第2节 细胞的能量“通货”——ATP

高中生物知识梳理与疑难导析

知识梳理

1.ATP分子的结构特点

    ATP结构简式：________________，其中，A代表_________________，T代表_____________，P代表__________________，“—”代表_________________，“—”代表________________。

    ATP是细胞内的一种__________________化合物。其结构特点:____________________。

2.ATP和ADP的相互转化

    ATP和ADP相互转化的反应式：__________________。

    ATP的形成途径：

    绿色植物__________________；__________________。

    动物、真菌__________________。

3.ATP的利用

    细胞中的绝大多数需要能量的生命活动都是由__________________提供能量的，是细胞内能量转换的“中转站”。各种形式的能量转换都是以ATP为中心环节的。能量通过ATP分子在__________________和放能反应之间循环流通。因此，可以形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“通货”。ATP内的能量利用形式主要有__________________、__________________、__________________、__________________。

疑难突破

1.ATP可以分解得到ADP，同样ADP也可以合成ATP，那么，ATP与ADP的相互转变是化学上的可逆反应吗？为什么？

    剖析：你首先要搞清楚相互转化与可逆反应之间的本质区别，然后再联系细胞内ATP的合成与分解是两个完全不同的生理过程，就会明确其中的道理。ATP和ADP相互转化实际上表示ATP和ADP的循环过程,并不表示化学上的可逆反应。因为:①ATP转化为ADP的反应为水解反应，而ADP转化为ATP的反应为合成反应。根据酶的专一性特点，二者所需酶的种类不同。②从能量的来源看，ATP水解所释放的能量来自远离腺苷的那个高能磷酸键断裂。③反应进行的也各不相同，产生ATP的部位主要是细胞质基质、线粒体、叶绿体。ATP分解的场所较广泛。很显然，ATP与ADP的相互转变并不是同时进行的,所以不是化学上的可逆反应。

2.ATP中的能量是如何利用的？

    剖析：ATP是细胞内的直接能源物质，生物体的一切生命活动所需能量几乎都要靠ATP提供。但是ATP只是作为细胞内能量转换的“中转站”，ATP中的能量可以直接转换为其他各种形式的能量，用于各项生命活动。这些能量形式主要有：机械能、电能、化学能、光能、热能、渗透能等。

问题探究

    问题：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,肌肉很快就能发生收缩。

    为什么离体肌肉上滴葡萄糖溶液,肌肉不收缩？

    探究：生物体的能源物质有糖类、脂质和蛋白质。糖类是主要的能源物质，生物体生命活动所需的能量70%是由糖类分解释放的。脂肪中储存的能量较多，生物体内糖类物质减少时，脂肪分解供能。各种能源物质释放的能量在用于生命活动之前都要转移到ATP中，由ATP直接供应生命活动的需要。由此说明葡萄糖虽然是能源物质,但是不能被肌肉直接利用。

典题精讲

例1对植物叶肉细胞内的关于ATP的叙述中，正确的是(    )

A.ATP主要在线粒体、叶绿体中生成         B.它含有三个高能磷酸键

C.ATP转变为ADP的反应是可逆的           D.细胞内储有大量的ATP，以供生理活动需要

思路解析：根据ATP的分子简式A—P—P—P可知，ATP含有两个高能磷酸键，ATP和ADP之间可以相互转化，但是两个反应所需要的反应条件、能量、进行的场所并不相同，所以ATP与ADP之间的相互转化并不是可逆的，生物细胞内并没有储存大量的ATP，当ATP大量消耗时，其他的高能化合物就释放出其中的能量，供给ADP生成ATP。所以B、C、D都有错误。

答案：A

例2在活细胞中，图5-2-1所示的循环过程永不停止地进行着，请运用所学知识，分析完成下面ATP与ADP循环中的有关问题：

图5-2-1

    （1）ATP作为生物体生命活动的________________物质，其分子结构简式为_______________，在②过程中，是由于_______________键的断裂而释放出能量。

    （2）在绿色植物细胞内，与①相应的生理活动主要是在细胞内的_____________、_________________中进行的。

    （3）A₁和A₂分别起什么作用？二者相同吗？

    （4）①中能量E₁的来源有哪些？②中能量E₂的去向有哪些？

思路解析：ATP是生命活动的直接能源物质，ATP在水解时远离腺苷的那个高能磷酸键断裂。ATP的水解和合成分别由水解酶和合成酶催化。植物叶肉细胞产生ATP的部位主要是线粒体、叶绿体。在光合作用的光反应阶段和呼吸作用的过程中ADP转化为ATP，所需的能量分别来自色素吸收转化的光能和糖类等有机物分解释放的能量，ATP水解后，能量转化为其他各种形式的能量，用于生物的各项生命活动。主要有化学能、机械能、电能、渗透能等。

