專(zhuān)題三ATP、酶與物質(zhì)運(yùn)輸?shù)姆绞奖匦?

分子與細(xì)胞明課標(biāo)知考向2.1物質(zhì)通過(guò)被動(dòng)運(yùn)輸、主動(dòng)運(yùn)輸?shù)确绞竭M(jìn)出細(xì)胞，以維持細(xì)胞的正常代謝活動(dòng)2.1.1闡明質(zhì)膜具有選擇透過(guò)性2.1.2舉例說(shuō)明有些物質(zhì)順濃度梯度進(jìn)出細(xì)胞，不需要額外提供能量；有些物質(zhì)逆濃度梯度進(jìn)出細(xì)胞，需要能量和載體蛋白2.1.3舉例說(shuō)明大分子物質(zhì)可以通過(guò)胞吞、胞吐進(jìn)出細(xì)胞2.2細(xì)胞的功能絕大多數(shù)基于化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)發(fā)生在細(xì)胞的特定區(qū)域2.2.1說(shuō)明絕大多數(shù)酶是一類(lèi)能催化生物化學(xué)反應(yīng)的蛋白質(zhì)，酶活性受到環(huán)境因素(如pH和溫度等)的影響2.2.2解釋ATP是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)精讀課本盤(pán)點(diǎn)基礎(chǔ)知識(shí)一、ATP是細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源C、H、O、N腺苷核糖

腺嘌呤高能磷酸鍵二、細(xì)胞內(nèi)ATP與ADP保持動(dòng)態(tài)平衡1．能量形式的轉(zhuǎn)變碳反應(yīng)(暗反應(yīng))2．ATP-ADP循環(huán)(1)概念：通過(guò)ATP的____和____，使放能反應(yīng)所釋放的能量用于吸能反應(yīng)，此過(guò)程被稱為ATP-ADP循環(huán)。(2)過(guò)程①ATP在細(xì)胞中易于水解，在酶的作用下，________的高能磷酸鍵水解，形成腺苷二磷酸(ADP)，釋放出1個(gè)____，同時(shí)釋放能量。釋放的能量可用于肌肉收縮、神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)、

主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)、大分子物質(zhì)的合成等消耗能量的過(guò)程。②ATP在細(xì)胞中易于____，此時(shí)的能量來(lái)源可以是______，也可以是放能反應(yīng)(如有機(jī)物的氧化分解)所釋放的能量，ATP的合成本身是一個(gè)____反應(yīng)。(3)特點(diǎn)：ATP是細(xì)胞中普遍使用的能量載體，所含能量不多，像小額鈔票一樣，便于流通使用，所以有細(xì)胞中的“________”之稱。合成水解遠(yuǎn)離腺苷磷酸再生太陽(yáng)光吸能能量通貨[拓展點(diǎn)]

核糖與含氮堿基結(jié)合生成的化合物稱為核苷，由于含氮堿基的不同，核苷可以分為：腺苷、鳥(niǎo)苷、胞苷、尿苷。[注意點(diǎn)]

連接磷酸基團(tuán)與核糖之間的化學(xué)鍵是普通磷酸鍵，其所含的能量少于高能磷酸鍵。3．ATP中能量的來(lái)源與去路的比較類(lèi)囊體膜細(xì)胞溶膠[拓展點(diǎn)]

ATP是細(xì)胞中的直接能源物質(zhì)，但不是唯一的直接能源物質(zhì)，如UTP、GTP、CTP等化合物的高能磷酸鍵斷裂釋放的能量也能供給生物化學(xué)反應(yīng)所需。[注意點(diǎn)]

