第15讲-细胞的能量货币ATP(人教版2019必修1)(解析版).docx

第15讲 细胞的能量“货币”ATP
【学习目标】
1.通过对ATP化学组成和结构特点的学习，认同ATP的结构与其功能相适应。
2.通过对ATP和ADP相互转化进行模型构建，能归纳、概述ATP形成所需能量的主要来源及意义。
3.通过对生活实例的讨论、分析，能解释“ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质”的原因。
【问题探讨】
1.“银烛秋光冷画屏,轻罗小扇扑流萤。天阶夜色凉如水,卧看牵牛织女星。”请思考探讨下面的问题：
①萤火虫发光的生物学意义是什么？
相互传递信号，以便繁衍后代。
②萤火虫体内有特殊的发光物质吗?
萤火虫腹部后端细胞内的荧光素。
③在萤火虫发光的过程中有能量转化吗？
有。萤火虫腹部细胞内一些有机物中储存的化学能，只有在转变成光能时，萤火虫才能发光。
2.在某细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子，短时间后分离出细胞中的ATP，发现其含量变化不大，但部分ATP的末端P已带上放射性标记，分析该现象得到什么样的结论？
①ATP中远离A的磷酸基团容易脱离；
②该过程中ATP既有合成又有水解；
③部分32P标记的ATP是重新合成的。
3.人体每天进行正常活动所需的ATP量约等于他的体重，而细胞内ATP、ADP的总量仅有2～10mg。成人一天在静止状态下所消耗的ATP为48kg，在紧张活动的情况下，ATP的消耗可达0.5kg/min。请思考细胞中ATP含量很少，而机体对ATP很大。细胞可能以什么样的对策解决这一矛盾？
在细胞内快速合成ATP。
4.在植物、动物、细菌和真菌细胞内，都是以ATP作为能量“货币”的，这是否说明生物界的统一性？这对理解生物的进化有什么启示？
植物、动物、细菌和真菌细胞内，都具有能量“货币”——ATP，可以说明生物界具有统一性。也反映了各种生物有共同的起源，是由共同祖先进化而来的。
5.ATP是细胞内唯一的直接能源物质吗？如果不是，其他的直接能源物质会具有怎样的结构特点？
ATP不是唯一的直接能源物质。除ATP外，还有UTP、GTP和CTP等。它们都是由一个碱基、一个核糖、三个磷酸连接而形成的。每个分子末端的磷酸基团都有一种离开该分子而与其他分子结合的趋势，即具有较高的转移势能。且每个分子去掉两个磷酸基团后都是构成RNA的基本单位。
【课前预习】
1.ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
①ATP的中文全称是 ，ATP分子的结构简式可写为 ，ATP的A表示 、T表示 、P表示 。
腺苷三磷酸 A—P～P～P 腺苷 三个 磷酸基团
②由于ATP两个相邻的磷酸基团都带有 而相互排斥等原因，导致这种化学键 ，末端的磷酸基团有一种 而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的 。当ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的磷酸基团 与其他分子结合，从而使后者发生变化。可见ATP水解的过程就是 的过程，1molATP水解释放的能量高达 kJ，所以说ATP是一种 。
负电荷 不稳定 离开ATP 转移势能 狭能量 释放能量 30.54 高能磷酸化合物
2.ATP与ADP可以相互转化
反应

反应类型

酶的类型

反应场所

能量来源

能量去向

与之相联系的反应

结论

反应

反应类型
合成反应
水解反应
酶的类型
ATP合成酶
ATP水解酶
反应场所
线粒体、叶绿体、细胞质基质等
活细胞所有部位
能量来源
有机物中的化学能、光能
末端特殊化学键
能量去向
储存于末端特殊化学键中
用于各项生命活动
与之相联系的反应
与放能反应相联系
与吸能反应相联系
结论
物质是可逆的，反应、能量是不可逆的；相互转化保证能量供应。
3.蛋白质的磷酸化和去磷酸化（如下图）

在磷酸激酶催化下，ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质分子 的过程称为磷酸化。蛋白质分子被磷酸化后， 发生变化， 被改变，可以参与各种化学反应。在蛋白磷酸酶催化下，磷酸基团从磷酸化的蛋白质分子上移除的过程称为去磷酸化。
添加上磷酸基团 空间结构 活性
【预习检测】
1．（2021·高一课时练习）下图是ATP的结构示意图，图中标号与对应叙述不正确的是（　　）

