第2節(jié)細(xì)胞的能量“貨幣”ATP一、必備知識(shí)基礎(chǔ)練1.(2024廣東廣州高一期末)《晉書(shū)·車(chē)胤傳》記載了東晉時(shí)期名臣車(chē)胤日夜苦讀,將螢火蟲(chóng)聚集起來(lái)照明讀書(shū)的故事。螢火蟲(chóng)尾部可發(fā)光,為發(fā)光直接供能的物質(zhì)是()A.葡萄糖B.ATPC.蛋白質(zhì)D.脂肪2.(2024山東濰坊高一期末)ATP是細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì),下列說(shuō)法正確的是()A.ATP的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為A—P~P~PB.ATP合成所需的能量來(lái)自磷酸C.正常細(xì)胞中ATP和ADP的比值恒定不變D.ATP的合成伴隨著吸能反應(yīng)3.下列關(guān)于ATP的敘述,錯(cuò)誤的是()A.ATP的水解伴隨著吸能反應(yīng)的發(fā)生B.細(xì)胞中ATP含量少,但ATP—ADP轉(zhuǎn)化速率快C.ATP分子中的A是腺苷,由腺嘌呤和脫氧核糖組成D.ATP脫去兩個(gè)磷酸基團(tuán)后的物質(zhì)是腺嘌呤核糖核苷酸4.(2023遼寧遼陽(yáng)期末)下列有關(guān)ATP的敘述,不正確的是()A.ATP的合成一般與放能反應(yīng)相聯(lián)系B.ATP中的能量可以來(lái)源于光能、化學(xué)能C.細(xì)胞內(nèi)各種吸能反應(yīng)一般需要消耗ATPD.“能量”就是指ATP,ATP就是“能量”5.ATP是生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)。下列敘述正確的是()A.同一細(xì)胞內(nèi)合成的ATP,其用途可能不同B.ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化,表明能量可以循環(huán)利用C.ATP末端的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)能較低,導(dǎo)致遠(yuǎn)離A的化學(xué)鍵易斷裂D.ATP水解釋放的Pi使載體蛋白磷酸化,但未伴隨能量的轉(zhuǎn)移6.下列關(guān)于ATP的敘述,正確的是()A.ATP水解后轉(zhuǎn)化形成的ADP比ATP更不穩(wěn)定B.正常活細(xì)胞中ATP末端磷酸基團(tuán)的周轉(zhuǎn)是極其迅速的,其消耗速度大于再生速度C.細(xì)胞中許多吸能反應(yīng)與ATP的合成相關(guān)聯(lián),許多放能反應(yīng)與ATP的水解相聯(lián)系D.ATP水解釋放的磷酸基團(tuán)可使某些蛋白質(zhì)分子磷酸化,使其空間結(jié)構(gòu)改變,活性改變7.下列關(guān)于ATP和酶的敘述,正確的是()A.ATP和酶的組成元素一定不同B.催化ATP合成和水解的酶是同一種酶,ATP的合成和水解是可逆反應(yīng)C.活細(xì)胞都能合成ATP,但不一定能生成酶D.ATP的合成過(guò)程需要酶催化,酶的生成過(guò)程也需要ATP供能8.在生物體內(nèi)能量的轉(zhuǎn)換和傳遞中,ATP是一種關(guān)鍵的物質(zhì),其分子結(jié)構(gòu)式如圖所示(①~⑤表示組成ATP的相關(guān)化學(xué)基團(tuán))。(1)ATP的中文名稱(chēng)為。某同學(xué)欲制作ATP分子模型,當(dāng)其他條件滿(mǎn)足時(shí),她準(zhǔn)備的30個(gè)腺苷和80個(gè)磷酸最多可以制作個(gè)完整的ATP分子模型。

(2)圖1中,④和⑤之間化學(xué)鍵的形成過(guò)程往往與(填“吸能”或“放能”)反應(yīng)相關(guān)聯(lián),ATP脫去④⑤成為,該分子是組成的基本單位之一。若將標(biāo)記的32P注入活細(xì)胞內(nèi),隨后迅速分離細(xì)胞內(nèi)的ATP,測(cè)定其放射性,會(huì)發(fā)現(xiàn)ATP中的磷酸基團(tuán)(填“③”“④”或“⑤”)很快就會(huì)被32P標(biāo)記,但是ATP的含量基本不變。

(3)綠色植物體內(nèi)ADP轉(zhuǎn)化成ATP所需能量來(lái)源于和。