答案：（1）直接能源 A—P—P—P  远离腺苷的高能磷酸  （2）线粒体 叶绿体  （3）A₁起催化作用，催化ATP的水解，是水解酶；A₂起催化作用，催化ATP的合成，是合成酶。二者不相同。（4）植物细胞中E₁中能量来自于色素吸收转化的光能和糖类等有机物分解释放的能量，动物细胞中E₁中的能量来自于呼吸作用中糖类等有机物分解释放的能量以及其他一些高能磷酸化合物的分解。E₂中能量的去向是转化为其他各种形式的能量，用于生物的各项生命活动，主要有化学能、机械能、电能、渗透能等。

知识导学

    ATP在活细胞内的含量较少，但合成的速度很快。在学习中要熟练写出ATP和ADP相互转化的反应式，理解ATP和ADP相互转化中,既可以储存能量,又可以作为生命活动的直接能源。

    生物体的各项生命活动都需要能量作为动力，如细胞膜主动运输物质、高尔基体合成分泌物等，但能量主要通过呼吸作用释放出来。细胞内的糖类、脂肪等储藏着大量稳定的能量，这些能源物质结构的稳定有利于能量的大量储存，但不利于及时分解、灵活利用。ATP就能将产能与用能、稳定储存与灵活利用巧妙地联系起来。细胞内的糖类、脂肪等被利用时，通过呼吸作用放出能量并传递给ATP，直接供细胞进行各项生命活动，解决了“稳定储能”与“灵活用能”间的矛盾。因此，可以形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“通货”。

疑难导析

    这是一个比较容易混淆的问题，它与光合作用和有氧呼吸的反应式虽然相反却是两个不同的生理过程是一个道理。ATP与ADP可以相互转化，但是ATP转化为ADP的反应为水解反应，而ADP转化为ATP的反应为合成反应，根据酶的专一性特点，二者所需酶的种类不同。另外，从能量的来源、反应进行的场所等方面，都可以作一下对比，说明二者并不是可逆反应。

    ATP是生命活动的直接能源物质，ATP水解后，能量转化为其他各种形式的能量，用于生物的各项生命活动。

问题导思

    能源物质和直接能源物质有什么区别？如果用刚刚失去收缩功能的离体肌肉作为实验材料，向同一条肌肉上依次滴加ATP溶液、葡萄糖溶液、氨基酸溶液、蒸馏水，肌肉能否收缩？

典题导考

绿色通道：本题是对识记水平的考查。我们应牢记ATP的分子简式，同时对ATP的生成途径以及在细胞内的含量、ATP与ADP的相互转化应灵活掌握，这样才能正确解答本题。

典题变式：ATP在细胞中能够释放能量和储存能量，从其化学结构看其原因是(    )

①腺嘌呤核苷很容易吸收能量和释放能量 ②第三个高能磷酸键很容易断裂和再结合 ③第三个磷酸基团很容易从ATP上脱离（即第二个高能磷酸键断裂，使ATP转变成ADP，同时释放能量） ④ADP可以在酶作用下迅速与一分子磷酸结合，吸收能量形成第二个高能磷酸键，使ADP转变成ATP

A.①③                   B.②④               C.③④                D.①④

答案：C

绿色通道：此题的综合性较强，考查对ATP的结构简式、ATP的功能、ATP的产生途径、ATP与ADP的相互转化等多方面的知识。我们必须对ATP作为“能量中转站”“能量货币”有了进一步地了解才能回答该题。

典题变式：

1.ATP中大量的化学能储存在(    )

A.腺苷内部                                    B.腺苷与磷酸基之间

C.磷酸基之间                                  D.磷酸基内部

答案：C

2.在水深200米的深海，光线极少，能见度极低，一般动物极难生存。有一种电鳗有特殊的适应性，能通过自身发出高达5 000 V的生物电，击昏敌害，获取食物，保护自己。电鳗生物电的直接来源是(    )

A.葡萄糖氧化分解                             B.氨基酸氧化分解

C.脂肪的氧化分解                             D.ATP的水解

答案：D

3. 试分析下列关于ATP的有关数据和实验，并完成问题：

    （1）经测定，正常成年人静止状态下24 h将有40 g ATP发生转化，而细胞内ADP、ATP的总量仅为2—10 mol/L，为满足能量需要，生物体内解决这一矛盾的合理途径是_______________。

    （2）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的末端磷酸基却已带上了放射性标记。这一事实证明：__________。你得出结论的依据是_________________________。

答案：（1）ATP、ADP之间的相互转化

    （2）细胞内的ATP含量动态稳定 ATP浓度不变，但部分ATP被分解，新的ATP又重新合成