选项
编号
描述
A
①
只含有C、H、O三种元素
B
②
生命活动的能量一般不是由②断裂释放提供供
C
③
肯定含有N元素
D
④
腺嘌呤脱氧核苷酸
A．①只含有C、H、O三种元素
B．②生命活动的能量一般不是由②断裂释放提供
C．③肯定含有N元素
D．腺嘌呤脱氧核苷酸
1.【答案】D
【解析】①是核糖，只含有C、H、O三种元素，A正确；②生命活动的能量一般是由远离腺苷的那个特殊化学键断裂提供，不是由②断裂释放提供，B正确；③是含氮碱基腺嘌呤，肯定含有N元素，C正确；④是腺嘌呤核糖核苷酸，而不是腺嘌呤脱氧核苷酸，D错误。
2．（2021·高一课时练习）如下图为ATP的结构示意图，下列说法错误的是（　　）

A．物质a与b组成腺苷
B．c、d、e中不仅仅只含P元素
C．图中a是RNA的基本组成单位之一
D．g键断裂时，末端磷酰基挟有较高的转移势能
2.【答案】C
【解析】a为腺嘌呤，b为核糖，物质a与b组成腺苷，A正确；c、d、e为磷酸基团，其中不仅仅只含P元素，还有O、H元素，B正确；图中a代表腺嘌呤，腺嘌呤核糖核苷酸（abc组合）才是RNA的基本组成单位之一，C错误；磷酸基团都带负电荷，相互排斥，使得g键断裂时末端磷酰基挟有较高的转移势能，D正确。
3．（2021·高一课时练习）如下图是ATP中化学键逐级水解的过程图。有关叙述正确的是（　　）
ATP①②③
A．①代表的物质是ADP，③是腺嘌呤核糖核苷酸
B．ATP是细胞内含量少的间接能源物质
C．在最适温度和pH条件下，最适合酶的保存
D．一个ATP彻底水解产物中含有核糖
3.【答案】D
【解析】①代表的物质是ADP，②是腺嘌呤核糖核苷酸，③是腺苷，A错误；ATP是细胞内含量少的直接能源物质，B错误；长期保存酶应该在较低温度条件下保存，C错误；一个ATP彻底水解产物是腺嘌呤、核糖、磷酸，D正确。
4．（2021·高一课时练习）下图为ATP与ADP相互转化的关系式，下列相关叙述错误的是（　　）

A．ATP中有两个高能磷酸键，A代表腺嘌呤
B．人体细胞中①过程一般与细胞呼吸相联系
C．②过程能直接为萤火虫发光提供能量
D．图示的能量供应机制是生物界的共性
4.【答案】A
【解析】ATP的分子简式是A-P～P～P，～代表高能磷酸键，ATP中有两个高能磷酸键，A代表腺苷，腺苷由腺嘌呤和核糖组成，A错误；①过程是ATP合成，在人体细胞合成ATP的途径通常是细胞呼吸，B正确；②过程是ATP的水解，ATP水解释放的能量可用于萤火虫发光等各种生命活动，C正确；细胞内ATP与ADP的相互转化的能量供应机制，是生物界的共性，D正确。
5．（2022秋·高一课时练习）ATP为生物体内生命活动直接供能，但在细胞内含量很少。下列相关叙述，正确的是（　　）
A．每分子ATP含有3个高能磷酸键，但只有远离腺苷的高能磷酸键容易断裂
B．生物体都能产生ATP，也都能消耗ATP
C．酶的合成需要ATP供能，但酶促反应并非都需要消耗ATP
D．人进入寒冷的环境时，ATP会大量减少
5.【答案】C
【解析】每分子ATP含有2个高能磷酸键，A错误；并非所有的生物体都能产生ATP，如病毒，B错误；酶的化学本质是蛋白质或RNA，它们的合成需要ATP供能，但酶促反应并非都需要消耗ATP，如蛋白质的水解等不需要消耗能量，C正确；生物体内ATP与ADP互相转化，维持其含量的动态平衡，因此不会大量减少，D错误。
6．（2022秋·高一课时练习）下列有关ATP说法错误的是（　　）
A．ATP分子中特殊的化学键全部断裂后形成的产物中，有些是组成某些酶的基本单位
B．细胞内ATP与ADP相互转化的供能机制是生物界的共性
C．人剧烈运动时，为满足能量需求，肌细胞中ATP合成速率将明显大于其水解速率
D．ATP是细胞中连接C3还原和蛋白质合成等吸能反应的纽带
6.【答案】C
【解析】ATP断裂2个特殊化学键后可得到腺苷—磷酸，又称腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本单位之一，而某些酶的化学本质是RNA，A正确；ATP是细胞中的直接供能物质，其供能机制是与ADP的相互快速转化，生物界中细胞生物都存在该机制，B正确；人剧烈运动时，能量需求增加，为满足能量需求，ATP的水解速率和合成速率都会加快且相等，C错误；C3还原和蛋白质的合成都是吸能反应，需要ATP供能，D正确。
7．（2021·高一课时练习）“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。天阶夜色凉如水，坐看牵牛织女星。”让我们重温唐代诗人杜牧这情景交融的诗句。萤火虫发光的相关化学变化如图所示，下列有关叙述错误的是    （　　）

