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第 2 课时 细胞的能量“通货”——ATP
目标要求 ATP在能量代谢中的作用。
1．ATP的结构
源于必修1 P “相关信息”：
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写出图中标出的“A”的含义：
①腺苷；②腺嘌呤；③腺嘌呤脱氧核苷酸；④腺嘌呤核糖核苷酸。2．ATP与ADP的相互转化
项目 ATP的合成 ATP的水解
反应式 ADP＋Pi＋能量――→ATP ATP――→ADP＋Pi＋能量
所需酶 ATP合成酶 ATP水解酶
能量来源 光能(光合作用)、化学能(细胞呼吸) 储存在高能磷酸键中的能量
能量去路 储存在高能磷酸键中 用于各项生命活动
反应场所 细胞质基质、线粒体、叶绿体 生物体的需能部位
(1)源于必修1 P “图5－6”：①ATP与ADP的相互转化不是(填“是”或“不是”)一个可
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逆反应。分析原因：从物质方面来看是可逆的，从酶、进行的场所、能量的来源等方面来看
是不可逆的。
②必修1 P “图5－6”：人体内ATP的含量很少，但在剧烈运动时，每分钟约有 0.5 kg的
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ATP转化为ADP释放能量，以供运动之需，但人体内ATP总含量并没有太大变化，请分析
原因： ATP 与 ADP 时刻不停地发生快速相互转化，并且处于动态平衡之中 。
(2)源于必修1 P “拓展题”：在植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都是以ATP作为能量
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“通货”的，由此说明：生物界具有统一性，也说明种类繁多的生物有着共同的起源。
3．ATP的利用
考向一 ATP的结构和特点分析
1．(2022·威海高三期末)将标记的32P注入活细胞内，随后迅速分离细胞内的ATP，测定其放
射性，下图代表ATP的结构。下列叙述错误的是( )A．①代表ATP中的“A”，ATP脱去④⑤成为腺嘌呤核糖核苷酸
B．④和⑤之间化学键的形成过程总是与放能反应相关联
C．ATP中磷酸基团⑤很快就会被32P标记，但是ATP的含量基本不变
D．细胞癌变后ATP末端磷酸基团被取代的速率加快
答案 A
解析 ①代表腺嘌呤，而ATP中的“A”代表腺苷，腺苷是由腺嘌呤和核糖结合而成的，A
错误；ATP中远离腺苷的化学键容易断裂和生成，但是 ATP的含量基本不变，故磷酸基团
⑤很快就会被32P标记，C正确；细胞癌变后细胞代谢增强，ATP和ADP的转化加快，D正
确。
2．在有关DNA分子的研究中常用32P来标记DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP(d
表示脱氧)上三个磷酸基团所处的位置(A—P ～P ～P 或dA—P ～P ～P)。下列说法错误的
α β γ α β γ
是( )
A．细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的
B．一分子dATP由三分子磷酸基团、一分子核糖和一分子腺嘌呤组成
C．用32P标记dATP的α位磷酸基团，利用其合成DNA，可将32P标记到新合成的DNA分
子上
D．用32P标记细胞中染色体的DNA，一次有丝分裂后子细胞中所有染色体都有放射性
答案 B
解析 一分子dATP由三分子磷酸基团、一分子脱氧核糖和一分子腺嘌呤组成，B错误；dA
—P ～P ～P 脱去P 和P 这两个磷酸基团后，余下的结构为腺嘌呤脱氧核苷酸，是DNA的
α β γ β γ
基本组成单位之一，若用32P标记dATP的α位磷酸基团，利用其合成DNA，可将32P标记
到新合成的DNA分子上，C正确；用32P标记细胞中染色体的DNA，依据DNA分子的半保
留复制可知，在有丝分裂前的间期DNA完成复制后，每条染色体含有两个DNA分子，且
分别位于组成该染色体的两条姐妹染色单体上，而且每个双链DNA分子的两条链中只有一
条链含有32P标记，在有丝分裂后期，着丝点分裂，姐妹染色单体分开成为两条子染色体，
