解釋ATP是驅(qū)動細(xì)胞生命活動的直接能源物質(zhì)。
考點(diǎn)ATP的結(jié)構(gòu)和功能
1.ATP是一種高能磷酸化合物(1)ATP的中文名稱：____________①ATP的元素組成：____________________。 ②ATP結(jié)構(gòu)簡式：________________。其中“A”代表______，“P”代表__________，“～”代表__________________ (這種化學(xué)鍵不穩(wěn)定)。
(2)ATP和ADP的結(jié)構(gòu)
(3)ATP的供能原理
(4)ATP是一種高能磷酸化合物ATP水解的過程就是釋放能量的過程，1 ml ATP水解釋放的能量高達(dá)____________ kJ，所以說ATP是一種高能磷酸化合物。
提醒　ATP并不是細(xì)胞內(nèi)唯一的高能化合物，高能化合物在生物體內(nèi)有很多種，如存在于各種生物體細(xì)胞內(nèi)的UTP、GTP、CTP及動物體內(nèi)的磷酸肌酸。因此，ATP并不是唯一的供應(yīng)生命活動的直接供能物質(zhì)。
2.ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化
細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體
3.ATP的利用(1)ATP為主動運(yùn)輸供能的過程(以Ca2＋釋放為例)
(2)ATP——細(xì)胞內(nèi)流通的能量“貨幣”①吸能反應(yīng)：一般與ATP的______反應(yīng)相聯(lián)系，由ATP水解提供能量。如蛋白質(zhì)的合成。②放能反應(yīng)：一般與ATP的______相聯(lián)系，釋放的能量儲存在ATP中。如細(xì)胞內(nèi)有機(jī)物的氧化分解反應(yīng)。
4.ATP產(chǎn)生量與O2供給量的關(guān)系分析
(1)供氧充足時，真核生物在線粒體外膜上氧化[H]產(chǎn)生大量ATP。(2022·江蘇卷，8D)( )提示　外膜上不進(jìn)行細(xì)胞呼吸，而氧化[H]產(chǎn)生大量ATP過程屬于有氧呼吸第三階段，其場所是線粒體內(nèi)膜。(2)ATP必須在有氧條件下合成。(2021·北京卷，1B)( )提示　無氧呼吸也可產(chǎn)生ATP。(3)線粒體、葉綠體和高爾基體都是合成ATP的場所。(2019·全國卷Ⅲ，1C)( )提示　高爾基體不能合成ATP。(4)葉綠體的類囊體膜上存在催化ATP合成的酶。(2018·全國卷Ⅰ，1A)( )
1.寫出圖中標(biāo)出的“A”的含義：
①______；②________；③__________________；④__________________。
2.科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一種化學(xué)結(jié)構(gòu)與ATP相似的物質(zhì)GTP(鳥苷三磷酸)也能為細(xì)胞的生命活動提供能量，請從化學(xué)結(jié)構(gòu)的角度解釋GTP也可以供能的原因：_________________________________________________________________。
含有兩個特殊化學(xué)鍵，遠(yuǎn)離鳥苷的特殊化學(xué)鍵容易水解斷裂，釋放能量
3.在某細(xì)胞培養(yǎng)液中加入32P標(biāo)記的磷酸分子，短時間后分離出細(xì)胞中的ATP，發(fā)現(xiàn)其含量變化不大，但部分ATP的末端磷酸基團(tuán)已帶上放射性標(biāo)記，分析該現(xiàn)象得到的結(jié)論是：___________________________________________________________________________________________________________________。
