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第二课时细胞的能量通货ATP知识诠释思维发散1.ATP分子的结构2.核心突围技能聚合 一、ATP的结构和功能1.ATP与RNA的关系ATP去掉两个磷酸基团后的剩余部分是腺嘌呤核糖核苷酸,是组成RNA的基本单位之一,如下图:2.A-PPP中的 “-”为普通磷酸键,其水解释放的能量很少。A-PPP中的“”为高能磷酸键,其水解释放的能量很高,高达30.54 kJ/mol。3.ATP是一种有机物,其分子式为C10H16O13N5P3。ATP能够通过细胞膜跨膜运输,ATP片剂可以口服,而ATP注射液可以肌肉注射或静脉滴注。动物细胞内除了ATP为高能磷酸化合物之外,还含有另一种高能磷酸化合物磷酸肌酸。4.生物体内的能源物质(1)能源物质糖类、脂肪、蛋白质。(2)主要能源物质糖类。(3)主要储能物质脂肪。(4)直接能源物质ATP(不是唯一)。(5)根本能源或最终能源光能。(6)植物细胞内的储能物质淀粉、脂肪。(7)动物细胞内的储能物质糖原、脂肪。 规律精讲精析1.ATP是生物界共用的主要直接能源物质,但不是唯一直接能源物质,如蛋白质合成中还可利用UTP。2.几种不同物质中的“A”代表的含义 典例1 下列对ATP的描述正确的是( )A.ATP是主要的储能物质B.1 mol ATP水解为ADP时释放的能量为2870 kJC.线粒体是蓝藻细胞产生ATP的主要场所D.ATP分子由1个腺苷和3个磷酸基团组成【思路剖析】ATP是直接能源物质,故A项错误;1 mol ATP水解为ADP时释放的能量为30.54 kJ,故B项错误;蓝藻是原核生物,细胞中无线粒体,故C项错误。【答案】D 典例2 下图是ATP的分子结构式,图中哪个键的水解能释放大量的能量( )A.1B.2C.3D.4【思路剖析】图中右侧的腺嘌呤和核糖构成的是腺苷,ATP水解时,容易断裂的是远离腺苷的高能磷酸键(1),从而释放出大量的能量。【答案】A二、ATP与ADP的相互转化1.ATP 的形成途径是生物界的共性。2.ATP与ADP之间的相互转化(1)细胞中ATP的含量很少,但ATP与ADP相互转化的速度很快。细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制, ATP合成ATP水解反应式ADP+Pi+能量ATP ATP ADP+Pi+能量场所线粒体、叶绿体、细胞质基质细胞内所有需要能量的进行生命活动的结构(2)ATP与ADP之间的相互转化不是可逆反应条件由ATP合成酶催化由ATP水解酶催化能量来源合成ATP的能量主要来自光能(光合作用)和化学能 (细胞呼吸)ATP水解释放的能量是储存在远离A的高能磷酸键中的能量能量去路储存在ATP中用于各项生命活动从条件上看:ATP分解是一种水解反应,所需的酶是水解酶;ATP合成是一种合成反应,所需的酶为合成酶,酶具有专一性,故反应条件不同,不能说该反应可逆。从能量上看:ATP水解释放的能量是储存在高能磷酸键中的化学能,而合成ATP的能量主要有化学能和太阳能,故能量来源不同。从场所上看:ATP合成的场所是细胞质基质、线粒体、叶绿体,ATP分解在细胞的各个部位,故场所不同。综上所述,上述反应从物质方面看可逆,从酶、场所、能量上看不可逆。故ATP与ADP之间的相互转化不是可逆反应。3.ATP与光合作用及细胞呼吸的关系(1)与光合作用的关系(2)与细胞呼吸的关系 典例3 (2012年聊城一模)ATP是细胞中能量的通用“货币”。下列有关ATP的叙述不正确的是( )A.ATP中的“A”与构成DNA、RNA中的碱基“A”表示不同物质B.ATP中的能量可以来源于光能、化学能,也可以转化为光能和化学能C.在有氧与缺氧的条件下,酵母菌细胞质基质都能形成ATPD.人体内成熟的红细胞中没有线粒体,不能产生ATP【思路剖析】ATP中的“A”表示腺苷,DNA、RNA中的碱基“A”表示腺嘌呤,故A项正确。ATP中的能量可以来源于光能(光合作用把光能转变为ATP中活跃的化学能)、化学能(细胞呼吸把有机物中的化学能转变为ATP中的化学能),也可以转化为光能(萤火虫发光)和化学能(根吸收K+的主动运输等),故B项正确。