分别移向细胞两极，进而分别进入两个子细胞中，因此一次有丝分裂后子细胞中所有染色体
都有放射性，D正确。
考向二 ATP与ADP的相互转化和ATP的利用
3．科学家发现某些蚜虫能合成类胡萝卜素，可以影响蚜虫体色。这些类胡萝卜素还能吸收光能，把它传送给负责能量生产的组织细胞。下列有关叙述错误的是( )
A．蚜虫体内细胞合成ATP时，需要的能量不只来自光能
B．蚜虫体内细胞合成ATP时，一定会伴随着氧气的消耗
C．蚜虫体内类胡萝卜素的含量会影响蚜虫个体的生存机会
D．温度、光照等环境因素会影响蚜虫体内ATP的合成速率
答案 B
解析 蚜虫合成ATP时需要的能量不仅来自光能，还来自呼吸作用释放的化学能，A正确；
蚜虫体内细胞合成ATP时，不一定会伴随着氧气的消耗，如蚜虫体内细胞进行无氧呼吸以
及有氧呼吸第一、二阶段都能产生ATP，但都不需要消耗氧气，B错误；由题意可知，类胡
萝卜素可以吸收、传递、转化光能，影响ATP的合成量，因此类胡萝卜素的含量会影响蚜
虫个体生存机会，C正确；温度会影响酶的活性，蚜虫合成ATP时需要的能量不仅来自光
能，还来自呼吸作用释放的化学能，因此影响蚜虫体内 ATP合成速率的外部因素有光照强
度、温度等，D正确。
方法技巧 ATP产生量与O 供给量之间的关系模型分析
2
解读：
4．人体胃内的酸性环境主要通过细胞膜上的质子泵来维持，胃酸过多会导致患者出现烧心、
反酸、胃部疼痛等症状。质子泵催化 1分子的ATP水解所释放的能量，可驱动1个H＋从胃
壁细胞进入胃腔和1个K＋从胃腔进入胃壁细胞，K＋又可经过通道蛋白顺浓度进入胃腔。下
列相关叙述错误的是( )
A．该质子泵既能催化化学反应又能转运H＋
B．H＋、K＋等离子进出胃壁细胞都需要消耗ATPC．利用药物抑制质子泵的活性可以改善胃反酸等症状
D．该质子泵的合成与加工依赖于核糖体、内质网、高尔基体等细胞器
答案 B
解析 该质子泵既可催化ATP的水解，又可驱动H＋从胃壁细胞进入胃腔，A正确；K＋经过
通道蛋白顺浓度由胃壁细胞进入胃腔，为协助扩散，不需要消耗 ATP，B错误；利用药物抑
制质子泵的活性，可以减少H＋从胃壁细胞进入胃腔，避免胃酸过多，改善胃反酸等症状，
C正确；该质子泵的化学本质为蛋白质，其合成与加工依赖于核糖体、内质网、高尔基体等
细胞器，D正确。
重温高考 真题演练
1．(2021·北京，1)ATP是细胞的能量“通货”，关于ATP的叙述错误的是( )
A．含有C、H、O、N、P
B．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中含有腺嘌呤、核糖与磷酸基团，故元素组成为 C、H、O、N、P，A正确；在
无氧条件下，无氧呼吸过程中也能合成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。
2．(2021·湖南，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“通货”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 通过蛋白质磷酸化和去磷酸化改变蛋白质的空间结构，进而来实现细胞信号的传递，
体现出蛋白质结构与功能相适应的观点，A正确；如果这些蛋白质特定磷酸化位点的氨基酸缺失，将会使该位点无法磷酸化，进而影响细胞信号的传递，B错误；根据题干信息：进行
细胞信息传递的蛋白质需要磷酸化才能起作用，而 ATP为其提供了磷酸基团和能量，从而
参与细胞信号传递，C正确；温度会影响蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性，进而影响蛋白质磷
酸化和去磷酸化反应，D正确。
3．(2018·浙江4月选考，10)ATP是细胞中的能量通货。下列叙述正确的是( )
A．ATP中的能量均来自细胞呼吸释放的能量
B．ATP－ADP循环使得细胞储存了大量的ATP
C．ATP水解形成ADP时释放能量和磷酸基团
D．ATP分子中的2个高能磷酸键不易断裂水解
答案 C
解析 光反应和细胞呼吸都可以产生ATP，A错误；ATP在细胞内含量少，易再生，ATP－
ADP循环不会使得细胞储存大量的ATP，B错误；ATP中2个高能磷酸键比较不稳定，易断
裂水解，D错误。
4．(2019·天津，2)下列过程需ATP水解提供能量的是( )
A．唾液淀粉酶水解淀粉
B．生长素的极性运输
C．光反应阶段中水在光下分解
D．乳酸菌无氧呼吸的第二阶段
