第10讲 细 胞 的 能 量“货币”ATP课 标 内 容 解 释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质考 点A TP的结构和功能基础精细梳理夯实必备知识1.ATP是一种高能磷酸化合物(l)ATP的中文名称腺昔三磷酸ATP的元素组成：C、H、0、N、PATP结构简式：AP P P其中“A”代表腺昔,“P”代表磷酸基团,“”代表一种特殊的化学键(这种化学键不稳定)o(2)ATP和A D P的结构末端的 具有较高的转移势能，易脱离，ATP发生水解、释放能量核 糖“腺喋U令腺音(A)：腺昔一磷酸AMP(腺U票哈核糖核甘酸一：RNA的基本组成单位之一)；腺昔二磷酸二 ADPsV腺昔三磷酸ATP(3)ATP的供能原理两个相邻的磷酸基团都带负一ATP中的特殊化学键不稳定,末獭 酸 基 团 有 一种离开ATP而与一ATP在酶的作用下水解时脱离下来的末端磷酸基团挟能电荷而其他分子结合的量与其他分子相互排趋势，即具有较结合，从而使斥等高的转移势能后者发生变化(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30J4 kJ,所以说ATP是一种高能磷酸化合物。
提醒 A T P并不是细胞内唯一的高能化合物，高能化合物在生物体内有很多种,如存在于各种生物体细胞内的UTP、GTP、C T P及动物体内的磷酸肌酸因此,A T P并不是唯一的供应生命活动的直接供能物质2.ATP和A D P的相互转化ATP的合成VADP+Pi+能 量.ATPV：ATP的水解V酶ATP-ADP+Pi+能量ATP合 成 酶 所需酶）ATP水解酶细 胞 质 基 质、线粒体、叶绿体光能（光合作用）、化学能（细胞呼吸）1反应1场 所，生物体的需能部位能 量 1来 源，远离腺首（A）的那个特殊化学键.一 可直接转化成其他形储存在ATP（远离A的 能量 式的能量（如机械能、那个特殊化学键）中|去 路|电能等），用于各项生岗胞中A T P含量很少，命活动A开 与 制 嗡 化 器 常 迅（工 件 速发时，且处于动态平 一1衢之中，一 八人口且独上相互挖傕的能量供应机制,在所有生物的缅 福 砥 溟 二 商7这体现了生物界的统一性3.A TP的利用（D A TP为主动运输供能的过程（以Ca2+释放为例）Ca家是一种能促使ATP水解的磁XADPC a”0ATPCa?+与Ca?+载体蛋白相应位点结合，ATP水解ADP载体蛋白空间结构发 生 变 化,C a由膜内释放到膜外载体蛋白的磷酸化（2）ATP细胞内流通的能量“货币吸能反应：一 般 与A T P的水解反应相联系,由A T P水解提供能量。
如蛋白质的合成放能反应：一 般 与A T P的合成相联系,释放的能量储存在A T P中如细胞内有机物的氧化分解反应4.ATP产生量与02供给量的关系分析“考点速览(l)ATP必须在有氧条件下合成2021.北京卷，1B)(X)提示无氧呼吸也可产生ATP2)线粒体、叶绿体和高尔基体都是合成ATP的场所2019全国卷HI,1C)(X)提示高尔基体不能合成ATP3)唾液淀粉酶水解淀粉的过程需ATP水解提供能量2019天津卷，2A)(X)提示 淀粉水解不需要消耗ATP情境推理必修1P86“相关信息”1.写出图中标出的“A”的含义：腺背;腺喋吟;腺喋吟脱氧核甘酸;腺喋吟核糖核甘酸2.科学家发现，一种化学结构与ATP相似的物质GTP(鸟昔三磷酸)也能为细胞的生命活动提供能量，请从化学结构的角度解释G T P也可以供能的原因：提示含有两个特殊化学键，远离鸟昔的特殊化学键容易水解断裂，释放能量3.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的末端磷酸基团已带上放射性标记，分析该现象得到的结论是：o提示 ATP中远离A 的磷酸基团容易脱离；该过程中ATP既有合成又有水解；部分3 2 P标记的ATP是重新合成的典例精心深研提升学科素养考向1结合ATP的结构和功能，考查结构与功能观1.（2024.广州市联考）如图是ATP的结构简式，图中表示一种特殊的化学键。
下列相关叙述错误的是（）_r A.断裂后的产物可直接与P i结合形成ATPB.断裂后的产物可作为合成RNA的原料C.细胞中的高能磷酸化合物不止ATP 一种D.ATP和 ADP相互转化的能量供应机制体现了生物界的统一性答 案 A解 析 断裂后的产物是ADP,AD P在有关酶的作用下，可以接受能量与一个游离的P i结合形成ATP,A错误;断裂后的产物是腺嘿吟核糖核甘酸，是构成RNA的基本组成单位之一，B 正确；根据ATP的结构简式可以推测细胞中可能还会有GTP、CTP、UTP等高能磷酸化合物，C 正确；ATP与 ADP相互转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的，这体现了生物界的统一性，D正确2.（2024.湖北荆州三校联考）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ATPGTPUTPCTP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的合成的原料之一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答 案 B解析 GTP脱去两个磷酸基团后，可得到鸟嘿吟核糖核甘酸，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喀喔核糖核甘酸，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A T P,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。
