與ATP分子結構有關的題型及實例分析

摘 要：2016年高考理科綜合能力測試中的新課標全國卷Ⅰ中的第29題專門以ATP或dATP的分子結構為情境考查了ATP與DNA的關系，而ATP的分子結構在人教版高中生物教材“分子與細胞”的第五章第2節中有詳細的闡述，內容本身較簡單，但題目中涉及到的dATP在高中教材則沒提過，可是在當年卻以這個小知識點為切入點命制了一個大題，這多少有點出乎許多人的意外。為此，筆者從ATP的分子結構入手結合實例淺析了不同的考查角度。

關鍵詞：ATP；分子結構；考查角度；題型

在分析與ATP分子結構有關的題型及實例之前，我們先看一下2016年高考理科綜合能力測試中的新課標全國卷Ⅰ中的第29題：

例1 （2016年理綜新課標全國卷Ⅰ第29題）有關DNA分子的研究中，常用32P來標記DNA分子。用α、β和γ表示ATP或dATP（d表示脫氧）上三個磷酸基團所處的位置（A-Pα～Pβ～Pγ或dA-Pα～Pβ～Pγ）。回答下列問題；

（1） 某種酶可以催化ATP的一個磷酸基團轉移到DNA末端上，同時產生ADP。若要用該酶把32P標記到DNA末端上，那么帶有32P的磷酸基團應在ATP的 （填“α”“β”或“γ”）位上。

（2） 若用帶有32P標記的dATP作為DNA生物合成的原料，將32P標記到新合成的DNA分子上，則帶有32P的磷酸基團應在dATP的（填“α”“β”或“γ”） 位上。

（3） 將一個帶有某種噬菌體DNA分子的兩條鏈用32P進行標記，并使其感染大腸桿菌，在不含有32P的培養基中培養一段時間。若得到的所有噬菌體雙鏈DNA分子都裝配成噬菌體（n個）并釋放，則其中含有32P的噬菌體所占比例為2/n，原因是 。

【答案】（1）γ （2）α （3）DNA為伴保留復制，形成的n個DNA分子中只有兩個DNA分子的一條鏈含有原來的DNA分子的一條鏈

該題專門以ATP或dATP的分子結構為情境考查了ATP與DNA的關系，而ATP的分子結構在人教版高中生物教材“分子與細胞”的第五章第2節中詳細的闡述，內容本身較簡單，但題目中涉及到的dATP在高中教材則沒提過，可是在當年卻以這個小知識點為切入點命制了一個10分的大題，這多少有點出乎許多人的意外。

為此，我從ATP的分子結構入手淺析了不同的考查角度。首先我們了解一下ATP，ATP是三磷酸腺苷的英文名稱縮寫，其分子結構見圖1：

圖1

從結構式可以看出，1分子腺嘌呤和1分子核糖結合形成1分子腺苷，腺苷通過核糖的第5位羥基與3個相連的磷酸根結合。

為了書寫方便，ATP分子的結構式可以簡寫為A-P～P～P，其中“A”代表腺苷，“P”代表磷酸基團，“-”代表普通磷酸鍵，“～”代表高能磷酸鍵。接下來，我從ATP的分子結構入手結合實例來分析不同的考查角度：

一、 從幾個磷酸鍵的能量來考查

例2 判斷以下說法是否正確：

（1） ATP中有兩個磷酸鍵；

（2） ATP中磷酸鍵的能量都是相同的。

【解析】ATP分子結構簡式中的“-”代表普通磷酸鍵，“～”代表高能磷酸鍵。從結構簡式可知，有一個普通磷酸鍵和兩個高能磷酸鍵，且高能磷酸鍵的能量要多于普通磷酸鍵的能量，故（1）（2）均錯誤。

二、 從ATP與ADP的相互轉化來考查

例3 下圖為ATP的結構和ATP與ADP相互轉化的關系式。下列說法正確的是（ ）

A. 圖2中的A代表腺苷，方框中的結構代表腺嘌呤核糖核苷酸

B. 圖3中反應向右進行時，圖2中的b、c鍵斷裂并釋放能量

C. ATP與ADP快速轉化依賴于酶催化作用具有高效性

D. 酶1和酶2催化作用的機理是降低化學反應的活化能，兩者屬于同一種酶

【解析】圖2中的A代表腺嘌呤，方框中的結構a代表腺嘌呤核糖核苷酸，A錯誤；圖3中反應向右進行時，圖2中的c鍵斷裂并釋放能量，但是b鍵不斷裂，因為c鍵更易斷裂，B錯誤；由于酶催化作用具有高效性，所以ATP與ADP轉化非常快速，C正確；酶1和酶2催化作用的機理都是降低化學反應的活化能，但是根據酶的專一性，兩者不屬于同一種酶，D錯誤。