二、能力素養(yǎng)提升練9.GTP是細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)的重要物質(zhì),其結(jié)構(gòu)和ATP類(lèi)似。研究發(fā)現(xiàn)某細(xì)胞在信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程中,GTP會(huì)在GTP酶的作用下水解為GDP。下列敘述錯(cuò)誤的是()A.GTP分子中的“G”由鳥(niǎo)嘌呤和核糖組成B.GTP與GDP之間的快速轉(zhuǎn)化依賴(lài)于酶的高效性C.GTP水解后可使蛋白質(zhì)發(fā)生磷酸化而改變結(jié)構(gòu)D.該細(xì)胞完成信號(hào)傳導(dǎo)的生理過(guò)程屬于放能反應(yīng)10.(多選)圖示肌肉收縮過(guò)程中某種蛋白質(zhì)獲能前后的變化,下列敘述正確的是()A.ATP水解脫下來(lái)的磷酸基團(tuán)挾能量與蛋白質(zhì)結(jié)合B.圖中蛋白質(zhì)的磷酸化過(guò)程需要ATP合成酶催化C.圖中肌肉收縮做功的過(guò)程發(fā)生了蛋白質(zhì)構(gòu)象的改變D.肌細(xì)胞中合成ATP所需的能量來(lái)自化學(xué)能和熱能11.(2024廣東廣州高一期末)酶A、酶B與酶C分別是從菠菜葉、酵母菌與大腸桿菌中純化的ATP水解酶,研究人員分別測(cè)量三種酶對(duì)不同濃度ATP的水解反應(yīng)速率,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。下列敘述正確的是()A.ATP水解酶催化ATP水解時(shí),需要ATP提供能量才能發(fā)揮作用B.當(dāng)反應(yīng)速率的相對(duì)值達(dá)到400時(shí),酶A所需要的ATP濃度最高C.在相同的ATP濃度下,酶A催化最終產(chǎn)生的ADP和Pi的量最多D.ATP濃度相對(duì)值為10時(shí),圖中影響反應(yīng)速率的因素是酶的種類(lèi)12.ATP是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì),其化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖所示,A、B表示物質(zhì),α~γ表示磷酸基團(tuán)(P)的位置。螢火蟲(chóng)發(fā)光需要ATP提供能量,其發(fā)光機(jī)制是尾部發(fā)光細(xì)胞中含有熒光素和熒光素酶,熒光素接受ATP提供的能量后就被激活,生成的熒光素化腺苷酸(腺嘌呤核糖核苷酸簡(jiǎn)稱(chēng)腺苷酸)與氧氣在熒光素酶的催化下反應(yīng)形成發(fā)光物質(zhì)蟲(chóng)熒光酰腺苷酸?？蒲腥藛T運(yùn)用這一原理制造出ATP熒光儀來(lái)測(cè)定食品中微生物的總數(shù),ATP熒光儀最快能在15s內(nèi)測(cè)定食品中是否存在酵母菌、霉菌或細(xì)菌細(xì)胞。(1)圖中A表示,B表示。ATP分子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式可以表示為。(2)將由32P標(biāo)記的磷酸注入活細(xì)胞內(nèi),隨后迅速分離細(xì)胞內(nèi)的ATP,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)的ATP含量不變,但ATP中γ位置的磷酸基團(tuán)已被32Р所標(biāo)記。該實(shí)驗(yàn)的結(jié)論為。將α、β、γ位置分別被32Р標(biāo)記的ATP注入不同的發(fā)光細(xì)胞內(nèi),只有注入α位置被標(biāo)記的ATP的細(xì)胞,在形成的發(fā)光物質(zhì)蟲(chóng)熒光酰腺苷酸中檢測(cè)到放射性。由此推測(cè)發(fā)光細(xì)胞以這種方式利用ATP的生物學(xué)意義是

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(3)ATP熒光儀來(lái)測(cè)定食品中微生物總數(shù)的檢測(cè)步驟大體包括:取樣、樣品ATP萃取、添加熒光素—熒光素酶、測(cè)定發(fā)光量、求出ATP濃度和活菌數(shù)。因?yàn)榘l(fā)光的能量來(lái)源是ATP且發(fā)光強(qiáng)度與ATP含量成正比,所以根據(jù)發(fā)光強(qiáng)度可以計(jì)算出樣品中ATP含量,進(jìn)而根據(jù)ATP含量測(cè)算出細(xì)菌數(shù)量的依據(jù)是

