版高中生物第三章细胞的代谢第一节细胞与能量学案浙科版必修1.docx
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版高中生物第三章细胞的代谢第一节细胞与能量学案浙科版必修1
第一节 细胞与能量
知识内容
学考要求
选考要求
细胞内的吸能反应和放能反应
a
a
ATP的化学组成和特点
a
a
ATP在能量代谢中的作用
b
b
学习导航
（1）举例说出吸能反应和放能反应。
（2）了解其结构特点。
（3）结合ATP—ADP循环示意图，理解ATP是细胞中能量通货的含义。
方式一 “银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。
天阶夜色凉如水，卧看牵牛织女星。
”让我们重温唐代诗人杜牧这首情景交融的诗作《秋夕》。
可是大家是否想过：
（1）萤火虫为什么要发光？
（吸引异性来交尾）；
（2）萤火虫的发光需要能量吗？
（需要）；（3）我们知道，糖类、油脂和蛋白质都贮存着能量，这些物质能为萤火虫发光直接提供能量吗？
（不能）。
研究表明能为萤火虫发光直接提供能量的是ATP，这节课我们就来了解ATP。
方式二 纯净的ATP是一种白色粉末，能溶于水，ATP片剂可以口服，注射液可静脉注射或肌肉注射，主要用于辅助治疗肌肉萎缩、脑溢血后遗症、心肌炎等疾病。
这节课我们就来了解ATP的有关知识。
一、吸能、放能反应和ATP的结构
1．能量的转化
（1）化学能：
活细胞中的各种分子，由于其中原子的排列而具有势能，是细胞内最主要的能量形式。
（2）能量的转换：
细胞中的“燃料分子”（如葡萄糖）被氧化时释放的化学能，用于各种生命活动。
（3）能量守恒定律：
能量只能从一种形式转变为另一种形式，既不会被消灭，也不能被创造。
生物体内或细胞中发生的只是各种能量形式的相互转变。
2．吸能反应和放能反应
（1）吸能反应
①概念：
产物分子中的势能比反应物分子中的势能高的反应。
②举例：
如光合作用、氨基酸合成蛋白质的反应等。
（2）放能反应
①概念：
产物分子中的势能比反应物分子中的势能低的反应。
②举例：
细胞呼吸等。
（3）吸能反应与放能反应的联系
①吸能反应常利用放能反应所产生的能量。
②ATP是细胞中放能反应和吸能反应的纽带。
3．ATP的结构
（1）中文名称：
腺苷三磷酸。
（2）结构简式及符号含义
a：
腺嘌呤；b：
核糖；c：
磷酸基团；d：
高能磷酸键。
（3）结构特点
①ATP是细胞内普遍存在的高能磷酸化合物，含有两个高能磷酸键。
②ATP化学性质不稳定。
连接两个磷酸基团之间的高能磷酸键不稳定，
③易水解，高能磷酸键释放的能量比连接在糖分子上的普通磷酸键要多。
归纳总结
1．ATP的组成元素为C、H、O、N、P；含有3个磷酸基团，2个高能磷酸键；ATP彻底水解会得到腺嘌呤、核糖和磷酸；ATP去掉两个磷酸基团后形成的结构就是腺嘌呤核糖核苷酸，是构成RNA的基本单位之一。
2．ATP是直接能源物质的验证
用小刀将数只萤火虫的发光器割下，使其干燥后研成粉末。
取两支试管，分别标上A、B，各加入2mL水和等量的萤火虫发光器研磨粉末，结果发现两支试管中均有短时间的黄色荧光出现。
一段时间后黄色荧光消失，再分别进行处理后出现的结果如图：
（1）加入葡萄糖的试管A不发出黄色荧光说明葡萄糖不是直接供能物质。
（2）加入ATP溶液的试管B能持续发光，说明ATP是直接供能物质。
例1 （2017·嘉兴月考）下列关于细胞内能量的有关说法，错误的是（ ）
A．在细胞内，通常一个吸能反应要伴随着一个放能反应
B．细胞中的放能反应一般与ATP的水解相联系
C．植物细胞内最重要的吸能反应是光合作用，最重要的放能反应是糖的氧化
D．能量只能从一种形式变为另一种形式，不会被消失，也不会被创造
答案 B
解析 细胞中的放能反应一般与ATP的合成相联系，B错误。
思维启迪 ATP与光合作用及细胞呼吸的关系
（1）与光合作用的关系
（2）与细胞呼吸的关系
例2 如图表示ATP的结构，下列相关说法正确的是（ ）
