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ATP水解
鎖定
ATP水解是指ATP在酶的作用下,與一分子水化合,脱去一分子磷酸基團,生成ADP,並釋放出大量能量的過程。
ATP水解總體介紹
在ATP的結構式中可以看出,腺嘌呤與核糖結合成腺苷,腺苷通過核糖中的第5位羥基,與3個相連的磷酸基團結合形成ATP。ATP中兩個磷酸基團之間(也就是P與P之間)用“~”表示的化學鍵是高能磷酸鍵。高能磷酸鍵水解時,釋放出的能量是正常的化學鍵的2倍以上。例如,ATP末端磷酸基團水解時,釋放出的能量是30.54 kJ/mol,而6磷酸葡萄糖水解時,釋放出的能量只有13.8 kJ/mol。一般説來,水解時釋放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。各種細胞都是用ATP作為直接能源的。實際上,ATP是細胞內能量釋放、儲存、轉移和利用的中心物質。
ATP水解過程
ATP與ADP的相互轉化:
1、ATP與ADP的相互轉化伴隨着能量的釋放和儲存,因此與生物體的新陳代謝密切相關,可用下式表示二者的轉化過程:
ATP與ADP相互轉化是十分迅速的,細胞中的ATP的含量儘管不多,但總處於一個動態平衡中,這對構成生物體內部穩定的供能環境有重要意義。ATP水解時釋放出的能量,是生物體維持細胞分裂、礦質元素的吸收和肌肉收縮等生命活動所需要的直接來源。
2、ATP與ADP兩者轉化過程不是可逆反應
(1)從反應條件上看:ATP的分解是一種水解反應,催化該反應的酶應是水解酶;而ATP的合成是一種合成反應,催化該反應的酶應屬合成酶。酶具有專一性,因此反應條件不同。
(2)從能量上看:ATP水解釋放的能量是儲存在高能磷酸鍵內的化學能;而合成ATP的能量主要有化學能和太陽能。因此能量的來源不同。
(3)從ATP合成與分解的場所上看:ATP合成的場所是細胞質基質、線粒體和葉綠體;ATP水解的場所較多。因此其合成與分解的場所不盡相同。
ATP水解作用
生物體內各種活動所需要的能量,形式上都由ATP水解而供應的。各種化學過程所釋放的熱能,則用於維持體温。
ATP水解釋放的能量:
ATP+H2O=ADP+Pi+能
1、根據計算,在pH7等標準狀況下,每水解1摩爾ATP可釋出7.3千卡或30.4千焦耳的能量。
2、在體內的條件下,即近於pH7.4、37℃、ATP、ADP、Pi及Mg+等處於細胞內生理濃度的情況下,每摩爾ATP水解時,可釋出能量8-12千卡或33.5-50千焦耳,乃至更高。
ATP水解能量的利用
在生物體內能量的轉換和傳遞中,ATP是一種關鍵的物質。生物體的一切生命活動都離不開ATP。ATP是生物體內直接供給可利用能量的物質,是細胞內能量轉換的“中轉站”。各種形式的能量轉換都是以ATP為中心環節的。生物體內由於有各種酶作為生物催化劑,同時又有細胞中生物膜系統的存在,因此,ATP中的能量可以直接轉換成其他各種形式的能量,用於各項生命活動。這些能量形式主要有以下幾種:
ATP水解機械能
ATP水解電能
生物體內神經系統傳導衝動和某些生物能夠產生電流,所做的電功消耗的就是電能。電能也是由ATP所提供的能量轉換而成的。
ATP水解滲透能
細胞的主動運輸是逆濃度梯度進行的,物質過膜移動所做的功消耗了能量,這些能量叫做滲透能,滲透能也來自ATP。
ATP水解化學能
生物體內物質的合成需要化學能,小分子物質合成大分子物質時,必須有直接或間接的能量供應。另外,物質在分解的開始階段,也需要化學能來活化成能量較高的物質(如葡萄糖活化成磷酸葡萄糖)。在生物體的物質代謝中,可以説到處都需要由ATP轉換的化學能來做化學功。
ATP水解光能
目前關於生物發光的生理機制還沒有完全弄清楚,但是已經知道,用於發光的能量仍然直接來源於ATP。