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參考答案1.BATP是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì),為螢火蟲(chóng)發(fā)光直接供能。2.AATP的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式A—P~P~P,其中A代表腺苷,P代表磷酸基團(tuán),~代表特殊的化學(xué)鍵,A項(xiàng)正確;ATP可以在光合作用中合成,能量來(lái)自光能,還可以在呼吸作用中合成,能量來(lái)自有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能,不能由磷酸提供,B項(xiàng)錯(cuò)誤;正常細(xì)胞中ATP合成和分解速率基本相等,所以ATP與ADP的比值相對(duì)穩(wěn)定,C項(xiàng)錯(cuò)誤;ATP的合成伴隨著放能反應(yīng),ATP的水解伴隨著吸能反應(yīng),D項(xiàng)錯(cuò)誤。3.CATP的水解過(guò)程伴隨著吸能反應(yīng)的發(fā)生,ATP的合成過(guò)程伴隨著放能反應(yīng)的發(fā)生,A項(xiàng)正確;ATP是細(xì)胞的直接能源物質(zhì),ATP在細(xì)胞內(nèi)含量很少,但細(xì)胞內(nèi)ATP和ADP之間的轉(zhuǎn)化很迅速,以滿(mǎn)足機(jī)體對(duì)能量的需求,B項(xiàng)正確;ATP分子中的A是腺苷,由腺嘌呤和核糖組成,C項(xiàng)錯(cuò)誤;ATP脫去兩個(gè)磷酸基團(tuán)后的物質(zhì)是腺嘌呤核糖核苷酸,是合成RNA的原料,D項(xiàng)正確。4.DADP+Pi+能量→ATP,故ATP的合成一般與放能反應(yīng)相聯(lián)系,A項(xiàng)正確;ATP的形成途徑是光合作用與呼吸作用,光合作用吸收的光能可轉(zhuǎn)化為ATP中的能量,呼吸作用釋放的能量部分可轉(zhuǎn)化為ATP中的能量,因此ATP中的能量可以來(lái)源于光能、化學(xué)能,B項(xiàng)正確;細(xì)胞內(nèi)各種吸能反應(yīng)一般與ATP水解的反應(yīng)相聯(lián)系,由ATP水解提供能量,C項(xiàng)正確;ATP是儲(chǔ)存能量的高能磷酸化合物,是物質(zhì)不是能量,D項(xiàng)錯(cuò)誤。5.A植物葉肉細(xì)胞在白天能通過(guò)呼吸作用和光合作用產(chǎn)生ATP,ATP用于不同的耗能生命活動(dòng),A項(xiàng)正確;ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化過(guò)程中能量的來(lái)源不同,能量不能循環(huán)使用,B項(xiàng)錯(cuò)誤;由于兩個(gè)相鄰的磷酸基團(tuán)都帶負(fù)電荷而互相排斥等原因,ATP末端磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢(shì)能較高,導(dǎo)致遠(yuǎn)離A的化學(xué)鍵易斷裂,C項(xiàng)錯(cuò)誤;ATP水解釋放的磷酸基團(tuán)可使細(xì)胞膜上的載體蛋白磷酸化,同時(shí)伴隨能量的轉(zhuǎn)移,D項(xiàng)錯(cuò)誤。6.DATP水解后轉(zhuǎn)化形成的ADP比ATP更穩(wěn)定,A項(xiàng)錯(cuò)誤;ATP在細(xì)胞內(nèi)含量很少,ATP與ADP在細(xì)胞中能快速轉(zhuǎn)化,活細(xì)胞中ATP末端磷酸基團(tuán)的周轉(zhuǎn)是極其迅速的,其消耗與再生速度相對(duì)平衡,B項(xiàng)錯(cuò)誤;細(xì)胞中許多吸能反應(yīng)與ATP的水解相關(guān)聯(lián),許多放能反應(yīng)與ATP的合成相聯(lián)系,C項(xiàng)錯(cuò)誤;ATP水解產(chǎn)生的磷酸基團(tuán)可與多種功能蛋白結(jié)合,使其磷酸化而導(dǎo)致構(gòu)象改變,從而活性也被改變,D項(xiàng)正確。7.DATP的組成元素是C、H、O、N、P,酶的化學(xué)本質(zhì)為蛋白質(zhì)或RNA,RNA的組成元素也為C、H、O、N、P,A項(xiàng)錯(cuò)誤;催化ATP合成和水解的酶不是同一種酶,ATP的合成和水解也不是可逆反應(yīng),B項(xiàng)錯(cuò)誤;活細(xì)胞可以合成ATP,也可以生成酶,C項(xiàng)錯(cuò)誤;ATP的合成過(guò)程需要ATP合成酶催化,酶生成的過(guò)程也需要消耗能量,D項(xiàng)正確。8.答案(1)腺苷三磷酸26(2)放能腺嘌呤核糖核苷酸RNA⑤(3)光合作用呼吸作用解析(1)ATP的中文名稱(chēng)為腺苷三磷酸。