①ATP中遠(yuǎn)離A的磷酸基團(tuán)容易脫離；②該過程中ATP既有合成又有水解；③部分32P標(biāo)記的ATP是重新合成的
考向1　結(jié)合ATP的結(jié)構(gòu)和功能，考查結(jié)構(gòu)與功能觀1.(2023·江蘇揚(yáng)州期初檢測)下列有關(guān)ATP的敘述正確的是(　　)A.淀粉水解成葡萄糖時伴隨有ATP的生成B.細(xì)胞中需要能量的活動都是由ATP直接提供C.ATP水解釋放的能量可用于細(xì)胞內(nèi)的吸能反應(yīng)D.人成熟的紅細(xì)胞既不能合成酶，也不能產(chǎn)生ATP
解析　淀粉水解成葡萄糖時沒有ATP的生成，A錯誤；ATP是直接能源物質(zhì)，細(xì)胞中絕大多數(shù)需要能量的生命活動都由ATP直接提供，但也有少數(shù)由GTP、UTP等提供，B錯誤；ATP水解釋放的能量可用于細(xì)胞內(nèi)的吸能反應(yīng)，如大分子物質(zhì)的合成，C正確；人成熟紅細(xì)胞沒有細(xì)胞核和細(xì)胞器，因此不能合成酶，但能通過無氧呼吸產(chǎn)生ATP，D錯誤。
2.(2023·江蘇沭陽縣聯(lián)考)脫氧腺苷三磷酸dATP(d表示脫氧)其結(jié)構(gòu)式可簡寫成dA－Pα～Pβ～Pγ，下列有關(guān)dATP分析正確的是(　　)A.dATP由三分子磷酸、一分子脫氧核糖和一分子腺苷組成B.細(xì)胞內(nèi)生成dATP常與吸能反應(yīng)相關(guān)聯(lián)C.只有連接Pγ的化學(xué)鍵斷裂才能為生物活動提供能量D.通過標(biāo)記α位的P可使新合成的DNA帶有標(biāo)記
解析　根據(jù)題意可知，dATP與ATP結(jié)構(gòu)類似，從其結(jié)構(gòu)簡式可知，一分子dATP由三分子磷酸、一分子脫氧核糖和一分子腺嘌呤組成，A錯誤；細(xì)胞內(nèi)生成dATP時，有能量的儲存，需要消耗能量，常與放能反應(yīng)相聯(lián)系，B錯誤；連接Pβ、Pγ的化學(xué)鍵斷裂都會釋放大量能量，都能為生物活動提供能量，C錯誤；由于dA－Pα是腺嘌呤脫氧核苷酸，是組成DNA的基本單位之一，故通過標(biāo)記α位的P可使新合成的DNA帶有標(biāo)記，D正確。
考向2　圍繞ATP的轉(zhuǎn)化和利用，考查物質(zhì)與能量觀
3.(2023·江蘇淮安市期中)ATP合成酶是一種功能復(fù)雜的蛋白質(zhì)，ATP合成酶和生物膜結(jié)合后，能協(xié)助H＋順濃度梯度運(yùn)輸，并促進(jìn)ADP和Pi結(jié)合形成ATP，其作用過程如圖所示。下列相關(guān)說法錯誤的是(　　)
A.ATP合成酶能降低ATP合成過程中所需的活化能B.該酶催化ATP合成所需能量直接來自細(xì)胞呼吸釋放的化學(xué)能C.葉綠體的類囊體薄膜和線粒體的內(nèi)膜上都有ATP合成酶D.生物膜上的ATP合成酶具有物質(zhì)運(yùn)輸、催化的功能
解析　酶的作用機(jī)理是降低化學(xué)反應(yīng)所需的活化能，因此ATP合成酶能降低ATP合成過程中所需的活化能，A正確；根據(jù)題意可知，該酶催化ATP合成所需能量直接來自H＋順濃度梯度運(yùn)輸釋放的能量，B錯誤；葉綠體的類囊體薄膜和線粒體的內(nèi)膜上都能合成ATP，因此都分布著ATP合成酶，C正確；根據(jù)圖示可知，生物膜上的ATP合成酶具有物質(zhì)運(yùn)輸、催化的功能，D正確。
