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第2节细胞的能量“通货”ATP一、一、ATPATP分子中具有高能磷酸键分子中具有高能磷酸键1.ATP1.ATP的名称与简式的名称与简式三磷酸腺苷三磷酸腺苷A-PA-P腺苷腺苷核糖核糖磷酸基团磷酸基团高能磷酸键高能磷酸键2.ATP2.ATP中的高能磷酸键中的高能磷酸键(1)(1)高能磷酸键的数量为高能磷酸键的数量为:_:_。(2)(2)高能磷酸键释放的能量为高能磷酸键释放的能量为30.54 kJ/mol30.54 kJ/mol。2 2个个二、二、ATPATP和和ADPADP可以相互转化可以相互转化1.1.相互转化的过程及能量来源相互转化的过程及能量来源呼吸作用呼吸作用ADPADP光合作用光合作用2.2.转化的原因及特点转化的原因及特点(1)(1)原因原因:ATP:ATP分子中分子中_很容易水解。很容易水解。(2)(2)特点特点: :时刻不停地发生并且处于时刻不停地发生并且处于_之中。之中。远离远离A A的那个高能磷酸键的那个高能磷酸键动态平衡动态平衡三、三、ATPATP的利用的利用1.1.列举利用列举利用ATPATP的实例的实例主动运输主动运输思考思考吸能吸能2.ATP2.ATP是细胞内流通的能量是细胞内流通的能量“通货通货”(1)(1)化学反应中的能量变化与化学反应中的能量变化与ATPATP的关系：的关系： 吸能反应：一般与吸能反应：一般与_相联系相联系 放能反应：一般与放能反应：一般与_相联系相联系(2)(2)能量通过能量通过_在吸能反应和放能反应之间循环流通。在吸能反应和放能反应之间循环流通。ATPATP的水解的水解ATPATP的合成的合成ATPATP分子分子【思考辨析【思考辨析】1.1.判断正误判断正误(1)ATP(1)ATP是高能磷酸化合物是高能磷酸化合物, ,只含有只含有3 3个高能磷酸键。个高能磷酸键。( )( )【分析【分析】每个每个ATPATP分子中含有分子中含有2 2个高能磷酸键。个高能磷酸键。(2)(2)细胞内储存有大量的细胞内储存有大量的ATP,ATP,为生命活动提供能量。为生命活动提供能量。( )( )【分析【分析】细胞内细胞内ATPATP的含量并不多的含量并不多, ,但可以与但可以与ADPADP迅速相互转化迅速相互转化, ,满足能量需求。满足能量需求。(3)(3)细胞内细胞内ATPATP与与ADPADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性。相互转化的能量供应机制是生物界的共性。 ( )( )(4)(4)细胞中的生命活动所需要的能量都是由细胞中的生命活动所需要的能量都是由ATPATP直接提供的。直接提供的。( )( )【分析【分析】细胞中绝大多数的能量是由细胞中绝大多数的能量是由ATPATP直接提供的。直接提供的。2.2.问题思考问题思考(1)(1)结合结合ATPATP的结构简式的结构简式, ,分析分析3030个腺苷和个腺苷和6060个磷酸最多能组成个磷酸最多能组成多少个多少个ATPATP。提示：提示：2020个。个。(2)1(2)1分子的分子的ATPATP彻底水解后会得到哪些物质彻底水解后会得到哪些物质? ?提示：提示：1 1分子的腺嘌呤、分子的腺嘌呤、1 1分子的核糖和分子的核糖和3 3分子的磷酸。分子的磷酸。一、一、ATPATP的结构和生理功能的结构和生理功能1.ATP1.ATP的元素组成与结构的元素组成与结构2.ATP2.ATP与核苷酸的关系与核苷酸的关系组成组成ATPATP和核苷酸的元素是相同的和核苷酸的元素是相同的, ,都是都是C C、H H、O O、N N、P P。ATPATP中中存在一个普通磷酸键和两个高能磷酸键。