学年人教版高中生物必修一第5章 细胞的能量供应和利用 第2节 Word版含答案.docx
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学年人教版高中生物必修一第5章细胞的能量供应和利用第2节Word版含答案
第2节细胞的能量“通货”——ATP
一、ATP的结构与功能
1.ATP的名称与简式
ATP
2.ATP的特点
(1)高能量:
ATP水解释放的能量多达30.54kJ/mol,是细胞内的一种高能磷酸化合物。
(2)不稳定:
ATP分子中远离A的那个高能磷酸键很容易水解,释放能量。
(3)ATP在细胞内含量很少,但转化是十分迅速的。
3.ATP的功能
是细胞生命活动的直接能源物质。
归纳总结
(1)ATP是一种物质,不是能量,能量储存在ATP中。
(2)ATP的结构特点可总结为“一个腺苷、两个高能磷酸键、三个磷酸基团”。
(3)ATP脱去一个磷酸基团成为ADP,再脱去一个磷酸基团就成为组成RNA的基本单位之一——腺嘌呤核糖核苷酸。
(1)ATP含有3个高能磷酸键,但是只有一个高能磷酸键会发生断裂()
(2)ATP中的A不代表腺嘌呤,当再脱去两个磷酸基团后,形成的物质为组成RNA的基本单位之一()
(3)细胞中的生命活动所需要的能量都是由ATP直接提供的()
答案
(1)×
(2)√(3)×
ATP是腺嘌呤核苷的衍生物,如图是ATP的分子结构图,据图回答下列问题:
(1)ATP分子的结构简式可表示为__________________________________________________,图中虚线部分的名称是________________。
(2)图中①处的化学键断裂,形成的化合物是________(核酸名称)的组成单位。
(3)ATP的水解过程常发生在图中的________(填“①”或“②”或“①②”)处,断裂的化学键是____________,释放的能量去向是________________________________。
(4)ATP中的“A”、“T”和组成DNA中的“A”、“T”含义相同吗?
(5)ATP和RNA在组成成分上有怎样的联系?
提示
(1)A—P~P~P 腺苷
(2)RNA
(3)② 高能磷酸键 用于细胞的各项生命活动
(4)不同。
ATP中的“A”指的是腺苷,包括腺嘌呤和核糖;“T”的含义是3。
DNA中的“A”只是指腺嘌呤,“T”是指胸腺嘧啶。
(5)ATP去掉两个磷酸基团后形成的结构是腺嘌呤核糖核苷酸,是构成RNA的基本单位之一。
二、ATP和ADP的相互转化及ATP的利用
1.ATP与ADP的相互转化
反应式
ATP
ADP+Pi+能量
ADP+Pi+能量
ATP
场所
生物体的需能部位
细胞质基质、线粒体、叶绿体
物质变化
水解反应
合成反应
能量变化
释放能量
吸收能量
能量来源
高能磷酸键
细胞呼吸、光合作用
特点
时刻不停地发生,并且处于动态平衡之中
总反应式:
ATP
ADP+Pi+能量。
2.ATP的利用
(1)利用ATP的实例
(2)ATP是细胞内流通的能量“通货”
①化学反应中的能量变化与ATP的关系
②能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。
特别提醒
(1)ATP是生物体进行生命活动的直接能源物质,储存在ATP中的化学能可以转化为光能、电能、机械能、化学能等。
(2)常见的消耗能量的生理过程:
主动运输、蛋白质合成、胞吞、胞吐、细胞分裂等。
(3)常见的不消耗能量的生理过程:
自由扩散、协助扩散、气体交换、渗透作用、蒸腾作用等。
(1)人在饥饿时,细胞中ATP与ADP的含量难以达到动态平衡()
(2)ATP、ADP之间的相互转化过程是可逆的()
(3)酶的合成需要ATP供能,此ATP来自光合作用和细胞呼吸()
(4)ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应()
答案
(1)×
(2)×(3)×(4)√
1.人的骨骼肌细胞中,ATP含量仅够剧烈运动时3s以内的能量供给。
运动员参加短跑比赛过程中,肌细胞中ATP的相对含量随时间的变化如图所示。
图中a→b的变化过程,说明ATP被水解,释放的能量用于___________;b→c过程中,ATP含量增加说明___________加强,释放更多__________,供ADP形成ATP,以补充细胞中ATP含量的不足;从整个曲线来看,肌细胞中ATP的含量不会降为零,说明________________________________________。
提示肌肉收缩等生命活动 细胞呼吸 能量 ATP的生成和分解是同时进行的
2.ATP在细胞内的含量是很少的,每一时刻储存在人体内的ATP、ADP的总含量不到1g,而一个正常成年人在静止状态下24h,将有40kg的ATP发生转化。
为满足能量需要,分析生物体是如何解决这一矛盾的?