酵母菌为兼性厌氧菌,有氧条件下在细胞质基质中进行有氧呼吸第一阶段,产生少量ATP;无氧条件下,在细胞质基质中进行无氧呼吸全过程,产生少量ATP,C项正确。人体成熟的红细胞是特化的细胞,没有线粒体等细胞器,但是能进行无氧呼吸产生ATP。【答案】D 典例4 (2013年东莞统考)下列关于反应式“ATPADP+Pi+能量”的叙述,正确的是( )A.高温和低温均能破坏酶 1 和酶 2 的结构,使其失去活性B.酶通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速率C.植物细胞和动物细胞发生这个反应的生理过程都一样D.人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡【思路剖析】酶1和酶2的化学本质都是蛋白质,在高温下结构被破坏,失去活性,而低温只是抑制酶的活性;酶的催化原理是通过降低化学反应的活化能来提高化学反应速率;植物细胞可以通过光合作用产生ATP和消耗ATP,也可以通过呼吸作用产生ATP,而动物细胞不能进行光合作用,主要进行呼吸作用产生ATP,ATP可用于肌肉收缩等生理过程;饥饿时,肝糖原水解为葡萄糖再氧化分解释放能量产生ATP,细胞中 ATP与ADP的含量仍是维持在一定的动态平衡中。【答案】B1.(2012年莱州一中高三检测)当你品尝各种美味佳肴时,你可能不得不感谢三磷酸腺苷(ATP)这种化学物质。最新研究显示,ATP这种传统上与细胞能量供应相关的物质在把食物的味道信息传递给大脑的过程中起到了关键的作用。根据以上信息我们不能推出的结论是( )A.ATP与能量供应相关B.作为信息分子的ATP不能提供能量D.神经细胞膜外表面可能有ATP的受体【思路剖析】根据题干“ATP这种传统上与细胞能量供应相关的物质在把食物的味道信息传递给大脑的过程中起到了关键的作用”可推知ATP与能量供应有关,可作为信息传递分子,信息传递需要与细胞膜表面的受体结合,所以A、C、D项正确。【答案】BC.ATP也可作为信息传递分子2.(2013年安徽名校联考)人体细胞进行正常的生命活动,每天需要水解200300 mol ATP,但人体细胞中ATP的总量只有约0.1 mol。下列有关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.ATP由3个磷酸基团和1个腺嘌呤构成C.有氧呼吸的第三阶段为人体细胞活动提供的ATP最多D.人体细胞内形成ATP的场所是细胞质基质和线粒体【思路剖析】ATP中远离腺苷的高能磷酸键容易断裂也容易形成,即ATP与ADP二者可以相互转化,这可以保障生物体对能量的需求;ATP即三磷酸腺苷,由3个磷酸基团和1个腺苷组成;有氧呼吸第三阶段,前两个阶段生成的大量H和O2反应生成大量ATP;人体细胞产生ATP的过程有有氧呼吸和无氧呼吸,有氧呼吸在细胞质基质和线粒体中完成,无氧呼吸在细胞质基质中完成。【答案】B3.用小刀将数十只萤火虫的发光器割下,干燥后研成粉末状,取两等份分别装入两只小玻璃管中,各加入少量的水,使之混合,可见到玻璃管中发出淡黄色荧光。约过15 min荧光消失(如下图所示)。这时,再将ATP溶液加入其中一只玻璃管中,将葡萄糖溶液加入另一只玻璃管中,发现加ATP溶液的玻璃管中发出荧光,而加葡萄糖溶液的管中不发荧光。(1)向A、B两管中加水后,两管均发荧光,这能说明水对生物正常的生命活动有何重要意义? 。这也说明了发光器研磨成的粉末中含有哪种物质? 。(2)上述对照实验说明:萤火虫发光是将 能转变成 能的过程。这一过程所需的能量由 提供。 不是生命活动的直接能源物质。(3)若向刚切下的萤火虫的发光器上滴加葡萄糖溶液,你认为会发荧光吗?为什么? 。【思路剖析】发光器粉末溶于水后发出荧光,说明粉末中含有少量的ATP。这是因为粉末中的ATP发生了水解反应:ATPADP+Pi+能量(用于发出荧光),这也说明生物体内的化学反应都是在水中进行的。上述对照实验说明:萤火虫的发光是将ATP中的化学能转变成光能的过程,这一过程由ATP提供能量,ATP是直接能源物质,而葡萄糖不是直接能源物质。