破坏了两个高能磷酸存在一个普通磷酸键和两个高能磷酸键。破坏了两个高能磷酸键键, ,剩余的部分就是一分子的腺嘌呤核糖核苷酸。剩余的部分就是一分子的腺嘌呤核糖核苷酸。3.ATP3.ATP的结构与功能的相互关系的结构与功能的相互关系(1)ATP(1)ATP的结构特点保证了细胞内有一个相对稳定的能量供应库。的结构特点保证了细胞内有一个相对稳定的能量供应库。ATPATP中远离腺苷的高能磷酸键容易水解和形成中远离腺苷的高能磷酸键容易水解和形成, ,可保证可保证ATPATP数量数量的相对稳定和能量的持续供应。的相对稳定和能量的持续供应。(2)ATP(2)ATP在供能中处于核心地位在供能中处于核心地位, ,许多能源物质中的能量需转移许多能源物质中的能量需转移到到ATPATP中才能为生命活动供能。在生命活动中中才能为生命活动供能。在生命活动中,ATP,ATP中的能量可中的能量可转化为不同形式的能量。转化为不同形式的能量。【警示钟【警示钟】(1)A(1)A在在DNADNA和和RNARNA中与在中与在ATPATP中表示的含义是不同的中表示的含义是不同的, ,前者中表示前者中表示腺嘌呤腺嘌呤, ,而在后者中代表着腺苷。而在后者中代表着腺苷。(2)(2)一般情况下一般情况下ATPATP中的两个高能磷酸键并不是都水解的中的两个高能磷酸键并不是都水解的, ,只有只有远离腺苷的高能磷酸键水解。远离腺苷的高能磷酸键水解。【学而后思【学而后思】ATPATP是能量的直接来源是能量的直接来源, ,供生命活动所需供生命活动所需, ,但细胞中但细胞中ATPATP的含量较的含量较低低, ,如何保证生命活动对如何保证生命活动对ATPATP的需求的需求? ?提示：提示：ATPATP被称为能量流动的被称为能量流动的“通货通货”, ,它是不断地产生和消耗它是不断地产生和消耗的的, ,所以在含量很低的情况下为生命活动提供大量的能量。所以在含量很低的情况下为生命活动提供大量的能量。【典例训练【典例训练1 1】下列关于下列关于ATPATP的叙述的叙述, ,正确的是正确的是( () )A.ATPA.ATP与与DNADNA、RNARNA中的五碳糖相同中的五碳糖相同B.ATPB.ATP分子中分子中, ,其相邻的两个磷酸基之间的化学键称为高能磷酸其相邻的两个磷酸基之间的化学键称为高能磷酸键键C.ATPC.ATP分子水解去掉两个磷酸基后变成腺嘌呤脱氧核苷酸分子水解去掉两个磷酸基后变成腺嘌呤脱氧核苷酸D.ATPD.ATP分子由分子由1 1分子腺嘌呤和分子腺嘌呤和3 3分子磷酸基团组成分子磷酸基团组成【解题关键【解题关键】解答本题的关键是明确解答本题的关键是明确ATPATP的结构特点和功能特的结构特点和功能特点以及与相似结构的联系和区别。点以及与相似结构的联系和区别。【解析【解析】选选B B。ATPATP与与RNARNA中含有核糖中含有核糖, ,而而DNADNA中含有脱氧核中含有脱氧核糖糖;ATP;ATP中共含有两个高能磷酸键中共含有两个高能磷酸键, ,位于磷酸基团之间位于磷酸基团之间;ATP;ATP分子分子除去两个磷酸分子之后的结构称为腺嘌呤核糖核苷酸除去两个磷酸分子之后的结构称为腺嘌呤核糖核苷酸;ATP;ATP分子分子是由是由1 1分子腺苷和分子腺苷和3 3分子磷酸组成的。分子磷酸组成的。【变式备选【变式备选1 1】下列关于下列关于ATPATP分子的叙述正确的是分子的叙述正确的是( () )A.AA.A表示的是腺嘌呤表示的是腺嘌呤B.ATPB.ATP分子中含有分子中含有C C、H H、O O、N N、P 5P 5种元素种元素C.TC.T表示胸腺嘧啶表示胸腺嘧啶, ,因而因而ATPATP的结构与核苷酸很相似的结构与核苷酸很相似D.1 mol ATPD.1 mol ATP水解水解, ,能释放出能释放出30.54 kJ30.54 kJ的能量的能量, ,这些能量储存在这些能量储存在2 2个高能磷酸键中个高能磷酸键中【解析【解析】选选B B。