一個(gè)ATP分子含有一個(gè)腺苷和三個(gè)磷酸基團(tuán),故30個(gè)腺苷、80個(gè)磷酸基團(tuán)最多可以組成26個(gè)ATP。(2)④和⑤之間特殊的化學(xué)鍵的形成過(guò)程需要獲取能量,因此總是與放能反應(yīng)相關(guān)聯(lián),ATP脫去④⑤后剩余一個(gè)腺苷和一個(gè)磷酸基團(tuán),構(gòu)成的是腺嘌呤核糖核苷酸,該分子為組成RNA的基本單位之一。ATP中遠(yuǎn)離腺苷的特殊化學(xué)鍵容易斷裂和生成,但是ATP的含量基本不變,故磷酸基團(tuán)⑤很快就會(huì)被32P標(biāo)記。(3)在ADP轉(zhuǎn)變成ATP的過(guò)程中,對(duì)于綠色植物體來(lái)說(shuō),所需的能量既可以來(lái)自光能,也可以來(lái)自呼吸作用所釋放的能量,即來(lái)源于光合作用和呼吸作用。9.D根據(jù)ATP的結(jié)構(gòu)可推知,GTP分子中的“G”是鳥(niǎo)苷,由鳥(niǎo)嘌呤和核糖組成,A項(xiàng)正確;GTP會(huì)在GTP酶的作用下水解為GDP,GTP與GDP快速轉(zhuǎn)化依賴(lài)于酶的高效性,B項(xiàng)正確;GTP水解后形成的游離的磷酸基團(tuán),可能與某種蛋白質(zhì)結(jié)合,使相應(yīng)蛋白質(zhì)發(fā)生磷酸化,從而改變蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu),C項(xiàng)正確;該細(xì)胞完成的信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程需要消耗GTP水解釋放的能量,該過(guò)程屬于吸能反應(yīng),D項(xiàng)錯(cuò)誤。10.ACATP末端的磷酸集團(tuán)不穩(wěn)定,水解脫離下來(lái)的磷酸基團(tuán)挾能量與蛋白質(zhì)結(jié)合,從而使后者發(fā)生變化,A項(xiàng)正確;圖中蛋白質(zhì)的磷酸化過(guò)程中伴隨著ATP水解生成ADP和磷酸,所以需要ATP水解酶,B項(xiàng)錯(cuò)誤;圖中蛋白質(zhì)磷酸化之后構(gòu)象發(fā)生改變,做功過(guò)程發(fā)生了蛋白質(zhì)構(gòu)象的恢復(fù),C項(xiàng)正確;肌細(xì)胞中合成ATP所需能量主要靠呼吸作用,利用的是有機(jī)物中的化學(xué)能,熱能是有機(jī)物氧化分解散失的能量,無(wú)法儲(chǔ)存在ATP中,D項(xiàng)錯(cuò)誤。11.DATP水解酶催化ATP水解時(shí),不需要ATP提供能量,ATP的水解還會(huì)釋放能量,A項(xiàng)錯(cuò)誤;當(dāng)反應(yīng)速率相對(duì)值達(dá)到400時(shí),酶A、酶B和酶C所需要的ATP濃度依次增加,即酶A所需要的ATP濃度最低,B項(xiàng)錯(cuò)誤;據(jù)圖可知,在相同ATP濃度下,酶A催化產(chǎn)生的反應(yīng)速率相對(duì)值最高,但ADP和Pi的生成量與底物ATP的量有關(guān),在相同ATP濃度下,三種酶產(chǎn)生的最終ADP和Pi量相同,C項(xiàng)錯(cuò)誤;ATP濃度相對(duì)值為10時(shí),酶C、酶B和酶A所催化的反應(yīng)速率相對(duì)值依次升高,故影響反應(yīng)速率的因素是酶的種類(lèi),D項(xiàng)正確。12.答案(1)腺嘌呤核糖A—P~P~P(2)ATP和ADP在細(xì)胞內(nèi)快速相互轉(zhuǎn)化,細(xì)胞內(nèi)ATP維持動(dòng)態(tài)平衡ATP水解成腺苷酸,不僅為發(fā)光物質(zhì)的合成提供能量,同時(shí)也提供原料(3)每個(gè)細(xì)菌細(xì)胞中ATP含量大致相同且相對(duì)穩(wěn)定解析(1)圖中是ATP的結(jié)構(gòu)圖,A是腺嘌呤,B是核糖,ATP是腺苷三磷酸,含有一分子腺苷、三分子磷酸基團(tuán),兩分子特殊化學(xué)鍵,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是A—P~P~P。(2)將由32P標(biāo)記的磷酸注入活細(xì)胞內(nèi),隨后迅速分離細(xì)胞內(nèi)的ATP,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)的ATP含量不變,但ATP中γ位置的磷酸基團(tuán)已被32Р所標(biāo)記,說(shuō)明ATP和ADP在細(xì)胞內(nèi)快速相互轉(zhuǎn)化,細(xì)胞內(nèi)ATP維持動(dòng)態(tài)平衡