答案 B
解析 唾液淀粉酶水解淀粉是在消化道中进行的，不需要消耗ATP水解释放的能量，A错
误；生长素的极性运输是细胞的主动运输，需要消耗ATP水解释放的能量，B正确；光反
应阶段中水在光下分解产生NADPH和氧气，不需要消耗ATP水解释放的能量，C错误；乳
酸菌无氧呼吸的第二阶段是丙酮酸和[H]在酶的催化作用下转化成乳酸，此过程既不产生
ATP，也不消耗ATP，D错误。
5．(2020·全国Ⅲ，29)参照表中内容，围绕真核细胞中ATP的合成来完成下表。
反应部位 (1)______ 叶绿体的类囊体薄膜 线粒体
反应物 葡萄糖 / 丙酮酸等
反应名称 (2)______ 光合作用的光反应 有氧呼吸的部分过程
合成ATP的能量来源 化学能 (3)______ 化学能
终产物(除ATP外) 乙醇、CO (4)______ (5)______
2
答案 (1)细胞质基质 (2)无氧呼吸 (3)光能 (4)O 、NADPH (5)H O、CO
2 2 2
解析 (1)(2)由反应物是葡萄糖，终产物除ATP外，还有乙醇和CO ，可知该过程是无氧呼
2
吸，发生的场所(反应部位)是细胞质基质。(3)(4)由场所是叶绿体的类囊体薄膜和反应名称为
光合作用的光反应，可知该过程合成ATP的能量来源是光能，终产物除ATP外，还有O 和
2NADPH。(5)由反应部位是线粒体，反应物是丙酮酸等，反应名称为有氧呼吸的部分过程，
可知该过程是有氧呼吸的第二和第三阶段，终产物除ATP外，还有CO、HO。
2 2
一、易错辨析
1．线粒体内膜、内质网膜和叶绿体中进行光反应的膜结构中都能合成ATP( × )
2．无氧条件下，光合作用是叶肉细胞产生ATP的唯一来源( × )
3．淀粉水解成葡萄糖时伴随有ATP的生成( × )
4．人成熟红细胞无细胞核和众多的细胞器，所以不能合成ATP( × )
5．ATP是生命活动的直接能源物质，但它在细胞中的含量很少( √ )
6．“能量”就是指ATP，ATP就是“能量”( × )
7．ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应( √ )
二、填空默写
1．(必修1 P )ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物。
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2．(必修1 P )ATP与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。
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3．(必修1 P )吸能反应一般与 ATP 水解 的反应相联系；放能反应一般与 ATP 的合成 相联系。
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课时精练
一、选择题
1．(2022·芜湖高三期中)下图为ATP的结构示意图，①③表示组成ATP的物质或基团，②④
表示化学键。下列叙述正确的是( )
A．①为腺嘌呤，即ATP中的“A”
B．化学键②易于水解和再生
C．在ATP－ADP循环中③不可重复利用
D．若化学键④断裂，则左边的化合物是ADP
答案 B
解析 ①为腺嘌呤，结构简式的A为腺苷，A错误；②④表示高能磷酸键，化学键②易于
水解和再生，B正确；在ATP－ADP循环中③可重复利用，C错误；若化学键④断裂，则左
边的化合物是AMP，即腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本单位之一，D错误。
2．下列有关ATP的叙述错误的是( )
A．ATP由腺嘌呤、核糖和3个磷酸基团连接而成，ATP中的A与DNA中碱基A含义不同B．运动员在剧烈运动时ATP快速水解，其释放的能量可以转换成肌肉收缩的机械能
C．剧烈运动时人体骨骼肌细胞可通过无氧呼吸产生乳酸，乳酸中仍含有大量的 ATP未被释
放出来
D．人体内成熟的红细胞中没有线粒体，仍能产生ATP
答案 C
解析 剧烈运动时人体骨骼肌细胞可通过无氧呼吸产生乳酸，乳酸中仍含有大量能量未被释
放出来，并不是乳酸中含有大量的ATP未被释放出来，C错误。
3．(2022·西安高三模拟)磷酸肌酸是一种主要分布在肌肉组织中的高能化合物，是能量的暂