本題中的B選項是從ATP結構的角度來考查ATP與ADP的相互轉化的。

三、 從與RNA的基本組成單位來考查

例4 如果ATP脫去了遠離腺嘌呤的兩個磷酸基團，該物質就是組成 的基本單位之一，稱為 。

【解析】ATP是三磷酸腺苷的簡稱，其結構先是由腺嘌呤與核糖組成腺嘌呤核苷，然后由腺嘌呤核苷與磷酸基團組成腺嘌呤核苷三磷酸。ATP脫去兩個磷酸基團就是AMP—腺嘌呤核苷一磷酸，由于組成AMP的五碳糖是核糖，所以只能叫腺嘌呤核糖核苷酸，是RNA的基本單位之一。

四、 從與DNA的基本組成單位來考查

在這個角度考查的典型的實例就是例題1。在這個例題中，首先要知道dATP就是將ATP中核糖替換成脫氧核糖后的物質。假如在該物質的基礎上，再將遠離腺嘌呤的兩個磷酸基團脫去，就是組成DNA的基本單位之一，稱為腺嘌呤脫氧核糖核苷酸。這里我們要注意在ATP的三個磷酸鍵中，兩個高能磷酸鍵比那個普通磷酸鍵更不穩定，更易斷裂。

五、 從“A”的含義來考查

例5 請解釋下圖（圖5）中的“O”中所對應的“A”的含義：

【解析】

①中的“A”指的是腺苷；

②中的“A”指的是腺嘌呤脫氧核苷酸；

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、 從NTP來考查

例6 轉錄是以DNA為模板，在依賴DNA的RNA聚合酶的作用下，以4種NTP（ 、 、 和 ）為間接原料，合成RNA的過程。

【解析】NTP是指ATP、CTP、GTP、UTP。CTP、GTP、UTP就是將ATP中的堿基分別替換為胞嘧啶、鳥嘌呤、尿嘧啶，中文名稱分別是三磷酸胞苷、三磷酸鳥苷、三磷酸尿苷。將NTP遠離堿基的兩個磷酸基團脫去，則是合成RNA的原料。

七、 從dNTP來考查

例7 參加PCR反應（聚合酶鏈式反應）的物質主要有五種即 、 、 、 、 。

【解析】參加PCR反應（聚合酶鏈式反應）的物質主要有五種即引物、Taq DNA聚合酶、dNTP、模板和Mg2+，其中的dNTP是指dCTP、dATP、dGTP、dTTP，也就是將ATP中的核糖替換成脫氧核糖，堿基分別為胞嘧啶、腺嘌呤、鳥嘌呤、胸腺嘧啶，中文名稱分別是三磷酸脫氧胞苷，三磷酸脫氧腺苷，三磷酸脫氧鳥苷，三磷酸脫氧胸苷，它們是PCR中合成DNA的原料。

八、 從ddNTP來考查

例8 在測定DNA序列的方法中，有一種方法叫雙脫氧測定法。該法是利用DNA聚合酶能以雙脫氧核糖核苷酸（ddNTP）為底物的特性，在合成DNA時對應于模板DNA的位置如果摻入了ddNTP，延伸反應即告終止，這樣就會得到一系列長短不一的DNA鏈。

根據該原理，試分析以DNA鏈“……GTTGCAATGCT……”為模板從右向左合成DNA時，在原料中若摻入了ddCTP，可以得到 種長短不一的序列（省略部分序列不考慮）。

【解析】ddNTP是在dNTP的基礎上將核糖的3號位碳原子上的羥基脫去一個氧原子所得到的物質，有ddCTP、ddATP、ddGTP、ddTTP，中文名稱分別是雙脫氧三磷酸胞苷，雙脫氧三磷酸腺苷，雙脫氧三磷酸鳥苷，雙脫氧三磷酸胸苷。

ddNTP真正連接在正在合成的DNA上的物質是ddNTP脫去遠離堿基的兩個磷酸基團后所得到的ddC、ddA、ddG、ddT。根據以上的測序原理可知，可以得到3種長短不一的新合成的序列，即“ddCGA……”“ddCGTTACGA……”“ddCAACGTTACGA……”。

參考文獻：

[1]王鏡巖，朱圣庚，徐長法.生物化學：第三版下冊[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2]趙戀君.ATP和它的兄弟姐妹[J].生物學教學，2014，39（11）：56-57.

[3]宋曉寧.關于ATP的幾個疑難問題解析[J].中學生物教學，2014（6）：56-57.

作者簡介：

曾紀生，江西省贛州市，于都縣第二中學。