A．催化荧光素氧化反应的酶与催化ATP水解的酶不是同一种酶
B．萤火虫腹部后端（发光器官）细胞内含有大量的ATP，以保证其正常发光
C．萤火虫发光的过程实现了ATP中的化学能向光能的转化
D．荧光素发荧光过程伴随着ATP的水解
7.【答案】B
【解析】酶具有专一性，荧光素酶催化荧光素氧化反应，ATP水解酶催化ATP水解，两种酶不同，A正确；细胞中的ATP含量很少，但ADP和ATP的转化非常迅速并处于动态平衡之中，B错误；题图中荧光产生的过程体现了ATP中活跃的化学能转变为光能，C正确；荧光素与氧气发生化学反应的过程需要ATP水解提供能量，D正确。
8．（2021·高一课时练习）细胞呼吸释放大量能量以维持生物体的生命活动，下列关于能量利用的叙述，不正确的是（　　）
A．糖类是细胞中的主要能源物质，ATP是细胞中的直接能源物质
B．ATP中的化学能可转化为机械能、电能、光能等
C．细胞呼吸释放的能量大部分储存在ATP中供给各种生命活动
D．主动运输、细胞的分裂和生长等都伴随ATP水解放能的过程
8.【答案】C
【解析】糖类（包括单糖、二糖、多糖等）是细胞中的主要能源物质，ATP是细胞中的直接能源物质，A正确；ATP中的能量可用于各种生命活动，可以转变为机械能、电能、光能等，B正确；细胞呼吸释放的能量大部分以热能的形式散失，一部分主要储存在ATP中供给生物体的各项生命活动，C错误；ATP水解可释放能量用于各种生命活动，主动运输、细胞的分裂和生长等都伴随ATP水解放能的过程，D正确。
9．（2021秋·高一课时练习）钙泵是哺乳动物细胞中广泛分布的一种离子泵(载体蛋白)，也称Ca2＋—ATP酶，它能催化质膜内侧的ATP水解，释放出能量，驱动细胞内的Ca2＋泵出细胞。下列相关叙述错误的是（    ）
A．钙泵属于ATP水解酶
B．Ca2＋通过钙泵转运出细胞的方式属于主动运输
C．ATP水解释放的磷酸基团可能会使钙泵的空间结构发生变化
D．加入蛋白质变性剂会提高钙泵运输Ca2＋的速率
9.【答案】D
【解析】由题干信息可知，钙泵能催化质膜内侧的ATP水解，释放出能量，故其属于ATP水解酶，A正确；Ca2＋通过钙泵转运出细胞需要消耗ATP释放的能量，故其运输方式属于主动运输，B正确；ATP水解释放的磷酸基团会使钙泵磷酸化，从而导致其空间结构发生变化，C正确；蛋白质变性剂会使载体蛋白变性失活，加入后会使钙泵运输Ca2＋的速率降低，D错误。
10．（2021秋·高一课时练习）ATP在细胞内能够释放能量，从其结构上看是由于（    ）
①腺嘌呤核苷很容易释放能量 ②第二个磷酸基团很容易从ATP上脱离 ③第三个磷酸基团很容易从ATP上脱离，使ATP转变为ADP ④ADP可以迅速与磷酸结合，吸收能量形成ATP
A．① B．② C．③ D．④
10.【答案】C
【解析】从ATP的分子结构简式A—P～P～P可知，ATP分子中含有两个磷酐键，远离A的那个磷酐键容易断裂，释放出其中的能量，形成ADP和Pi，靠近A的那个磷酐键不易断裂和重新形成，故ATP在细胞内能够释放能量，从其结构上看是由于③第三个磷酸基团很容易从ATP上脱离，使ATP转变为ADP。
11．（2022秋·高一课时练习）ATP是细胞的能量“货币”，如图所示为ATP的分子结构，a、b、c表示相应的结构，①、②表示化学键。下列相关叙述错误的是（    ）

