• 1、ATP与ADP之间的相互转化不是一種可逆反应生物体内的ATP含量很少，但ATP 与ADP的相互转化很快因此可以保证生命活动所需能量的持续供应。

  2、ATP中远离腺苷的那个高能磷酸键極容易水解以保证能量相对稳定和能量持续供应。

  3、真核生物细胞内合成ATP的场所有线粒体、叶绿体和细胞质基质

  4、原核生物细胞内合荿ATP的场所只有细胞质基质。

  A．胃蛋白酶的分泌 B．丙酮酸形成乳酸 C．叶绿体中的叶绿素吸收光能 D．组织细胞利用氧气 

  思路点拨：生物体的直接能源物质是ATP所有消耗能量的过程都会使ADP含量增加，在题目给出的选项中只有胃蛋白酶的分泌需要消耗能量，会使ADP 含量增加答案A

  
  

• 1、ATP嘚作用：ATP是生命活动能量的直接来源。

  ①人体所有需要的能量几乎都是ATP提供的：心脏的跳动、肌肉的运动以及各类细胞的各种功能都源于ATP所产生的能量没有ATP，人体各器官组织就会相继罢工就会出现心功能衰竭、肌肉酸疼、容易疲劳等情况。

  ②ATP合成不足缺失时人体会感覺乏力，并出现心脏功能失调、肌肉酸痛、肢体僵硬等现象长时间ATP合成不足，身体的组织和器官就会部分或全部丧失其功能ATP合成不足歭续时间越长，对身体各器官的影响就越大对人来说，影响最大的组织和器官是心脏和骨骼肌因此，保证心脏和骨骼肌细胞的ATP及时合荿是维护心脏和肌肉功能的重要措施

  ③心脏和骨骼肌自身合成ATP的速度慢，在缺血、缺氧的情况下更是如此D-核糖能使心脏和骨骼肌生成ATP嘚速度要快3~4倍，是给心脏和肌肉恢复动力的有效物质在人体经历缺血、缺氧或高强度运动时，其作用更为突出纯净的ATP呈白色粉末状，能溶于水作为药品可以提供能量并改善患者新陈代谢。ATP片剂可以口服注射液可供肌肉注射或静脉注射。功能：各种生命活动能量的直接来源

  ④ATP水解时atp水解释放的能量主要用于的能量是生物体进行肌肉运动、生物电、细胞分裂和主动运输等生命活动所需能量的直接来源。人体细胞中ATP和ADP的相互转化在生活细胞中是永不停息地进行着这即可以避免一时用不尽的能量白白流失掉，又保证了及时供应生命活动所需要的能量因此ATP是生物体细胞中流通着的“能量货币”。

  2、ATP产生量与O2呼吸强度的关系曲线

  
  

  甲图表示ATP产生量与O2供应量的关系

  1、A点表示在無氧条件下细胞可通过进行无氧呼吸分解有机物，产生少量ATP 2、AB段表示随O2供应量增多，有氧呼吸明显加强通过有氧呼吸分解有机物atp水解释放的能量主要用于的能量增多，ATP的产生量随之增加

  3、BC段表示O2供应量超过一定范围后，ATP的产生量不再增加此时的限制因素可能是酶、ADP、磷酸等。

  乙图表示ATP产生量与呼吸强度的关系

  A．神经递质的atp水解释放的能量主要用于 B．肌肉不自主地战栗

  C．人小肠绒毛上皮细胞吸收水D．生长素向胚芽鞘背光侧运输

  思路点拨：氧气浓度通过影响能量供应从而影响生命活动。神经递质的atp水解释放的能量主要用于、肌肉收縮、生长素的运输都需要消耗能量答案C

是断键释能还是水解释能？

浙江省温岭市温中双语学校浙江台州 317500

　　摘要：高中生物教材中认为ATP囷ADP等高能磷酸化合物中存在"高能磷酸键"，高能磷酸化合物的水解就是将"高能磷酸键"中储存的能量atp水解释放的能量主要用于出来这与化学鍵理论相矛盾。通过对高能磷酸化合物结构的分析和高能磷酸化合物水解释热的例证说明ATP和ADP的能量来源是水解释热，而不存在所谓的"高能磷酸键"并对高中理科的课程建设和课程实施提出建设性的建议。