根据。根据ATPATP分子的结构简式可知分子的结构简式可知,A,A表示的是腺苷表示的是腺苷, ,由腺嘌呤和核糖组成由腺嘌呤和核糖组成, ,故故A A项错误项错误;ATP;ATP分子中含有分子中含有C C、H H、O O、N N、P 5P 5种元素种元素, ,故故B B项正确项正确;T;T表示的不是胸腺嘧啶而是指表示的不是胸腺嘧啶而是指3,3,故故C C项错项错误误;ATP;ATP分子中有分子中有2 2个高能磷酸键个高能磷酸键, ,只有远离腺苷的那个易断裂、只有远离腺苷的那个易断裂、易形成易形成, ,故故ATPATP水解时释放出的能量应是储存在水解时释放出的能量应是储存在1 1个高能磷酸键个高能磷酸键中的能量中的能量,D,D项错误。项错误。二、二、ATPATP与与ADPADP的相互转化的相互转化1.1.相互转化图示相互转化图示分析分析: :(1)(1)光合作用和呼吸作用等放能反应与光合作用和呼吸作用等放能反应与ATPATP的合成相联系的合成相联系; ;(2)(2)主动运输等吸能活动与主动运输等吸能活动与ATPATP的分解相联系的分解相联系, ,所以所以ATPATP是直接供是直接供能物质。能物质。2.ATP2.ATP与与ADPADP的相互转化是不可逆的过程的相互转化是不可逆的过程据此可知据此可知:ATP:ATP与与ADPADP之间的转化并不是简单的可逆反应。之间的转化并不是简单的可逆反应。 反应式反应式类型类型水解反应水解反应合成反应合成反应条件条件水解酶水解酶合成酶合成酶场所场所活细胞内多种场所活细胞内多种场所细胞质基质、线粒体、细胞质基质、线粒体、叶绿体叶绿体能量转化能量转化放能放能吸能吸能能量来源能量来源高能磷酸键高能磷酸键呼吸作用、光合作用呼吸作用、光合作用能量去向能量去向用于各项生命活动用于各项生命活动储存于储存于ATPATP中中ATPADPPi 酶能量PiADPATP 酶能量【警示钟【警示钟】ATPATP是细胞内的直接供能物质是细胞内的直接供能物质, ,但并非所有的生命活动所需的能但并非所有的生命活动所需的能量都是由量都是由ATPATP提供的提供的, ,如植物对水分的吸收和运输如植物对水分的吸收和运输, ,其动力来自其动力来自叶片蒸腾作用产生的拉力。叶片蒸腾作用产生的拉力。【学而后思【学而后思】ATPATP水解释放的能量能转化成热能、光能等水解释放的能量能转化成热能、光能等,ATP,ATP储存的能量能储存的能量能来自热能、光能吗来自热能、光能吗? ?提示：提示：ATPATP储存的能量可以由光能转化而来储存的能量可以由光能转化而来, ,但不能由热能转化但不能由热能转化而来。而来。【典例训练【典例训练2 2】下列有关下列有关“a.ATPADP+Pia.ATPADP+Pi+ +能量能量”、“b. ADP+Pib. ADP+Pi+ +能量能量ATP”ATP”的反应的叙述中的反应的叙述中, ,正确的是正确的是( () )a a、b b反应过程分别表示能量的释放利用和储存过程反应过程分别表示能量的释放利用和储存过程生物细胞内的生物细胞内的b b过程所需要的能量来自呼吸作用过程所需要的能量来自呼吸作用a a和和b b在活细胞中永无休止地循环进行在活细胞中永无休止地循环进行, ,保证了生命活动的顺保证了生命活动的顺利进行利进行a a反应中的反应中的“能量能量”一般不能用于推动一般不能用于推动b b反应的进行反应的进行a a、b b反应过程从物质角度看是可逆的反应过程从物质角度看是可逆的, ,但从能量角度看是不但从能量角度看是不可逆的可逆的A.A. B. B.C.C. D. D.