与ATP分子结构有关的题型及实例分析

摘 要：2016年高考理科综合能力测试中的新课标全国卷Ⅰ中的第29题专门以ATP或dATP的分子结构为情境考查了ATP与DNA的关系，而ATP的分子结构在人教版高中生物教材“分子与细胞”的第五章第2节中有详细的阐述，内容本身较简单，但题目中涉及到的dATP在高中教材则没提过，可是在当年却以这个小知识点为切入点命制了一个大题，这多少有点出乎许多人的意外。为此，笔者从ATP的分子结构入手结合实例浅析了不同的考查角度。

关键词：ATP；分子结构；考查角度；题型

在分析与ATP分子结构有关的题型及实例之前，我们先看一下2016年高考理科综合能力测试中的新课标全国卷Ⅰ中的第29题：

例1 （2016年理综新课标全国卷Ⅰ第29题）有关DNA分子的研究中，常用32P来标记DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP（d表示脱氧）上三个磷酸基团所处的位置（A-Pα～Pβ～Pγ或dA-Pα～Pβ～Pγ）。回答下列问题；

（1） 某种酶可以催化ATP的一个磷酸基团转移到DNA末端上，同时产生ADP。若要用该酶把32P标记到DNA末端上，那么带有32P的磷酸基团应在ATP的 （填“α”“β”或“γ”）位上。

（2） 若用带有32P标记的dATP作为DNA生物合成的原料，将32P标记到新合成的DNA分子上，则带有32P的磷酸基团应在dATP的（填“α”“β”或“γ”） 位上。

（3） 将一个带有某种噬菌体DNA分子的两条链用32P进行标记，并使其感染大肠杆菌，在不含有32P的培养基中培养一段时间。若得到的所有噬菌体双链DNA分子都装配成噬菌体（n个）并释放，则其中含有32P的噬菌体所占比例为2/n，原因是 。

【答案】（1）γ （2）α （3）DNA为伴保留复制，形成的n个DNA分子中只有两个DNA分子的一条链含有原来的DNA分子的一条链

该题专门以ATP或dATP的分子结构为情境考查了ATP与DNA的关系，而ATP的分子結构在人教版高中生物教材“分子与细胞”的第五章第2节中详细的阐述，内容本身较简单，但题目中涉及到的dATP在高中教材则没提过，可是在当年却以这个小知识点为切入点命制了一个10分的大题，这多少有点出乎许多人的意外。

为此，我从ATP的分子结构入手浅析了不同的考查角度。首先我们了解一下ATP，ATP是三磷酸腺苷的英文名称缩写，其分子结构见图1：

图1

从结构式可以看出，1分子腺嘌呤和1分子核糖结合形成1分子腺苷，腺苷通过核糖的第5位羟基与3个相连的磷酸根结合。

为了书写方便，ATP分子的结构式可以简写为A-P～P～P，其中“A”代表腺苷，“P”代表磷酸基团，“-”代表普通磷酸键，“～”代表高能磷酸键。接下来，我从ATP的分子结构入手结合实例来分析不同的考查角度：

一、 从几个磷酸键的能量来考查

例2 判断以下说法是否正确：

（1） ATP中有两个磷酸键；

（2） ATP中磷酸键的能量都是相同的。

【解析】ATP分子结构简式中的“-”代表普通磷酸键，“～”代表高能磷酸键。从结构简式可知，有一个普通磷酸键和两个高能磷酸键，且高能磷酸键的能量要多于普通磷酸键的能量，故（1）（2）均错误。

二、 从ATP与ADP的相互转化来考查

例3 下图为ATP的结构和ATP与ADP相互转化的关系式。下列说法正确的是（ ）

A. 图2中的A代表腺苷，方框中的结构代表腺嘌呤核糖核苷酸

B. 图3中反应向右进行时，图2中的b、c键断裂并释放能量

C. ATP与ADP快速转化依赖于酶催化作用具有高效性

D. 酶1和酶2催化作用的机理是降低化学反应的活化能，两者属于同一种酶

【解析】图2中的A代表腺嘌呤，方框中的结构a代表腺嘌呤核糖核苷酸，A错误；图3中反应向右进行时，图2中的c键断裂并释放能量，但是b键不断裂，因为c键更易断裂，B错误；由于酶催化作用具有高效性，所以ATP与ADP转化非常快速，C正确；酶1和酶2催化作用的机理都是降低化学反应的活化能，但是根据酶的专一性，两者不属于同一种酶，D错误。

