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ATP酶
鎖定
ATP酶簡介
ATP是三磷酸腺苷的英文縮寫符號,它是各種活細胞內普遍存在的一種高能磷酸化合物。高能磷酸化合物是指水解時釋放的能量在20.92kJ/mol(千焦每摩爾)以上的磷酸化合物,ATP水解時釋放的能量高達30.54kJ/mol。ATP的分子式可以簡寫成A-P~P~P。簡式中的A代表腺苷,P代表磷酸基團,~代表一種特殊的化學鍵,叫做高能磷酸鍵。
ATP的水解實際上是指ATP分子中高能磷酸鍵的水解。高能磷酸鍵水解時能夠釋放出大量的能量,ATP分子中大量的化學能就儲存在高能磷酸鍵中。
ATP酶反應機制
跨膜ATP酶需要ATP水解所產生的能量,因為這些酶需要做功:它們逆著熱力學上更容易發生的方向來進行物質運輸,換句話説,以膜為參照,它們可以將物質從低濃度的一邊運送到高濃度的一邊。這一過程被稱為主動運輸。
ATP酶作用機制
2、構象假説;
3、化學滲透假説。
如今流行的是化學滲透假説,由英國生物化學家P.Mitchell於1961年提出。該學説很好地説明線粒體內膜中電子傳遞、質子電化學梯度建立、ADP磷酸化的關係,並具有大量的實驗支持,得到公認並獲得了1978年諾貝爾獎。
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化學滲透假説的基本設想是:當高能電子沿呼吸鏈傳遞時,釋放出的能量使質子(H+)從線粒體內膜的基質側泵至膜間隙;內膜形成電化學質子梯度。在該梯度中藴藏了能量,這種能量經ATP合成酶催化驅使ADP和無機磷酸形成ATP,即為氧化磷酸化過程。此假説依據線粒體的功能有四點具體的假設:
2、線粒體ATP合成酶複合體也可跨膜轉運質子,但其作用是可逆的。該複合體利用足夠的電化學質子梯度能量在其內部合成ATP,這時質子由膜間隙通過複合體向基質方向流動;當電化學質子梯度不足以合成ATP時,ATP酶複合體能水解ATP,產生的能量將質子從基質側泵到膜間隙。
3、線粒體內膜一般不允許離子透過,特別是H+、OH-不能自由通透。
ATP酶基本功能
跨膜ATP酶可以為細胞輸入許多新陳代謝所需的物質並輸出毒物、代謝廢物以及其他可能阻礙細胞進程的物質。例如,鈉鉀ATP酶(又稱為鈉/鉀離子ATP酶)能夠調節細胞內鈉/鉀離子的濃度,從而保持細胞的靜息電位;氫鉀ATP酶(又稱為氫/鉀離子ATP酶或胃質子泵)可以使胃內保持酸化環境。
除了作為離子交換器,跨膜ATP酶還有其他類別,包括共轉運蛋白(co-transporter)和“泵”(也有部分“離子交換器”也被稱為“泵”)。這些跨膜ATP酶中,有一些可以造成膜內外電荷的流動,其他的則不行,因此又可以將這些轉運蛋白分為生電型(electrogenic)和非生電型。
ATP酶生理功能
人體預存的ATP能量只能維持15秒,跑完一百公尺後就全部用完,不足的繼續通過呼吸作用等合成ATP。純淨的ATP呈白色粉末狀,能溶於水,作為藥品可以提供能量並改善患者新陳代謝。ATP片劑可以口服,注射液可供肌肉注射或靜脈注射。
ATP酶能源物質
ATP酶能源物質的代謝
(一)無氧代謝
①非乳酸能(ATP—CP)系統—一般可維持10秒肌肉活動無氧代謝。
②乳酸能系統—一般可維持1—3分的肌肉活動非乳酸能(ATP—CP)系統和乳酸能系統是從事短時間、劇烈運動肌肉供能的主要方式。ATP釋放能量供肌肉收縮的時間僅為1—3秒,要靠CP分解提供能量,但肌肉中CP的含量也只能夠供ATP合成後分解的能量維持6—8秒肌肉收縮的時間。因此,進行10秒以內的快速活動主要靠ATP—CP系統供給肌肉收縮時的能量。乳酸能系統是持續進行劇烈運動時,肌肉內的肌糖元在缺氧狀態下進行酵解,經過一系列化學反應,最終在體內產生乳酸,同時釋放能量供肌肉收縮。這一代謝過程,可供1—3分左右肌肉收縮的時間。
(二)有氧代謝
(三)能量供應
1、瞭解體育促進身體健康的道理
2、瞭解能量供應與提高運動能力的關係
體育運動消耗體內的能源物質,經過一段時間休息後,體內能源物質可以恢復甚至超過原有水平,這種變化稱為超量恢復。出現超量恢復的程度和時間的早晚取決於運動量的大小。在一定範圍內運動量越大,體內能源物質消耗越多,超量恢復的幅度也越大,但所需的時間也長,在身體出現超量恢復階段,進行第二次適宜的運動與休息,可以逐步提高人體的能量供應水平,從而不斷提高人體運動能力。
