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ATP水解
基本信息
| 中文名 | ATP水解 |
| 外文名 | the ATP hydrolysis |
| ATP | 三磷酸腺苷 |
| 作用 | 提供能量 |
| 學(xué)科 | 生物 |
| 領(lǐng)域 | 生命科學(xué) |
收起
總體介紹
腺嘌呤與核糖結(jié)合成腺苷，腺苷通過(guò)核糖中的第5位羥基,與3個(gè)相連的磷酸基團(tuán)結(jié)合形成ATP。ATP中兩個(gè)磷酸基團(tuán)之間(也就是P與P之間)用“～”表示的化學(xué)鍵是高能磷酸鍵。高能磷酸鍵水解時(shí)，釋放出的能量是正常的化學(xué)鍵的2倍以上。例如,ATP末端磷酸基團(tuán)水解時(shí)，釋放出的能量是30.54 kJ/mol,而6磷酸葡萄糖水解時(shí)，釋放出的能量只有13.8 kJ/mol。一般說(shuō)來(lái)，水解時(shí)釋放20.92 kJ/mol以上能量的化合物就叫高能化合物。顯然,ATP是一種高能化合物。各種細(xì)胞都是用ATP作為直接能源的。實(shí)際上,ATP是細(xì)胞內(nèi)能量釋放、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)移和利用的中心物質(zhì)。
ATP-三磷酸腺苷分子式
能量的利用
在生物體內(nèi)能量的轉(zhuǎn)換和傳遞中,ATP是一種關(guān)鍵的物質(zhì)。生物體的一切生命活動(dòng)都離不開(kāi)ATP。ATP是生物體內(nèi)直接供給可利用能量的物質(zhì)，是細(xì)胞內(nèi)能量轉(zhuǎn)換的“中轉(zhuǎn)站”。各種形式的能量轉(zhuǎn)換都是以ATP為中心環(huán)節(jié)的。生物體內(nèi)由于有各種酶作為生物催化劑,同時(shí)又有細(xì)胞中生物膜系統(tǒng)的存在，因此,ATP中的能量可以直接轉(zhuǎn)換成其他各種形式的能量，用于各項(xiàng)生命活動(dòng)。這些能量形式主要有以下幾種:
機(jī)械能
生物體內(nèi)的細(xì)胞以及細(xì)胞內(nèi)各種結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)都在做機(jī)械功，所消耗的就是機(jī)械能。例如,纖毛和鞭毛的擺動(dòng)、肌細(xì)胞的收縮、細(xì)胞分裂期間染色體的運(yùn)動(dòng)等，都是由ATP提供能量來(lái)完成的。
電能
生物體內(nèi)神經(jīng)系統(tǒng)傳導(dǎo)沖動(dòng)和某些生物能夠產(chǎn)生電流，所做的電功消耗的就是電能。電能也是由ATP所提供的能量轉(zhuǎn)換而成的。
滲透能
化學(xué)能
生物體內(nèi)物質(zhì)的合成需要化學(xué)能，小分子物質(zhì)合成大分子物質(zhì)時(shí)，必須有直接或間接的能量供應(yīng)。另外，物質(zhì)在分解的開(kāi)始階段，也需要化學(xué)能來(lái)活化成能量較高的物質(zhì)(如葡萄糖活化成磷酸葡萄糖)。在生物體的物質(zhì)代謝中，可以說(shuō)到處都需要由ATP轉(zhuǎn)換的化學(xué)能來(lái)做化學(xué)功。
光能
目前關(guān)于生物發(fā)光的生理機(jī)制還沒(méi)有完全弄清楚，但是已經(jīng)知道，用于發(fā)光的能量仍然直接來(lái)源于ATP。
熱能
生物體內(nèi)的熱能，來(lái)源于有機(jī)物的氧化分解。大部分的熱能通過(guò)各種途徑向外界環(huán)境散發(fā)，只有一小部分熱能用于維持細(xì)胞或恒溫動(dòng)物的體溫。通常情況下，熱能的形成往往是細(xì)胞能量轉(zhuǎn)換和傳遞過(guò)程中的副產(chǎn)品。
過(guò)程
ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化：
1、ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化伴隨著能量的釋放和儲(chǔ)存，因此與生物體的新陳代謝密切相關(guān)，可用下式表示二者的轉(zhuǎn)化過(guò)程。
ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化是十分迅速的，細(xì)胞中的ATP的含量盡管不多，但總處于一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡中，這對(duì)構(gòu)成生物體內(nèi)部穩(wěn)定的供能環(huán)境有重要意義。ATP水解時(shí)釋放出的能量，是生物體維持細(xì)胞分裂、礦質(zhì)元素的吸收和肌肉收縮等生命活動(dòng)所需要的直接來(lái)源。
2、ATP與ADP兩者轉(zhuǎn)化過(guò)程不是可逆反應(yīng)
(1)從反應(yīng)條件上看：ATP的分解是一種水解反應(yīng)，催化該反應(yīng)的酶應(yīng)是水解酶；而ATP的合成是一種合成反應(yīng)，催化該反應(yīng)的酶應(yīng)屬合成酶。酶具有專一性，因此反應(yīng)條件不同。
(2)從能量上看：ATP水解釋放的能量是儲(chǔ)存在高能磷酸鍵內(nèi)的化學(xué)能；而合成ATP的能量主要有化學(xué)能和太陽(yáng)能。因此能量的來(lái)源不同。
(3)從ATP合成與分解的場(chǎng)所上看：ATP合成的場(chǎng)所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體和葉綠體；ATP水解的場(chǎng)所較多。因此其合成與分解的場(chǎng)所不盡相同。
從以上比較可以看出兩者的轉(zhuǎn)化過(guò)程在物質(zhì)變化上是可逆的，但從能量變化等方面看是不可逆的，也就是說(shuō)兩者轉(zhuǎn)化過(guò)程不是一個(gè)可逆反應(yīng)過(guò)程。
作用
生物體內(nèi)各種活動(dòng)所需要的能量，形式上都由ATP水解而供應(yīng)的。各種化學(xué)過(guò)程所釋放的熱能，則用于維持體溫。
ATP水解釋放的能量：
ATP+H2O=ADP+Pi+能。
2、在體內(nèi)的條件下，即近于pH7.4、37℃、ATP、ADP、Pi及Mg等處于細(xì)胞內(nèi)生理濃度的情況下，每摩爾ATP水解時(shí)，可釋出能量8-12千卡或33.5-50千焦耳，乃至更高。
根據(jù)此數(shù)值可以約略推算各物質(zhì)代謝時(shí)，通過(guò)生物氧化產(chǎn)生ATP的能量利用效率。在完整的細(xì)胞內(nèi)，葡萄糖經(jīng)生物氧化生成ATP的能量利用率可高達(dá)70%以上。
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