本题中的B选项是从ATP结构的角度来考查ATP与ADP的相互转化的。

三、 从与RNA的基本组成单位来考查

例4 如果ATP脱去了远离腺嘌呤的两个磷酸基团，该物质就是组成 的基本单位之一，称为 。

【解析】ATP是三磷酸腺苷的简称，其结构先是由腺嘌呤与核糖组成腺嘌呤核苷，然后由腺嘌呤核苷与磷酸基团组成腺嘌呤核苷三磷酸。ATP脱去两个磷酸基团就是AMP—腺嘌呤核苷一磷酸，由于组成AMP的五碳糖是核糖，所以只能叫腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本单位之一。

四、 从与DNA的基本组成单位来考查

在这个角度考查的典型的实例就是例题1。在这个例题中，首先要知道dATP就是将ATP中核糖替换成脱氧核糖后的物质。假如在该物质的基础上，再将远离腺嘌呤的两个磷酸基团脱去，就是组成DNA的基本单位之一，称为腺嘌呤脱氧核糖核苷酸。这里我们要注意在ATP的三个磷酸键中，两个高能磷酸键比那个普通磷酸键更不稳定，更易断裂。

五、 从“A”的含义来考查

例5 请解释下图（图5）中的“O”中所对应的“A”的含义：

【解析】

①中的“A”指的是腺苷；

②中的“A”指的是腺嘌呤脱氧核苷酸；

③中的“A”指的是腺嘌呤核糖核苷酸；

④中的“A”指的是腺嘌呤。

六、 从NTP来考查

例6 转录是以DNA为模板，在依赖DNA的RNA聚合酶的作用下，以4种NTP（ 、 、 和 ）为间接原料，合成RNA的过程。

【解析】NTP是指ATP、CTP、GTP、UTP。CTP、GTP、UTP就是将ATP中的碱基分别替换为胞嘧啶、鸟嘌呤、尿嘧啶，中文名称分别是三磷酸胞苷、三磷酸鸟苷、三磷酸尿苷。将NTP远离碱基的两个磷酸基团脱去，则是合成RNA的原料。

七、 从dNTP来考查

例7 参加PCR反应（聚合酶链式反应）的物质主要有五种即 、 、 、 、 。

【解析】参加PCR反应（聚合酶链式反应）的物质主要有五种即引物、Taq DNA聚合酶、dNTP、模板和Mg2+，其中的dNTP是指dCTP、dATP、dGTP、dTTP，也就是将ATP中的核糖替换成脱氧核糖，碱基分别为胞嘧啶、腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶，中文名称分别是三磷酸脱氧胞苷，三磷酸脱氧腺苷，三磷酸脱氧鸟苷，三磷酸脱氧胸苷，它们是PCR中合成DNA的原料。

八、 从ddNTP来考查

例8 在测定DNA序列的方法中，有一种方法叫双脱氧测定法。该法是利用DNA聚合酶能以双脱氧核糖核苷酸（ddNTP）为底物的特性，在合成DNA时对应于模板DNA的位置如果掺入了ddNTP，延伸反应即告终止，这样就会得到一系列长短不一的DNA链。

根据该原理，试分析以DNA链“……GTTGCAATGCT……”为模板从右向左合成DNA时，在原料中若掺入了ddCTP，可以得到 种长短不一的序列（省略部分序列不考虑）。

【解析】ddNTP是在dNTP的基础上将核糖的3号位碳原子上的羟基脱去一个氧原子所得到的物质，有ddCTP、ddATP、ddGTP、ddTTP，中文名称分别是双脱氧三磷酸胞苷，双脱氧三磷酸腺苷，双脱氧三磷酸鸟苷，双脱氧三磷酸胸苷。

ddNTP真正连接在正在合成的DNA上的物質是ddNTP脱去远离碱基的两个磷酸基团后所得到的ddC、ddA、ddG、ddT。根据以上的测序原理可知，可以得到3种长短不一的新合成的序列，即“ddCGA……”“ddCGTTACGA……”“ddCAACGTTACGA……”。

参考文献：

[1]王镜岩，朱圣庚，徐长法.生物化学：第三版下册[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2]赵恋君.ATP和它的兄弟姐妹[J].生物学教学，2014，39（11）：56-57.

[3]宋晓宁.关于ATP的几个疑难问题解析[J].中学生物教学，2014（6）：56-57.

作者简介：

曾纪生，江西省赣州市，于都县第二中学。