A．b键断裂后形成ADP和Pi
B．图中的3表示ATP中的字母A
C．由1、2、3各一分子形成的物质是组成DNA的基本单位之一
D．a键断裂释放的能量可以直接用于生命活动
答案 D
解析 a键断裂后形成ADP和Pi，A项错误；ATP中的字母A表示腺苷，图中的3表示腺嘌呤，B项错误；由1、2、3各一分子形成的是腺嘌呤核糖核苷酸，它是组成RNA的基本单位之一，C项错误；ATP是生命活动所需能量的直接来源，a键断裂所释放的能量可以直接用于生命活动，D项正确。
二、ATP—ADP循环
1．ATP—ADP循环的过程
2．ATP—ADP循环与吸能反应、放能反应的关系
（1）原理
将ATP水解这一放能反应所释放的能量用于另一吸能反应。
（2）举例
在肌肉收缩过程中，ATP先使肌肉中的能量增加，改变形状，这是吸能反应。
然后肌肉做功，失去能量，恢复原状，这是放能反应。
3．意义：
ATP是细胞中普遍使用的能量载体，又称为“能量通货”。
归纳总结
1．ATP与ADP的相互转化
（1）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。
（2）ATP在生物体内含量很低，但是ATP与ADP在细胞内的转化十分迅速，从而使细胞内ATP的含量总是处于动态平衡中。
（3）ATP与ADP间的相互转化过程不可逆
反应式
ATP
ADP＋Pi＋能量
能量＋Pi＋ADP
ATP
类型
水解反应
合成反应
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——与吸能反应相联系
储能——与放能反应相联系
能量来源
高能磷酸键
有机物和光能
能量去向
用于各项生命活动
储存于ATP中
综上所述，ATP和ADP相互转化的过程应判断为“物质是可逆的，能量是不可逆的”或解释为“物质是可以循环利用的，能量是不能循环的”。
2．生物体中与能量有关的物质
（1）直接能源物质——ATP。
（2）主要的能源物质——糖类。
（3）主要的贮能物质——油脂。
（4）植物特有的贮能物质——淀粉。
（5）动物特有的贮能物质——糖元。
（6）最终能量来源——太阳能。
例3 对“
”的叙述中，正确的是（ ）
A．①过程和②过程所需的酶是一样的
B．①过程的能量供各项生命活动利用，②过程的能量来自糖类等有机物的氧化分解
C．①过程和②过程时刻发生，处于动态平衡之中
D．ATP中的能量可来源于光能、热能，也可以转化为光能、热能
答案 C
解析 ①过程为水解酶催化的水解反应，释放的能量可供各项生命活动利用，②过程为合成酶催化的合成反应，能量来源于细胞呼吸中糖类等有机物的氧化分解，在绿色植物中还可来源于光合作用吸收并转化的光能，故A、B项错误；生物体内ATP的水解与合成时刻发生，处于动态平衡之中，C项正确；ATP中的活跃化学能可来源于光能，但不能来源于热能，ATP中的活跃化学能可以转变为光能、热能、机械能、电能等多种形式的能量，D项错误。
例4 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________（用图中字母和箭头表示）过程有关。
答案
（1）ATP ADP
（2）光能或有机物氧化分解释放的能量 ATP中高能磷酸键断裂释放出的能量
（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，通过分析示意图可判断出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，其末端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。
1．（2017·绍兴诸暨中学高一期中）ATP是细胞中重要的高能磷酸化合物。
下列有关叙述错误的是（ ）
A．ATP中的A由腺嘌呤和核糖组成
B．ATP中含有3个高能磷酸键
C．ATP水解所释放的能量可用于肌肉收缩
D．ATP在细胞中易于再生，是细胞中普遍使用的能量载体
答案 B