提示ATP与ADP在细胞内的相互转化是十分迅速的,且物质可以重复利用,因此,能满足生命活动对能量的需要。
1.下列有关ATP的叙述,不正确的是()
A.ATP分子中的“A”代表腺嘌呤,“~”代表高能磷酸键
B.ATP中含有两个高能磷酸键
C.肌肉收缩需要消耗ATP
D.ATP是细胞生命活动的直接能量来源
答案A
解析在ATP分子中,“A”代表腺苷,“~”代表高能磷酸键,A项错误;ATP中有一个普通磷酸键和两个高能磷酸键,B项正确;肌肉收缩需要能量,需要消耗ATP,C项正确;ATP是细胞生命活动的直接能量来源,D项正确。
2.ATP的结构简式可表示为A—P~P~P,下列图示能正确表示ATP的是()
A.
B.
C.
D.
答案A
解析ATP的分子结构式可以简写成A—P~P~P,其中A代表腺苷,由腺嘌呤和核糖组成,P代表磷酸基团,~代表高能磷酸键。
3.ATP形成ADP时最先断裂的是()
A.腺苷与磷酸的结合键
B.两个高能磷酸键
C.靠近腺苷的那个高能磷酸键
D.远离腺苷的那个高能磷酸键
答案D
解析ATP分解为ADP的过程中,最先断裂的是远离腺苷的那个高能磷酸键。
4.(2019·深圳中学高一检测)下图为细胞中ATP与ADP相互转化示意图,下列有关叙述错误的是()
A.在一个活细胞中,时刻进行着过程①和②
B.过程①和②也可以发生在同一个细胞器内
C.过程①中需要的能量不是过程②释放的
D.维持人体体温的热能主要来自过程②中的能量
答案D
解析ATP为直接能源物质,在一个活细胞中,时刻进行着ATP与ADP的转化过程,A正确;ATP的合成与水解也可以发生在同一个细胞器内,如叶绿体,B正确;过程①为ATP的合成过程,需要的能量来自细胞呼吸或光合作用,C正确;维持人体体温的热能主要来自细胞呼吸释放的能量,D错误。
5.如图所示ADP转化成ATP时所需能量的主要来源示意图,据图完成下列问题:
(1)1分子ATP中含有________个高能磷酸键。
(2)图中的a、b分别代表________、________。
(3)c指____________________________________________________________________。
(4)在动物肌细胞中,进行②反应时,能量来自_________________________________。
(5)①②反应进行时所需要的酶一样吗?
为什么?
_________________________________________________________________________。
(6)进行①反应时能量用于_______________,进行②反应时能量用于___________________,由此可见能量是_______________________,物质是________________。
答案
(1)2
(2)细胞呼吸光合作用(3)各项生命活动(4)储存在ATP中的高能磷酸键中的化学能(5)不一样,因为①和②是两个不同的反应,而酶具有专一性(6)合成ATP各项生命活动不可逆的可逆的
解析
(1)ATP的结构简式为A—P~P~P,故1分子ATP中含有2个高能磷酸键。
(2)合成ATP时,绿色植物需要的能量来自光合作用和细胞呼吸,动物和人需要的能量则来自进行细胞呼吸时有机物的氧化分解。
(3)ATP水解释放的能量用于细胞的各项生命活动。
(4)②反应为ATP的水解反应,释放的能量来自储存在ATP中的高能磷酸键中的化学能。
(5)由于酶具有专一性,不同的反应所需酶的种类也不同。
(6)①反应为ATP的合成反应,其能量储存在ATP中;②反应为ATP的水解反应,释放的能量用于生物体的各项生命活动。
在ATP与ADP的相互转化中,物质是可逆的,但能量是不可逆的。
题组一ATP的结构和功能
1.(2018·辽宁实验中学高一期末)下列有关ATP的叙述,错误的是()
A.ATP的元素组成是C、H、O、N、P
B.ATP断裂了所有高能磷酸键后可作为合成RNA的基本单位之一
C.ATP中的“A”是指腺嘌呤
D.ATP的高能磷酸键中储存着大量的能量
答案C
