【问题答疑】ATP是如何供能的?

发布时间:2020-12-29 10:09|栏目:第2节 细胞的能量“货币”ATP |浏览次数:
第13个问题是有关ATP供能的问题。这个问题是不少的老师有一个接受程度的问题。其实ATP供能是非常复杂的一个问题,我们旧教材讲的是释放能量,而在新教材讲的是ATP有一种特殊的化学键,它这个供能是一种叫能化的过程,或者说是磷酸化的过程。也就是说这个磷酸与受体结合就是一个供能的过程。怎么理解呢?这个分子基团或者电子基团它们处于不同的位置,所具有的能量是不一样的,要理清楚这一点,我们才能够回答这个问题。比如说我们讲这个原子核,原子核内有质子,外面有一些电子,电子在不同轨道上运行。这些电子由低轨道向高轨道上运行,那自然就是吸能,由高轨道向低轨道运行,那就是释放能量,比如释放光子,是吧?从这一点我们可以看出,电子位于不同的位置上,它就具有不同的能量。我们在生物化学反应中称之为自由能,它是以一种自由能的形式存在的。那么,ATP中的磷酸基团本身是带负电,两个带负电的磷酸基团之间会相互排斥,就会形成不太稳定的一种化合物,在ATP酶的作用下,这个磷酸基团自然而然就会脱离ATP而与受体结合,就相当于(磷酸基团)带着一种能量与受体结合,磷酸基团本身有一些自由能,再加上ATP本身有一定质量,于是就导致了受体的空间结构发生改变。比如说(受体)空间结构原先是那样的,那么磷酸化一结合,就会导致其整个的构象发生改变了。原来是钾离子在这(细胞外),然后因为受体的构象发生改变了,受体就与钾离子结合并将其翻转过来带进细胞内了,钾离子就进来了,可以这样理解。也就是说,ATP的供能,我们可以理解为就是一种磷酸化的过程。所以,这点(新教材关于ATP供能的表述)是一个非常大的观念的转变,希望老师们要好好的理解它,不要狭隘理解为这个供能就一定是热能。
我再举个例子,大家来看看这张图。
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图中是(类囊体)囊膜上的一种电子传递链,也就是进行光合作用的类囊体那个膜结构上的电子传递链。我们可以看到,这个电子的传递过程,这个运动过程,本身就是一个供能的过程。你看,光系统Ⅱ使高能电子被激活了之后,在质体醌的氧化还原过程中,就可以将质子运到了膜内。这个过程中消耗的就是电子的自由能,是吧?那电子的能量就变低了,能量就不够了,电子最终要传递到NADP,那么它的能量不够怎么办?那就需要光系统Ⅰ再对电子进行加速,也就是说激活它让它能量变得更高一些,这个时候才能与NADP结合形成质子和(图中)球形的NADPH,这个NADPH本身就具有能量,同时也是还原剂。我们可以看到,实际上它是以一种自由能的形式而存在,它的位置不同,就具有不同的能量。再看图中这部分,这个质子在膜内很多,而在膜外相对会少一些,这样质子由膜内向膜外流动过程之中,这就是一种顺浓度梯度了,它都需要通过一个载体才能进行,这个载体就是ATP合酶, ATP合酶具有特殊的结构。在这个电子势能的作用之下,那么ATP合酶的空间结构发生改变,它就用其中的某一个结构抓取了ADP和磷酸从而形成了ATP,这样,我们所谓的能量就由质子势能转变成了ATP中的一种能量。你看这个都是热能吗?它不是热能啊。所以我们要理解这个能量不能简简单单按照热能那样去理解它。在生命活动中有许多活动比如说肌肉收缩,它是肌纤蛋白或者肌球蛋白的这种运动,这个运动也是磷酸化导致的空间结构的改变,从而使肌肉纤维发生收缩反应或舒张反应,运动就发生了。
所以我们理解它(ATP)的供能过程,实际上很多情况下是一种磷酸化的过程,我们要改变这个观念和认知。

 

 

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