【解题关键【解题关键】解答本题的关键是明确解答本题的关键是明确ATPATP与与ADPADP相互转化的过程相互转化的过程中场所、酶、能量的来源和去向等各方面的区别。中场所、酶、能量的来源和去向等各方面的区别。【解析【解析】选选C C。ATPATP的形成一般与放能反应联系在一起的形成一般与放能反应联系在一起,ATP,ATP的分的分解一般与吸能反应联系在一起解一般与吸能反应联系在一起; ;生物细胞中生物细胞中b b过程的能量来自呼过程的能量来自呼吸作用或光合作用吸作用或光合作用;ATP;ATP和和ADPADP的相互转化是循环进行的的相互转化是循环进行的;a;a反应反应中的能量和中的能量和b b反应中的能量一般不是同一种能量反应中的能量一般不是同一种能量, ,所以所以a a反应中反应中的的“能量能量”一般不能用于推动一般不能用于推动b b反应的进行反应的进行;a;a、b b反应过程从物反应过程从物质的角度看是可逆的质的角度看是可逆的,ATP,ATP和和ADPADP以及以及PiPi是可以反复利用的是可以反复利用的, ,但能但能量是不可以反复利用的量是不可以反复利用的, ,因为两过程进行的场所等并不相同。因为两过程进行的场所等并不相同。【互动探究【互动探究】(1)(1)在绿色植物的叶肉细胞内是否也存在在绿色植物的叶肉细胞内是否也存在过程过程和和过程过程? ?提示：提示：存在。存在。(2)(2)叶肉细胞内叶肉细胞内过程中能量的来源与人体细胞内的能量的来过程中能量的来源与人体细胞内的能量的来源相同吗源相同吗? ?为什么为什么? ?提示：提示：不完全相同。叶肉细胞内合成不完全相同。叶肉细胞内合成ATPATP的能量不仅可以来自的能量不仅可以来自呼吸作用分解有机物释放的化学能呼吸作用分解有机物释放的化学能, ,还可以来自光合作用。还可以来自光合作用。【变式备选【变式备选2 2】下列关于下列关于ATPATP和和ADPADP相互转化的叙述相互转化的叙述, ,正确的是正确的是( () )A.ATPA.ATP和和ADPADP相互转化是一种可逆反应相互转化是一种可逆反应B.B.细胞可以利用热能将细胞可以利用热能将ADPADP转化为转化为ATPATPC.ATPC.ATP转化成转化成ADPADP时时, ,所有的高能磷酸键都断裂所有的高能磷酸键都断裂D.D.活细胞中活细胞中ATPATP与与ADPADP之间的相互转化时刻发生之间的相互转化时刻发生【解析【解析】选选D D。ATPATP与与ADPADP相互转化是不可逆的相互转化是不可逆的, ,因为所需要的酶因为所需要的酶不同不同, ,场所和能量的来源均不同场所和能量的来源均不同; ;细胞不能利用热能形成细胞不能利用热能形成ATP,ATP,但但ATPATP中的能量可以转化为热能中的能量可以转化为热能; ;在在ATPATP转化成转化成ADPADP的过程中只有远的过程中只有远离腺苷的高能磷酸键断裂离腺苷的高能磷酸键断裂; ;由于细胞对由于细胞对ATPATP的需求量较大的需求量较大, ,而而ATPATP的含量较低的含量较低, ,所以所以ATPATP与与ADPADP之间要不停地相互转化。之间要不停地相互转化。【备选要点【备选要点】ATPATP转化成的其他形式的能量转化成的其他形式的能量1.1.机械能机械能生物体内的细胞以及细胞内各种结构的运动所消耗的就是机械生物体内的细胞以及细胞内各种结构的运动所消耗的就是机械能。例如能。例如, ,纤毛和鞭毛的摆动、肌肉收缩等。纤毛和鞭毛的摆动、肌肉收缩等。2.2.电能电能生物体内神经冲动的传导和某些生物能够产生生物电生物体内神经冲动的传导和某些生物能够产生生物电, ,消耗的消耗的就是电能。就是电能。3.3.