考向2围绕ATP的转化和利用，考查物质与能量观3.（2024.广东深圳模拟）蛋白质的磷酸化与去磷酸化被比喻为一种“分子开关”，分子开关的机理如图所示下列有关分子开关的说法，错误的是（）A.剧烈运动过程中分子开关的频率远高于静息状态B.“分子开关”的磷酸化与去磷酸化过程属于可逆反应C.蛋白质的磷酸化是翻译后的修饰D.细胞膜上存在蛋白质的磷酸化与去磷酸化答 案 B解 析 剧烈运动过程中，细胞代谢加快，需要的有活性蛋白增多，推测分子开关频率更高，A 正确；蛋白质的磷酸化和去磷酸化所需要的酶分别为蛋白激酶和蛋白磷酸酶，不属于可逆反应，B 错误；蛋白质磷酸化使无活性蛋白转变为有活性蛋白，属于翻译后的修饰，C 正确；细胞膜上行使主动运输功能的载体蛋白存在蛋白质的磷酸化和去磷酸化，D 正确4.（2024.湘豫名校联考）如图所示为ATP合成酶结构及其作用机制H+沿着线粒体内膜上ATP合成酶内部的通道流回线粒体基质，推动ATP的合成某些减肥药物能够增加线粒体内膜对H+的通透性，降低H+膜内外浓度差下列相关叙述正确的是（）H+H+H喇 H+ATP）合 成 酶jH+线粒体外膜膜间隙线粒体内膜基质ADP+Pi ATPA.ATP合成酶还存在于叶绿体内膜和叶绿体类囊体薄膜B.图中合成ATP的能量来自H+浓度差产生的势能C.图中产生的ATP可用于一切生命活动D.减肥药物会加快ATP的产生，有利于健康答 案B解析 线粒体内膜和叶绿体类囊体薄膜上都存在ATP合成酶，但叶绿体内膜上不存在ATP合成酶，A错误；由图可知，合成ATP的能量来自H+浓度差产生的势能，B正确；光合作用暗反应阶段需要的A TP来自光反应阶段（叶绿体类囊体薄膜产生的）而非来自线粒体，C错误；减肥药物能够增加线粒体内膜对H+的通透性，降低H+膜内外的浓度差，减慢ATP的产生，不利于健康，D错误。
跳出题海（l）ATP的来源和去向小结有 氧 化机IT光 合 作 用光（光 反 应）能色素吸 晦 发生在叶，；ADP+Pi-A T P O绿体类囊收、传 体薄膜上递、转 化 体 舟 朕 上分解I量植 物、细 菌、呼 吸真 菌、作用动物也热 能 散失酶 ATPADP+Pi发生在细胞质基质和线粒体中（原核 生物发生在细胞质基质中和细胞膜上）能化 学 能.（2）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甘二磷酸加上磷酸基团发生在叶绿体内，称光合磷酸化；腺苜二磷酸加上磷酸基团发生粒体内，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，提供磷酸基团关键真题必刷1.（2022浙江1 月选考，3 改编）下列关于腺首三磷酸分子的叙述，正确的是（）A.由 1个脱氧核糖、1个腺喋吟和3 个磷酸基团组成B.分子中与磷酸基团相连接的化学键都是特殊的化学键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答 案 D解 析 1 分子的ATP是由1 分子腺喋吟、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APPP,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，而核糖与磷酸基团相连的化学键是普通磷酸键，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的水解相联系，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。
2.（2021.北京卷，1）ATP是细胞的能量“通货”，关于ATP的叙述错误的是（）A.含有 C、H、0、N、PB.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答 案 B解析 ATP中含有腺喋吟、核糖与磷酸基团，故元素组成为C、H、0、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3.（2021.海南卷，14）研究人员将32P 标记的磷酸注入活的离体肝细胞，12 min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ATPB.32P标记的ATP水解产生的腺昔没有放射性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；腺昔由腺嘿吟和核糖构成，不含磷元素，无放射性，B 正确；根据题意可知，放射性几乎只出现在ATP的末端磷酸基团，C 错误；该实验不能说明转化主要发生在细胞核内，D 错误。
4.（2021.湖南卷，5）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答 案 B解 析 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；这些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。