解析ATP的中文名称是三磷酸腺苷,结构式可简写为A—P~P~P,A代表腺苷,~代表高能磷酸键,高能磷酸键中储存着大量的能量;ATP断裂了所有高能磷酸键后是腺嘌呤核糖核苷酸,是构成RNA的基本单位之一。
2.下列哪种能源缺乏时,会立即影响细胞内的代谢活动()
A.日光B.ATP
C.葡萄糖D.蛋白质
答案B
解析立即影响细胞代谢,说明是细胞直接需要的物质,ATP是细胞内的直接能源物质,缺少时会立即影响细胞代谢。
3.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,刺激肌肉不收缩;向同一条肌肉上滴ATP溶液,刺激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不是能源物质
C.葡萄糖是直接能源物质D.ATP是直接能源物质
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收缩”说明ATP是直接能源物质。
4.ATP分子在细胞内能释放能量、储存能量,从结构上看(以腺苷为基点),其原因是()
①腺苷很容易吸收和释放能量②第三个高能磷酸键极易断裂和形成③第三个磷酸基团很容易从ATP上脱离,第二个高能磷酸键断裂,使ATP转化为ADP④ADP可以迅速与磷酸结合,吸收能量形成第二个高能磷酸键,使ADP转化为ATP
A.①③B.②④C.③④D.①④
答案C
解析从ATP的分子结构简式可知,ATP分子中含有2个高能磷酸键。
当在酶作用下水解时,远离腺苷A的那个高能磷酸键(第二个高能磷酸键)断裂,形成ADP和Pi(磷酸),并将储存的能量释放出来;当细胞内ATP含量过少时,ADP在另一种酶的作用下,吸收能量,与一个磷酸结合,从而转化成ATP,此时吸收的那部分能量则储存在远离腺苷(A)的那个高能磷酸键中,该键在一定条件下很容易断裂或重新形成,从而保证了细胞能量的持续供应。
题组二ATP与ADP的相互转化
5.(2018·福建福州一中高一上月考)下列关于生物体内ATP的叙述,正确的是()
A.在活细胞中,ATP与ADP的相互转化是永无休止的
B.ATP与ADP是同一种物质的两种形态
C.生物体内的ATP含量很多,从而保证了生命活动所需能量的持续供应
D.ATP与ADP的相互转化过程不受温度影响
答案A
解析活细胞中不停地进行代谢,所以ATP和ADP的相互转化是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中的,A正确;ATP与ADP是两种不同的物质,并且ATP在生物体内含量较低,之所以能满足生命活动的需要是因为ATP和ADP不断地相互转化,B、C错误;温度会影响酶的活性,进而影响ATP与ADP的相互转化,D错误。
6.下列有关“ATP
ADP+Pi+能量”的叙述,正确的是()
A.反应向左进行和向右进行时所需的酶是一样的
B.反应向右进行时释放能量,向左进行时储存能量
C.整个反应是一个可逆平衡的过程
D.植物细胞和动物细胞发生这个反应的生理过程都一样
答案B
解析生物体进行的“ATP
ADP+Pi+能量”过程和“ADP+Pi+能量
ATP”过程是两个不同的生理过程,它们发生的场所、所需的酶是不同的,所以不存在可逆平衡问题,A、C错误;植物细胞可以通过光合作用产生ATP和消耗ATP,也可以通过细胞呼吸产生ATP,而动物细胞不能进行光合作用,D错误。
7.如图为植物细胞中ATP与ADP相互转化示意图,下列相关叙述正确的是()
A.过程①不需要酶的催化
B.过程②发生高能磷酸键的断裂
C.过程①所需能量只能来自化学能
D.过程②放出的能量可以用于过程①
答案B
解析过程①是ATP的合成,需要ATP合成酶的催化,A项错误;过程②是ATP的水解,远离腺苷的高能磷酸键断裂,B项正确;过程①所需能量可以来自光合作用和细胞呼吸,即可来自光能和化学能,C项错误;过程②放出的能量用于各项生命活动,不能用于ATP的合成,D项错误。
8.(2018·常州质检)下图表示生物体内发生的两个化学反应,请判断下列相关说法中正确的是()
A.ATP分子水解时,图中所示的化学键③④最易断裂
B.图中酶1和酶2的化学本质相同,但是二者的种类不同
C.细胞中的吸能反应一般与ATP的合成反应相联系
D.ATP与ADP间相互转化的能量供应机制只发生在真核细胞内