时储存形式。它能在肌酸激酶的催化下，将自身的磷酸基团转移到 ADP分子中，合成
ATP。下列说法错误的是( )
A．磷酸肌酸直接为肌肉收缩提供能量
B．ATP可以作为RNA的合成原料之一
C．磷酸肌酸和ATP均储存大量能量
D．肌肉收缩时，ATP的含量保持相对稳定
答案 A
解析 ATP是生命活动的直接能源物质，可以直接为肌肉收缩提供能量，A错误。
4.如图是ATP与ADP的循环图解，其中①②表示过程。下列相关叙述错误的是( )
A．绿色植物在黑暗条件下，①过程也能发生
B．细胞中的吸能反应一般与②过程相联系
C．与平静状态时相比，剧烈运动时①②过程都会加快
D．细胞进行呼吸作用释放的能量全部用于①过程
答案 D
解析 细胞进行呼吸作用释放的能量大部分以热能的形式散失，少部分用于合成ATP，即①
过程，D错误。
5．ATP既是细胞中的能量“通货”，又可作为某些高等动物细胞间传递信息的信号分子。
下列相关说法错误的是( )
A．作为信息分子的ATP可能会同时释放能量供细胞利用
B．细胞中合成ATP的能量来源只有光能和自身有机物中的化学能
C．某些神经元释放某种神经递质时可能需要ATP充当信号分子
D．人体细胞中产生ATP的场所有细胞质基质和线粒体
答案 B
解析 细胞中合成ATP的能量来源有光能、有机物中的化学能和微生物的化能合成作用产生的能量，B错误。
6．无论底物还是产物，凡是涉及NTP(核糖核苷三磷酸)或者dNTP(脱氧核糖核苷三磷酸)的
酶促反应都需要Mg2＋作为酶作用的辅助因子，如DNA的复制和RNA的合成。已知NTP或
dNTP中的N指含氮碱基。下列说法错误的是( )
A．叶绿体膜和线粒体膜上可能存在Mg2＋载体蛋白
B．ADP和ATP互相转化的过程中需要Mg2＋作为酶作用的辅助因子
C．造血干细胞等分裂旺盛的细胞中可能含有较多的Mg2＋
D．当N表示碱基A时，NTP水解脱掉2个磷酸基团能够用来合成DNA
答案 D
解析 线粒体和叶绿体内可进行DNA复制和转录过程，需要Mg2＋，所以膜上可能存在Mg2＋
载体蛋白，A正确；ATP去掉两个磷酸基团是RNA的基本组成单位之一腺嘌呤核糖核苷酸，
转化时涉及NTP(核糖核苷三磷酸)，需要Mg2＋作为酶作用的辅助因子，B正确；造血干细
胞等分裂旺盛的细胞中会进行DNA复制和转录过程，可能含有较多的Mg2＋，C正确。
7．如果要验证ATP能否使一离体的新鲜骨骼肌发生收缩，下列选项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
8．每个细菌内的ATP含量基本相同。可利用下图所示原理来检测样品中细菌数量。下列相
关叙述错误的是( )
荧光素＋ATP＋O―――→氧化荧光素＋AMP＋PPi＋HO＋荧光
2 2
A．检测前需要破坏细胞膜以释放ATP
B．检测试剂中应含有荧光素酶和ATP
C．ATP水解释放的能量部分转化成光能
D．荧光强度与样品中细菌数量呈正相关
答案 B
解析 ATP是细胞的直接能源物质，存在于细胞内，检测前需要破坏细胞膜以释放 ATP，A
正确；检测试剂中应含有荧光素酶和荧光素，ATP来自待检测样品中的细菌，B错误；由反
应原理可知，荧光素酶催化ATP水解释放能量使荧光素发出荧光，C正确；每个细菌内的
ATP含量基本相同，测得的荧光强度与样品中细菌数量呈正相关，D正确。
9．某同学绘制了生物体内两个化学反应(图1)及氧气供给量对哺乳动物成熟的红细胞、人体
内的一般组织细胞、破伤风芽孢杆菌三种细胞中ATP产生量的影响(图2)。下列对图示分析
正确的是( )A．图1中X＋Y是组成RNA的基本单位之一
B．细胞生命活动需要的能量都由图1中④化学键断裂提供
C．图2中曲线①BC段，ATP量不再增加的原因一定是图1中酶2数量的限制
D．图2中曲线②对应哺乳动物成熟红细胞，图1所示反应在该细胞同样能进行
答案 D
解析 图1中，X表示腺嘌呤，Y表示核糖，X＋Y表示腺苷，ATP脱去两个磷酸基团后是
组成RNA的基本单位之一，A错误；细胞中生命活动需要的能量绝大多数是由ATP中④化
学键断裂释放的能量提供的，但是也有生命活动不是以 ATP为直接能源物质的，如磷酸肌
酸也可供能，B错误；图2曲线①BC段，ATP产生量不再明显增加，可能是因为图 1中酶
2数量的限制，也可能是细胞中ADP、磷酸的限制，C错误；图2中曲线②表示随着氧气供
给量的增加，细胞中ATP生成量不变，可表示哺乳动物成熟红细胞，在该细胞内，可以进
行无氧呼吸，同样有ATP的合成及分解，即图1所示反应，D正确。
