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第 12 课时 细胞的能量“货币”ATP
课标要求 解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
1.ATP的结构简式及组成 2021·北京·T1 2021·海南·T14
考情分析 2.ATP与ADP的相互转化和ATP的利
2021·海南·T14 2021·湖南·T5
用
考点一 ATP 是一种高能磷酸化合物
判断正误
(1)腺嘌呤可以存在于DNA、RNA、ATP和某些酶分子中( √ )
(2)AMP(腺苷一磷酸)可为人体细胞RNA的自我复制提供原料( × )
提示 AMP是RNA合成的原料，正常的人体细胞内不能进行RNA的自我复制。
(3)一分子AMP中只有一个特殊的化学键( × )提示 AMP中不含有特殊的化学键。
考向一 ATP的结构及其特点
1．(2023·广州高三模拟)下列有关ATP的叙述，正确的是( )
A．图中的a是构成DNA的基本单位之一
B．图中的A代表腺苷，b、c为特殊的化学键
C．“ATP”中的“A”与构成RNA中的碱基“A”表示的不是同一种物质
D．血浆中的葡萄糖进入红细胞、肾小管对葡萄糖的重吸收会消耗ATP
答案 C
解析 图中a为腺嘌呤核糖核苷酸，是构成RNA的基本单位之一，A错误；图中的A是腺
嘌呤，b、c为特殊的化学键，B错误；“ATP”中的“A”代表腺苷，RNA中的“A”是腺
嘌呤，二者不是同一种物质，C正确；血浆中的葡萄糖进入红细胞的方式属于协助扩散，不
会消耗ATP，D错误。
2.(2023·苏州高三模拟)cAMP(环化腺苷一磷酸)是由ATP脱去两个磷酸基团后环化而成的一
种细胞内的信号分子，其结构组成如图所示。下列分析错误的是( )
A．方框内物质的名称是腺嘌呤
B．cAMP分子不含有不稳定的特殊化学键
C．ATP在形成cAMP的过程中，初期会释放能量
D．cAMP与磷脂分子所含的元素种类不完全相同
答案 D
解析 由题意可知，cAMP(环化腺苷一磷酸)是由ATP脱去两个磷酸基团后环化而成的，所
以cAMP分子不含有不稳定的特殊化学键，B正确；ATP在形成cAMP的过程中，初期会断
裂特殊化学键，释放能量，C正确；cAMP与磷脂分子所含的元素种类相同，二者都含有
C、H、O、N、P，D错误。考点二 ATP 的合成和利用
1．ATP的合成
2．ATP的利用
(1)ATP是细胞内的能量“货币”
(2)ATP供能机制
ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，这些分子被磷酸化后，空间结构发生变化，
活性也被改变，因而可以参与各种化学反应。
特别注意 (1)ATP与ADP的相互转化不是一个可逆反应。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)人体内ATP的含量很少，但在剧烈运动时，人体内ATP的总含量并没有太大变化，原因
是ATP与ADP时刻不停地发生相互转化，并且处于动态平衡之中。
(3)ATP产生量与O 供给量之间的关系模型分析
2解读：
(4)研究者发现ATP在神经系统的信息传递中可以作为一种兴奋性的神经递质发挥作用，并
且在内脏、中枢及外周神经系统等多个部位的细胞膜上发现了 ATP受体，可见ATP还是一
种能在细胞间传递信息的信号分子。
(5)如果将ATP中的A替换为G、U、C，分别为鸟苷三磷酸、尿苷三磷酸和胞苷三磷酸，一
起组成NTP家族，其脱去核糖第二位C上的O原子组成dNTP家族，均为高能化合物。
判断正误
(1)酶的水解需要ATP供能， ATP 的水解需要酶的催化( × )
(2)ATP水解酶合成和发挥作用时都伴随ADP的生成( √ )
(3)人在剧烈运动时，骨骼肌细胞合成的ATP远多于水解的ATP( × )
提示 由于ATP在体内含量不高，且ATP与ADP的相互转化时刻处于动态平衡之中，所以
人在剧烈运动时，骨骼肌细胞中ATP的含量也不会明显增多或降低。
(4)细胞内的放能反应就是指ATP水解释放能量( × )
提示 细胞内的放能反应是指能够释放能量的反应，并非就是指ATP水解释放能量。
考向二 ATP的合成和利用
3．(2023·广东实验中学高三期中)细胞中有序的生命活动需要能量的维持和推动。下列有关
