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一、ATP的分子结构
例1 下列关于ATP的叙述中，正确的是（ ）
A．ATP分子中所有化学键都储存着大量的能量，所以被称为高能磷酸化合物
B．三磷酸腺苷可简写为A—P—P～P
C．ATP中大量的能量都储存在腺苷和磷酸基团中
D．ATP中大量的能量储存在高能磷酸键中
解析 ATP（三磷酸腺苷）分子是细胞内的一种高能磷酸化合物，ATP的结构简式可表示为：A—P～P～P，其中的“A”代表腺苷（腺嘌呤核苷），“T”表示3，“P”表示磷酸基，其中P与P之间的高能磷酸键储存着大量的能量。所以ATP也称为三磷酸腺苷。“～”表示高能磷酸键，“—”表示普通磷酸键。
ATP的结构式：
[P] [腺苷][核糖][腺嘌呤] [高能磷酸键] [P] [P] [～][～]
答案 D
例2 在下列4种化合物的化学组成中，“○”中所对应的含义相同的是（ ）
[核糖][①②③④] [A-P][~P~P] [A] [A][T G C][A] [A]
A．①和② B．①和③
C．③和④ D．②和④
解析 ①代表腺嘌呤核糖核苷酸，②和④都代表腺嘌呤，③表示腺嘌呤脱氧核苷酸。ATP各组分相互关系如下：
[核糖][磷酸][腺嘌呤][腺嘌呤核苷][腺嘌呤核糖
核苷酸（AMP）][ADP][ATP] [A] [A] [A] [A] [A]
答案 D
例3 如果一个ATP脱去两个磷酸基，就变成了（ ）
A．腺嘌呤核糖核苷酸 B．ADP
C．腺嘌呤脱氧核苷酸 D．RNA
解析 从ATP的分子结构式可知，当脱去两个磷酸基后，剩下的部分是由一分子的腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸组成，称为腺嘌呤核糖核苷酸，是组成核酸的基本单位之一。
答案 A
二、ATP和ADP的相互转化
ATP与ADP的相互转化伴随着能量的释放和储存，因此与生物体的新陈代谢密切相关，可用下式表示两者的转化关系：
[ATP ADP+Pi（磷酸）+能量][酶] [酶]
例4 对转换式ATP ⇌ADP+Pi+能量的说法正确的是（ ）
A．能量是可逆的
B．物质和能量都是可逆的
C．物质是可逆的，能量不可逆
D．两者均是不可逆的
解析 ADP和Pi是合成ATP的原料，也是ATP分解的产物，故从转换式中的物质来看，整个过程是可逆的。而从能量方面来分析，ATP合成所需要的能量主要来自生物体呼吸作用所释放来的一部分能量，绿色植物还可来自叶绿体色素吸收的太阳能；而ATP分解，由高能磷酸键断裂释放出的能量用于各项生命活动，如物质吸收和合成、细胞分裂、动物肌肉收缩、化为生物电能等，这些能量最终以热能的形式耗散，生物体无法加以利用。
答案 C
例5 下列有关ATP分子特点叙述中，不正确的是（ ）
A．在细胞内含量是很少的
B．转化是十分迅速的
C．含量是稳定不变的
D．是细胞内的“能量货币”
解析 根据生命活动的需要，活细胞内时刻进行着ATP与ADP的相互转化。同时也就伴随着能量的储存与释放，可以把ATP形象地比喻成细胞内流通着的“能量货币”，生物体的生命活动才能及时得到能量供应，新陈代谢才能顺利地进行。ATP虽然在细胞内普遍存在，但数量不大，它可以通过“ADP+Pi+能量”及时得到补充。
答案 C
例6 在某细胞培养液中加入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的末端磷酸基团已带上放射性标记，该现象能够说明的是（ ）
①ATP中远离腺苷的磷酸基团容易脱离
②32P标记的ATP是新合成的
③ATP是细胞内的直接能源物质
④该过程中ATP既有合成又有分解
A．①②③④ B．①②③
C．①②④ D．②③④
解析 32P在ATP中出现，但ATP含量变化不大，说明ATP既有合成也有分解（两过程处于动态平衡）。因放射性出现在ATP的末端磷酸基团中，说明该磷酸基团容易脱离，否则就不会有放射性出现。