4.(2023·江蘇揚(yáng)州中學(xué)月考)ATP可將蛋白質(zhì)磷酸化，磷酸化的蛋白質(zhì)會改變形狀做功，從而推動細(xì)胞內(nèi)系列反應(yīng)的進(jìn)行(機(jī)理如下圖所示)。下列敘述錯誤的是(　　)
A.磷酸化的蛋白質(zhì)做功，失去的能量主要用于再生ATPB.ATP推動蛋白質(zhì)做功的過程，存在放能反應(yīng)與吸能反應(yīng)過程C.ATP水解過程中，末端磷酸基團(tuán)具有較高的轉(zhuǎn)移勢能D.主動運(yùn)輸過程中，載體蛋白中的能量先增加后減少
解析　ATP可將蛋白質(zhì)磷酸化，磷酸化的蛋白質(zhì)會改變形狀做功，失去的能量并不能用于再生成ATP，A錯誤；ATP推動蛋白質(zhì)做功過程中，ATP的水解是放能反應(yīng)，蛋白質(zhì)磷酸化過程是吸能反應(yīng)，因此該過程存在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)，B正確；ATP水解過程中，ATP末端磷酸基團(tuán)很容易有離開ATP而與其他分子結(jié)合的趨勢，具有較高的轉(zhuǎn)移勢能，C正確；主動運(yùn)輸過程中，ATP可將載體蛋白磷酸化，磷酸化的蛋白質(zhì)會改變形狀，這是吸能反應(yīng)，然后做功，失去能量，載體蛋白恢復(fù)原狀，這是放能反應(yīng)，因此主動運(yùn)輸過程中，載體蛋白中的能量先增加后減少，D正確。
5.(2023·江蘇蘇北四市期中)圖示F1F0型ATP合酶(也稱為ATP合酶)催化ATP的合成過程，該酶由F1頭部和F0跨膜蛋白構(gòu)成。有關(guān)敘述正確的是(　　)
A.該酶主要分布在線粒體內(nèi)膜和葉綠體內(nèi)膜上B.F1頭部可以降低化學(xué)反應(yīng)的活化能C.線粒體基質(zhì)側(cè)的H＋濃度大于內(nèi)外膜間隙中的H＋濃度D.H＋以主動運(yùn)輸方式穿過F0跨膜蛋白
解析　生物體中合成ATP主要通過光合作用和呼吸作用，光合作用在光反應(yīng)中產(chǎn)生ATP，即在葉綠體的類囊體薄膜上；有氧呼吸三個階段都產(chǎn)生ATP，主要在第三階段產(chǎn)生，即線粒體內(nèi)膜，A錯誤；在頭部發(fā)生了ATP的合成發(fā)揮了ATP合成酶的作用，所以F1頭部能降低化學(xué)反應(yīng)活化能，B正確；由圖可知，H＋以協(xié)助擴(kuò)散的方式穿過膜蛋白，所以線粒體基質(zhì)側(cè)的H＋濃度小于內(nèi)外膜間隙中的H＋濃度，C錯誤；H＋穿過膜蛋白時，合成了ATP，并未消耗ATP，所以是協(xié)助擴(kuò)散，D錯誤。
(1)ATP的來源和去向小結(jié)
(2)磷酸化和去磷酸化在相應(yīng)的位置上，加上磷酸基團(tuán)稱為磷酸化，將磷酸基團(tuán)去除稱為去磷酸化。腺苷二磷酸加上磷酸基團(tuán)發(fā)生在葉綠體內(nèi)，稱光合磷酸化；腺苷二磷酸加上磷酸基團(tuán)發(fā)生在線粒體內(nèi)，稱氧化磷酸化。這兩種磷酸化過程中，都伴隨著能量向ATP的轉(zhuǎn)移。若蛋白質(zhì)分子加上磷酸基團(tuán)，稱蛋白質(zhì)分子的磷酸化，已磷酸化的蛋白質(zhì)分子去除磷酸基團(tuán)，稱蛋白質(zhì)分子的去磷酸化。磷酸化和去磷酸化，一般指的是蛋白質(zhì)分子的磷酸化和去磷酸化。蛋白質(zhì)分子的磷酸化過程，往往伴隨著ATP水解，提供磷酸基團(tuán)。
1.(2022·浙江1月選考，3改編)下列關(guān)于腺苷三磷酸分子的敘述，正確的是(　　)A.由1個脫氧核糖、1個腺嘌呤和3個磷酸基團(tuán)組成B.分子中與磷酸基團(tuán)相連接的化學(xué)鍵都是特殊的化學(xué)鍵C.在水解酶的作用下不斷地合成和水解D.是細(xì)胞中吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)的紐帶