10．钙泵又称Ca2＋－ATP水解酶，钙泵主要存在于细胞膜和内质网膜上，它将 Ca2＋泵出细
胞或泵入内质网腔中储存起来，以维持细胞质基质中低浓度的 Ca2＋，当细胞受到刺激时，
内质网腔中的Ca2＋又会释放到细胞质基质中以调节细胞的生命活动。下列相关叙述正确的
是( )
A．钙泵参与运输Ca2＋的过程属于放能反应
B．骨骼肌细胞中运输Ca2＋的钙泵只存在于细胞膜上
C．细胞膜上的钙泵失调可能会导致肌肉抽搐
D．内质网腔中的Ca2＋通过钙泵释放到细胞质基质中的过程属于被动运输
答案 C
解析 钙泵又称Ca2＋－ATP水解酶，参与运输Ca2＋的过程需要ATP水解供能，因此属于吸
能反应，A错误；由题目中信息分析可知，骨骼肌细胞中运输Ca2＋的钙泵存在于细胞膜和
内质网膜上，B错误；内质网腔中的Ca2＋浓度高于细胞质基质中的Ca2＋浓度，因此内质网
腔中的Ca2＋释放到细胞质基质中是经过通道蛋白进入细胞质基质，不是钙泵，D错误。
二、非选择题11．ATP合酶是一种功能复杂的蛋白质，与生物膜结合后能催化ATP的合成，其作用机理
如图所示。请据图回答：
(1)生物膜结构的基本支架是______________，在真核细胞中，ATP 合酶主要分布于
____________________(填生物膜名称)。
(2)分析此图可知H＋跨越该膜的运输方式是________________________，判断的依据是
________________________________________________________________________。
(3)ATP 在细胞内的作用是__________________________；推测好氧型细菌细胞的
__________ 上 存 在 该 酶 ， 理 由 是
_______________________________________________________。
(4)科学家发现，一种化学结构与ATP相似的物质——GTP(三磷酸鸟苷)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GTP也可以供能的原因：_____________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)磷脂双分子层 线粒体内膜、类囊体薄膜 (2)协助扩散 顺浓度梯度，需载体蛋
白协助且不消耗能量 (3)生命活动的直接能源物质 细胞膜 该酶与生物膜结合后能催化
ATP的合成，而好氧型细菌的膜结构只有细胞膜 (4)含有两个高能磷酸键，远离鸟苷的高
能磷酸键容易水解断裂，释放能量
12．研究证实ATP既是能量“货币”，也可作为神经细胞间信息传递中的一种信号分子，
其作为信号分子的作用机理如图所示。请分析回答下列问题：
(1)ATP的结构简式是______________，神经细胞中的ATP主要来自________(细胞结构)。研
究发现，正常成年人安静状态下24 h有40 kg ATP发生转化，而细胞内ADP、ATP的浓度仅
为 2 ～ 10 mmol/L ， 为 满 足 能 量 需 要 ， 人 体 解 决 这 一 矛 盾 的 合 理 途 径 是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)由图可知，ATP在传递信号过程中，在细胞间隙中的有关酶的作用下，磷酸基团逐个脱
离下来，最后剩下的是____________。
(3)一些神经细胞不仅能释放典型神经递质，还能释放 ATP，二者均能引起受体细胞的膜电
位变化。据图分析，如果要研究 ATP是否能在神经元之间起传递信号的作用，则图中的
________________属于无关变量，应予以排除。
答案 (1)A—P～P～P 线粒体 ATP与ADP迅速相互转化 (2)腺苷 (3)典型神经递质
解析 (1)ATP的结构简式是A—P～P～P。动物细胞中，线粒体是有氧呼吸的主要场所，所
以神经细胞中的ATP主要来自线粒体。ATP是直接能源物质，在体内含量很少，可通过
ATP与ADP迅速相互转化而形成。(2)ATP脱去1个磷酸基团为ADP，脱去两个磷酸基团为
AMP，如果磷酸基团完全脱落，剩下的则是腺苷，由腺嘌呤和核糖组成。(3)若要研究ATP
是否能在神经元之间起传递信号的作用，可以设法把 ATP与典型神经递质分开，单独去研
究其作用，即用化学物质阻断典型神经递质，所以典型神经递质是实验的无关变量。