答案B
解析ATP水解时,远离A的高能磷酸键④最易断裂,A项错误;图中酶1为ATP水解酶,酶2为ATP合成酶,二者种类不同,但二者的化学本质均为蛋白质,B项正确;细胞中的吸能反应所需的能量由ATP水解提供,而释放能量的反应(放能反应)则与ATP的合成反应相联系,C项错误;细胞内ATP与ADP间相互转化的能量供应机制是生物界的共性之一,也存在于原核细胞中,D项错误。
题组三 ATP的利用
9.(2019·天津耀华中学月考)下列生理过程中,需要消耗ATP的有()
①细胞通过主动运输吸收K+②肌肉收缩③蛋白质的分泌④萤火虫发光⑤大脑思考⑥叶肉细胞中蔗糖的合成⑦植物细胞的渗透吸水、失水过程
A.①②③④⑤⑥⑦
B.①②④⑤⑥
C.①②③④⑤⑥
D.①②④⑤⑦
答案C
解析ATP是生物体内的直接能源物质,需要能量的反应一般都需要消耗ATP,如主动运输、肌肉收缩、萤火虫发光等,大脑思考时ATP中的能量转化为电能,合成蔗糖时ATP中的能量转化成化学能。
细胞的渗透吸水、失水过程不需要消耗能量。
10.下列过程中能使细胞内ADP增加的是()
A.水分子进入根毛细胞
B.肺泡中的氧气进入血液
C.肠道中的甘油进入小肠绒毛上皮细胞
D.胰腺细胞分泌胰岛素
答案D
解析细胞内ADP增加,说明细胞内正在进行ATP的水解反应,释放能量供生命活动所需。
水分子、氧气和甘油出入细胞的方式都属于自由扩散,不需要消耗能量;胰腺细胞分泌胰岛素属于细胞合成并分泌蛋白质的过程,整个过程需要消耗能量。
11.(2018·湖南长沙高一期末)若要探究ATP能否使一离体的新鲜骨骼肌发生收缩,下列不符合实验要求的是()
A.可滴加生理盐水作为对照
B.待肌肉本身的ATP消耗完后再进行实验
C.先滴加生理盐水观察,然后滴加ATP溶液
D.先滴加ATP溶液观察,然后滴加生理盐水
答案D
解析生理盐水可维持骨骼肌细胞正常的渗透压,A符合实验要求;待肌肉本身的ATP消耗完后再进行实验,可排除原有ATP对实验的干扰,B符合实验要求;按照实验设计的对照原则,应该在肌肉细胞没有ATP时补充ATP观察收缩情况,实验采用自身对照,即先滴加生理盐水发现骨骼肌不发生收缩,再滴加ATP溶液发现骨骼肌发生收缩,则可证明ATP能使一离体的新鲜骨骼肌发生收缩,C符合实验要求、D不符合实验要求。
12.(2018·河北保定定兴三中高一上月考)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ATP中的“A”代表腺苷,包括腺嘌呤和核糖,与RNA中的碱基A不同,C错误。
13.(2019·东北沈阳育才中学高一检测)如图能体现人在100m跑步后细胞中ATP变化的是()
答案B
解析人在100m跑步过程中需要消耗大量ATP,跑步结束后,细胞中ATP含量会降低,由于ATP与ADP间存在相互转化,为维持细胞中ATP含量的相对稳定,ATP合成的速率增大,导致ATP含量上升,故B项符合要求。
14.分析ATP与ADP相互转化的示意图(如图所示),回答下列问题:
(1)图中Pi代表无机磷酸,则B为________,C为________。
(2)E不是物质,E1的来源是______________________________________________________,E2的来源是________________________________________________________________。
(3)人体肌肉细胞的收缩与图中________过程有关。
答案
(1)ATPADP
(2)光能或生物化学反应释放的能量ATP中的高能磷酸键断裂释放的能量(3)B→C
解析
(1)在ATP和ADP的相互转化过程中,ATP水解产生Pi,合成则需要Pi,通过分析图示可判断出B为ATP,C为ADP。
(2)光能或生物化学反应释放的能量可用于形成ATP。
ATP水解时,其远离腺苷的高能磷酸键断裂释放能量。
(3)肌肉收缩是耗能过程,由ATP直接供能,与图中B→C这一过程有关。
15.(2019·福建福州二中期末)ATP是细胞内绝大多数生命活动的直接能源物质,回答下列问题:
(1)ATP的合成一般与_____________(填“吸能”或“放能”)反应相关联,生物体对ATP的需求较大,但细胞内ATP的含量较少,细胞能满足生物体对ATP的需求的主要原因是__________________________________________________________________________。
(2)绿色植物叶肉细胞内合成ATP的途径有_____________________________________。
(3)利用“荧光素—荧光素酶生物发光法”对市场中腊肉含细菌多少进行检测,步骤如下:
第一步:
将腊肉进行一定的处理后放入发光仪(测定发光强度的仪器)反应室内,加入适量的荧光素和荧光素酶,在适宜条件下进行反应;
第二步:
记录发光强度并计算ATP含量;
第三步:
测算出细菌数量。
①荧光素接受________提供的能量后就被激活,在荧光素酶的作用下形成氧化荧光素并且发出荧光。
②根据发光强度可以计算出ATP的含量,原因是发光强度与ATP含量成_______(填“正比”或“反比”)。
③根据ATP含量可大致测算出细菌数量的依据是每个细菌细胞中ATP含量_________。
答案
(1)放能ATP与ADP的转化速率较快
(2)细胞呼吸、光合作用(3)①ATP②正比③大致相同且相对稳定
解析
(1)ATP的合成需要消耗能量,故一般与放能反应相关联。
生物体对ATP的需求较大,但细胞内ATP的含量较少,因为ATP与ADP的转化速率较快,ATP消耗后可迅速产生,所以可以满足生物体对ATP的需求。
(2)绿色植物叶肉细胞内合成ATP的途径有光合作用和细胞呼吸。
(3)①荧光素接受ATP提供的能量后就被激活,在荧光素酶的作用下形成氧化荧光素并且发出荧光。
②荧光素在荧光素酶和ATP等物质的参与下可进行反应发出荧光,发光强度与ATP的含量成正比,所以根据发光强度可以计算出ATP的含量。
③每个细菌细胞中ATP含量大致相同且相对稳定,故可根据ATP含量大致测算出细菌数量。
16.在自然界中生物的发光现象普遍存在,生物通过细胞的生化反应而发光。
请设计实验探究萤火虫的发光强度与ATP浓度的关系。
实验材料:
萤火虫的荧光器晒干后研成的粉末、ATP粉末、蒸馏水、大小相同的小烧杯若干、大小相同的试管若干、标签纸若干及其他实验所需材料。
(1)实验步骤:
①配制不同浓度的ATP溶液,置于小烧杯中,贴上标签;
②将____________分成若干等份,分别放入试管中,贴上标签;
③在每支试管中加入________________________________________________________;
④观察发光现象并记录。
(2)实验现象预测及结论:
实验现象预测
实验结论
①随ATP溶液浓度升高,发光现象渐强
荧光强度与ATP浓度____________
②随ATP溶液浓度升高,发光现象____________
荧光强度与ATP浓度____________
③_________________________________________
荧光强度与ATP浓度无关
(3)实验讨论:
a.最可能的实验结果是
(2)中哪一种?
________。
b.萤火虫发光是________________能转变成__________能的过程。
答案
(1)②荧光器粉末 ③等量不同浓度的ATP溶液
(2)①成正比 ②渐弱 成反比 ③随ATP浓度升高,发光现象无变化(3)a.第①种b.ATP中活跃的化学光
解析
(1)为了探究萤火虫的发光强度与ATP浓度的关系,首先应配制不同浓度的ATP溶液,随后将荧光器晒干后研成的粉末放入上述溶液中,观察不同浓度的ATP溶液中荧光器粉末的发光情况。
(2)实验现象有三种可能:
①随ATP溶液浓度升高,发光现象渐强,说明荧光强度与ATP浓度成正比;②随ATP溶液浓度升高,发光现象渐弱,说明荧光强度与ATP浓度成反比;③随ATP浓度升高,发光现象无变化,说明荧光强度与ATP浓度无关。
(3)由于ATP是生命活动的直接能源物质,所以实验最可能的结果是第①种;萤火虫发光是ATP中活跃的化学能转变成光能的过程。
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