答案 C
根据化学中可逆反应的特点，即正逆反应都能在同一条件下进行，那么ATP与ADP间的转化合成反应是否属于真正意义上的可逆反应？
（1）从反应条件上看：ATP的分解是一种水解反应，催化该反应的酶属水解酶；而ATP的合成是一种合成反应，催化该反应的酶属合成酶。酶具有专一性，因此反应条件不同；
（2）从能量上看：ATP水解释放的能量是储存在高能磷酸键内的化学能；而合成ATP的能量主要有化学能和太阳光能。因此能量的来源是不同的；
（3）从ATP合成与分解的场所上看：ATP合成的场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体；而ATP分解的场所较多。因此其合成与分解的场所不尽相同，很显然上述反应并不是同时进行的。
综上所述，ATP和ADP的相互转化过程中，反应类型、反应所需酶以及能量的来源、去路和反应场所都不完全相同，因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应，但物质是可循环利用的。
三、ATP的利用和再生
例7 在活细胞中，ATP与ADP的转化过程永不停息地进行着，请分析图示，回答下列有关问题。
[E1][E2][Pi][Pi][ADP][ATP][A1][A2][①②]
（1）在绿色植物叶肉细胞内，与①相应的生理活动主要是在细胞内的 、 中进行的。
（2）A1和A2分别起什么作用？二者相同吗？
（3）①中能量E1的来源对植物细胞有哪些？对动物细胞来说有哪些？②中的能量E2的去向有哪些？
解析 ATP的水解和合成分别由水解酶和合成酶催化。植物叶肉细胞产生ATP的部位主要有线粒体、叶绿体。在光合作用的光反应阶段和细胞呼吸的过程中ADP转化为ATP，所需的能量分别来自色素吸收转化的光能和糖类等有机物分解释放的能量。ATP水解后，能量转化为其他各种形式的能量，用于生物的各项生命活动，主要有化学能、机械能、电能等。
答案 （1）线粒体 叶绿体
（2）A1起催化作用，催化ATP的合成，是合成酶；A2也起催化作用，催化ATP的水解，是水解酶，二者不相同。
（3）植物细胞中E1来自于色素吸收转化的光能和糖类等有机物分解释放的能量，动物细胞中E1来自于细胞呼吸中糖类等有机物分解释放的能量以及其他一些高能磷酸化合物的分解。E2的去向是转化为其他各种形式的能量，用于生物的各项生命活动，主要有化学能、机械能、电能、渗透能等。
例8 为生命活动直接提供能量的是（ ）
A．糖类等有机物的分解
B．ATP的水解
C．ADP转变为ATP的过程
D．氢和氧结合产生的能量
解析 新陈代谢需要能量的供应，这个能量并不是指储存在细胞里的能源物质糖类、脂类等，而是这些物质所储存的能量在酶的催化下氧化分解被释放出来后再用以合成ATP。
ATP主要为肌肉收缩、神经传导、生物电、合成和分泌、主动运输、胞吐和胞吞、暗反应中C3的还原等生命活动提供能量。细胞内各种形式的能量转换都是以ATP为中心环节的，即ATP中的能量可转化为多种形式的能量，包括渗透能、机械能、电能、化学能、光能、热能。
答案 B
例9 下列生理过程中，不需要消耗ATP的是（ ）
A．核糖体上合成血红蛋白
B．在肺泡表面进行气体交换
C．小肠吸收氨基酸
D．神经冲动在神经中枢传导
解析 ATP是生物体的“能量货币”，能源物质（如糖类）氧化分解所释放的能量必须转移到ATP才能被各项生命活动所利用。新物质的合成（如合成蛋白质）、许多营养物质的吸收（如小肠吸收氨基酸、神经传导等生理过程均需消耗ATP。而肺泡内的气体交换是通过自由扩散方式进行的，此过程不需要消耗ATP。
在细胞内的化学反应中，吸能反应（耗能反应）一般与ATP的水解反应相联系，由ATP水解提供能量；放能反应一般与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中。也就是说，能量通过ATP分子在吸能反应与放能反应之间循环流通。
答案 B
【练习】
