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第08 讲 酶和ATP（第二课时）
目录
01 考情透视·目标导航..................................................................................................................................1
02 知识导图·思维领航..................................................................................................................................2
03 考点突破·考法探究..................................................................................................................................3
考点一 ATP 的结构和功能...........................................................................................................................3
知识点1 ATP 的结构..................................................................................................................................3
知识点2 ATP 的功能..................................................................................................................................4
考向1 结合ATP 的结构和功能，考查结构与功能观...............................................................................5
考点二 ATP 与ADP 可以相互转化及ATP 的利用..................................................................................6
知识点1 ATP 与ADP 可以相互转化........................................................................................................6
知识点2 细胞内产生与消耗ATP 的生理过程（常考点）....................................................................8
知识点3 ATP 的供能机制..........................................................................................................................8
知识点4 构建ATP 产生量与O2 供给量曲线模型..................................................................................9
考向1 围绕ATP 的转化和利用，考查物质与能量观..........................................................................10
04 真题练习·命题洞见................................................................................................................................11
05 长句分析·规范作答................................................................................................................................13
一、教材知识链接...............................................................................................................................................13
二、教材深挖拓展...............................................................................................................................................13
三、长句规范作答...............................................................................................................................................13
考点
由高考知核心知识点
预测
细胞的能量
“货币”ATP
考点一：ATP 的结构和功能
（3 年12 考，全国卷3 年0
考）
（2022·浙江）ATP 的结构
（2021·海南）ATP 的结构
（2023·天津）ATP 的功能
（2022·江苏）ATP 的功能
（2021·北京）ATP 的功能
（2021·湖南）ATP 的功能
题型：选择题
内容：
（1）本专题知识难度较低、基础
性强。常结合物质出入细胞的方
式、光合作用和呼吸作用综合等
考查
考点二：ATP 与ADP 可以相
互转化及ATP 的利用
（3 年6 考，全国卷3 年0
考）
（2022·浙江）吸能反应与
放能反应
（2021·北京）ATP 与ADP
的相互转化
（2021·海南）ATP 与ADP
的相互转化
课标要求
1.解释ATP 是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
新旧教材对比
增：①ATP 供能机制及实例；②“～”特殊化学键不稳定的原因；③吸能反应与放能反应的实
1
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例。
改：①ATP 中文名称，“～”代表特殊的化学键，不再说高能磷酸键；②能量“通货”改为能
量“货币”。
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考点一 ATP 的结构和功能
知识点1 ATP 的结构
1.ATP 是一种高能磷酸化合物
（1）ATP 的中文名称 腺苷三磷酸（ATP)。
（2）ATP 的组成元素：C、H、O、N、P。
（3）ATP 结构简式：A—P～P～P。
（4）A、T、P、～的含义：其中“A”表示腺苷，“T”表示三，“P”表示磷酸基团，“～”代表一种特
殊的化学键(这种特殊的化学键不稳定)。
【归纳总结】辨析下列物质结构中“A”的含义
（5）ATP 为什么不稳定：～代表特殊的化学键，两个相邻磷酸都带负电相互排斥等原因，使得这种化学
键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP 与其他分子结合的趋势，具有较高的转移势能。
（6）ATP 是高能磷酸化合物的原因是：1molATP 水解释放的能量高达30.54kJ，所以说ATP 是一种高能磷
酸化合物。
2.ATP 是驱动细胞生命活动的直接能源物质
3
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问题1：如何设计实验探究ATP 是驱动细胞生命活动的直接能源物质？
【拓展延伸】探究生命活动的直接能源物质是ATP
（1）实验材料：萤火虫发光器干燥后研成粉末，蒸馏水，葡萄糖，脂肪，ATP 制剂等。
（2）实验原理：
（3）实验变量：
①自变量：添加的物质（葡萄糖/脂肪/？）
②因变量：是否发光
③无关变量：温度等
（4）实验过程：发光器粉末加入试管暗处理15 分钟→ 加试剂→黑暗条件下观察
（5）实验结论：ATP 是驱动细胞活动的直接能源物质。
知识点2 ATP 的功能
1.ATP 的功能
问题2：ATP 是唯一的直接能源物质吗？
【拓展延伸】NTP 与dNTP
4
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注意：NTP 与dNTP 均是高能磷酸化合物，可用作 RNA 或 DNA 的合成原料，合成过程中会脱去两个
磷酸基团，并释放出大量的能量。
2.应用：ATP 荧光检测仪
ATP 荧光检测仪基于萤火虫发光原理(P89)，利用“荧光素酶—荧光素体系”快速检测三磷酸腺苷
（ATP）。由于所有生物活细胞中含有恒量的ATP，所以ATP 含量可以清晰地表明样品中(食品、药品、水
体等)微生物与其他生物残余的多少，用于判断卫生状况。
荧光强度越强→ATP 含量越多→微生物数量越多
考向1 结合ATP 的结构和功能，考查结构与功能观
例1．如图是ATP 的结构简式，图中①②表示一种特殊的化学键。下列相关叙述错误的是( )
A.②断裂后的产物可直接与Pi 结合形成ATP
B.①断裂后的产物可作为合成RNA 的原料
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C.细胞中的高能磷酸化合物不止ATP 一种
D.ATP 和ADP 相互转化的能量供应机制体现了生物界的统一性
【变式训练】1.生物体内的高能磷酸化合物有多种，它们在人体合成代谢中有一定差异，如表所示。下列
相关叙述最为准确的是( )
高能磷酸化合物
ATP
GTP
UTP
CTP
主要用途
能量“货
币”
蛋白质合成
糖原合成
脂肪和磷脂的合成
A.GTP 脱去两个磷酸基团是DNA 的合成的原料之一
B.UTP 除了用于糖原合成，还可作为转录的原料
C.无光情况下，叶肉细胞内合成ATP 的场所是线粒体
D.在糖原、脂肪和磷脂的合成过程中，消耗的能量均不能来自ATP
【变式训练】2.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
