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第14讲 细胞的能量“货币”ATP
考点一 ATP的结构与功能
1. ATP的功能
ATP能够直接为生命活动提供能量，是驱动细胞生命活动的 直接能源物质 。（提醒：ATP
并不是唯一的直接能源物质）
2. ATP的结构
（1）中文名称： 腺苷三磷酸 。
（2）结构简式： A － P ～ P ～ P 。
（3）ATP的组成元素： C 、 H 、 O 、 N 、 P 。(注： DNA 、 RNA 、磷脂、 ATP 组成元素都是
C、H、O、N、P)
（4）符号含义：A代表 腺苷 ，A由 腺嘌呤 和 核糖 构成，T代表 3 ，P代表 磷酸基团
，“～”代表 特殊化学键 。
（5）若ATP完全水解，会得到腺嘌呤 、 核糖 、 磷酸基团 (填成分)。
（6）ATP去掉一个磷酸基团后叫 ADP( 腺苷二磷酸 ) ；ATP去掉两个磷酸基团后叫
AMP ( 腺苷一磷酸 / 腺嘌呤核糖核苷酸 ) ，是组成 RN A 的基本单位之一。
3.ATP的特点
（1）不稳定：ATP在细胞中含量 少 ，化学性质 不稳定 ，原因是两个相邻磷酸都
带 负 电相互 排斥 ， 末端磷酸基团 有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是
具有较高的转移势能 。
（2）高能量：ATP水解释放的能量高达 30.54 kJ/mol，是细胞内的一种 高能磷酸化合
物 。
考点二 ATP和ADP之间的相互转化
1.ATP和ADP的相互转化过程比较
反应式 ATP――→ADP＋Pi＋能量 能量＋Pi＋ADP――→ATP
酶 AT P 水解酶 AT P 合成酶
场所 活细胞内多种场所 细胞质基质、线粒体、叶绿体
能量转化 放能 吸能
能量来源 特殊化学键 呼吸作用、光合作用
能量去向 用于各项生命活动 储存于 AT P 中
2．相互转化的特点
(1)ATP和ADP相互转化时刻不停地发生，且处于 动态平衡 之中。(2)ATP和ADP相互转化的 能量供应 机制，在所有生物的细胞内都是一样的，体现了
生物界的 统一性 。
3. ATP的利用
（1）吸能反应一般与 AT P 水解 的反应相联系。
放能反应一般与 AT P 的合成 相联系。
（2）主动运输、胞吞、胞吐、生物发电、生物发光、肌细胞收缩、物质合成、大脑思考
所需能量的直接来源都是 AT P 。
考点二 ATP的利用
1．ATP为主动运输供能的过程分析
（1）Ca2＋主动运输的载体蛋白也是催化ATP水解的 酶 ，膜内侧的Ca2＋与其载体结合时激
活该酶，将ATP水解。
（2）ATP水解时，脱离下来的磷酸基团与载体蛋白结合即 载体蛋白 的磷酸化。
（3）载体蛋白磷酸化导致其 空间结构 发生变化。
2．ATP是细胞内流通的能量“货币”
（1）化学反应中的能量变化与ATP的关系：
①吸能反应：一般与ATP的 水解 相联系
②放能反应：一般与ATP的 合成 相联系
（2）能量通过 AT P 分子 在吸能反应和放能反应之间流通。
3.ATP与ADP相互转化的几点易错提示
（1）ATP与ADP的相互转化，并非简单的可逆反应：从物质方面来看是 可 逆的，从酶、
进行的场所、能量方面来看是 不可 逆的。
（2）ATP是与能量有关的一种物质， 不可等 同于能量：ATP是一种高能磷酸化合物，高
能磷酸键水解时能够释放出高达30.54 kJ/mol的能量。
【典型真题训练】
一、单选题
1．（2022·浙江·高考真题）下列关于腺苷三磷酸分子的叙述，正确的是（ ）
A．由1个脱氧核糖、1个腺嘌呤和3个磷酸基团组成
B．分子中与磷酸基团相连接的化学键称为高能磷酸键
C．在水解酶的作用下不断地合成和水解
D．是细胞中吸能反应和放能反应的纽带
【答案】D
【详解】
A、1分子的ATP是由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸基团组成，A错误；
B、ATP分子的结构式可以简写成A—P～P～P，磷酸基团与磷酸基团相连接的化学键是一种
特殊的化学键，B错误；
C、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错误；
D、吸能反应一般与ATP的分解相联系，放能反应一般与ATP的合成相联系，故吸能反应和放能反应之间的纽带就是ATP，D正确。
2．（2021·海南·高考真题）研究人员将32P标记的磷酸注入活的离体肝细胞，1~2min后迅
速分离得到细胞内的ATP。结果发现ATP的末端磷酸基团被32P标记，并测得ATP与注入的
32P标记磷酸的放射性强度几乎一致。下列有关叙述正确的是（ ）
A．该实验表明，细胞内全部ADP都转化成ATP
B．32P标记的ATP水解产生的腺苷没有放射性
C．32P在ATP的3个磷酸基团中出现的概率相等
D．ATP与ADP相互转化速度快，且转化主要发生在细胞核内
【答案】B
【详解】
A、根据题意可知：该实验不能说明细胞内全部ADP都转化成ATP，A错误；
B、根据题干信息“结果发现ATP的末端磷酸基团被32P标记，并测得ATP与注入的32P标记
磷酸的放射性强度几乎一致。”说明：32P标记的ATP水解产生的腺苷没有放射性，B正确；
C、根据题干信息“放射性几乎只出现在ATP的末端磷酸基团”可知，32P在ATP的3个磷酸
基团中出现的概率不同，C错误；
D、该实验不能说明转化主要发生在细胞核内，D错误。
3．（2021·北京·高考真题）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