解析 ATP中的A由腺嘌呤和核糖组成，A正确；ATP中含有2个高能磷酸键，B错误；ATP水解所释放的能量可用于肌肉收缩，C正确；ATP在细胞中易于再生，是细胞中普遍使用的能量载体，D正确。
2．下列反应中，不属于放能反应的是（ ）
A．二氧化碳和水合成葡萄糖
B．氨基酸分解成二氧化碳、水和尿素
C．糖分解为二氧化碳和水
D．ATP水解为ADP和Pi
答案 A
解析 二氧化碳和水通过化能合成反应或光合作用合成葡萄糖，这两过程分别需要吸收化学能或光能，A正确；氨基酸分解成二氧化碳、水和尿素，属于放能反应，B错误；细胞呼吸的本质是分解有机物，释放能量，属于放能反应，C错误；ATP的水解释放能量，属于放能反应，D错误。
3．ATP中大量化学能贮存在（ ）
A．腺苷内
B．磷酸基团内
C．腺苷和磷酸基团连接键内
D．高能磷酸键内
答案 D
解析 ATP是高能磷酸化合物，它的结构简式是A—P～P～P，其中腺苷与磷酸基团之间的结合键（—）不是高能磷酸键，另有两个高能磷酸键（～）；高能磷酸键内含有较高的能量，ATP分子中的大量化学能就贮存在高能磷酸键内。
4．海洋中的鮟鱇鱼有发光现象，其光能由（ ）
A．电能转变而来
B．ATP转化成ADP时释放的化学能转变而来
C．热能转变而来
D．有机物进行氧化分解释放的机械能转变而来
答案 B
解析 生物各项生命活动所需要的直接能源来自于ATP的水解释放。
5．（2018·绍兴月考）如图是有关ADP转化成ATP时所需能量的主要来源示意图，据图回答下列问题：
（1）1分子ATP中含有________个高能磷酸键。
（2）图中的a、b代表的生理过程分别是________、________。
（3）若动物和人产生的能量可以用于c，则c指________。
（4）在动物肌细胞中，进行②反应时，释放的能量来自_________________________________
________________________________________________________________________。
（5）①②反应进行时所需要的酶________（填“相同”或“不同”），原因是_________________
________________________________________________________________________。
（6）进行①反应时能量用于________，进行②反应时能量用于____________，由此可见在ATP与ADP的相互转化中能量是________，物质是________。
答案
（1）2
（2）细胞呼吸 光合作用 （3）生命活动 （4）远离腺苷的高能磷酸键中的化学能 （5）不同 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）每个ATP分子中三个磷酸基团之间形成了2个高能磷酸键。
（2）图中a表示动植物都能进行的产能过程即细胞呼吸，绿色植物还能通过光合作用产能，所以b为光合作用。
（3）c是指ATP水解产生的能量，它用于各项生命活动。
（4）动物肌细胞中，②过程产生的能量来自于ATP中远离腺苷的高能磷酸键的断裂。
（5）反应①②中酶是不同的，因为是两个不同的反应且酶具专一性，而且其作用的场所不同。
（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，能量是不可逆的。
[基础达标]
1．下列物质作为细胞中“能量通货”的是（ ）
A．ATPB．DNA
C．油脂D．蛋白质
答案 A
解析 ATP在细胞内的含量不高，能快速的合成和分解，属于细胞中的“能量通货”，A正确；油脂属于重要的贮能物质，DNA是细胞内的遗传物质，蛋白质是生命活动的物质承担者，B、C、D错误。
2．下列对ATP的叙述中，错误的是（ ）
A．远离A的高能磷酸键容易水解
B．只在光合作用中产生
C．ATP和ADP可以相互转化
D．生命活动的直接供能物质
答案 B
