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高一~高中二年级 (15-17岁)

高中生物 物质代谢与能量

细胞分解葡萄糖等营养物质得到的能量不会马上用掉，而是先储存在 ATP 中，等到肌肉收缩、合成物质等需要能量的地方再取出来用。 ATP 末端的磷酸键断开、变成 ADP 和磷酸（Pi）时会释放能量；细胞呼吸得到的能量又使 ADP 和磷酸重新合成 ATP。 这些新陈代谢的反应有酶来降低活化能，所以在体温这样较低的温度下也能迅速进行。 图中改变细胞的活动量，可以看到 ATP 变成 ADP 的速度和重新合成 ATP 的速度一起变化。

能量货币 ATP

💰 ATP 是细胞的货币
①就像先挣钱存起来、需要时再花一样，细胞把从营养物质中得到的能量转换成 ATP 储存起来，需要时再使用
②葡萄糖中的能量经细胞呼吸储存到 ATP 中，ATP 中的能量用于肌肉收缩、物质合成、主动运输和维持体温
③由于它是传递能量的通用手段，ATP 被称为能量货币

ATP 与 ADP 的循环

5
🔑 ATP 的结构与循环
①ATP 是腺苷（腺嘌呤 ＋ 核糖）连接三个磷酸基团的物质
②末端的磷酸键断开时，ATP 变成 ADP 和磷酸并释放能量（标准状态下约 7.3 kcal/mol）
③细胞中 ATP 的含量并不多，用掉多少就马上用细胞呼吸的能量重新合成多少
④所以活动量增加时，分解和合成都会加快，细胞中 ATP 的量却几乎不变

核心反应

ATP 水解（释放能量）
ATP → ADP ＋ Pi ＋ 能量（约 7.3 kcal/mol）
末端磷酸键断开释放的能量，用于肌肉收缩、物质合成等生命活动
ATP 合成（储存能量）
ADP ＋ Pi ＋ 能量 → ATP
把细胞呼吸分解葡萄糖得到的能量储存在 ATP 中

能量代谢比较

同化作用与异化作用
项目同化作用异化作用
物质的变化简单物质 → 复杂物质复杂物质 → 简单物质
能量吸收（消耗 ATP 进行）释放（一部分储存在 ATP 中）
例子光合作用、蛋白质合成细胞呼吸、消化

酶与新陈代谢

⚡ 酶是生物催化剂
①没有酶，新陈代谢的反应在体温下几乎无法进行
②酶通过降低反应所需的活化能来加快反应速度，但不改变反应前后的能量差
③酶只作用于与活性部位相适合的特定底物（专一性）
④反应结束后酶本身不变，可以反复催化同一种反应
酶反应
E + S → ES → E + P
酶（E）与底物（S）结合形成酶－底物复合物（ES），反应结束后产物（P）离开，酶保持不变

例题演练

例题 1
肌肉收缩消耗能量时，ATP 发生什么反应？生成哪些物质？
1
ATP 末端的磷酸键断开，释放能量。
2
ATP → ADP ＋ Pi（无机磷酸）＋ 能量，这些能量用于肌肉收缩。
▸ ATP → ADP ＋ Pi ＋ 能量（生成物：ADP、Pi）
生成的 ADP 和 Pi 不会被丢弃，而是利用细胞呼吸得到的能量重新合成 ATP。运动越剧烈，图中上下两个箭头就一起变得越粗，原因就在这里。
例题 2
用活化能解释酶加快化学反应的原理。
1
酶是生物催化剂，能降低反应发生所需的活化能。
2
活化能降低后，在同样的温度下越过能垒的分子增多，反应速度加快，而反应前后的能量差不变。
▸ 降低活化能，提高反应速度（反应前后的能量差不变）
酶不改变起点和终点的高度，只降低两者之间那座山的高度。所以反应放出的能量多少不变，改变的只是反应的快慢。

总结

ATP 循环的核心
细胞呼吸（异化）→ ADP ＋ Pi ＋ 能量 → ATP → 生命活动（肌肉收缩、物质合成）→ ADP ＋ Pi
ATP 把获得能量的反应和消耗能量的反应连接起来
韩国高考类题改编
关于 ATP 与物质代谢，下列说法不正确的是？
①ATP 由腺苷连接三个磷酸基团构成。
②ATP 分解为 ADP 时释放能量。
③同化作用是吸收能量的合成反应。
④酶通过提高活化能来促进反应。
⑤细胞呼吸得到的能量储存在 ATP 中。
▸ ④ 酶通过提高活化能来促进反应。
1
酶是通过降低活化能来加快反应速度的生物催化剂。
2
④说提高活化能，方向正好相反，所以不正确。其余说法都正确。
🎯 考试重点
①ATP 是腺苷连接三个磷酸基团的物质，起能量货币的作用
②ATP → ADP ＋ Pi 释放的能量用于生命活动
③利用细胞呼吸得到的能量进行 ADP ＋ Pi → ATP
④酶能降低活化能，具有专一性，不改变反应前后的能量差
⑤同化作用是合成（吸收能量），异化作用是分解（释放能量）
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