照组肌肉收缩前后ATP和ADP含量保持不变说明　　　　　 　　　。
表2
磷酸腺苷分子 对照组/(10-6mol·g-1) 实验组/(10-6mol·g-1)
收缩前 收缩后 收缩前 收缩后
ATP 1.30 1.30 1.30 0.75
ADP 0.60 0.60 0.60 0.95
高效性、专一性、作用条件较温和
不相等
ATP和ADP的相互转化处于动态平衡
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解析:与无机催化剂相比,酶具有的特性有高效性、专一性、作用条件较温和。据表可知,实验组中消耗ATP为1.3-0.75=0.55,产生 ADP为 0.95-0.6=0.35,说明消耗的 ATP 量与产生的 ADP 量不相等。对照组中肌肉收缩前后ATP和ADP含量保持不变说明ATP和ADP的相互转化处于动态平衡。(共22张PPT)
第9讲　细胞的能量“货币”ATP
内容索引
NEIRONGSUOYIN
考点二
ATP的合成与利用
ATP的结构
考点一
ATP的结构
考点一
梳理 必备知识
ATP是一种高能磷酸化合物
(1)ATP的组成结构
腺苷
特殊化学键
(2)ATP和ADP的结构
(3)ATP的供能原理
特殊的
化学键
末端磷
酸基团
(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 mol ATP水解释放的能量高达
kJ,所以说ATP是一种高能磷酸化合物。
30.54
精练 迁移应用
考向　ATP结构的分析
1.(2026·山东聊城模拟)ATP的结构如图所示。下列关于ATP的叙述,正确的是(　　)
A.ATP的结构简式是A—P~P~P,其中的A即图中的①
B.ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质
C.②表示ADP,是RNA的基本组成单位之一
D.③表示一种特殊的化学键,化学性质非常稳定
B
解析:ATP的结构简式是A—P~P~P,其中的A为腺苷,由腺嘌呤和核糖构成,图中的①为腺嘌呤,A错误;ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质,B正确;②表示AMP,是RNA的基本组成单位之一,C错误;③表示一种特殊的化学键,化学性质不稳定,容易形成也容易断裂,D错误。
2.(2026·安徽芜湖模拟)GTP(鸟苷三磷酸)的结构和作用与ATP类似。线粒体分裂时,具有GTP酶活性的发动蛋白组装成环线粒体的纤维状结构,该结构依靠GTP水解驱动线粒体缢缩,使其一分为二。下列叙述正确的是(　　)
A.GTP因含三个特殊的化学键而具有较多能量
B.GTP酶为GTP的水解提供了活化能
C.推测发动蛋白具有催化、运动等功能
D.GTP去掉两个磷酸基团后可参与DNA的合成
C
解析:GTP与ATP的结构类似,含有2个特殊的化学键,A错误;酶的作用机理是降低化学反应的活化能,B错误;结合题意分析可知,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组装成环线粒体的纤维状结构,该结构依靠GTP水解驱动线粒体缢缩,该过程体现了发动蛋白具有运动功能,C正确;依题意,GTP的结构与ATP类似,GTP去掉两个磷酸基团后的结构是组成RNA的基本单位,D错误。
ATP的合成与利用
考点二
梳理 必备知识
1.ATP和ADP的相互转化
细胞质基质、线粒
体、叶绿体
光能
化学能
2.ATP的利用
(1)ATP利用的实例
(2)ATP为主动运输供能的过程
酶活性
末端磷酸
基团
能量转移
空间结构
(3)分子的磷酸化及意义
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,空间结构发生变化, 也被改变,因而可以参与特定的化学反应。
磷酸基团
活性
(4)ATP是细胞内的能量“货币”
水解
合成
ATP分子
拾遗 挖掘
(1)(必修1 P89“拓展应用”)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。
(2)(必修1 P89楷体改编)萤火虫发光的能量转换过程是荧光素接受ATP提供的能量后被激活。在荧光素酶的催化作用下,荧光素与氧发生化学反应,形成氧化荧光素并且发出荧光。
精练 迁移应用
考向1　ATP的转化和利用
1.(2026·四川眉山模拟)为保证食品安全,执法人员使用含有荧光素、荧光素酶等物质的 ATP 荧光检测仪,对餐具等用品中的微生物如大肠杆菌含量进行检测,其设计灵感来源于萤火虫尾部发光的原理,如图所示。下列相关叙述正确的是(　　)
A.萤火虫发光需在有氧条件下进行且属于放能反应
B.萤火虫尾部的发光细胞产生的CO2均来自有氧呼吸
C.大肠杆菌的线粒体内膜上可能具有 ATP 合成酶
D.检测仪显示的荧光强度与食品表面的微生物数量呈正相关
D
解析:观察可知,荧光素在荧光素酶、ATP等物质作用下,与氧气反应发光,该过程需要ATP水解释放能量,属于吸能反应,A错误;由题图可知,萤火虫尾部的发光细胞在荧光素酰腺苷酸氧化过程中也会产生CO2,并非均来自有氧呼吸,B错误;大肠杆菌是原核生物,没有线粒体,C错误;食品表面微生物数量越多,所含ATP越多,反应产生的荧光越强,所以检测仪显示的荧光强度与食品表面的微生物数量呈正相关,D正确。
考向2　蛋白质磷酸化和去磷酸化
2.(2026·天津武清模拟)细胞中L酶上的两个位点(位点1和位点2)可以与ATP和亮氨酸结合,进而催化tRNA与亮氨酸结合,促进蛋白质的合成。科研人员针对位点1和位点2分别制备出相应突变体细胞L1和L2,在不同条件下进行实验后检测L酶的放射性强度,结果如图。下列叙述正确的是(　　)
A.ATP水解释放的磷酸基团可使L酶磷酸化,
进而抑制L酶的活性
B.突变体细胞L1中L酶不能与ATP结合
C.ATP与亮氨酸分别与L酶上的位点1和位点2结合
D.ATP与L酶结合能够促进亮氨酸与相应的位点结合
D
解析:由题图可知,在添加亮氨酸和[3H]ATP以及添加ATP和[3H]亮氨酸的情况下,野生型L酶有放射性,而突变体细胞L1和L2在相应条件下放射性有变化,说明ATP水解释放的磷酸基团可使L酶磷酸化,进而激活L酶的活性,A错误;根据图1,突变体细胞L1的放射性与野生型相同,说明突变体细胞L1中L酶能与ATP结合,突变体细胞L2中的放射性明显降低,说明L2突变不能结合ATP,故推测ATP与亮氨酸分别与L酶上的位点2和位点1结合,B、C错误;亮氨酸与L酶的位点1结合,根据图2,突变体细胞L2的放射性极低,说明ATP与L酶结合能够促进亮氨酸与相应的位点结合,D正确。

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