刚切下的萤火虫的发光器细胞仍具有生物活性,吸收葡萄糖后将其氧化分解,释放能量合成ATP供发光之用,但随着细胞死亡而不再发光。【答案】(1)生物体内许多重要的生物化学反应均要在水中才能进行少量的ATP (2)化学光ATP葡萄糖 (3)会发荧光,因为葡萄糖进入发光器的细胞中后可被氧化分解,使细胞中生成ATP供发光用基础角度思路一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分)1.(基础再现)以下关于ATP和酶的说法正确的是( )A.人体成熟的红细胞既能产生酶又能产生ATPB.ATP含有核糖,酶一定不含核糖C.ATP是活细胞各种生命活动的直接供能物质,但不是细胞唯一的直接能源物质D.酶与ATP均具有高效性与专一性 【思路剖析】人体成熟的红细胞通过无氧呼吸产生ATP,但由于其没有细胞核和细胞器,所以不能合成酶,故A项错误。有少数酶的化学本质是RNA,含有核糖,故B项错误。ATP是生命活动的直接能源物质,细胞内的其他核苷的三磷酸化合物(如UTP),也作为生命活动的直接能源物质,C项正确。ATP是能源物质,无高效性和专一性,故D项错误。【答案】C2.(基础再现)下列过程都不会使ADP含量增加的是( )A.K+进入肾小管上皮细胞,C3化合物还原成葡萄糖B.小肠上皮细胞吸收葡萄糖,水的光解 C.甘油和酒精进入细胞,氨基酸进入小肠绒毛上皮细胞D.暗反应中CO2的固定,线粒体中的H与O2结合管上皮细胞和C3化合物还原成葡萄糖都需消耗ATP;B项中小肠上皮细胞吸收葡萄糖需消耗ATP;C项中氨基酸进入小肠绒毛上皮细胞需消耗ATP。【答案】D【思路剖析】本题进行信息转换,所问的问题实质为“下列过程都不消耗ATP的是”。A项中K+进入肾小3.(基础再现)ATP是细胞的能量“通货”,有关说法正确的是( )A.细胞需要储备大量的ATP B.ATP与ADP相互转化的能量供应机制是生物界的共性C.ATP的合成总是伴随有机物的氧化分解 D.黑暗条件下,只有线粒体可以产生ATP细胞内不能储存大量的ATP;在光合作用过程中,利用光能合成ATP,不需有机物的氧化分解;黑暗条件下,细胞质基质和线粒体都会产生ATP;细胞都通过ATP与ADP的相互转化为生命活动提供能量,属于生物界的共性,故B项正确。【答案】B【思路剖析】细胞内时刻进行着ATP的合成与水解,4.(基础再现)下列关于叶肉细胞在光照条件下产生ATP的描述,正确的是( )A.无氧条件下,光合作用是细胞ATP的唯一来源B.有氧条件下,细胞质基质和线粒体、叶绿体都能产生ATPC.线粒体中产生的ATP可运输到叶绿体中供给暗反应D.细胞质中消耗的ATP来源于线粒体和叶绿体合作用外也能通过无氧呼吸产生少量ATP;在有氧、有光照条件下,叶肉细胞可通过光合作用、有氧呼吸和无氧呼吸产生ATP,场所为叶绿体、细胞质基质和线粒体;叶绿体的暗反应阶段消耗的ATP是其光反应过程提供的,故叶绿体光反应阶段产生的ATP不会到细胞质中发挥作用,叶绿体暗反应阶段消耗的ATP也不会由线粒体提供。【答案】B【思路剖析】在无氧、有光照条件下,叶肉细胞除光5.(视角拓展)下面关于ATP的叙述,错误的是( )A.细胞质和细胞核中都有ATP的分布B.ATP合成所需的能量由磷酸提供C.ATP可以水解为一个核苷酸和两个磷酸D.正常细胞中ATP与ADP的比值在一定范围内变化不是由磷酸提供;ATP连续水解掉两个磷酸基团,可生成1个腺嘌呤核糖核苷酸和2个磷酸;正常细胞中,ATP的含量很少,但ATP与ADP相互转化的速度很快,细胞中ATP与ADP的含量保持动态平衡。【答案】B【思路剖析】细胞质和细胞核都进行新陈代谢,细胞质中如蛋白质的合成,细胞核中如DNA复制等,都需消耗ATP;ATP合成所需的能量可来自光能或化学能,而6.(视角拓展)下列生理过程不需消耗ATP的是( )【思路剖析】图A所示的运输过程为自由扩散和协助扩散,均不需要消耗能量。而神经纤维上兴奋的产生和传递、转录和翻译过程中物质的合成、细胞分裂等过程均需消耗ATP提供的能量。【答案】A7.(视角拓展)下列有关酶与ATP的叙述,正确的是( )A.某酶的氧化分解需要ATP B.