1．判断对错：
（1）蓝藻细胞中的线粒体、叶绿体分别通过有氧呼吸、光合作用产生ATP（ ）
（2）小麦根尖成熟区细胞能产生ATP的结构有线粒体、细胞质基质（ ）
（3）在ATP与ADP相互转化的过程中，能量的来源都是光合作用（ ）
（4）在有氧和无氧的条件下，活细胞的细胞质基质中都能形成ATP（ ）
（5）ATP与ADP相互转化，使生物体内的各项反应能在常温常压下快速顺利地进行（ ）
2．在叶绿体中，[H]和ADP的运动方向是（ ）
A．[H]和ADP同时由类囊体的薄膜向叶绿体基质运动
B．[H]和ADP 同时由叶绿体基质向类囊体的薄膜运动
C．[H]由类囊体的薄膜向叶绿体基质运动，ADP的运动方向正好相反
D．ADP 由类囊体的薄膜向叶绿体基质运动，[H]的运动方向正好相反
3．下列关于人体内ATP的叙述中，错误的是（ ）
A．ATP有提供能量和改善患者新陈代谢状况的作用
B．在线粒体中大量产生ATP时，一定伴随着氧气的消耗
C．在生命活动旺盛的细胞中，线粒体和ATP的含量都较多
D．细胞内各种形式的能量转换都是以ATP为中心环节的
4．细胞中不存在ADP的场所包括（ ）
A．线粒体基质 B．细胞质基质
C．叶绿体外膜 D．细胞核内容物
5．下列有关植物细胞中ATP的叙述中，正确的是（ ）
A．能产生ATP的细胞器只有线粒体
B．ATP在细胞中含量很多才能满足生命活动的顺利进行
C．ATP与ADP的相互转化是可逆反应
D．远离腺苷的高能磷酸键中的能量可以来自化学能或光能
6．生物体内不产生ATP的过程是（ ）
A．光反应 B．暗反应
C．有氧呼吸 D．无氧呼吸
7．下列过程能使ADP含量增加的是（ ）
A．消化道内蛋白质的消化
B．线粒体内的[H]与O2结合
C．水在光下分解
D．细胞分裂时纺锤丝的收缩
8．光能转化成骨骼肌细胞内ATP中的能量，需经过的主要生理过程依次是（ ）
①光合作用 ②细胞呼吸 ③消化吸收 ④主动运输
A．①③④② B．①②③④
C．②①④③ D．④①③②
【参考答案】
1．（1）× （2） （3）× （4） （5）×
2．C 3．C 4．C 5．D 6．B 7．D 8．A
例1 下列关于ATP的叙述中，正确的是（ ）
A．ATP分子中所有化学键都储存着大量的能量，所以被称为高能磷酸化合物
B．三磷酸腺苷可简写为A—P—P～P
C．ATP中大量的能量都储存在腺苷和磷酸基团中
D．ATP中大量的能量储存在高能磷酸键中
解析 ATP（三磷酸腺苷）分子是细胞内的一种高能磷酸化合物，ATP的结构简式可表示为：A—P～P～P，其中的“A”代表腺苷（腺嘌呤核苷），“T”表示3，“P”表示磷酸基，其中P与P之间的高能磷酸键储存着大量的能量。所以ATP也称为三磷酸腺苷。“～”表示高能磷酸键，“—”表示普通磷酸键。
ATP的结构式：
[P] [腺苷][核糖][腺嘌呤] [高能磷酸键] [P] [P] [～][～]
答案 D
例2 在下列4种化合物的化学组成中，“○”中所对应的含义相同的是（ ）
[核糖][①②③④] [A-P][~P~P] [A] [A][T G C][A] [A]
A．①和② B．①和③
C．③和④ D．②和④
解析 ①代表腺嘌呤核糖核苷酸，②和④都代表腺嘌呤，③表示腺嘌呤脱氧核苷酸。ATP各组分相互关系如下：
[核糖][磷酸][腺嘌呤][腺嘌呤核苷][腺嘌呤核糖
核苷酸（AMP）][ADP][ATP] [A] [A] [A] [A] [A]
答案 D
例3 如果一个ATP脱去两个磷酸基，就变成了（ ）
A．腺嘌呤核糖核苷酸 B．ADP
C．腺嘌呤脱氧核苷酸 D．RNA
解析 从ATP的分子结构式可知，当脱去两个磷酸基后，剩下的部分是由一分子的腺嘌呤、一分子核糖和一分子磷酸组成，称为腺嘌呤核糖核苷酸，是组成核酸的基本单位之一。
答案 A
二、ATP和ADP的相互转化
ATP与ADP的相互转化伴随着能量的释放和储存，因此与生物体的新陈代谢密切相关，可用下式表示两者的转化关系：