叙述不正确的是( )
A．ATP是细胞内唯一直接为生命活动供能的化合物
B．人体小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖分子时，ATP的消耗量增加C．ATP中的能量可来自光能和化学能，也可转化为光能和化学能
D．细胞中的能量通过ATP在吸能和放能反应之间流通
答案 A
解析 细胞内绝大多数生命活动所需能量是由 ATP直接提供的，但ATP、GTP、CTP等都
是直接能源物质，A错误。
4.(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“货币”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，进而实现细胞信号的传递，体
现了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。
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 )许多吸能反应与 ATP 水解 的反应相联系；许多放能反应与 ATP 的合成 相联系。
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4．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。
5．(必修1 P )ATP供能机制：ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，这些分子
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被磷酸化后，空间结构发生变化，活性也被改变，因而可以参与各种化学反应。6．细胞内绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP水解直接提供能量的，但细胞内ATP的
含量却能基本保持稳定，原因是 ATP 与 ADP 之间存在相互转化，且这种转化处于动态平衡
之中。
7．萤火虫发光需要ATP提供能量，其发光机制是尾部发光细胞中含有荧光素和荧光素酶，
荧光素接受ATP提供的能量后就被激活，生成的荧光素化腺苷酸(腺嘌呤核糖核苷酸简称腺
苷酸)与氧气在荧光素酶的催化下反应形成发光物质虫荧光酰腺苷酸。
(1)将32P标记的磷酸注入活细胞内，随后迅速分离细胞内的 ATP，发现细胞内的ATP含量不
变，但ATP中末端磷酸基团已被32P所标记。该实验的结论为 ATP 和 ADP 在细胞内快速相
互转化，细胞内 ATP 维持动态平衡 。
(2)将α、β、γ位置分别被32P标记的ATP(A－P ～P ～P)注入不同的发光细胞内，只有注入
α β γ
α位置被标记的ATP的细胞，在形成的发光物质虫荧光酰腺苷酸中检测到放射性。由此推测
发光细胞以这种方式利用ATP的生物学意义是 ATP 水解成腺苷酸，不仅为发光物质的合成
提供能量，同时也提供原料。
课时精练
1．(2021·北京，1)ATP是细胞的能量“货币”，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 在无氧条件下，无氧呼吸过程中能合成少量ATP，B错误。
2．下列关于ATP的叙述，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个特殊的化学键不易断裂水解
答案 C
解析 光合作用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循环使得细胞不会储存大量的ATP，B错误；ATP分子中的2个特殊的化学键比较不
稳定，易断裂水解，D错误。
3．(2021·海南，14)研究人员将32P标记的磷酸注入活的离体肝细胞，1～2 min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
解析 该实验不能说明细胞内全部ADP都转化成ATP，A错误；放射性几乎只出现在ATP
的末端磷酸基团，C错误；该实验不能说明ATP与ADP的相互转化主要发生在细胞核内，
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不