【变式训练】3.下列关于ATP 分子的叙述，正确的是( )
A．A 表示腺嘌呤，P 表示磷酸基团
B．ATP 分子中含有C、H、O、N、P 五种元素
C．1 mol ATP 水解，释放出30.54 kJ 的能量来自两个特殊化学键的断裂
D．T 表示胸腺嘧啶，因而ATP 的结构与核苷酸很相似
考点二 ATP 与ADP 可以相互转化及ATP 的利用
知识点1 ATP 与ADP 可以相互转化
1.ATP 的水解：需要水解酶的参与。
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2.ATP 的合成：需要ATP 合成酶的参与。
注意：不是可逆反应，物质可逆，但所需的酶、场所、能量的来源是不同的。
3.放能反应与吸能反应：
（1）吸能反应总是与___ATP
的水解
__相联系，由ATP 水解提供能量；
放能反应总是与___ATP
的合成
__相联系，释放的能量贮存在ATP 中。
（2）能量通过ATP 分子在吸能反应和放能反应之间流通。
糖类、脂肪等有机物储存有大量的能量，但不能被直接利用→（释放储存）ATP 储存的能量相对较少，但
能被直接利用。
结论：ATP 是细胞的能量“货币”。
【教材隐性知识】
(1)源于必修1 P87“图5－4”：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 P89“拓展应用”：在植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都是以ATP 作为能量“货币”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。
【归纳总结】ATP 与ADP 可以相互转化相关知识
（1）ATP 与ADP 相互转化不可逆：ATP 与ADP 的相互转化，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。
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（3）ATP 转化为ADP 消耗水：ATP 转化为ADP 又称为“ATP 的水解反应”，这一过程需ATP 水解酶的催化，
同时也需要消耗水。蛋白质、脂肪、淀粉等的水解也都需要消耗水。
（4）ATP 并不是细胞内唯一的高能化合物，高能化合物在生物体内有很多种，如存在于各种生物体细胞内
的UTP、GTP、CTP 及动物体内的磷酸肌酸。
（5）细胞中ATP 和ADP 的相互转化的能量供应机制，是生物界的共性。
知识点2 细胞内产生与消耗ATP 的生理过程（常考点）
【归纳总结】总结细胞内产生与消耗ATP 的生理过程
转化场所
常见的生理过程
细胞膜
消耗ATP：主动运输、胞吞、胞吐
细胞质基质
产生ATP：细胞呼吸第一阶段；
消耗ATP：一些需能反应
叶绿体
产生ATP：光反应；
消耗ATP：暗反应和自身DNA 复制、转录和蛋白质合成等
线粒体
产生ATP：有氧呼吸第二、三阶段；
消耗ATP：自身DNA 复制、转录，蛋白质合成等
核糖体
消耗ATP：蛋白质的合成
细胞核
消耗ATP：DNA 复制、转录等
知识点3 ATP 的供能机制
1.ATP 为主动运输提供能量的过程
参与Ca2＋主动运输的载体蛋白是一种能催化
ATP
水解的酶
。当膜内侧的
Ca2＋与其相应位点结合时，其酶活性就被激活了。
在载体蛋白这种酶的作用下，ATP 分子的末端磷酸基团脱离下来与载体
蛋白结合，这一过程伴随着能量的转移，这就是载体蛋白的磷酸化。
载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使Ca2＋的结合位点转向膜外
侧，将Ca2＋释放到膜外。
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2.ATP 供能机制
ATP 水解释放磷酸基团→蛋白质等分子磷酸化→分子空间结构改变，活性也被改变→参与各种化学反应。
【名师点拨】ATP 分子在吸能反应和放能反应之间流通的模型图。
知识点4 构建ATP 产生量与O2 供给量曲线模型
（1）甲图：
①A 点：表示在无氧条件下，细胞可通过无氧呼吸分解有机物，产生少量ATP。
②AB 段：表示随O2供给量的增多，有氧呼吸明显增强,通过有氧呼吸分解有机物释放的能量增多，ATP 的
产生量随之增加。
③BC 段：表示O2供给量超过一定范围后，ATP 的产生量不再增加，此时的限制因素可能是酶ATP、磷酸等。
（2）乙图：可表示哺乳动物的成熟红细胞中的ATP 来自无氧呼吸与O2供给量无关。
【易错辨析】
1．ATP 是驱动细胞生命活动的唯一的直接能源物质。(必修1 P86 正文)( )
2．ATP 由腺苷、核糖和三分子磷酸组成。(必修1 P86 相关信息)( )
3．ATP 含有3 个特殊化学键，但是只有一个特殊化学键会发生断裂。(必修1 P86 正文) ( )
4．植物细胞可以通过光合作用和细胞呼吸形成ATP，而动物细胞只能通过细胞呼吸形成ATP。(必修1 P87
图55)( )
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5．ATP 水解释放的能量可用于细胞内的放能反应。(必修1 P89 正文)( )
考向1 围绕ATP 的转化和利用，考查物质与能量观
