5.2《細(xì)胞的能量“通貨”-ATP》

你身邊的高考專家第2節(jié)細(xì)胞能量“通貨”—ATP能量的形式和轉(zhuǎn)換光能電鰩電能機(jī)械能主動(dòng)運(yùn)輸滲透能生物體的能源物質(zhì)ATP是新陳代謝所需能量的直接來源細(xì)胞的主要能源物質(zhì)是:最根本的能量來源是:太陽能糖類這其中的能量能不能直接被生物體利用呢？

不能。從有機(jī)物中釋放出來的能量需要轉(zhuǎn)化成一種活躍的化學(xué)能以后才能用于各項(xiàng)生命活動(dòng)，這種活躍的化學(xué)能就是三磷酸腺苷，簡稱為ATP。生物體內(nèi)儲存能量的物質(zhì)是:脂肪ATP是三磷酸腺苷(adenosinetriphosphate)的英文縮寫符號，

A---腺苷、T---三、P---磷酸基。ATP的分子結(jié)構(gòu)簡式是：A—P~P

~

P。

純凈的ATP是白色粉未狀，能夠溶于水，可作為一種藥品，ATP片劑可以口服，而ATP注射液可以肌肉注射或靜脈滴注。主要是用于輔助治療肌肉萎縮、腦溢血后遺癥、心肌炎等疾病，起到改善患者新陳代謝狀況的作用。一、ATP分子中具有高能磷酸鍵ATP是一種高能磷酸化合物。不僅因?yàn)槭撬姆肿咏Y(jié)構(gòu)中含有磷酸，還因?yàn)樗谒鈺r(shí)釋放的能量是30．54kJ／mol（千焦每摩爾）（一般將水解時(shí)，能夠釋放20．92kJ／mol能量的化合物都叫做高能化合物）。ATP的水解釋放的能量是一般磷酸鍵水解時(shí)釋放能量的兩倍以上。ATP的結(jié)構(gòu)簡式ATP的結(jié)構(gòu)簡式為A—P~P~P腺苷磷酸基團(tuán)高能磷酸鍵

ATP即三磷酸腺苷，是各種活細(xì)胞內(nèi)普遍存在的一種高能磷酸化合物。APPPAMPADPATP高能磷酸鍵低能磷酸鍵(APPP)ＡＴＰ+A-P~PA-P~PP~PATPADPPi(磷酸)

能量+酶細(xì)胞分裂、營養(yǎng)物質(zhì)吸收神經(jīng)傳導(dǎo)、生物電、肌肉收縮ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化ATPADP酶酶能量PiPi能量ATP與ADP的轉(zhuǎn)化關(guān)系A(chǔ)TP轉(zhuǎn)化成ADP時(shí)所需能量的主要來源美研制出世界第一臺納米發(fā)動(dòng)機(jī)

美國康奈爾大學(xué)的科學(xué)家已研制出世界上第一臺生物分子納米發(fā)動(dòng)機(jī)。它僅一個(gè)病毒般大小，由ATP提供能量、ATP合成酶驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。每加一次能量，納米發(fā)動(dòng)機(jī)可連續(xù)工作一小時(shí)?？茖W(xué)家高度評價(jià)此項(xiàng)科技成果，認(rèn)為生物分子納米發(fā)動(dòng)機(jī)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)⒋笥杏梦渲?。例如，它可以充?dāng)一個(gè)“小護(hù)士”，巡視全身。分子馬達(dá)生物將ADP轉(zhuǎn)化成ATP時(shí)所需能量的根本來源是什么？是光能。綠色植物通過光合作用，將光能轉(zhuǎn)化成ATP中的化學(xué)能，并將ATP中的化學(xué)能最終儲存在糖類等有機(jī)物中。能源物質(zhì)能源物質(zhì)糖類（主要能源物質(zhì)）脂類、蛋白質(zhì)儲能物質(zhì)脂肪、淀粉（植物細(xì)胞）糖元（動(dòng)物細(xì)胞）能量直接來源ＡＴＰ（三磷酸腺苷）最終能量來源太陽光能三、ATP的利用

ATP是生物體新陳代謝所需能量的直接來源。物質(zhì)運(yùn)輸物質(zhì)合成細(xì)胞分裂肌肉收縮生物發(fā)光等直接能源物質(zhì)

ＡＴＰ

分子簡式

Ａ－Ｐ~Ｐ~Ｐ

與ＡＤＰ的關(guān)系

在酶的作用下，ATP中遠(yuǎn)離A的高能磷酸鍵水解，釋放出其中的能量，同時(shí)生成ADP和Pi；在另一種酶的作用下，ADP接受能量與一個(gè)Pi結(jié)合轉(zhuǎn)化成ATP。