解析 ATP分子中，远离腺苷的高能磷酸键易水解断裂，释放出能量；ATP与ADP快速相互转化，为细胞提供了稳定的供能环境；ATP是生物生命活动的直接能源物质；ATP在细胞呼吸和光合作用过程中都能合成。
3．（2018·温州测试）下列关于ATP的叙述中，正确的是（ ）
A．细胞内所有代谢活动都需要ATP参与
B．放能反应释放的能量都可用于ATP的再生
C．ATP水解时释放2个磷酸基团生成ADP
D．ATP－ADP循环可以持续为细胞提供能量
答案 D
解析 ATP是细胞中绝大多数生命活动的直接能源物质；放能反应释放的能量大多以热能的形式散失，少部分用于ATP的再生；ATP水解时释放1个磷酸基团生成ADP。
4．（2017·绍兴高一期中）2016年3月19日世界室内田径锦标赛男子60米短跑项目在美国波特兰举行，作为中国选手苏炳添的优势项目，男子60米使他再次创造黄种人历史。
下列四项中，哪项能正确表示比赛时其肌细胞中ATP的变化（纵轴表示细胞中的ATP含量，横轴表示时间）（ ）
答案 B
解析 比赛时首先要消耗ATP，但体内ATP含量很少，其能量供应有限，所以有减少趋势，利用后可由ADP迅速转化，随着ATP的再生，其含量又会进一步增加，故变化趋势为先降低，后升高，B正确。
5．以下属于放能反应的是（ ）
A．光合作用B．肌细胞中糖元的合成
C．细胞呼吸D．氨基酸合成蛋白质
答案 C
解析 氨基酸合成蛋白质、光合作用、肌细胞中糖元的合成都属于吸能反应。
6．如图表示的是ATP和ADP之间的转化图，可以确定的是（ ）
A．a为ADP，b为ATP
B．能量1和能量2来源相同
C．酶1和酶2是同一种酶
D．X1和X2是同一种物质
答案 D
解析 由图中能量的方向可以看出，a为ATP，b为ADP；能量1来自ATP中高能磷酸键的水解所释放的化学能，能量2在动物体内来自有机物氧化分解释放的化学能，在植物体内除来自有机物氧化分解所释放的化学能外，还可来自光能；酶1和酶2分别是水解酶和合成酶；X1和X2是同一种物质Pi。
[能力提升]
7．在细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子，短时间内分离出细胞的ATP，发现其含量变化不大，但部分ATP的末端P已带上放射性标记，该现象不能够说明（ ）
A．此过程中既有ATP合成又有ATP分解
B．被32P标记的ATP是重新合成的
C．ATP是细胞内的直接能源物质
D．ATP中远离腺苷的磷酸基团易脱离
答案 C
解析 培养液中加入32P标记的磷酸，短时间内可分离出带有32P的ATP，表明该细胞中已利用了32P标记的磷酸，合成了新的ATP；ATP的含量变化不大，所以此过程应伴随ATP的分解；由部分ATP的末端P已带上放射性标记可知，ATP中远离腺苷的磷酸基团易脱离。
8．当条件适宜时，20个腺苷和60个磷酸基团最多可以组成的ATP和ATP分子中所含的高能磷酸键的个数分别是（ ）
A．20个，30个B．20个，40个
C．40个，40个D．40个，60个
答案 B
解析 一个ATP分子中含有1个腺苷、3个磷酸基团、2个高能磷酸键。
所以最多可形成20个ATP分子，共含有40个高能磷酸键。
9．（2017·优等生考试）如图为细胞中ATP及其相关物质和能量的转化示意图（M表示酶，Q表示能量），下列叙述正确的是（ ）
A．Q1可以来源于光能，Q2不能转化为光能，M1和M2不是同一种酶
B．吸能反应伴随着甲的形成，能量由Q2提供
C．物质乙由腺嘌呤和核糖组成，是构成RNA的基本单位之一
D．葡萄糖与果糖生成蔗糖的过程中，细胞中物质甲的量减少
答案 B
解析 Q1可以来源于光能，Q2可以转化为光能，酶具有专一性，M1和M2不是同一种酶，A错误；吸能反应伴随着ATP的水解，故伴随着甲（ADP）的形成，能量由Q2提供，B正确；物质乙是腺嘌呤核糖核苷酸，由腺嘌呤、核糖和磷酸组成，是构成RNA的基本单位之一，C错误；葡萄糖与果糖生成蔗糖的过程中消耗能量，故细胞中物质甲的量增多，D错误。
10．如图为ATP的结构和ATP与ADP相互转化的关系式。
下列说法不正确的是（ ）