(1)ATP之所以為細(xì)胞的直接能源物質(zhì)，是因?yàn)槠溥h(yuǎn)離腺苷的高能磷酸鍵很活躍，容易斷裂和形成，伴隨其斷裂和形成的同時(shí)有能量的釋放和存儲(chǔ)。(2)ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化，從物質(zhì)方面來(lái)看是可逆的，從酶、進(jìn)行的場(chǎng)所、能量方面來(lái)看是不可逆的。(3)ATP是與能量有關(guān)的一種物質(zhì)，不可等同于能量。(4)不可誤認(rèn)為細(xì)胞中含有大量ATP，事實(shí)上，細(xì)胞中ATP含量很少，只是ATP與ADP轉(zhuǎn)化非常迅速。無(wú)論是飽食還是饑餓，ATP與ADP含量都保持動(dòng)態(tài)平衡。(5)大分子物質(zhì)(蛋白質(zhì)、核酸等)的合成要消耗ATP，而它們的水解過(guò)程中無(wú)ATP產(chǎn)生，也不消耗ATP。內(nèi)化知識(shí)突破重點(diǎn)難點(diǎn)一、A在DNA、RNA、ATP中代表的不同結(jié)構(gòu)以上①～⑧的物質(zhì)名稱：①腺嘌呤核糖核苷酸、②腺嘌呤、③腺嘌呤脫氧核苷酸、④腺嘌呤核糖核苷酸、⑤腺苷、⑥腺苷、⑦腺嘌呤脫氧核苷酸、⑧腺嘌呤。例1

(2023·杭州一模)ATP的結(jié)構(gòu)示意圖如圖，①③表示組成ATP的物質(zhì)或基團(tuán)，②④表示化學(xué)鍵。下列有關(guān)敘述正確的是(

)A．物質(zhì)①表示鳥(niǎo)嘌呤B．化學(xué)鍵②斷裂的化學(xué)反應(yīng)屬于吸能反應(yīng)C．在ATP-ADP循環(huán)中③可重復(fù)利用D．若化學(xué)鍵④斷裂，則左邊的化合物是ADP√[解析]

ATP由腺嘌呤、核糖和三個(gè)磷酸基團(tuán)組成，圖中物質(zhì)①為腺嘌呤；化學(xué)鍵②斷裂時(shí)ATP釋放能量用于生命活動(dòng)，此化學(xué)反應(yīng)屬于放能反應(yīng)；在細(xì)胞中發(fā)揮作用時(shí)遠(yuǎn)離腺苷的高能磷酸鍵容易斷裂和形成，故可實(shí)現(xiàn)ADP和ATP的相互轉(zhuǎn)化，在此過(guò)程中物質(zhì)可重復(fù)利用；化學(xué)鍵④斷裂，水解掉兩個(gè)磷酸基團(tuán)，則左邊的化合物是AMP。故選C。二、常見(jiàn)ATP與ADP轉(zhuǎn)化的場(chǎng)所與生理過(guò)程項(xiàng)目ATP合成ATP水解反應(yīng)式ADP＋Pi＋能量→ATPATP→ADP＋Pi＋能量所需酶ATP合成酶ATP水解酶能量來(lái)源光能(光合作用)、化學(xué)能(細(xì)胞呼吸)高能磷酸鍵能量去路儲(chǔ)存于形成的高能磷酸鍵中用于各項(xiàng)生命活動(dòng)項(xiàng)目ATP合成ATP水解反應(yīng)場(chǎng)所細(xì)胞溶膠、線粒體、葉綠體、細(xì)胞膜(某些原核細(xì)胞)細(xì)胞中需能部位圖解

特點(diǎn)①在正常的活細(xì)胞中，ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化時(shí)刻不停地發(fā)生并且處于動(dòng)態(tài)平衡中；ATP在細(xì)胞內(nèi)存在的特點(diǎn)：量少、普遍存在、易再生、轉(zhuǎn)化迅速②ADP、Pi、ATP三種物質(zhì)可反復(fù)循環(huán)利用，故上述轉(zhuǎn)化過(guò)程中物質(zhì)是可逆的，能量不可逆，整個(gè)反應(yīng)是不可逆的例2

某種H＋-ATPase是一種位于膜上的載體蛋白，具有ATP水解酶活性，能夠利用水解ATP釋放的能量逆濃度梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)H＋。①將某植物氣孔的保衛(wèi)細(xì)胞懸浮在一定pH的溶液中(假設(shè)細(xì)胞內(nèi)的pH高于細(xì)胞外)，置于暗中一段時(shí)間后，溶液的pH不變。②再將含有保衛(wèi)細(xì)胞的該溶液分成兩組，一組照射藍(lán)光后溶液的pH明顯降低；另一組先在溶液中加入H＋-ATPase的抑制劑(抑制ATP水解)，再用藍(lán)光照射，溶液的pH不變。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，下列推測(cè)不合理的是(