酶的催化效率总是高于无机催化剂C.温度会影响ATP与ADP相互转化的速率 D.ATP的合成与分解需要的酶相同量,产生ATP,A项错误;酶的催化作用需要适宜的条件,在条件不适宜时酶的活性会降低甚至丧失,此时的催化效率会低于无机催化剂,B项错误;ATP与ADP之间的转化需要酶的催化,所以温度会影响二者的转化,C项正确;酶具有专一性,ATP的合成与分解是两个不同的反应,所需的酶不同,D项错误。【答案】C【思路剖析】本题考查酶与ATP相关知识。酶是一类具有生物催化作用的有机物,其氧化分解会释放能8.(视角拓展)下列有关ATP的叙述中,正确的是( )A.ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物,每个ATP分子含有三个高能磷酸键B.因为生物体的生命活动每时每刻都离不开ATP,所以在生物体内有大量的ATP存在C.对于所有生物来说,ADP合成ATP的能量都来自于呼吸作用和光合作用D.对于正常生活的细胞来说,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【思路剖析】每个ATP分子中含有两个高能磷酸键,故A项错误;生物体内ATP含量很少,但ATP与ADP之间相互转化的速度很快,故B项错误;对于动物来说,ADP合成ATP的能量不可能来自于光合作用,故C项错误;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,细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制,是生物界的共性,故D项正确。【答案】D9.(基础再现,12分)右图是有关ADP转化成ATP时所需能量的主要来源的示意图,请据图回答下列问题:二、非选择题(本题共4小题,共52分)(1)1分子ATP中含有 个高能磷酸键。(2)图中的a、b代表的生理过程分别是 、 。(3)在动物肌细胞中,进行反应时,能量来自 。(4)反应进行时所需要的酶一样吗? 为什么? 。(5)进行反应时能量用于 ,进行反应时能量用于 ,由此可见,能量是 (填“可逆的”或“不可逆的”),物质是 (“可循环”或“不可循环”)利用的。【思路剖析】本题考查ATP与ADP相互转化的条件以及转化过程中能量的来源和去路。生成ATP时所需的能量,动物和人可来自细胞呼吸,绿色植物除来自细胞呼吸外还可来自光合作用,即图中a为细胞呼吸,b为光合作用。ATP水解时生成的能量用于各项需能的生命活动,故在ATP与ADP的相互转化过程中物质可逆而能量不可逆,所需的酶也不同,ATP生成时是ATP合成酶催化,ATP水解时是ATP水解酶催化。在动物的肌细胞中进行反应时,能量来自ATP中远离A的高能磷酸键。【答案】(1)2 (2)细胞呼吸光合作用 (3)储存在ATP的高能磷酸键中的化学能 (4)不一样因为和是两个不同的反应,而酶具有专一性 (5)合成ATP各项生命活动不可逆的可循环10.(视角拓展,14分)在活细胞中,下图所示循环过程永不停止地进行着,请运用所学的知识,分析回答ATP与ADP循环中的有关问题。(1)ATP作为生物体生命活动的 物质,其分子结构简式为 ,在过程中,由于 键断裂,释放出能量。(2)A1和A2具有 作用,在图中它们的作用分别是促进 。 (3)在光合作用中,可以进行过程,其合成ATP所需的能量来自 。(4)在细胞呼吸中,应该进行 过程,能量来自 。(5)根吸收矿质元素离子的过程中,应该进行 过程,能量用于 。水解时远离A的那个高能磷酸键断裂。ATP的水解和合成分别是由水解酶和合成酶催化。植物细胞产生ATP的部位,有细胞质基质、线粒体和叶绿体。光合作用和细胞呼吸的过程中,ADP转化成ATP,所需要的能量分别来自色素吸收转化的光能和糖类等物质分解释放的能量。矿质元素的吸收过程中,ATP转化成ADP,释放的能量用于矿质元素吸收的主动运输过程中。【思路剖析】ATP是生命活动的直接能源物质,ATP(2)催化ATP的合成和水解 (3)光能 (4)葡萄糖(糖类等有机物质)分解释放的能量 (5)主动运输【答案】(1)直接能源A-PPP远离A的高能磷酸11.