合成時(shí)的能量來源

植光合作用和呼吸作用動(dòng)呼吸作用

分解時(shí)的能量利用

細(xì)胞分裂、根吸收礦質(zhì)元素、肌肉收縮等生命活動(dòng)。磷酸肌酸(C~P)小結(jié)：腺苷普通化學(xué)鍵高能磷酸鍵磷酸基團(tuán)磷酸肌酸

ATP是細(xì)胞內(nèi)主要的磷酸載體或能量傳遞體，人體儲存能量的方式不是ATP而是磷酸肌酸。肌酸主要存在于肌肉組織中，骨骼肌中含量多于平滑肌，腦組織中含量也較多，肝、腎等其它組織中含量很少。

每個(gè)人生活都需要能量、使用能量，運(yùn)動(dòng)時(shí)更需要為肢體活動(dòng)持續(xù)地提供能量。各種化學(xué)能(碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì))貯存在體內(nèi)，最終轉(zhuǎn)化成三磷酸腺苷(ATP)。ATP是人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的直接供能物質(zhì)。問題在于ATP的數(shù)量有限。運(yùn)動(dòng)時(shí)有四種不同的代謝過程向人體提供能量，兩種是無氧的，兩種是有氧的。究竟是哪種代謝被用來提供能量，取決于運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間。運(yùn)動(dòng)能量從哪里來？無氧能量系統(tǒng)

是三磷酸腺苷—磷酸肌酸(ATP--CP)系統(tǒng)和糖酵解系統(tǒng)。肌肉運(yùn)動(dòng)時(shí)，首先由ATP分解，將能量直接供應(yīng)肌肉收縮。若運(yùn)動(dòng)很劇烈，則CP立即將能量轉(zhuǎn)移到二磷酸腺苷(ADP)分子上，生成ATP，ATP又繼續(xù)分解供應(yīng)能量。肌細(xì)胞中ATP存量很少，但CP的量卻比ATP約多三倍，故二者的總和大致可供給30秒鐘的激烈運(yùn)動(dòng)。該系統(tǒng)非常迅速。如要繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，就得由糖元分解生成乳酸，同時(shí)釋放能量以生成ATP。盡管乳酸會導(dǎo)致肌肉酸痛，但它所產(chǎn)生的能量卻是ATP--CP系統(tǒng)的兩倍。糖酵解系統(tǒng)對應(yīng)的是高強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間在30秒—3分鐘之間的運(yùn)動(dòng)。這兩個(gè)系統(tǒng)適應(yīng)于短跑、跳躍、舉重運(yùn)動(dòng)等。有氧能量系統(tǒng)

進(jìn)行3分鐘以上的運(yùn)動(dòng)，能量需要有氧代謝系統(tǒng)提供。它也同運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間直接相關(guān)。強(qiáng)度較低、持續(xù)時(shí)間大于3分鐘小于20分鐘的運(yùn)動(dòng)，是氧化糖產(chǎn)生大量的ATP來供能。長于20分鐘的低強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)則主要靠氧化脂肪來供能了。

在這一代謝過程中由于氧氣能基本滿足需要，所以不會產(chǎn)生乳酸，肌肉不會酸痛。專家們認(rèn)為，中、老年人參加體育鍛煉以有氧代謝的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目為主，因?yàn)檫@對增強(qiáng)體質(zhì)、延緩衰老有利。持續(xù)時(shí)間運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)類型無氧能量系統(tǒng)ATP--CP系統(tǒng)30秒鐘高強(qiáng)度短跑、投擲、跳躍、舉重等糖酵解系統(tǒng)30秒—3分鐘有氧能量系統(tǒng)氧化糖類3分鐘--20分鐘低強(qiáng)度長跑、做體操、打太極拳等運(yùn)動(dòng)氧化脂肪長于20分鐘

ATP是細(xì)胞內(nèi)能量轉(zhuǎn)換的“中轉(zhuǎn)站”，可形象地把它比喻細(xì)胞內(nèi)流通的“能量貨幣”，是生物體內(nèi)能量代謝的中心，在生物能量代謝中占有核心地位。生物體內(nèi)的新陳代謝正是因?yàn)榧?xì)胞中的ATP才能順利地完成。ATP和核酸的關(guān)系A(chǔ)TP是細(xì)胞內(nèi)的主要磷酸載體，ATP作為細(xì)胞的主要供能物質(zhì)參與體內(nèi)的許多代謝反應(yīng)，還有一些反應(yīng)需要UTP或CTP作供能物質(zhì)，如UTP參與糖元合成和糖醛酸代謝，GTP參與糖異生和蛋白質(zhì)合成，CTP參與磷脂合成過程，核酸合成中需要ATP、CTP、UTP和GTP作原料合成RNA，或以dATP、dCTP、dGTP和dTTP作原料合