)A．H＋-ATPase位于保衛(wèi)細(xì)胞的細(xì)胞膜上，藍(lán)光能夠引起細(xì)胞內(nèi)的H＋轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外B．藍(lán)光通過(guò)保衛(wèi)細(xì)胞的細(xì)胞膜上的H＋-ATPase發(fā)揮作用，使H＋逆濃度梯度跨膜運(yùn)輸C．H＋-ATPase逆濃度梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)H＋所需的能量可由藍(lán)光直接提供D．溶液中的H＋不能通過(guò)擴(kuò)散的方式透過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入保衛(wèi)細(xì)胞√[解析]

載體蛋白位于細(xì)胞膜上，根據(jù)題意可知，照射藍(lán)光后溶液的pH明顯降低，即H＋含量增加，進(jìn)而推知：藍(lán)光能夠引起細(xì)胞內(nèi)的H＋轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外，A合理；對(duì)比②中兩組實(shí)驗(yàn)可知，藍(lán)光引起細(xì)胞內(nèi)H＋轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外需要通過(guò)H＋-ATPase，且原來(lái)細(xì)胞內(nèi)的pH高于細(xì)胞外，即細(xì)胞內(nèi)H＋濃度低于細(xì)胞外，因此該H＋為逆濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)，B合理；由題意可知，H＋-ATPase具有ATP水解酶活性，利用水解ATP釋放的能量逆濃度梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)H＋，C不合理；由①中的實(shí)驗(yàn)可知，最初細(xì)胞內(nèi)pH高于細(xì)胞外，即細(xì)胞內(nèi)H＋濃度低于細(xì)胞外，但暗處理后溶液濃度沒(méi)有發(fā)生變化，說(shuō)明溶液中的H＋不能通過(guò)擴(kuò)散的方式透過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入保衛(wèi)細(xì)胞，D合理。例3

(2023·山東濰坊檢測(cè))氧化磷酸化是指有機(jī)物(包括糖類(lèi)、脂質(zhì)等)通過(guò)氧化分解釋放能量并驅(qū)動(dòng)ATP合成的過(guò)程。真核生物參與氧化磷酸化的酶利用氧化NADH釋放的能量，先將H＋泵入線粒體內(nèi)、外膜間隙，產(chǎn)生跨膜電化學(xué)梯度。然后H＋經(jīng)ATP合酶(通道蛋白)返回線粒體基質(zhì)并促使ATP合成。過(guò)量的甲狀腺激素可增大線粒體內(nèi)膜對(duì)H＋的通透性，降低H＋電化學(xué)梯度。下列敘述正確的是(

)A．細(xì)胞在氧化NADH的過(guò)程中不產(chǎn)生水B．H＋進(jìn)入線粒體內(nèi)外膜間隙的方式屬于易化擴(kuò)散C．H＋需與ATP合成酶結(jié)合由膜間隙進(jìn)入線粒體基質(zhì)D．過(guò)量的甲狀腺激素會(huì)抑制ATP的產(chǎn)生√[解析]

細(xì)胞在氧化NADH的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生水，發(fā)生在線粒體內(nèi)膜上，A錯(cuò)誤；H＋由線粒體基質(zhì)進(jìn)入線粒體膜間隙的過(guò)程為逆濃度梯度，且需要能量，運(yùn)輸方式為主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)，B錯(cuò)誤；H＋經(jīng)通道蛋白進(jìn)入線粒體基質(zhì)時(shí)不與通道蛋白(ATP合成酶)結(jié)合，C錯(cuò)誤；過(guò)量的甲狀腺激素可增大線粒體內(nèi)膜對(duì)H＋的通透性，降低H＋電化學(xué)梯度，從而抑制ATP的產(chǎn)生，D正確。

√[解析]