A．ATP并不是细胞中所有需要能量的生命活动的唯一直接供能物质
B．图中①②对应的磷酐键都断裂后形成的产物是构成RNA的基本单位之一
C．GTP与ATP结构相似，GTP含有的糖为核糖，其中的“G”叫鸟苷
D．ATP水解产生的能量用于满足各项生命活动，如蔗糖的水解
11.【答案】D
【解析】ATP并不是细胞中所有需要能量的生命活动的唯一直接供能物质，细胞中还有GTP、CTP等直接供能物质，A正确；图中①②对应的磷酐键都断裂后形成的产物是腺嘌呤核糖核苷酸，是构成RNA的基本单位之一，B正确；ATP是由一分子腺苷和三个三个磷酸基团组成，GTP与ATP结构相似，GTP含有的糖为核糖，其中的“G”叫鸟苷，C正确；蔗糖的水解不消耗能量，D错误。
12．（2021·高一课时练习）如图为ADP与ATP的相互转化关系图，则相关说法错误的是（    ）

A．ATP与ADP的转化是物质可逆、能量不可逆的过程
B．ATP中含两个磷酐键，ADP中不含磷酐键
C．反应①和反应②分别需ATP合酶、ATP酶催化
D．反应①所需能量主要来自光合作用吸收的光能及细胞呼吸释放的化学能
12.【答案】B
【解析】ATP与ADP的转化中物质是可逆的，能量不可逆，因能量来源不同，A正确；ATP中含两个高能磷酸键，ADP中含有一个磷酸酐键，B错误；反应①和反应②所需的酶不同，分别需ATP合成酶、ATP水解酶催化，C正确；反应①所需能量主要来自光合作用吸收的光能及细胞呼吸释放的化学能，D正确。
13．（2021·高一课时练习）科学家研究发现，向刚刚失去收缩功能的离体肌肉上滴葡萄糖溶液，肌肉不收缩;向同一条肌肉上滴ATP溶液，肌肉很快就发生明显的收缩。这说明（    ）
A．葡萄糖是能源物质 B．ATP就是能量
C．葡萄糖是直接能源物质 D．ATP是直接能源物质
13.【答案】D
【解析】根据题意“向刚刚失去收缩功能的离体肌肉上滴葡萄糖溶液，刺激肌肉不收缩”说明葡萄糖不能直接提供能量；“向同一条肌肉上滴ATP溶液，刺激肌肉很快就发生明显的缩”说明ATP是直接能量物质，D正确。
14．（2021·高一课时练习）如下图为细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制，下列叙述错误的是（　　）

A．ATP脱去2个磷酸基团后形成的物质是腺嘌呤核糖核苷酸
B．植物叶肉细胞内过程①所需能量来自光合作用或呼吸作用
C．活细胞中ATP与ADP相互转化速率会受到温度和pH的影响
D．ATP分解为ADP是储存能量的过程
14.【答案】D
【解析】ATP分子是由一个腺嘌呤核糖核苷酸和两个磷酸基团组成的，脱去2个磷酸基团后形成的物质是腺嘌呤核糖核苷酸，A正确；植物叶肉细胞能进行光合作用和呼吸作用，并都能合成ATP，因此植物叶肉细胞内过程①所需能量来自光合作用或呼吸作用，B正确；细胞内ATP与ADP相互转化需要酶的催化，酶的活性受温度和pH的影响，故活细胞中ATP与ADP相互转化速率会受到温度和pH的影响，C正确；ADP转化成ATP的过程中储存能量，ATP分解为ADP是释放能量的过程，D错误。
15．（2022秋·高一课时练习）人体细胞进行正常的生命活动，每天需要水解200~300摩尔ATP，但人体细胞中ATP的总量只有约0．1摩尔。下列有关ATP的叙述错误的是（　　）
A．ATP是由1个腺苷与3个磷酸基团组成
B．ATP水解成ADP释放的能量来自远离腺苷的特殊化学键
C．ATP释放能量往往与某些放能反应相关联
D．ATP和ADP的相互转化保证了机体对能量的需求
15.【答案】C
【解析】ATP是由1个腺苷与3个磷酸基团组成，A正确；ATP的结构简式为A-P～P～P，其水解成ADP释放的能量来自远离腺苷的特殊化学键的断裂，B正确；ATP释放能量往往与某些吸能反应相关联，C错误；生物体内ATP的含量很少，但ATP和ADP相互转化的速度很快，以保证机体对能量的需求，D正确。
16．（2022秋·高一课时练习）如图中甲表示ATP，乙、丙、丁、戊表示相关物质，下列有关叙述不正确的是（　　）