渗透能渗透能细胞的主动运输是逆浓度梯度进行的细胞的主动运输是逆浓度梯度进行的, ,消耗能量消耗能量, ,而这些能量也而这些能量也来自于来自于ATPATP。4.4.化学能化学能生物体内物质的合成生物体内物质的合成, ,小分子物质合成大分子物质小分子物质合成大分子物质, ,必须有直接必须有直接或间接的能量供应。或间接的能量供应。5.5.光能光能例如萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶例如萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶, ,荧光素荧光素接受接受ATPATP提供的能量后就被激活提供的能量后就被激活, ,在荧光素酶的在荧光素酶的作用下作用下, ,激活的荧光素与氧发生化学反应激活的荧光素与氧发生化学反应, ,形成氧化荧光素并且形成氧化荧光素并且发出荧光。发出荧光。6.6.热能热能生物体内热能的形成来源于有机物的氧化分解。大部分的热能生物体内热能的形成来源于有机物的氧化分解。大部分的热能通过各种途径向外界环境散失通过各种途径向外界环境散失, ,只有一小部分用于维持体温。只有一小部分用于维持体温。1.(1.(基础理论辨析题基础理论辨析题) )下列属于下列属于ATPATP结构的是结构的是( (););属于属于ATPATP功功能的是能的是( () )A.ATPA.ATP释放能量往往是与吸能反应相联系的释放能量往往是与吸能反应相联系的B.ATPB.ATP中含有中含有2 2个高能磷酸键个高能磷酸键C.ATPC.ATP转变成转变成ADPADP时释放的化学能可以转变成电能时释放的化学能可以转变成电能D.ATPD.ATP的组成元素有的组成元素有C C、H H、O O、N N、P PE.E.为满足能量的需要为满足能量的需要, ,生物体内存在着生物体内存在着ATPATP与与ADPADP的相互转化的相互转化F.ATPF.ATP水解为一个腺苷和三个磷酸水解为一个腺苷和三个磷酸【解析【解析】选选B B、D D、F;AF;A、C C、E E。ATPATP分子的元素组成分子的元素组成, ,基本的组基本的组成物质种类以及相互连接形成的化学键等都属于成物质种类以及相互连接形成的化学键等都属于ATPATP结构的范结构的范畴畴; ;而而ATPATP可以用于生命活动可以用于生命活动, ,实现了各种形式能的相互转化都实现了各种形式能的相互转化都属于属于ATPATP的生理功能。的生理功能。2.2.下列关于下列关于ATPATP中中A A和和P P代表含义的说法代表含义的说法, ,正确的是正确的是( () )A.AA.A代表腺嘌呤代表腺嘌呤,P,P代表磷酸代表磷酸B.AB.A代表腺苷代表腺苷,P,P代表磷酸基团代表磷酸基团C.AC.A代表腺苷代表腺苷,P,P代表磷酸代表磷酸D.AD.A代表腺嘌呤代表腺嘌呤,P,P代表磷酸基团代表磷酸基团【解析【解析】选选B B。ATPATP是三磷酸腺苷的简称是三磷酸腺苷的简称, ,其中的其中的A A代表腺苷代表腺苷,T,T代代表三表三,P,P代表磷酸基团代表磷酸基团, ,磷酸分子用磷酸分子用PiPi表示。表示。3.3.一分子一分子ATPATP中含有腺苷、磷酸基团和高能磷酸键的数目依次中含有腺苷、磷酸基团和高能磷酸键的数目依次为为( () )A.1A.1、3 3、3 3B.1B.1、3 3、2 2C.2C.2、3 3、2 2D.1D.1、2 2、3 3【解析【解析】选选B B。ATPATP分子中含有分子中含有1 1分子腺苷分子腺苷,3,3分子磷酸基团分子磷酸基团, ,其中其中3 3个磷酸基团之间有个磷酸基团之间有2 2个高能磷酸键。个高能磷酸键。