【详解】
A、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；
B、在无氧条件下，无氧呼吸过程中也能合成ATP，B错误；
C、ATP合成过程中需要ATP合成酶的催化，C正确；
D、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。
4．（2021·湖南·高考真题）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
【详解】
A、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；
B、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；
C、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；
D、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。
5．（2018·浙江·高考真题）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
【详解】
A.ATP的形成途径是光合作用和细胞呼吸，因此ATP中的能量来自光能和细胞呼吸释放的能
量，A错误；
B.ATP-ADP循环，使得细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中，
B错误；
C.ATP水解远离腺苷的高能磷酸键断裂，形成ADP和Pi，同时释放能量，C正确；
D.ATP分子中含有2个高能磷酸键，远离腺苷的高能磷酸键很容易水解，D错误；
6．（2017·浙江·高考真题）下列关于细胞中吸能反应和放能反应的叙述，错误的是( )
A．糖的氧化反应是放能反应
B．光合作用的碳反应是吸能反应
C．ATP是吸能反应和放能反应的纽带
D．氨基酸合成蛋白质的过程是放能反应
【答案】D
【详解】
糖的氧化反应是细胞呼吸过程属于放能反应，A正确；
光合作用的光反应产生的ATP用于碳反应，并将能量储存在有机物中，即光合作用的碳反
应消耗能量，属于吸能反应，B正确；
ATP的合成与放能反应相联系，ATP的水解与吸能反应相联系，故放能反应和吸能反应之间的纽带是ATP，C正确；
氨基酸合成蛋白质的过程需消耗能量，属于吸能反应，D错误。
7．（2016·全国·高考真题）离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白，它在跨膜运输
物质时离不开ATP的水解。下列叙述正确的是（ ）
A．离子通过离子泵的跨膜运输属于协助扩散
B．离子通过离子泵的跨膜运输是顺浓度梯度进行的
C．动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输离子的速率
D．加入蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率
【答案】C
【详解】
A、离子通过离子泵的跨膜运输需要载体和消耗能量，属于主动运输，A错误；
B、离子通过离子泵的跨膜运输属于主动运输，是逆浓度梯度进行的，B错误；
C、由于离子泵跨膜运输离子需要消耗能量，一氧化碳中毒会降低细胞呼吸，降低能量供应，
降低离子泵跨膜运输离子的速率，C正确；
D、离子的跨膜运输需要载体蛋白，因此加入蛋白质变性剂会降低离子泵跨膜运输离子的
速率，D错误。
8．（2017·上海·高考真题）ATP被喻为生物体的能量“货币”，为生命活动直接提供能量。
下图是ATP的结构示意图，下列叙述正确的是（ ）
A．④是特殊化学键 B．①表示腺苷
C．②表示脱氧核糖 D．③断裂后释放的能量最多
【答案】A
【详解】
A、④是特殊的化学键，断裂时释放大量能量，A正确；
B、①表示腺嘌呤，B错误；
C、②表示核糖，C错误；
D、④断裂后释放的能量最多，D错误。
9．（2018·上海·高考真题）下图表示呼吸作用过程中葡萄糖分解的两个途径。酶1、酶2
和酶3依次分别存在于（ ）A．线粒体、线粒体和细胞质基质
B．线粒体、细胞质基质和线粒体
C．细胞质基质、线粒体和细胞质基质
D．细胞质基质、细胞质基质和线粒体
【答案】C
【详解】
葡萄糖在细胞内分解至丙酮酸的过程就是糖酵解，在细胞质基质中发生，所以酶1在细胞
质基质，有氧呼吸第二三阶段在线粒体所以酶2在线粒体，无氧呼吸都是在细胞质基质进
行，所以酶3在细胞质基质。
10．（2014·全国·高考真题）关于细胞的叙述，错误的是（ ）
A．植物细胞的胞间连丝具有物质运输的作用
B．动物细胞间的黏着性与细胞膜上的糖蛋白有关
C．ATP水解释放的能量可用于细胞内的吸能反应
D．哺乳动物的细胞可以合成蔗糖，也可以合成乳糖
【答案】D
【详解】
胞间连丝是贯穿细胞壁沟通相邻细胞的细胞质连线，为植物细胞间物质运输与信息传递的
重要通道，A正确；
动物细胞间的黏着性与细胞膜上的糖蛋白有关，如癌细胞膜表面糖蛋白含量减少，细胞的
黏着性降低，B正确；
ATP是直接能源物质，细胞内的吸能反应需要的能量由ATP水解提供，C正确；
蔗糖是植物细胞特有的二糖，动物细胞不能合成蔗糖，D错误。
11．（2014·海南·高考真题）下列物质中，能够直接给细胞生命活动提供能量的是 （ ）
A．脂肪 B．钙离子 C．糖 D．ATP
【答案】D
【详解】
ATP是细胞生命活动的直接供能物质，故选D。