A．细胞内甲和乙相互转化的能量供应机制，是生物界的统一性
B．乙→甲过程中，动植物的能量来源不完全相同
C．丙中含有一个磷酸基团，是RNA的基本组成单位之一
D．丁由腺苷和核糖组成，而戊可用于甲的合成
16.【答案】D
【解析】图中甲、乙、丙、丁、戊分别为ATP、ADP、AMP、腺苷、磷酸基团，细胞内ATP和ADP相互转化的能量供应机制，是生物界的统一性，A正确；乙→甲过程中，所需的能量可来自光合作用和细胞呼吸，其中光合作用是植物有而动物没有的，B正确；丙是ATP脱去两个磷酸基团后的结构，是腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本组成单位之一，C正确；丁是ATP脱去三个磷酸基团后的结构，即为腺苷，由腺嘌呤和核糖组成；戊是磷酸基团，是ATP（甲）合成的原料，D错误。
二、多选题
17．（2022秋·高一课时练习）科学家从牛的胰脏中分离出一种多肽链（Ub），如果靶蛋白被贴上Ub标签，会发生如图所示的过程。下列有关叙述正确的是（    ）

A．ATP的结构简式是A—P～P～P
B．①过程会释放能量
C．催化ATP水解的酶降低了反应的活化能
D．催化过程①和②的酶具有相同的氨基酸序列
17.【答案】AC
【解析】ATP的结构简式是 A−P~P~P，其中文名称为腺苷三磷酸，A正确；水解 Ub− 靶蛋白的过程中消耗了ATP，说明该变化过程为吸能反应，B错误；酶具有催化作用，其催化作用的本质是降低化学反应的活化能，图中催化ATP水解的酶也不例外，也是通过降低化学反应的活化能来实现催化作用的，C正确；过程①和②是两个不同的过程，需要的酶的种类有差别，因而二者不会具有相同氨基酸序列，D错误。
三、非选择题
18．（2021·高一课时练习）ATP既是神经细胞的能量“通货”，也可作为神经细胞之间信息传递的一种信号分子。一些神经细胞不仅能释放典型的神经递质（神经细胞之间传递信号的物质），还能释放ATP，两者均能引起受体细胞的膜电位变化。据此请回答下列问题：
(1)人体神经细胞中的ATP主要来自_________（生理过程）。研究发现，正常成年人安静状态下24小时有40kgATP发生转化，而细胞内ADP、ATP的浓度仅为2～10mmoL/L，为满足能量需要，人体解决这一矛盾的合理途径是_________。
(2)为了研究X物质对动物细胞的影响，某研究小组用不同浓度的X物质将细胞处理24小时，然后测量各组细胞内ATP的浓度和细胞死亡的百分率，经过多次实验后，所得数据如下表所示：
实验组
编号
X物质的浓度/
（μg· mL-1）
细胞内ATP的浓度/
（nmoL·mL-1）
细胞死亡的
百分率
A
0
80
1%
B
2
70
2%
C
4
50
10%
D
8
20
25%
E
16
5
70%
F
32
1
95%
①该实验的因变量是_________。
②实验数据表明，该实验的因变量之间有何联系？_________。
③若用混有浓度为2μg·mL-1的X物质的饲料饲喂大鼠，其小肠的消化和吸收功能受到抑制的主要原因是_________。
18.【答案】(1)细胞呼吸（呼吸作用） ATP与ADP相互迅速转化
(2)细胞内ATP的浓度和细胞死亡的百分率 细胞内ATP浓度下降，能量供应减少，细胞死亡率增加 妨碍消化酶的合成和分泌，影响消化；妨碍主动运输，影响营养物质的吸收

【解析】（1）人体神经细胞中的ATP主要来自细胞呼吸。ATP在生物体内含量很少，为满足能量需要，人体内ATP和ADP转化速度极快。
（2）①据表分析可知，该实验的自变量是X物质的浓度，因变量是细胞内ATP的浓度和细胞死亡的百分率。
②由表格数据分析可知，随着X物质的浓度增大，细胞内ATP浓度逐渐下降，即能量供应逐渐减少，细胞死亡的百分率增加。
③若用混有浓度为2 μg· mL-1的X物质的饲料饲喂大鼠，X物质可能阻碍消化酶的合成和分泌，影响蛋白质、多糖等物质的消化过程；由表中数据可知，X物质会导致ATP浓度下降，影响主动运输的能量供应，从而影响营养物质的吸收。
19．（2021·高一课时练习）如图表示ATP水解产生ADP的过程。请回答下列问题：