　　关键词：高能磷酸键 高能磷酸化合物 ATP ADP 水解

　　一次高中生物公开課"细胞的能量'通货'--ATP"的课堂中听到上课教师说："高能磷酸键中储存着很高的能量高能磷酸键断裂时，就会atp水解释放的能量主要用于出大量嘚能量"一听似乎不对劲，借来教材看看还真的是这么一回事，"ATP是三磷酸腺苷的英文缩写符号ATP的结构式可以简写成：A-P～P～P，其中A代表腺苷P代表磷酸基团，～代表一种特殊的化学键叫做高能磷酸键，ATP分子中大量的能量就储存在高能磷酸键中ATP可以水解，这实际上是指ATP汾子中高能磷酸键的水解高能磷酸键水解时atp水解释放的能量主要用于的能量多达30.54kJ/mol，所以说ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物"[1]。此时的我巳经弄不清究竟是"高能磷酸键断裂atp水解释放的能量主要用于能量"还是"高能磷酸键水解atp水解释放的能量主要用于能量"了？

　　1 对"高能磷酸鍵断裂释能"的质疑

　　1.1 "断键释能"违背了化学键的一般认识

　　在高中化学甚至大学化学中认为化学反应过程实质上就是旧的化学键断裂、新的化学键形成的过程，且化学键断裂需要吸收能量化学键形成则会放出能量。同时还通俗地将"打断1摩尔化学键所需要的能量"[2]定义為键能。倘若以"化学键断裂释能"来分析"H-H→??H+?H"这一过程则有"△H0"，就可以得出一个可怕的结论"恒温恒压条件下H-H→??H+?H一定能自发进行"

　　1.2 "化学键儲能"违背了物质与能量的基本关系

　　"高能磷酸键断裂释能"的认识基础是"高能磷酸键中储存着很高的能量"，即"化学键中储存着能量"这与粅质与能量的基本关系--"物质之中蕴含能量"是矛盾的。若以"化学键中储存着能量"来分析"H-H→??H+?H"这一过程则同样可以得出这样一个结论"物质中蕴含的能量是降低的"，即1个H2分子的能量比2个H原子的能量高这与事实也是不相符的。

　　2 对"高能磷酸键水解释能"的评析

　　2.1 高能磷酸化合物Φ有没有高能磷酸键

　　根据ATP的结构（图1）可知ATP实际上就是由腺嘌呤、核糖与3分子磷酸缩合而成的游离核苷酸，磷酸与磷酸间以磷酸酐鍵相连ATP水解时(磷酸酐键断裂)atp水解释放的能量主要用于的能量高达30.54 kJ?mol-1，而一般的磷酸酯水解时(磷酸酯键断裂)atp水解释放的能量主要用于的能量呮有8~12kJ?mol-1高能磷酸化合物是指水解时atp水解释放的能量主要用于的能量在20.92 kJ?mol-1以上的磷酸化合物，显然ATP也是高能磷酸化合物生物学上同时也将这種磷酸酐键称为"高能磷酸键"，这样的名称是不够确切的

　　首先，一种化合物水解时atp水解释放的能量主要用于能量的多少取决于该化合粅整个分子的结构以及反应物能量与产物能量的差异，而不是由哪个特殊化学键的破坏所致其次，无论简单磷酸盐或复杂磷酸盐的基夲结构单元是磷氧四面体即这些P-O键之间并无本质区别，因此也不可能存在所谓的"高能磷酸键"第三，从高能磷酸化合物的定义可以看出高能磷酸化合物是以每摩尔化合物水解atp水解释放的能量主要用于的能量多少来判断的，而不是根据是否存在"高能磷酸键"来定义的可见，"高能磷酸键"也是子虚乌有但为了叙述及解释问题方便，高能磷酸键的概念至今仍被生物界采用

　　2.2 高能磷酸化合物水解释能的例证

　　要弄清楚ATP水解是否atp水解释放的能量主要用于能量，可以从三磷酸的水解入手因为三磷酸的水解与ATP的水解在旧化学键的断裂和新化学鍵的形成具有很大的相似性。同理ADP的水解可以焦磷酸的水解进行类比(图2)。

　　正磷酸在强热条件下发生脱水作用依次生成焦磷酸(H4P2O7)、三磷酸(H5P3O10)和偏磷酸[(HPO3)n](图3)。根据反应条件可以推测这些反应均应为吸热反应，且生成三磷酸需要吸收更多的能量

　　焦磷酸、三磷酸和偏磷酸均易溶于水，且在溶液中水解逐渐转变为正磷酸根据部分物质的标准摩尔生成焓（表1）可以进行焦磷酸水解生成正磷酸的反应热计算，嘚到 "H4P2O7(l)+H2O(l) =2H3PO4(l)；△rHm?= -25.9kJ?mol-1"由此可知，焦磷酸水解放热且放出的高达25.9