[ATP ADP+Pi（磷酸）+能量][酶] [酶]
例4 对转换式ATP ⇌ADP+Pi+能量的说法正确的是（ ）
A．能量是可逆的
B．物质和能量都是可逆的
C．物质是可逆的，能量不可逆
D．两者均是不可逆的
解析 ADP和Pi是合成ATP的原料，也是ATP分解的产物，故从转换式中的物质来看，整个过程是可逆的。而从能量方面来分析，ATP合成所需要的能量主要来自生物体呼吸作用所释放来的一部分能量，绿色植物还可来自叶绿体色素吸收的太阳能；而ATP分解，由高能磷酸键断裂释放出的能量用于各项生命活动，如物质吸收和合成、细胞分裂、动物肌肉收缩、化为生物电能等，这些能量最终以热能的形式耗散，生物体无法加以利用。
答案 C
例5 下列有关ATP分子特点叙述中，不正确的是（ ）
A．在细胞内含量是很少的
B．转化是十分迅速的
C．含量是稳定不变的
D．是细胞内的“能量货币”
解析 根据生命活动的需要，活细胞内时刻进行着ATP与ADP的相互转化。同时也就伴随着能量的储存与释放，可以把ATP形象地比喻成细胞内流通着的“能量货币”，生物体的生命活动才能及时得到能量供应，新陈代谢才能顺利地进行。ATP虽然在细胞内普遍存在，但数量不大，它可以通过“ADP+Pi+能量”及时得到补充。
答案 C
例6 在某细胞培养液中加入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的末端磷酸基团已带上放射性标记，该现象能够说明的是（ ）
①ATP中远离腺苷的磷酸基团容易脱离
②32P标记的ATP是新合成的
③ATP是细胞内的直接能源物质
④该过程中ATP既有合成又有分解
A．①②③④ B．①②③
C．①②④ D．②③④
解析 32P在ATP中出现，但ATP含量变化不大，说明ATP既有合成也有分解（两过程处于动态平衡）。因放射性出现在ATP的末端磷酸基团中，说明该磷酸基团容易脱离，否则就不会有放射性出现。
答案 C
根据化学中可逆反应的特点，即正逆反应都能在同一条件下进行，那么ATP与ADP间的转化合成反应是否属于真正意义上的可逆反应？
（1）从反应条件上看：ATP的分解是一种水解反应，催化该反应的酶属水解酶；而ATP的合成是一种合成反应，催化该反应的酶属合成酶。酶具有专一性，因此反应条件不同；
（2）从能量上看：ATP水解释放的能量是储存在高能磷酸键内的化学能；而合成ATP的能量主要有化学能和太阳光能。因此能量的来源是不同的；
（3）从ATP合成与分解的场所上看：ATP合成的场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体；而ATP分解的场所较多。因此其合成与分解的场所不尽相同，很显然上述反应并不是同时进行的。
综上所述，ATP和ADP的相互转化过程中，反应类型、反应所需酶以及能量的来源、去路和反应场所都不完全相同，因此ATP和ADP的相互转化不是可逆反应，但物质是可循环利用的。
三、ATP的利用和再生
例7 在活细胞中，ATP与ADP的转化过程永不停息地进行着，请分析图示，回答下列有关问题。
[E1][E2][Pi][Pi][ADP][ATP][A1][A2][①②]
（1）在绿色植物叶肉细胞内，与①相应的生理活动主要是在细胞内的 、 中进行的。
（2）A1和A2分别起什么作用？二者相同吗？
（3）①中能量E1的来源对植物细胞有哪些？对动物细胞来说有哪些？②中的能量E2的去向有哪些？
解析 ATP的水解和合成分别由水解酶和合成酶催化。植物叶肉细胞产生ATP的部位主要有线粒体、叶绿体。在光合作用的光反应阶段和细胞呼吸的过程中ADP转化为ATP，所需的能量分别来自色素吸收转化的光能和糖类等有机物分解释放的能量。ATP水解后，能量转化为其他各种形式的能量，用于生物的各项生命活动，主要有化学能、机械能、电能等。
答案 （1）线粒体 叶绿体
（2）A1起催化作用，催化ATP的合成，是合成酶；A2也起催化作用，催化ATP的水解，是水解酶，二者不相同。