(1)图中A表示____________，P代表____________，ATP如果脱去两个磷酸基团后可作为________(物质)基本结构单位中的一种。
(2)图中①为____________；图中②为________。
(3)图示过程中未标出的另一种反应物是________，催化该过程的酶与催化ATP再生时的酶________(填“是”或“不是”)同一种酶。
19.【答案】(1)腺嘌呤核苷 磷酸基团 RNA
(2)磷酸键 能量
(3)水 不是
【解析】（1）图中A表示腺嘌呤核苷，由腺嘌呤和核糖组成；P代表磷酸基团；ATP脱去两个磷酸基团为腺苷一磷酸，即腺嘌呤核糖核苷酸，是构成RNA的基本单位。
（2）图中①为磷酸键，这是一种特殊的化学键，容易水解和合成，储存着大量的化学能，图中②为能量。
（3）图示过程中未标出的另一种反应物是水，催化该过程的酶与催化ATP再生时的酶不是同一种酶。

【基础知识】
一、ATP的结构
1.ATP是一种高能化合物
ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写。ATP分子的结构 可以简写成A—P〜P〜P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，〜代表一种特殊的化学键。由于末端的磷酸基团具有较高的转移势能，当ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。如下图所示：

2.ATP与核苷酸的关系
①元素组成：ATP是由C、H、O、N、P五种元素组成的，与核酸的元素组成是相同的。
②AMP是RNA的基本组成单位之一。
3.ATP结构和功能的关系
在有关酶的催化作用下，末端磷酸基团脱落，释放出大量能量。
由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，ATP的化学性质不稳定，末端磷酸基团具有较高的转移势能。
1mol ATP水解释放的能量高达30.54KJ，所以ATP是一种高能磷酸化合物。
ATP并不是细胞内唯一的高能磷酸化合物，高能磷酸化合物在生物体内有很多种，如存在于细胞内的UTP、GTP、CTP及动物体内的磷酸肌酸。
二、ATP和ADP的相互转化
ATP与ADP相互转化的意义
对细胞的正常生活来说，这种相互转化，是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中。保证细胞的能量供应。

能量来源或去路
Pi的去路或来源

绿色植物用于合成ATP的能量来自光能和来自呼吸作用释放的能量，动物、人、真菌和大多数细菌呼吸作用释放的能量。与许多放能反应相联系。
转移给其他分子或成为游离的磷酸

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。与许多放能反应相联系。
细胞内的磷酸（Pi）
1.ATP的合成
合成ATP的能量来源于各种生物的呼吸作用，绿色植物的光合作用。

真核细胞合成ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体。
2.ATP的利用
ATP的利用发生在生物体的一切蓄能部位，ATP水解释放的能量用于各项生命活动

1.ATP水解释放的能量可用于大脑思考、生物发电、主动运输、物质合成、肌肉收缩等。ATP水解释放的能量使蛋白质分子磷酸化，蛋白质空间结构发生变化，活性改变，从而参与各种化学反应。
2.吸能反应一般与ATP的水解相联系，需要ATP水解酶的催化，同时也消耗水；放能反应一般与ATP的合成相联系。
3.ATP合成和ATP利用不是可逆反应。
ATP和ADP相互转化时，反应所需要的酶、能量的来源和去路、反应的场所不同，因此两者的相互转化不是可逆的。
4、ATP与ADP相互转化的特点
①ATP是一种不稳定的化合物，在细胞内的含量很少。
②ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生，且处于动态平衡之中。例如：剧烈运动时候，需能较多，转化较快；安静状态下，需能较少，转化减慢。
③ATP和ADP相互转化的能量供应机制，在所有的细胞内都是一样的，体现了生物界的统一性。

【考点剖析】
考点一、ATP的结构
例1．ATP的结构和生理作用
1.如图为ATP分子的结构式，ATP分子的结构简式可以表示为A-P～P～P。下列说法错误的是（ ）

A.吸能反应与放能反应常与⑤的断裂与形成相关联
B.ATP中的A对应结构式中的①和②，表示腺苷
C.③④⑤中都含有一定化学能，肌肉做功恢复原状属于放能反应
D.叶肉细胞中产生的ATP只能用于碳反应
【答案】D
【解析】ATP是吸能反应和放能反应联系的纽带，伴随着远端高能磷酸键的形成和断裂，可为细胞内放能反应与吸能反应进行储能和放能，A正确；ATP中的A由腺嘌呤和核糖组成，表示腺苷，B正确；ATP中的普通化学键和高能磷酸键都有一定的能量，高能磷酸键所含的能量多。肌肉做功恢复原状要放出能量，肌肉收缩要吸收能量，C正确；叶肉细胞中光合作用和细胞呼吸都能产生ATP，只有叶绿体中光反应产生的ATP才全部用于碳反应，D错误。
ATP的化学结构