符合题意；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符合
题意；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不符合题意；乳酸菌无氧呼吸的第二阶段是丙酮酸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不符合题意。
5．(2023·镇江高三质检)大多数离子泵是一种具有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。下列叙述错误的是( )
A．ATP水解释放的磷酸基团使离子泵磷酸化
B．物质通过该类离子泵跨膜运输的方式属于主动运输
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 D
解析 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。
6．GTP是细胞信号传导的重要物质，其结构和ATP类似，可以和ATP相互转化，研究发现
细胞信号传导过程中GTP会在GTP酶的作用下水解为GDP。下列说法正确的是( )
A．该细胞信号传导过程属于细胞中的放能反应
B．GTP中的“G”由鸟嘌呤和脱氧核糖组成
C．GTP和ATP彻底水解的产物只有含氮碱基不同
D．GTP脱去两个磷酸基团后可作为合成DNA的原料之一
答案 C
解析 GTP水解为GDP所释放的能量用于吸能反应，因此该细胞信号传导过程属于细胞中的吸能反应，A错误；GTP中的“G”表示鸟苷，由鸟嘌呤和核糖组成，B错误；GTP脱去
两个磷酸基团后可以作为合成RNA的原料之一，D错误。
7．磷酸肌酸(C～P)是一种存在于肌肉和其他兴奋性组织(如脑和神经)中的高能磷酸化合物，
它和ATP在一定条件下可以相互转化，细胞在急需供能时，在酶的催化下，磷酸肌酸的磷
酸基团转移到ADP分子上，余下部分为肌酸(C)，这样可以在短时间内维持细胞中ATP含量
的相对稳定。下列叙述错误的是( )
A．肌肉收缩时，ATP的含量保持相对稳定
B．磷酸肌酸可作为能量的存储形式，但不能直接为肌肉细胞供能
C．剧烈运动时，肌肉细胞中磷酸肌酸与肌酸含量的比值会有所升高
D．细胞中的磷酸肌酸对于维持ATP含量的相对稳定具有重要作用
答案 C
解析 剧烈运动时，消耗ATP加快，ADP转化为ATP的速率也加快，磷酸肌酸的磷酸基团
转移到ADP分子上，产生肌酸，导致磷酸肌酸与肌酸含量的比值会有所下降，C错误。
8.ATP作为细胞中的直接能源物质为细胞生命活动提供能量。科学家利用提纯的大豆磷脂、
某种细菌膜蛋白(Ⅰ)和牛细胞中的ATP合成酶(Ⅱ)构建了ATP体外合成体系，如图所示。下
列说法正确的是( )
A．物质a水解后的产物可作为合成DNA分子的原料之一
B．体系Ⅰ模拟的跨膜运输方式为协助扩散
C．体系Ⅱ中H＋的跨膜运输释放能量
D．由图可知，囊泡内pH高于囊泡外
答案 C
解析 据题图分析可知，物质a为ATP，水解后的产物可作为合成RNA分子的原料之一，
A错误；体系Ⅰ中H＋进入囊泡通过膜蛋白(Ⅰ)，且需要光，模拟的跨膜运输方式应为主动
运输，B错误；H＋进入囊泡需要光能，H＋通过ATP合成酶(Ⅱ)出囊泡合成ATP，说明H＋进
入囊泡为逆浓度梯度运输，故囊泡内pH低于囊泡外，D错误。
9．蛋白质磷酸化反应是指ATP末端的磷酸转移到底物蛋白质的特定氨基上所进行的化学反
应。磷酸化的蛋白质活性改变后做功，从而参与细胞代谢，如图所示。下列说法错误的是(
)A．ATP末端磷酸基团脱落时伴随能量的转移
B．磷酸化的蛋白质活性改变但并未变性
C．ATP推动的细胞做功过程属于吸能反应
D．蛋白质的磷酸化过程伴随ATP的水解，水解产物参与RNA的合成
答案 D
解析 由题图可知，蛋白质的磷酸化过程伴随ATP的水解，形成的产物之一是ADP，ADP
还需要再脱掉一个磷酸基团才能参与RNA的合成，D错误。
10．ATP生物荧光检测仪广泛应用于物品表面清洁度测评。原理是利用荧光素酶测定环境物
体表面ATP的含量，再通过检测仪上的荧光强度反映环境中微生物的数量。下列说法错误
的是( )
A．萤火虫发光的原理是荧光素接受ATP提供的能量被激活被氧化而发光
B．荧光素的激活属于吸能反应过程，与ATP水解相关联