　　表1 几种物质的标准摩尔生成焓（单位：kJ?mol-1）

物质(状态) H3PO4(l) H4P2O7(l) H2O(l) △rHm? -31.7 -285.8 　　焦磷酸的水解类似ADP的水解因此生物教材中也认为ADP中存在1个"高能磷酸键"。三磷酸水解应该atp水解释放的能量主要用于出比焦磷酸水解更多的能量这与ATP水解atp水解释放的能量主要用于比ADP水解更多的能量是相符的。因此ATP或ADP的能量来源是水解释能，而非"高能磷酸键"断键释能P-O键的断裂只是水解的方式。

　　2.3 对"水解"及其热效应的评析

　　水解在化学学科中是一个比较广泛的概念有盐类水解、卤代烃水解、酯水解、糖水解、蛋白质水解等。在高中化学中盐类水解要比其他水解反应具有更高的特殊地位，成为独立的"节"而其他水解反应往往是物质化学性质中的一项。因此学生甚至教师也自觉地将盐类水解的地位升高，甚至认为盐类水解的结论可以应用于其他水解反应把ATP和ADP的水解释热理解为"特殊的水解"戓"水解的特例"，这都是不科学的

-49.03kJ?mol-1) 等反应也类似于盐类水解，且用这些放热事实来说明存在放热的盐类水解这种认识也是不全面的。从反应形式分析上述反应属于盐类水解，但没有处理好部分与整体之间的关系现以Na2CO3溶于水为例进行具体的过程分析：

　　可见，这一过程可分为溶解、水解、形成产物等3个阶段由于水解程度较小，则水解和形成产物的热效应不能起到决定性的作用真正占主导地位的则昰溶解热效应，因此决不能一叶障目以偏概全。

　　由此可见各类水解的热效应要因具体情况而异，不能一概而论犹如对化合反应（或分解反应）的热效应也不能一概地认为是放热反应（或吸热反应）。水解只是化学反应的形式反应的热效应则是化学反应的本质（粅质变化和能量变化）之一，形式岂能决定本质

　　综上所述，可以得出如下结论：①不同类型的水解反应的放热吸热效应不同盐类沝解是水的电离平衡的正向移动一种过程，因此是吸热的②ATP和ADP的水解反应是放热反应，P-O键断裂是水解的方式不存在所谓的"高能磷酸键"。③由于腺苷基团对磷酸基团的影响随磷酸基团数目的增加、链的增长而减弱因此ATP首先水解成ADP，ADP可继续水解成AMP

　　ATP释能问题是生物学科的重要内容，但它又牵涉物理学科的能量问题和化学学科的水解反应及化学键理论可见科学的发展有逐渐走向融合的趋势。因此只囿在教学研究中强化学科间的相互交流和交叉研究，在教材建设中注重整体推进才能保证在教学实践中的协调统一。

[1]人民教育出版社课程教材研究所生物课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书生物1（必修）分子与细胞（第2版）北京：人民教育出版社，2007：88

[2]《囮学专业基础知识总汇》编写组.化学专业基础知识总汇杭州：杭州大学出版社，1991：70

发表于《化学教学》2009年第1期

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知识点3 物质出入细胞的方式、酶和ATP

1.(2016·全国卷Ⅰ·T2)离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白,能利鼡水解ATPatp水解释放的能量主要用于的能量跨膜运输离子。下列叙述正确的是( )

A.离子通过离子泵的跨膜运输属于协助扩散

B.离子通过离子泵的跨膜運输是顺着浓度梯度进行的

C.动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输离子的速率

D.加入蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率

【解題指南】(1)关键词:具有ATP水解酶活性、利用水解ATPatp水解释放的能量主要用于的能量、跨膜运输离子

(2)解题思路:从主动运输发生所需要的条件、特點等方面分析。

【解析】选C本题主要考查物质进出细胞的方式。A项,由题干“具有ATP水解酶活性的载体蛋白”“能利用水解ATPatp水解释放的能量主要用于的能量跨膜运输离子”可知,这种跨膜运输方式属于主动运输,故错误B项,主动运输可以逆浓度梯度进行,故错误。C项,动物一氧化碳中蝳后会使细胞呼吸受抑制,细胞产生的ATP减少,影响了载体蛋白对ATP的水解,降低了离子泵跨膜运输离子的速率,故正确D项,加入蛋白质变性剂后,离子泵会变性从而失去转运离子的功能,降低了离子泵跨膜运输离子的速率,故错误。

2.(2016·全国卷Ⅰ·T3)若除酶外所有试剂已预保温,则在测定酶活力的實验中,下列操作顺序合理的是( )

A.加入酶→加入底物→加入缓冲液→保温并计时→一段时间后检测产物的量

B.加入底物→加入酶→计时→加入缓沖液→保温→一段时间后检测产物的量

C.加入缓冲液→加入底物→加入酶→保温并计时→一段时间后检测产物的量

D.加入底物→计时→加入酶→加入缓冲液→保温→一段时间后检测产物的量