（1）腺嘌呤含C、H、O、N，核糖含C、H、O，磷酸基团含H、O、P，故ATP元素组成为C、H、O、N、P五种元素。
（2）ATP的中文名称叫三磷酸腺苷，一分子ATP由一个腺苷（一分子腺嘌呤，一分子核糖），三个磷酸基团组成。
（3）ATP的分子结构简式为A—P～P～P，特殊化学键键只存在于磷酸基与磷酸基之间，腺苷与磷酸基之间为普通化学键。
考点二：ATP和ADP的相互转换
例2．如图是ATP和ADP相互转化的过程，下列叙述不正确的是（　　）

A．图中D代表ADP，T代表ATP，E代表能量
B．反应式中，物质可逆，能量不可逆
C．ATP中的“A”与RNA中的碱基A含义相同
D．ATP中的能量较活跃，易于释放
【答案】C
【解析】根据以上分析已知，图中D代表ADP，T代表ATP，E代表能量，A正确；该反应式是ATP与ATP的相互转化，其中物质是可逆的，而能量是不可逆的，B正确；ATP中的“A”代表腺苷，而RNA中的碱基A代表腺嘌呤，C错误；ATP是直接能源物质，其中高能磷酸键中含有的能量较为活跃，很容易释放，D正确。
【特别提醒】
ATP和ADP的相互转化

①ATP在生物体内含量少，但转化十分迅速，从而使细胞中的ATP与ADP的转化总是处于一种动态平衡中。②ATP与ADP的相互转化过程中，物质可重复利用，但能量不可循环利用，它们不是可逆反应。
③ATP转化为ADP又称“ATP的水解反应”，这一过程需要酶的催化，同时也消耗水。
④ATP不等同于能量：ATP是一种高能磷酸化合物，是一种与能量有关的物质，不能将二者等同起来。
⑤生命活动需要消耗大量能量，但细胞中ATP含量很少。由于ADP、Pi等可重复利用，只要提供能量(光能或化学能)，生物体就可不断合成ATP，满足生物体的需要。
⑥吸能反应一般与ATP的水解反应相联系，由ATP水解提供能量；放能反应一般与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中。
考点三：不同物质结构中“A”的含义
例3．在下列六种化合物的化学组成中，“○”中所对应的含义最接近的是

A．①和②  B．①和③ C．③和④  D．⑤和⑥
【答案】D
【解析】图中“○”的含义分别是：①表示腺嘌呤核糖核苷酸、②表示碱基腺嘌呤、③表示腺嘌呤脱氧核苷酸、④表示腺嘌呤核糖核苷酸、⑤表示腺苷、⑥表示腺苷。“○”中所对应的含义最接近的是①和④、⑤和⑥。
归纳总结

①四个图中的共同点是化学元素组成相同，均为C、H、O、N、P，且都含有一个腺嘌呤含氮碱基。
②四个图中“A”的含义是不同的：ATP中的“A”为腺苷，DNA中的“A”为腺嘌呤脱氧核糖核苷酸，RNA中的“A”为腺嘌呤核糖核苷酸，而核苷酸中的“A”仅为含氮碱基腺嘌呤。
③在A—P～P～P中去掉后面两个磷酸基，余下的部分“A—P”即为组成RNA的四种基本单位之一：腺嘌呤核糖核苷酸。

