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与ATP分子结构有关的题型及实例分析

2019-03-07曾纪生

考试周刊 2019年20期
关键词:分子结构题型

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。

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