例1．蛋白质的磷酸化与去磷酸化被比喻为一种“分子开关”，分子开关的机理如图所示。下列有关分子
开关的说法，错误的是( )
A.剧烈运动过程中分子开关的频率远高于静息状态
B.“分子开关”的磷酸化与去磷酸化过程属于可逆反应
C.蛋白质的磷酸化是翻译后的修饰
D.细胞膜上存在蛋白质的磷酸化与去磷酸化
【变式训练】1.如图所示为ATP 合成酶结构及其作用机制。H＋沿着线粒体内膜上ATP 合成酶内部的通道
流回线粒体基质，推动ATP 的合成。某些减肥药物能够增加线粒体内膜对H＋的通透性，降低H＋膜内外
浓度差。下列相关叙述正确的是( )
A.ATP 合成酶还存在于叶绿体内膜和叶绿体类囊体薄膜
B.图中合成ATP 的能量来自H＋浓度差产生的势能
C.图中产生的ATP 可用于一切生命活动
D.减肥药物会加快ATP 的产生，有利于健康
【变式训练】2.如图是生物界中能量“货币”ATP 的循环示意图。下列相关叙述正确的是( )
A．图中的M 指的是腺苷，N 指的是核糖
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B．暗反应中ATP 用于固定CO2 和还原C3
C．ATP 的“充电”需要酶的催化，而“放能”不需要
D．食物为ATP“充电”指的是有机物经过氧化分解，释放能量并生成ATP
【变式训练】3.根据所消耗能量的来源不同，主动运输分为三种类型，如图a、b、c 所示，■、▲、○代
表跨膜的离子或小分子。下列相关说法错误的是( )
A．图中属于膜外侧的是P 侧
B．a 类型主动运输可能不消耗能量
C．b 类型所需ATP 可以产生于细胞质基质、线粒体
D．蓝细菌有可能存在c 类型的主动运输
1.（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
2.（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
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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
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
4.（2023·重庆·高考真题）哺乳动物可利用食物中的NAM 或NA 合成NAD+，进而转化为NADH（[H]）。
研究者以小鼠为模型，探究了哺乳动物与肠道菌群之间NAD+代谢的关系，如图所示。下列叙述错误的是
（ ）
A．静脉注射标记的NA，肠腔内会出现标记的NAM
B．静脉注射标记的NAM，细胞质基质会出现标记的NADH
C．食物中缺乏NAM 时，组织细胞仍可用NAM 合成NAD+
D．肠道中的厌氧菌合成ATP 所需的能量主要来自于NADH
5.（2023·天津·高考真题）衣原体是一类原核寄生生物，缺乏细胞呼吸相关酶，不能产生自身生命活动所需
能量，因此需从寄主吸收（ ）
一、教材知识链接
1.ATP 是腺苷三磷酸的英文名称缩写。ATP 分子的结构可以简写成A—P～P～P，其中A 代表腺苷，由一分
子的腺嘌呤和一分子核糖组成，P 代表磷酸基团，～代表一种特殊的化学键，A—P 可代表腺嘌呤核糖核苷
酸。(P86)
2.对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，产生ATP 的生理过程是呼吸作用，场所是细胞质基质和线粒体；
对于绿色植物来说，产生ATP 的生理作用是呼吸作用和光合作用，场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体。
(P87)
3.ATP 在细胞中含量少，转化迅速，含量处于动态平衡。(P87)
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4.细胞内的化学反应有些是需要吸收能量的，有些是释放能量的。吸能反应一般与ATP 水解的反应相联系，
由ATP 水解提供能量；放能反应一般与ATP
合成
相联系，释放的能量储存在ATP 中。(P89)
二、教材深挖拓展
1.(教材必修1 P89)如果把糖类和脂肪比作大额支票，ATP 相当于现金，这种比喻有道理的原因是:
2. (教材必修1 P89“文字信息”)萤火虫尾部的发光细胞中含有
荧光素和荧光素酶
，其中荧光素是其
特有的发光物质。荧光素接受
ATP
提供的能量后就被激活。在荧光素酶的催化作用下，激活的荧光素
与氧发生化学反应，形成氧化荧光素并且发出荧光，此过程发生的能量转换为
ATP
中的化学能转变为光
能
。
三、长句规范作答
1.(科学思维)ATP 中含有3 个磷酸基团，磷酸基团带有负电荷。请从电荷间的相互作用角度解释ATP 分子
中远离腺苷的那个特殊化学键容易水解的原因。
2．(科学思维)植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都以ATP 作为能量“通货”，这说明了什么？
3.（科学探究）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ATP 转化为ADP，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：
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