ATP是細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)，存在于細(xì)胞內(nèi)，檢測(cè)前需要破壞細(xì)胞膜以釋放ATP，A正確；檢測(cè)試劑中應(yīng)含有熒光素酶和熒光素，ATP來(lái)自待檢測(cè)樣品中的細(xì)菌，B錯(cuò)誤；由反應(yīng)原理可知，熒光素酶催化ATP水解，釋放能量，使熒光素發(fā)出熒光，C正確；每個(gè)細(xì)菌內(nèi)的ATP含量基本相同，測(cè)得的熒光強(qiáng)度與樣品中細(xì)菌數(shù)量呈正相關(guān)，D正確。[教考鏈接]ATP參與DNA轉(zhuǎn)錄及RNA復(fù)制在細(xì)胞內(nèi)，ATP參與DNA的轉(zhuǎn)錄及RNA的復(fù)制，是合成RNA的原料(NTP：ATP、UTP、GTP、CTP)之一。在ATP的水解反應(yīng)中，ATP水解成ADP還是AMP取決于反應(yīng)所需。在RNA的合成反應(yīng)中，釋放1個(gè)高能磷酸鍵的能量不足以支持反應(yīng)的進(jìn)行，這種情況下，ATP水解的途徑發(fā)生改變，即先形成1個(gè)AMP和焦磷酸(PPi)，焦磷酸中的能量在后續(xù)反應(yīng)中被釋放，整個(gè)過(guò)程斷裂了2個(gè)高能磷酸鍵；同時(shí)，AMP參與RNA子鏈的合成。UTP、GTP和CTP參與合成RNA的情況與ATP相同。同理，dNTP(dATP、dGTP、dCTP、dTTP)參與DNA的復(fù)制、逆轉(zhuǎn)錄和PCR過(guò)程。[例]

用一段由放射性同位素標(biāo)記的DNA片段可以確定基因在染色體上的位置。某研究人員使用放射性同位素

32P標(biāo)記的脫氧腺苷三磷酸(dATP，dA－Pα～Pβ～Pγ)等材料制備了DNA片段甲(單鏈)，對(duì)W基因在染色體上的位置進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)流程的示意圖如下。回答下列問(wèn)題：該研究人員在制備32P標(biāo)記的DNA片段甲時(shí)，所用dATP的α位磷酸基團(tuán)中的磷必須是32P，原因是__________________________________________________________________________________。dATP脫去β、γ位上的兩個(gè)磷酸基團(tuán)后，則為腺嘌呤脫氧核苷酸，是合成DNA的原料之一延伸遷移實(shí)現(xiàn)融會(huì)貫通考向1結(jié)合ATP的結(jié)構(gòu)與功能，考查結(jié)構(gòu)與功能觀1．(2022·浙江1月選考)下列關(guān)于腺苷三磷酸分子的敘述，正確的是(

)A．由1個(gè)脫氧核糖、1個(gè)腺嘌呤和3個(gè)磷酸基團(tuán)組成B．分子中與磷酸基團(tuán)相連接的化學(xué)鍵稱為高能磷酸鍵C．在水解酶的作用下不斷地合成和水解D．是細(xì)胞中吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)的紐帶243題號(hào)156√D

[1分子的ATP(腺苷三磷酸)是由1分子腺嘌呤、1分子核糖和3分子磷酸基團(tuán)組成的，A錯(cuò)誤；ATP分子的結(jié)構(gòu)式可以簡(jiǎn)寫(xiě)成A—P～P～P，磷酸基團(tuán)與磷酸基團(tuán)相連接的化學(xué)鍵是高能磷酸鍵，與腺苷相連接的化學(xué)鍵是普通化學(xué)鍵，B錯(cuò)誤；ATP在水解酶的作用下水解，在合成酶的作用下，ADP和磷酸吸收能量合成ATP，C錯(cuò)誤；吸能反應(yīng)一般與ATP的水解相聯(lián)系，放能反應(yīng)一般與ATP的合成相聯(lián)系，故吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間的紐帶是ATP，D正確。]243題號(hào)1562．雙脫氧核苷三磷酸(ddNTP)與脫氧核苷三磷酸(dNTP)的結(jié)構(gòu)如圖所示。已知ddNTP按堿基互補(bǔ)配對(duì)的方式加到正在復(fù)制的子鏈中后，子鏈的延伸立即終止。某同學(xué)要通過(guò)PCR技術(shù)獲得被32P標(biāo)記且以堿基“C”為末端的、不同長(zhǎng)度的子鏈DNA片段。在反應(yīng)管中已經(jīng)有單鏈模板、引物、DNA聚合酶和相應(yīng)的緩沖液等，還需要加入下列哪些原料(