A．图1中的A代表的是腺嘌呤，b、c为高能磷酸键
B．图2中反应向右进行时，图1中的c键断裂并释放能量
C．吸能反应与ATP合成相联系，放能反应与ATP水解相联系
D．酶1、酶2是不一样的酶，但它们的合成场所都是核糖体
答案 C
解析 吸能反应与ATP水解相联系，放能反应与ATP合成相联系。
11．下列关于细胞内各种能量的转化关系的叙述，正确的一项为（ ）
A．细胞内各种分子中的化学能可直接用于各项生命活动
B．ATP水解释放的能量可直接用于各项生命活动
C．通过细胞呼吸产生的能量可直接用于各项生命活动
D．细胞内各种分子的化学能只能转化为化学能
答案 B
解析 细胞内的主要能量形式是细胞内各种分子的化学能，但是各种分子所含有的化学能不能直接用于各项生命活动，必须通过ATP—ADP循环才可被细胞用来进行各项生命活动，ATP是细胞中的“能量通货”，所以A、C两项错误；细胞内的各种分子所具有的化学能通过放能反应，有一部分可转化为热能，不仅仅是转化为各种化学能，故D项错误。
12．下图是腺苷三磷酸的分子结构。
请据图回答下列问题：
（1）每1分子的ATP是由________________________________组成的。
（2）ATP中的A表示________。
（3）图中方框中的物质名称是________。
（4）ATP的分子结构简式可以写成________________。
（5）把萤火虫的尾部组织取下，过一段时间荧光就消失了。
如果滴一滴ATP溶液，荧光将恢复，这说明萤火虫发出荧光所需能量是____________转化的，可以用反应式______________表示。
（6）当人体处于寒冷环境中时，骨骼肌会出现不自主地战栗，这时大量消耗的直接能源物质是（ ）
A．ATPB．肌糖元C．磷酸D．葡萄糖
答案
（1）1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸基团
（2）腺苷 （3）腺苷 （4）A—P～P～P （5）ATP中的化学能 ATP
ADP＋Pi＋能量 （6）A
解析 ATP中的A是由腺嘌呤和核糖构成的腺苷，即图中方框所示。
ATP是生物体生命活动的直接能源物质，萤火虫发出的荧光以及肌肉收缩所需能量直接由ATP提供。
13．在生物体内能量的转换和传递中，ATP是一种关键的物质，其分子结构式如下图：
（1）1个ATP含有________个高能磷酸键。
（2）ATP之所以称为“能量通货”，主要是因为ATP是（ ）
A．主要的能源物质B．高能化合物
C．直接能源物质D．能量贮备物质
（3）人的骨骼肌细胞中ATP含量仅能满足剧烈运动时三秒钟以内的能量供给。
某运动员参加短跑比赛过程中，骨骼肌细胞中ATP的相对含量随时间的变化如下图所示，请据图回答：
①a→b的变化过程说明ATP被水解，此过程释放的能量用于____________________________
________________________________________________________________________。
②b→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。
③从整条曲线来看，骨骼肌细胞中ATP的含量不会降为零，说明_________________________
________________________________________________________________________。
答案
（1）2
（2）C （3）①肌肉收缩等生命活动
②细胞呼吸 能量 ③ATP的水解和生成是同时进行的
解析 ATP水解释放的能量可以用于各项生命活动，是一切生命活动所需能量的直接来源。
对于人体来说，ATP的产生主要是通过细胞呼吸来实现的，细胞呼吸的强弱直接影响ATP的产生量。
生物体所有细胞中ATP的消耗与产生是同时进行的，保持着动态平衡。
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