【过关检测】
1．（2022·浙江·高考真题）下列关于腺苷三磷酸分子的叙述，正确的是（       ）
A．由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成
B．分子中与磷酸基团相连接的化学键称为高能磷酸键
C．在水解酶的作用下不断地合成和水解
D．是细胞中吸能反应和放能反应的纽带
1.【答案】D
【解析】1分子的ATP是由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸基团组成，A错误；ATP分子的结构式可以简写成A—P～P～P，磷酸基团与磷酸基团相连接的化学键是一种特殊的化学键，B错误；ATP在水解酶的作用下水解，在合成酶的作用下ADP和磷酸吸收能量合成ATP，C错误；吸能反应一般与ATP的分解相联系，放能反应一般与ATP的合成相联系，故吸能反应和放能反应之间的纽带就是ATP，D正确。
【思路分析】
ATP是三磷酸腺苷的英文名称缩写。ATP分子的结构 式可以简写成A—P～P～P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，～代表一种特殊的化学键，ATP分子中大量的能量就储存在特殊的化学键中。ATP可以水解，这实际上是指ATP分子中特殊的化学键水解。
2．（2021·海南·高考真题）研究人员将32P标记的磷酸注入活的离体肝细胞，1~2min后迅速分离得到细胞内的ATP。结果发现ATP的末端磷酸基团被32P标记，并测得ATP与注入的32P标记磷酸的放射性强度几乎一致。下列有关叙述正确的是（       ）
A．该实验表明，细胞内全部ADP都转化成ATP
B．32P标记的ATP水解产生的腺苷没有放射性
C．32P在ATP的3个磷酸基团中出现的概率相等
D．ATP与ADP相互转化速度快，且转化主要发生在细胞核内
2.【答案】B
【解析】根据题意可知：该实验不能说明细胞内全部ADP都转化成ATP，A错误；根据题干信息“结果发现ATP的末端磷酸基团被32P标记，并测得ATP与注入的32P标记磷酸的放射性强度几乎一致。”说明：32P标记的ATP水解产生的腺苷没有放射性，B正确；根据题干信息“放射性几乎只出现在ATP的末端磷酸基团”可知，32P在ATP的3个磷酸基团中出现的概率不同，C错误；该实验不能说明转化主要发生在细胞核内，D错误。
【说明】ATP又叫三磷酸腺苷，简称为ATP，其结构式是：A-P～P～P，A-表示腺苷、T-表示三个、P-表示磷酸基团，“～”表示高能磷酸键。
3．（2021·天津·高考真题）富营养化水体中，藻类是吸收磷元素的主要生物，下列说法正确的是（       ）
A．磷是组成藻类细胞的微量元素
B．磷是构成藻类生物膜的必要元素
C．藻类的ATP和淀粉都是含磷化合物
D．生态系统的磷循环在水生生物群落内完成
3.【答案】B
【解析】磷属于大量元素，A错误；磷脂中含磷元素，磷脂双分子层是构成藻类生物膜的基本支架，故磷是构成藻类生物膜的必要元素，B正确；ATP由C、H、O、N、P组成，淀粉只含C、H、O三种元素，C错误；物质循环具有全球性，生态系统的磷循环不能在水生生物群落内完成，D错误。
【说明】组成生物体的化学元素根据其含量不同分为大量元素和微量元素，大量元素包括C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等，微量元素包括Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。生态系统的物质循环是指组成生物体的元素在生物群落与非生物环境间循环的过程，具有全球性。
4．（2021·北京·高考真题）ATP是细胞的能量“通货”，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
4.【答案】B
【解析】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，无氧呼吸过程中也能合成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。
5．（2021·湖南·高考真题）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
5.【答案】B
【解析】通过蛋白质磷酸化和去磷酸化改变蛋白质的空间结构，进而来实现细胞信号的传递，体现出蛋白质结构与功能相适应的观点，A正确；如果这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，将会使该位点无法磷酸化，进而影响细胞信号的传递，B错误；根据题干信息：进行细胞信息传递的蛋白质需要磷酸化才能起作用，而ATP为其提供了磷酸基团和能量，从而参与细胞信号传递，C正确；温度会影响蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性，进而影响蛋白质磷酸化和去磷酸化反应，D正确。
【解题思路】分析图形，在信号的刺激下，蛋白激酶催化ATP将蛋白质磷酸化，形成ADP和磷酸化的蛋白质，使蛋白质的空间结构发生改变；而蛋白磷酸酶又能催化磷酸化的蛋白质上的磷酸基团脱落，形成去磷酸化的蛋白质，从而使蛋白质空间结构的恢复。
6.如图①②代表物质M、N间的相互转化过程，则(　　)

A．萤火虫体内的能量c可来源于光能
B．吸能反应一般和物质M的合成相联系
C．能量d用于过程①时大部分以热能形式散失
D．M、N间的相互转化是生物界共有的能量供应机制
【答案】D
【解析】由图可知，M、N分别为ATP和ADP，①为ATP的合成过程，②为ATP的水解过程．ATP既是贮能物质，又是供能物质，因其中的高能磷酸键中储存有大量能量，水解时又释放出大量能量；ATP在活细胞中的含量很少，因ATP与ADP可迅速相互转化；细胞内ATP与ADP相互转化的能量供应机制，普遍存在于生物界中，是生物界的共性；吸能反应一般与ATP的分解相联系，放能反应一般与ATP的合成相联系。能量c为合成ATP的能量，萤火虫体内的c只能来源于呼吸作用释放的化学能，A不正确；吸能反应一般和M的水解相联系，B不正确；能量d用于各种生命活动，不用于过程①，C不正确；ATP和ADP间的相互转化是生物界共有的能量供应机制，D正确。
7.下列有关酶和ATP的叙述，错误的是（ ）
A．酶具有催化作用的原因是酶能为反应过程供能
B．氨基酸脱水缩合的过程能使ADP含量增加
C．高温、强酸强碱会破坏淀粉酶的空间结构导致失活
D