解析　1分子的ATP是由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸基團(tuán)組成，A錯誤；ATP分子的結(jié)構(gòu)式可以簡寫成A—P～P～P，磷酸基團(tuán)與磷酸基團(tuán)相連接的化學(xué)鍵是一種特殊的化學(xué)鍵，而核糖與磷酸基團(tuán)相連的化學(xué)鍵是普通化學(xué)鍵，B錯誤；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錯誤；吸能反應(yīng)一般與ATP的水解相聯(lián)系，放能反應(yīng)一般與ATP的合成相聯(lián)系，故吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間的紐帶就是ATP，D正確。
2.(2021·北京卷，1)ATP是細(xì)胞的能量“貨幣”，關(guān)于ATP的敘述錯誤的是(　　)A.含有C、H、O、N、PB.必須在有氧條件下合成C.胞內(nèi)合成需要酶的催化D.可直接為細(xì)胞提供能量
解析　ATP中含有腺嘌呤、核糖與磷酸基團(tuán)，故元素組成為C、H、O、N、P，A正確；在無氧條件下，無氧呼吸過程釋放的能量也能用于合成ATP，B錯誤；ATP合成過程中需要ATP合成酶的催化，C正確；ATP是生物體的直接能源物質(zhì)，可直接為細(xì)胞提供能量，D正確。
3.(2021·海南卷，14)研究人員將32P標(biāo)記的磷酸注入活的離體肝細(xì)胞，1～2 min后迅速分離得到細(xì)胞內(nèi)的ATP。結(jié)果發(fā)現(xiàn)ATP的末端磷酸基團(tuán)被32P標(biāo)記，并測得ATP與注入的32P標(biāo)記磷酸的放射性強(qiáng)度幾乎一致。下列有關(guān)敘述正確的是(　　)A.該實驗表明，細(xì)胞內(nèi)全部ADP都轉(zhuǎn)化成ATPB.32P標(biāo)記的ATP水解產(chǎn)生的腺苷沒有放射性C.32P在ATP的3個磷酸基團(tuán)中出現(xiàn)的概率相等D.ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化速度快，且轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi)
解析　根據(jù)題意可知，該實驗不能說明細(xì)胞內(nèi)全部ADP都轉(zhuǎn)化成ATP，A錯誤；腺苷由腺嘌呤和核糖構(gòu)成，不含磷元素，無放射性，B正確；根據(jù)題意可知，放射性幾乎只出現(xiàn)在ATP的末端磷酸基團(tuán)，C錯誤；該實驗不能說明轉(zhuǎn)化主要發(fā)生在細(xì)胞核內(nèi)，D錯誤。
4.(2021·湖南卷，5)某些蛋白質(zhì)在蛋白激酶和蛋白磷酸酶的作用下，可在特定氨基酸位點(diǎn)發(fā)生磷酸化和去磷酸化，參與細(xì)胞信號傳遞，如圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)
A.這些蛋白質(zhì)磷酸化和去磷酸化過程體現(xiàn)了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)B.這些蛋白質(zhì)特定磷酸化位點(diǎn)的氨基酸缺失，不影響細(xì)胞信號傳遞C.作為能量“貨幣”的ATP能參與細(xì)胞信號傳遞D.蛋白質(zhì)磷酸化和去磷酸化反應(yīng)受溫度的影響

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