(高度提升,12分)请根据右图所示能量的释放、转移和利用过程,回答有关问题:(1)在一般情况下,人体生理活动所需能量都是通过分解 等能源物质获得的,通过A 过程,将能源物质转变成CO2和 H2O等。(2)上述过程产生的能量,一部分以化学能的形式储存在B里,B代表 ;B是由ADP和C 化合而来,而另一部分以 形式散失。(3)若用32P标记磷酸加入细胞培养液,短时间内快速分离出细胞内的ATP,结果ATP浓度变化不大,但部分ATP的末端磷酸基已带上了放射性标记。这一事实证明: 。你得出结论的依据是 。(4)储存在B内的能量释放后供人体各项生命活动所需,除了肌肉收缩及分泌外,还可供D 和E 等生理活动的需要。化分解过程,B代表ATP,C代表磷酸,D和E分别代表神经传导和生物电、合成代谢。ADP转化为ATP时,所需能量在人和动物体内来自细胞呼吸分解有机物释放的化学能,在植物体内除了来自细胞呼吸,还来自光合作用。ATP转化为ADP时释放的能量用于细胞中需要能量的各项生命活动。ATP在细胞内的含量虽然很少,但ADP+PiATP和ATPADP+Pi的反应是不断进行的,从而保证了细胞内ATP的含量保持动态平衡。【思路剖析】在本题的图示中,A代表能源物质的氧【答案】(1)糖类、脂质、蛋白质氧化分解 (2)ATP磷酸热能 (3)细胞内的ATP含量维持动态平衡ATP浓度不变,但部分ATP被分解,新的ATP又重新合成 (4)神经传导和生物电合成代谢12.(能力综合,14分)某研究性学习小组利用荧光素-荧光素酶生物发光法,测定人参愈伤组织中ATP的含量,以研究人参细胞能量代谢的特点。实验原理:荧光素在荧光素酶、ATP等物质参与下,进行反应发出荧光;用分光光度计可测定发光强度;当荧光素和荧光素酶都足量时,在一定范围内,ATP的含量与发光强度成正比。实验步骤:一、ATP的提取:称取一定量的人参愈伤组织,研磨后沸水浴10 min,冷却至室温,离心,取上清液。二、ATP的测定:吸取一定量的上清液,放入分光光度计反应室内,并注入适量的所需物质,在有氧等适宜条件下进行反应,记录发光强度并计算ATP含量。请回答:(1)步骤一中的沸水浴处理,使酶的 被破坏而失活。(2)步骤二注入的物质中,属于反应物的是 ;分光光度计反应室内能量形式的转换是 。(3)荧光素酶价格昂贵,为能准确测定出ATP的含量, 又能节省酶的用量,学习小组探究了“测定ATP时所需荧光素酶溶液的最佳浓度”,实验结果如图。学习小组配制了110-8 mol/L ATP标准液、70 mg/L荧光素溶液(过量)和 溶液进行实验。结果表明:图中 点所对应的荧光素酶浓度为最佳浓度。e、f、g点所对应的荧光素酶浓度不同,但发光强度相同,这是因为 。(4)ATP测定对食品卫生监控有重要意义。食品卫生检验人员利用上述生物发光法测定某熟食品样品中细菌的ATP总含量,测算出了细菌的数量,从而判断食品污染程度。做出上述判断的理由是:每个细菌细胞中ATP的含量 。【思路剖析】(1)沸水浴的高温处理能够使酶变性失活,其失活的实质是酶的空间结构被破坏。(2)根据实验原理:荧光素在荧光素酶、ATP等物质参与下,进行反应发出荧光。步骤二注入的物质中,属于反应物的是荧光素,分光光度计反应室内能量形式的转换是化学能转换为光能和热能。(3)由图解的横坐标可知,实验中荧光素酶溶液浓度分别为0、10、20、30、40、50、60 mg/L。结果表明:图中e、f、g点所对应的荧光素酶浓度不同,但发光强度相同,表示达到e点所对应的荧光素酶浓度时,ATP已经全部水解,即使继续增加酶浓度,由于受ATP数量限制,发光强度也不再增加,因此e点所对应的荧光素酶浓度为最佳浓度。(4)每个细菌细胞中ATP的含量大致相同且相对稳定,才能根据样品中细菌的ATP总含量,测算出细菌的数量。【答案】(1)空间结构 (2)荧光素化学能转换为光能(和热能) (3)浓度分别为0、10、20、30、40、50、60 mg/L 荧光素酶eATP全部水解(或ATP数量限制) (4)大致相同(且相对稳定)
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