细胞的能量通货――atp素材6.docVIP

ATP的生成、储存和利用 ATP几乎是生物组织细胞能够直接利用的唯一能源，在糖、脂类及蛋白质等物质氧化分解中释放出的能量，相当大的一部分能使ADP磷酸化成为ATP，从而把能量保存在ATP分子内。 ATP为一游离核苷酸，由腺嘌呤、核糖与三分子磷酸构成，磷酸与磷酸间借磷酸酐键相连，当这种高能磷酸化合物水解时(磷酸酐键断裂)自由能变化(G)为30.5KJ/mol，而一般的磷酸酯水解时(磷酸酯键断裂)自由能的变化只有8至12KJ/mol，因此曾称此磷酸酐键为高能磷酸键，但实际上这样的名称是不够确切的，因为一种化合物水解时释放自由能的多少取决于该化合物整个分子的结构，以及反应的作用物自由能与产物自由能的差异，而不是由哪个特殊化学键的破坏所致，但为了叙述及解释问题方便，高能磷酸键的概念至今仍被生物化学界采用。 ATP是一高能磷酸化合物，当ATP水解时首先将其分子的一部分，如磷酸(Pi)或腺苷酸(AMP)转移给作用物，或与催化反应的酶形成共价结合的中间产物，以提高作用物或酶的自由能，最终被转移的AMP或Pi将被取代而放出，ATP多以这种通过磷酸基团等转移的方式，而非单独水解的方式，参加酶促反应提供能量，用以驱动需要加入自由能的吸能反应，ATP水解反应的总结如下： ATP——→ADP+Pi 或ATP——→AMP+PPi (焦磷酸) 一、ATP的生成方式 体内ATP生成有两种方式 (一)底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)　底物分子中的能量直接以高能键形式转移给ADP生成ATP，这个过程称为底物水平磷酸化，这一磷酸化过程在胞浆和线粒体中进行，包括有： (二)氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)　氧化和磷酸化是两个不同的概念。氧化是底物脱氢或失电子的过程，而磷酸化是指ADP与Pi合成ATP的过程。在结构完整的线粒体中氧化与磷酸化这两个过程是紧密地偶联在一起的，即氧化释放的能量用于ATP合成，这个过程就是氧化磷酸化，氧化是磷酸化的基础，而磷酸化是氧化的结果。 机体代谢过程中能量的主要来源是线粒体，既有氧化磷酸化，也有底物水平磷酸化，以前者为主要来源。胞液中底物水平磷酸化也能获得部分能量，实际上这是酵解过程的能量来源。对于酵解组织、红细胞和组织相对缺氧时的能量来源是十分重要的。 二、氧化磷酸化偶联部位的测定 确定氧化磷酸化偶联部位通常用两种方法。 (一)P/0值测定　P/0值指在氧化磷酸化过程中消耗一克原子氧所消耗的无机磷的克原子数，或者说消耗一克原子氧所生成的ATP的克分子数。P/0值实质上指的是呼吸过程中磷酸化的效率。 测定P/0值的方法通常是在一密闭的容器中加入氧化的底物、ADP、Pi、氧饱和的缓冲液，再加入线粒体制剂时就会有氧化磷酸化进行。反应终了时测定O2消耗量(可用氧电极法)和Pi消耗量(或ATP生成量)就可以计算出P/0值了。在反应系统中加入不同的底物，可测得各自的P/0值，结合我们所了解的呼吸链的传递顺序，就可以分析出大致的偶联部位了。 表6-3　离体线粒体的P/0比值 底物 呼吸的组成 P/0比值 生成ATP数 （1）β-羟丁酸 NAD+→FMN→CoQ→Cyt→O2 2.4-2.8 3 （2）琥珀酸 FAN→CoQ→Cyt→O2 1.7 2 （3）抗坏血酸 Cyt→Cytaa3→O2 0.88 1 （4）细胞色素c Cytaa3→O2 0.61-0.68 1 从上表可以看出P/0值为小数，由于线粒体的偶联作用在离体条件下不能完全发挥，故可认为实际的ATP生成数是他们所接近的正整数值。 比较表中的(1)和(2)，呼吸链传递的差异是在CoQ之间，两者ATP的生成数相差1，所以这个ATP的生成部位一定在NAD→CoQ之间。 比较表中(2)和(3)，呼吸链传递的差异是在Cyt c之间，两者ATP的生成数相差1，所以这个ATP的生成部位在CoQ→Cyt c之间。 比较表中(3)和(4)，生成的ATP数均为1，呼吸链传递的区别是在Cyt c→Cyt aa3，故Cytc→ aa3不存在偶联部位，而在Cyt aa3→O2之间存在着一个偶联部位。 (二)根据氧化还原电位计算电子传递释放的能量是否能满足ATP合成的需要 氧化还原反应中释放的自由能△GO与反应底物和产物标准氧化还原电位差值(△EO)之间存在下述关系：△GO=nF△EO 式中n为氧化还原反应中电子转移数目，F为法拉弟常数(23.062千卡/克分子·伏特，或96500库仑/克分子)。 一克分子ATP水解生成ADP与Pi所释放的能量为7.3千卡，凡氧化过程中释放的能量大于7.3千，均有可能生成一克分子ATP，就是说可能存在有一个偶联部位，根据上式计算，当n=2时，△EO=0.1583V