4.ATP4.ATP是一种物质是一种物质, ,不是能量不是能量, ,下列有关说法正确的是下列有关说法正确的是( () )A.ATPA.ATP中不含糖中不含糖B.ATPB.ATP中含三个高能磷酸键中含三个高能磷酸键C.ATPC.ATP可水解供能可水解供能D.D.所有生命活动都由所有生命活动都由ATPATP直接供能直接供能【解析【解析】选选C C。ATPATP中含有核糖中含有核糖,ATP,ATP的结构简式为的结构简式为A-PA-PP PP,P,含含有两个高能磷酸键有两个高能磷酸键, ,远离远离“A”A”的那个高能磷酸键容易水解释放的那个高能磷酸键容易水解释放能量。细胞中绝大多数需要能量的生命活动都由能量。细胞中绝大多数需要能量的生命活动都由ATPATP直接提供直接提供能量。能量。5.5.下列关于下列关于ATPATP的描述正确的是的描述正确的是( () )A.A.结构简式为结构简式为A-PA-PP PP,P,其中其中“-”-”表示高能磷酸键表示高能磷酸键B.ATPB.ATP中的高能磷酸键储存的能量多且很稳定中的高能磷酸键储存的能量多且很稳定C.C.细胞中细胞中ATPATP含量很少含量很少, ,但总是处于动态平衡之中但总是处于动态平衡之中D.D.是高能磷酸化合物是高能磷酸化合物, ,只在线粒体中合成只在线粒体中合成【解析【解析】选选C C。ATPATP中中“-”-”表示普通磷酸键表示普通磷酸键,“,“”表示高能磷表示高能磷酸键酸键,ATP,ATP中的高能磷酸键中含有较多的能量中的高能磷酸键中含有较多的能量, ,并且非常活跃并且非常活跃; ;ATPATP含量较低含量较低, ,但但ATPATP与与ADPADP两者是可以相互转化的两者是可以相互转化的, ,并且处于动并且处于动态平衡之中。态平衡之中。6.6.如果图示表示如果图示表示ATPATP的结构的结构, ,其中表示高能磷酸键的是其中表示高能磷酸键的是( () )A.A.B.B.C.C.D.D.【解析【解析】选选A A。高能磷酸键位于磷酸基团之间。高能磷酸键位于磷酸基团之间, ,位于图中位于图中的的位置。位置。7.7.如图表示如图表示ATPATP水解产生水解产生ADPADP的过程。请回答下面的问题的过程。请回答下面的问题: :(1)(1)图中图中A A表示表示,P,P代表代表, ,如果如果ATPATP脱去脱去2 2个个磷酸基团后可作为磷酸基团后可作为( (物质物质) )基本结构单位中的一种。基本结构单位中的一种。(2)(2)图中图中为为, ,其中蕴藏着其中蕴藏着 。(3)(3)图中图中为为 的过程的过程, ,其作用是其作用是 。(4)(4)图示过程中未标出的另一种反应物是图示过程中未标出的另一种反应物是, ,催化催化该过程的酶与催化该过程的酶与催化ATPATP再生时的酶再生时的酶( (选填选填“是是”或或“不是不是”) )同一种酶。同一种酶。【解析【解析】根据根据ATPATP的结构简式可知的结构简式可知A A代表腺苷、代表腺苷、P P是磷酸基是磷酸基团团, ,是高能磷酸键是高能磷酸键,ATP,ATP去掉去掉2 2个磷酸基团后就是腺嘌呤核糖个磷酸基团后就是腺嘌呤核糖核苷酸核苷酸, ,是是RNARNA基本结构单位的一种。高能磷酸键的水解为生基本结构单位的一种。高能磷酸键的水解为生命活动提供能量。在命活动提供能量。在ATPATP形成形成ADPADP过程中需要水参与过程中需要水参与,ADP,ADP形成形成ATPATP时有水产生。时有水产生。答案：答案：(1)(1)腺苷磷酸基团腺苷磷酸基团RNARNA(2)(2)高能磷酸键大量化学能高能磷酸键大量化学能(3)(3)高能磷酸键水解释放能量为生命活动提供能量高能磷酸键水解释放能量为生命活动提供能量(4)(4)水不是水不是
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