C．ATP生物荧光检测仪的发光值大，反映出微生物菌体储存大量ATP
D．ATP生物荧光检测仪的发光值与物体表面的污染程度呈正相关
答案 C
解析 ATP生物荧光检测仪的发光值大，反映出微生物数量多，C错误。
11．蛋白激酶A(PKA)由两个调节亚基和两个催化亚基组成，其活性受 cAMP(经腺苷酸环化
酶催化ATP环化形成)调节，如图所示。活化的PKA催化亚基能将ATP上的磷酸基团转移
到特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上进行磷酸化，改变这些蛋白质的活性。下列有关说法
错误的是( )
A．调节亚基具有结合cAMP的结构域，催化亚基包含活性位点
B．蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上进行磷酸化的过程伴随着ATP的水解
C．ATP不仅是生物的直接供能物质，还是合成cAMP、DNA等物质的原料
D．cAMP与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基分离，释放出高活性的催化亚基
答案 C解析 腺苷酸环化酶催化ATP环化形成cAMP，故ATP不仅是生物的直接供能物质，还是
合成cAMP的原料，但ATP水解后形成的AMP(腺嘌呤核糖核苷酸)是合成RNA的原料之一，
C错误。
12．双脱氧核苷三磷酸(ddNTP)属于非天然核苷酸，ddNTP与脱氧核苷三磷酸(dNTP)的结构
如图所示。根据所学知识，判断下列选项不正确的是( )
A．若X表示OH，该结构代表的物质dNTP脱去两个磷酸基团后可作为体内DNA分子复制
的原料之一
B．若将ddNTP加到正在复制的DNA反应体系中，ddNTP结合到子链后，子链的延伸会立
即终止
C．ddNTP、dNTP以及磷脂分子的元素组成都是C、H、O、N、P
D．若X表示OH，碱基为A时，该物质可为细胞的生命活动直接提供能量
答案 D
解析 dNTP脱去两个磷酸基团后，变成脱氧核苷酸，可作为体内DNA分子复制的原料之
一，A正确；若将ddNTP加到正在复制的DNA反应体系中，ddNTP结合到子链后，因为没
有3′的羟基，不能同后续的脱氧核苷酸形成磷酸二酯键，因此，DNA链不能继续延伸，B
正确；若X和2′处均为OH，碱基为A时，该物质为ATP，可为细胞的生命活动直接提供
能量，D错误。
13．(2024·咸阳高三期中)某动物驱动蛋白能沿细胞骨架定向“行走”，并且能将“货物”转
运到指定位置，“货物”结合在驱动蛋白的“尾部”，驱动蛋白通过“头部”与ATP结合
并催化ATP水解，为“行走”供能，该过程如图所示。下列相关叙述正确的是( )
A．驱动蛋白对ATP水解、“货物”转运都有催化功能
B．驱动蛋白能催化ATP水解是因为它能提供活化能
C．为驱动蛋白“行走”过程供能的ATP来自细胞呼吸
D．代谢旺盛的细胞中，ATP的水解速率远大于合成速率
答案 C
解析 驱动蛋白通过“头部”结合和水解ATP，将“尾部”结合的“货物”转运到指定位置，
因此驱动蛋白既能转运“货物”又能催化ATP水解供能，A错误；驱动蛋白能催化ATP水
解是因为它能降低化学反应的活化能，B错误；细胞代谢旺盛时，ATP的水解速率和ATP的合成速率都升高，但两者处于动态平衡状态，D错误。
14．ATP注射液主要用于脑出血后遗症、心功能不全、进行性肌萎缩等的辅助治疗。研究发
现，ATP可以作为兴奋性神经递质与血管、内脏平滑肌细胞及神经细胞上的 P2X受体结合。
与自身合成的ATP相比，注射浓度远低于细胞内，几乎不能进入细胞。下列叙述正确的是(
)
A．1个ATP分子中含有1分子核糖、1分子腺苷和3分子磷酸基团
B．注射的ATP作为辅助治疗药物主要是利用了其信号分子的作用
C．肝细胞中的ATP主要通过有氧呼吸第三阶段在线粒体基质产生
D．注射的ATP与P2X受体结合，提供能量和信息后，可能被降解
答案 B
解析 1个ATP分子中含有1分子核糖，1分子腺嘌呤和3分子磷酸基团，A错误；研究发
现ATP可以作为兴奋性神经递质与血管、内脏平滑肌细胞及神经细胞上的 P2X受体结合，
所以注射的ATP作为辅助治疗药物主要是利用了其信号分子的作用，B正确；肝细胞中的
ATP主要通过有氧呼吸第三阶段在线粒体内膜产生，C错误；由题意可知，注射的ATP几
乎不能进入细胞，因此不能提供能量，D错误。
