“細胞的能量‘通貨’——ＡＴＰ”知識點探究

1 ATP的結構生產工藝

ATP分子是細胞內的一種高能磷酸化合物，ATP的結構簡式可表示為：A-P～P～P，其中的“A”代表腺苷(腺嘌呤核苷)，“T”表示3個，“P”表示磷酸基，所以ATP也稱為三磷酸腺苷。“～”表示高能磷酸鍵，“－”表示普通磷酸鍵。

【例1】 三磷酸腺苷的分子簡式和18個三磷酸腺苷所含的高能磷酸鍵的數目分別是 ( )

A．A-P-P和18個

B．A-P～P～P和18個

C．A-P～P～P和36個

D．A-P～P-P和36個

解析：從ATP的分子簡式A-P～P～P可知，一個ATP分子中含有2個高能磷酸鍵，所以18個三磷酸腺苷(ATP)分子應含有36個高能磷酸鍵。

答案：C。

2 ATP和ADP的相互轉化

ATP與ADP的相互轉化伴隨著能量的釋放和儲存，因此與生物體的新陳代謝密切相關，可用下式表示兩者的轉化關系：

根據化學中可逆反應的特點，即正逆反應都能在同一條件下進行。那么上述反應是否屬于真正意義上的可逆反應?

(1)從反應條件上看：ATP的分解是一種水解反應，催化該反應的酶屬水解酶；而ATP的合成是一種合成反應，催化該反應的酶屬合成酶。酶具有專一性，因此反應條件不同。

(2)從能量上看：ATP水解釋放的能量是儲存在高能磷酸鍵中的化學能；而ATP合成所需的能量主要有呼吸作用時有機物分解所釋放的化學能和太陽光能。因此能量的來源不同。

(3)從ATP合成與分解的場所上看：ATP合成的場所是細胞質的基質、線粒體和葉綠體；而ATP分解的場所則較多。因此ATP合成與分解的場所不盡相同。

從以上分析可知，上述反應并不是同時進行的。因此ATP與ADP的相互轉化的反應并不是可逆反應。但是不能單純地利用化學上的觀點來判斷該反應是否可逆，因為ATP與ADP在活細胞中永無休止地循環進行，該反應能夠明確地表示二者在一定條件下的循環過程，所以在循環時ATP不會因能量的不斷消耗而用盡，從而保證了生命活動的順利進行。

【例2】ATP分子在細胞內能夠釋放能量、儲存能量，從結構上看其原因是 ( )

①腺苷很容易吸收能量和釋放能量

②第二個磷酸根很容易從ATP上脫離和結合

③第三個磷酸根很容易從ATP上脫離，使ATP轉變成ADP

④ADP可以迅速地與磷酸根結合，吸收能量形成第二個高能磷酸鍵使ADP轉變成ATP

A．①③

B．②④

C．③④

D．①④

解析：從ATP的結構簡式A-P～P～P可知，分子中含有2個高能磷酸鍵，在酶的作用下，遠離腺苷A的那個高能磷酸鍵斷裂，形成ADP和Pi(磷酸)，該鍵在一定條件下很容易斷裂和重新形成，從而保證能量的釋放和儲存，靠近腺苷A的高能磷酸鍵不易斷裂和重新形成，不參與能量代謝。

答案：C。

【例3】 在活細胞中，圖1中的循環過程永不停止地進行著，請運用所學的知識，分析回答ATP與ADP循環中的有關問題。

(1)ATP作為生物體生命活動的________物質，其分子結構簡式為__________，在②過程中，是由于________鍵斷裂而釋放出能量。

(2)在綠色植物體內與①相應的生理活動是在細胞內的________、________和__________中進行。

(3)A₁和A₂具有______作用，在圖中它們的作用分別是促進_____________________。

(4)在光合作用的光反應中，應該進行______(用序號表示)過程，能量來自_____。在光合作用的暗反應中，應該進行______(用序號表示)過程，能量用于________________。

(5)在呼吸作用中，應該進行_____(用序號表示)過程，能量來自_____________________。

(6)根吸收礦質元素離子的過程中，應該進行(用序號表示)過程，能量用于_________________。

解析：此題的綜合性較強，考查學生對ATP的結構簡式、ATP的功能、ATP的產生及植物的光合作用、呼吸作用、礦質營養等多方面的知識。ATP是生命活動的直接能源物質，ATP水解時，遠離A的高能磷酸鍵斷裂，ATP的水解和合成分別是由水解酶和合成酶催化。植物細胞產生ATP的部位有細胞質基質、線粒體和葉綠體。光合作用的光反應階段和呼吸作用的過程中ADP轉化成ATP，所需要的能量分別來自色素吸收轉化的光能和糖類等物質分解釋放的能量，光合作用的暗反應階段和礦質元素的吸收過程中ATP轉化成ADP，釋放的能量用于糖類的合成和礦質元素吸收的主動運輸過程。

答案：(1)直接能源 A-P～P～P遠離A的高能磷酸鍵(2)細胞質基質線粒體葉綠體(3)催化、ATP的合成和分解 (4)①色素吸收轉化的光能②合成糖類等有機物 (5)①葡萄糖(糖類等有機物質)分解釋放的能量 (6)②主動運輸

3 磷酸肌酸與ATP的關系

動物體內的高能化合物除ATP外，還有另一種高能化合物——磷酸肌酸，它主要存在動物的肌肉細胞中。磷酸肌酸不能作為生命活動的直接能源物質，但卻可以調節細胞內ATP的含量，反應式如下：

(ATP大量減少時)

【例4】 人體細胞中ATP的含量是相對穩定的。當ATP含量較多時，可將能量轉移給 ( )

A．脂肪酸

B．氨基酸

C．丙酮酸

D．肌酸

解析：在細胞中，ATP水平保持著動態平衡。ATP雖然在人體細胞中普遍存在，但數量不大。當細胞中含量較多時，可將能量轉移給肌酸而形成另一種高能化合物_______磷酸肌酸；反之當細胞中ATP含量下降時，磷酸肌酸就釋放所貯存的能量，使ADP合成ATP以維持ATP的含量相對穩定。

答案：D。

4 ATP的利用和再生

細胞中絕大多數需要能量的生命活動都是由ATP直接提供能量的。細胞內的吸能反應總是與ATP的水解反應相聯系，由ATP水解提供能量；放能反應總是與ATP的合成相聯系，釋放的能量儲存在ATP中。ATP是細胞內流通的能量“通貨”，即能量通過ATP分子在吸能反應和放能反應之間循環流通。

4．1 ATP的利用

【例4】 下列生理過程中，不需要消耗ATP的是 ( )

A．核糖體上合成血紅蛋白

B．在肺泡表面進行氣體交換

C．小腸吸收氨基酸

D．神經沖動在神經中樞傳導

解析：ATP平時生物體的“能量貨幣”，能源物質(如糖類)氧化分解所釋放的能量必須轉移ATP才能被各項生命活動所利用。新物質的合成(如合成蛋白質)、許多營養物質的吸收(如小腸吸收氨基酸)、神經傳導等生理過程均需消耗ATP。而肺泡內的氣體交換是通過自由擴散方式進行的，此過程不需要消耗ATP。

答案：B。