（3）植物细胞中E1来自于色素吸收转化的光能和糖类等有机物分解释放的能量，动物细胞中E1来自于细胞呼吸中糖类等有机物分解释放的能量以及其他一些高能磷酸化合物的分解。E2的去向是转化为其他各种形式的能量，用于生物的各项生命活动，主要有化学能、机械能、电能、渗透能等。
例8 为生命活动直接提供能量的是（ ）
A．糖类等有机物的分解
B．ATP的水解
C．ADP转变为ATP的过程
D．氢和氧结合产生的能量
解析 新陈代谢需要能量的供应，这个能量并不是指储存在细胞里的能源物质糖类、脂类等，而是这些物质所储存的能量在酶的催化下氧化分解被释放出来后再用以合成ATP。
ATP主要为肌肉收缩、神经传导、生物电、合成和分泌、主动运输、胞吐和胞吞、暗反应中C3的还原等生命活动提供能量。细胞内各种形式的能量转换都是以ATP为中心环节的，即ATP中的能量可转化为多种形式的能量，包括渗透能、机械能、电能、化学能、光能、热能。
答案 B
例9 下列生理过程中，不需要消耗ATP的是（ ）
A．核糖体上合成血红蛋白
B．在肺泡表面进行气体交换
C．小肠吸收氨基酸
D．神经冲动在神经中枢传导
解析 ATP是生物体的“能量货币”，能源物质（如糖类）氧化分解所释放的能量必须转移到ATP才能被各项生命活动所利用。新物质的合成（如合成蛋白质）、许多营养物质的吸收（如小肠吸收氨基酸、神经传导等生理过程均需消耗ATP。而肺泡内的气体交换是通过自由扩散方式进行的，此过程不需要消耗ATP。
在细胞内的化学反应中，吸能反应（耗能反应）一般与ATP的水解反应相联系，由ATP水解提供能量；放能反应一般与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中。也就是说，能量通过ATP分子在吸能反应与放能反应之间循环流通。
答案 B
【练习】
1．判断对错：
（1）蓝藻细胞中的线粒体、叶绿体分别通过有氧呼吸、光合作用产生ATP（ ）
（2）小麦根尖成熟区细胞能产生ATP的结构有线粒体、细胞质基质（ ）
（3）在ATP与ADP相互转化的过程中，能量的来源都是光合作用（ ）
（4）在有氧和无氧的条件下，活细胞的细胞质基质中都能形成ATP（ ）
（5）ATP与ADP相互转化，使生物体内的各项反应能在常温常压下快速顺利地进行（ ）
2．在叶绿体中，[H]和ADP的运动方向是（ ）
A．[H]和ADP同时由类囊体的薄膜向叶绿体基质运动
B．[H]和ADP 同时由叶绿体基质向类囊体的薄膜运动
C．[H]由类囊体的薄膜向叶绿体基质运动，ADP的运动方向正好相反
D．ADP 由类囊体的薄膜向叶绿体基质运动，[H]的运动方向正好相反
3．下列关于人体内ATP的叙述中，错误的是（ ）
A．ATP有提供能量和改善患者新陈代谢状况的作用
B．在线粒体中大量产生ATP时，一定伴随着氧气的消耗
C．在生命活动旺盛的细胞中，线粒体和ATP的含量都较多
D．细胞内各种形式的能量转换都是以ATP为中心环节的
4．细胞中不存在ADP的场所包括（ ）
A．线粒体基质 B．细胞质基质
C．叶绿体外膜 D．细胞核内容物
5．下列有关植物细胞中ATP的叙述中，正确的是（ ）
A．能产生ATP的细胞器只有线粒体
B．ATP在细胞中含量很多才能满足生命活动的顺利进行
C．ATP与ADP的相互转化是可逆反应
D．远离腺苷的高能磷酸键中的能量可以来自化学能或光能
6．生物体内不产生ATP的过程是（ ）
A．光反应 B．暗反应
C．有氧呼吸 D．无氧呼吸
7．下列过程能使ADP含量增加的是（ ）
A．消化道内蛋白质的消化
B．线粒体内的[H]与O2结合
C．水在光下分解
D．细胞分裂时纺锤丝的收缩
8．光能转化成骨骼肌细胞内ATP中的能量，需经过的主要生理过程依次是（ ）
①光合作用 ②细胞呼吸 ③消化吸收 ④主动运输
A．①③④② B．①②③④
C．②①④③ D．④①③②
【参考答案】
1．（1）× （2） （3）× （4） （5）×
2．C 3．C 4．C 5．D 6．B 7．D 8．A