)①dGTP，dATP，dTTP，dCTP

②dGTP，dATP，dTTP

③α位32P標(biāo)記的ddCTP

④γ位32P標(biāo)記的ddCTPA．①③

B．①④

C．②③

D．②④243題號(hào)156√A

[ddNTP若成為構(gòu)成DNA的基本單位，需要脫去β、γ兩個(gè)位置的磷酸基團(tuán)，且ddNTP加到正在復(fù)制的子鏈中，子鏈延伸會(huì)立即終止，所以要獲得被32P標(biāo)記且以堿基“C”為末端的、不同長(zhǎng)度的子鏈DNA片段，需要加入α位標(biāo)記的ddCTP和未被標(biāo)記的dGTP、dATP、dTTP、dCTP，A正確。]243題號(hào)156考向2結(jié)合ATP-ADP循環(huán)，考查科學(xué)思維素養(yǎng)3．(2023·溫州適應(yīng)性考試)如圖是ATP-ADP循環(huán)圖解，其中①②表示過(guò)程。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(

)A．綠色植物在黑暗條件下，①過(guò)程也能發(fā)生B．細(xì)胞中的吸能反應(yīng)一般與②過(guò)程相聯(lián)系C．與平靜狀態(tài)時(shí)相比，劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)①過(guò)程減慢，②過(guò)程加快D．在動(dòng)物體內(nèi)，①過(guò)程所需的能量均來(lái)自細(xì)胞呼吸所釋放的能量243題號(hào)156√C

[植物在黑暗條件下能進(jìn)行細(xì)胞呼吸，釋放能量、合成ATP，①過(guò)程能發(fā)生，A正確；細(xì)胞中需要能量的生命活動(dòng)絕大多數(shù)由ATP水解直接供能，故細(xì)胞中的吸能反應(yīng)一般與②過(guò)程相聯(lián)系，B正確；與處于平靜狀態(tài)時(shí)相比，劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)需要能量較多，所以①②過(guò)程都會(huì)加快，C錯(cuò)誤；在動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)，①過(guò)程發(fā)生的場(chǎng)所是細(xì)胞溶膠和線粒體，所需的能量均來(lái)自細(xì)胞呼吸所釋放的能量，D正確。故選C。]243題號(hào)1564．(2024·金華聯(lián)考)下列有關(guān)細(xì)胞能量代謝的敘述，正確的是(

)A．細(xì)胞中需要能量的生命活動(dòng)都是由ATP直接提供能量B．蛋白質(zhì)的合成需要消耗ATP，蛋白質(zhì)的水解可產(chǎn)生ATPC．光下葉肉細(xì)胞的細(xì)胞溶膠、線粒體和葉綠體中都有ATP合成D．厭氧呼吸產(chǎn)生的ATP少，是因?yàn)橛袡C(jī)物中的大部分能量以熱能的形式散失243題號(hào)156√C

[ATP是直接能源，細(xì)胞內(nèi)絕大多數(shù)需要能量的生命活動(dòng)都是由ATP直接提供的，但GTP、CTP、NADPH等也能直接提供能量，A錯(cuò)誤；蛋白質(zhì)的生物合成需要消耗ATP，而蛋白質(zhì)的水解只需要酶，不產(chǎn)生ATP，B錯(cuò)誤；光下葉肉細(xì)胞能夠進(jìn)行光合作用和呼吸作用，因此葉肉細(xì)胞的細(xì)胞溶膠、線粒體和葉綠體中都有ATP合成，C正確；厭氧呼吸產(chǎn)生的ATP少的原因是有機(jī)物的氧化分解不徹底，其中很多能量?jī)?chǔ)存在乳酸或酒精等有機(jī)物中沒(méi)有釋放出來(lái)，D錯(cuò)誤。]243題號(hào)156考向3結(jié)合ATP的產(chǎn)生與消耗，考查科學(xué)思維與科學(xué)探究素養(yǎng)5．(2023·寧波期中)ATP酶復(fù)合體存在于生物膜上，其主要功能是將生物膜一側(cè)的H＋搬運(yùn)到另一側(cè)，并催化ATP的形成。如圖表示ATP酶復(fù)合體的結(jié)構(gòu)和主要功能，下列分析正確的是(

)A．葉綠體中含有的ATP酶復(fù)合體分布在類(lèi)囊體膜和基質(zhì)中B．ATP酶復(fù)合體具有的功能說(shuō)明膜蛋白具有運(yùn)輸和催化作用C．圖中H＋從B側(cè)運(yùn)輸?shù)紸側(cè)的跨膜運(yùn)輸需要細(xì)胞代謝提供能量D．ATP酶復(fù)合體在線粒體中參與需氧呼吸的第二階段和第三階段243題號(hào)156√B