3、瞭解有氧鍛鍊與減肥的道理
4、人體的無氧代謝能力主要取決於以下三個方面:
①肌肉中ATP、CP的含量及分解速度;
③神經、肌肉對缺氧和乳酸堆積的耐受能力。
無氧代謝能力是速度素質的重要基礎。體育課發展無氧代謝能力的方法,一般採用間歇性練習和持續性練習。間歇練習主要發展ATP—CP系統的供能能力。一般每次練習在30秒以內,進行1—3分的積極性休息,再進行適宜練習,可以提高速度素質。持續練習主要發展乳酸系統的供能力。一般每次練習在30秒以上,每次休息時間較短,可以提高速度耐力。
5、發展有氧代謝能力
有氧代謝能力是人體長時間進行有氧運動的能力。發展有氧代謝能力關鍵在於有充足的氧供應,即人體單位時間內吸收、利用氧的最大數值——最大耗氧量。最大耗氧量與單位時間內血液循環攜帶、運輸氧有密切的關係。因此,心肺功能的好壞,直接影響到最大耗氧量。採用較低或中等運動強度、持續時間較長的練習,由於機體可以得到充足的氧供應,進行有氧氧化供能,所以,可以提高有氧代謝能力,從而提高心肺功能。
ATP酶合理使用
ATP作為一種輔酶,有改善肌體代謝的作用,可參與體內脂肪、蛋白質、糖、核酸、核苷酸等代謝過程。它同時又是體內能量的主要來源,為吸收、分泌、肌肉收縮以及進行生化合成反應等過程提供所需要的能量。常用於心肌病、肝炎、進行性肌萎縮、神經性耳聾等疾病的治療.
ATP廣泛用於改善機體代謝,以及疾病的輔助治療,是心臟病人常用的能量合劑中的重要成分之一。但心率過緩的病人要忌用,因為它會影響心室率和心臟的傳導,抑制心臟竇房結的正常工作,使其發出的衝動頻率減慢,傳導時間延長,導致心跳節律變慢。如果大劑量使用,可產生早搏、血壓下降等。因此,Ⅱ-Ⅲ度房室傳導阻滯、病態竇房結綜合徵、交界性心律及洋地黃中毒引起高度房室傳導阻滯等疾病應忌用ATP,以免進一步減慢心律,心率低於60次/分應禁用ATP。
(3)靜注時宜緩慢,應從小劑量開始治療,無效時可逐漸加量。
ATP酶ATP合成酶
ATP合成酶可以在跨膜質子動力勢的推動下,利用ADP和Pi催化合成生物體的能量“通貨”——ATP。一般來説,機體所需的大多數ATP都是由ATP合酶產生的。據估計,人體每天進行正常活動所需的ATP量約等於他的體重,如體重70千克的成年人,每天合成的用於機體正常生命活動的ATP量約為70kg。而如此巨量的ATP正是由人體無數的ATP合酶合成的。
ATP酶相關人類基因
鈉/鉀離子轉運:ATP1A1, ATP1A2, ATP1A3, ATP1A4, ATP1B1, ATP1B2, ATP1B3, ATP1B4
鈣離子轉運:ATP2A1, ATP2A2, ATP2A3, ATP2B1, ATP2B2, ATP2B3, ATP2B4, ATP2C1
鎂離子轉運:ATP3
氫/鉀離子轉運:ATP4A, ATP4B
線粒體中的氫離子轉運:ATP5A1, ATP5B, ATP5C1, ATP5C2, ATP5D, ATP5E, ATP5F1, ATP5G1, ATP5G2, ATP5G3, ATP5H, ATP5I, ATP5J, ATP5J2, ATP5L, ATP5L2, ATP5O, ATP5S
溶酶體中的氫離子轉運:ATP6AP1, ATP6AP2, ATP6V1A, ATP6V1B1, ATP6V1B2, ATP6V1C1, ATP6V1C2, ATP6V1D, ATP6V1E1, ATP6V1E2, ATP6V1F, ATP6V1G1, ATP6V1G2, ATP6V1G3, ATP6V1H, ATP6V0A1, ATP6V0A2, ATP6V0A4, ATP6V0B, ATP6V0C, ATP6V0D1, ATP6V0D2, ATP6V0E
銅離子轉運:ATP7A, ATP7B
I型,第8類:ATP8A1, ATP8B1, ATP8B2, ATP8B3, ATP8B4
II型,第9類:ATP9A, ATP9B
V型,第10類:ATP10A, ATP10B, ATP10D
VI型,第11類:ATP11A, ATP11B, ATP11C
非胃中的氫/鉀離子轉運:ATP12A
第13類:ATP13A1, ATP13A2, ATP13A3, ATP13A4, ATP13A5
- 參考資料