高中生物《ATP和酶》文字素材4 蘇教版必修1

1、ATP酶ATP酶又稱為三磷酸腺苷酶，是一類能將三磷酸腺苷（ATP）催化水解為二磷酸腺苷（ADP）和磷酸根離子的酶，這是一個釋放能量的反應(yīng)。在大多數(shù)情況下，能量可以通過傳遞而被用于驅(qū)動另一個需要能量的化學(xué)反應(yīng)。這一過程被所有已知的生命形式廣泛利用。簡介ATP是三磷酸腺苷的英文縮寫符號，它是各種活細(xì)胞內(nèi)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(dá)30.54kJ/mol。ATP的分子式可以簡寫成A-PPP。簡式中的A代表腺苷，P代表磷酸基團(tuán)，代表一種特殊的化學(xué)鍵，叫做高能磷酸鍵。  

2、60; ATP酶ATP的水解實(shí)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(xué)能就儲存在高能磷酸鍵中。 部分ATP酶是內(nèi)在膜蛋白，可以錨定在生物膜上，并可以在膜上移動；這些ATP酶又被稱為跨膜ATP酶。 反應(yīng)機(jī)制ATP酶與ATP水解反應(yīng)耦合的轉(zhuǎn)運(yùn)是一個嚴(yán)格的化學(xué)反應(yīng)，即每分子ATP水解能夠使一定數(shù)量的溶液分子被轉(zhuǎn)運(yùn)。例如，對於鈉鉀ATP酶，每分子ATP水解能夠使3個鈉離子被運(yùn)出細(xì)胞，同時2個鉀離子被運(yùn)入。    ATP酶跨膜ATP酶需要ATP水解所產(chǎn)生的能量，因?yàn)檫@些酶需要做功：它們逆著熱力學(xué)上更容易發(fā)生的方向來進(jìn)行物質(zhì)運(yùn)輸

3、，換句話說，以膜為參照，它們可以將物質(zhì)從低濃度的一邊運(yùn)送到高濃度的一邊。這一過程被稱為主動運(yùn)輸。 作用機(jī)制關(guān)于ATP酶催化ADP氧化磷酸化成ATP的機(jī)制，先后提出過幾種假說    ATP酶1、化學(xué)偶聯(lián)假說； 2、構(gòu)象假說； 3、化學(xué)滲透假說。 目前流行的是化學(xué)滲透假說，由英國生物化學(xué)家P.Mitchell于1961年提出。該學(xué)說很好地說明線粒體內(nèi)膜中電子傳遞、質(zhì)子電化學(xué)梯度建立、ADP磷酸化的關(guān)系，并具有大量的實(shí)驗(yàn)支持，得到公認(rèn)并獲得了1978年諾貝爾獎。1 化學(xué)滲透假說的基本設(shè)想是：當(dāng)高能電子沿呼吸鏈傳遞時，釋放出的能量使質(zhì)子（H+）從線粒體內(nèi)膜的基質(zhì)側(cè)泵至膜間隙；內(nèi)膜形

4、成電化學(xué)質(zhì)子梯度。在該梯度中蘊(yùn)藏了能量，這種能量經(jīng)ATP合成酶催化驅(qū)使ADP和無機(jī)磷酸形成ATP，即為氧化磷酸化過程。此假說依據(jù)線粒體的功能有四點(diǎn)具體的假設(shè)： 1、呼吸鏈各組成成分在線粒體內(nèi)膜上有一定的位置。當(dāng)電子從一種載體傳遞至另一種載體時，將質(zhì)子泵出基質(zhì) 2、線粒體ATP合成酶復(fù)合體也可跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)質(zhì)子，但其作用是可逆的。該復(fù)合體利用足夠的電化學(xué)質(zhì)子梯度能量在其內(nèi)部合成ATP，這時質(zhì)子由膜間隙通過復(fù)合體向基質(zhì)方向流動；當(dāng)電化學(xué)質(zhì)子梯度不足以合成ATP時，ATP酶復(fù)合體能水解ATP，產(chǎn)生的能量將質(zhì)子從基質(zhì)側(cè)泵到膜間隙。 3、線粒體內(nèi)膜一般不允許離子透過，特別是H+、OH-不能自由通透。 

5、0;  ATP酶4、內(nèi)膜上含有許多載體蛋白質(zhì)，作為中間物幫助代謝物和一些無機(jī)離子進(jìn)、出基質(zhì)腔。 基本功能    鈉鉀ATP酶的功能圖示跨膜ATP酶可以為細(xì)胞輸入許多新陳代謝所需的物質(zhì)并輸出毒物、代謝廢物以及其他可能阻礙細(xì)胞進(jìn)程的物質(zhì)。例如，鈉鉀ATP酶（又稱為鈉鉀離子ATP酶）能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鈉鉀離子的濃度，從而保持細(xì)胞的靜息電位；氫鉀ATP酶（又稱為氫鉀離子ATP酶或胃質(zhì)子泵）可以使胃內(nèi)保持酸化環(huán)境。 除了作為離子交換器，跨膜ATP酶還有其他類別，包括共轉(zhuǎn)運(yùn)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

6、一些可以造成膜內(nèi)外電荷的流動，其他的則不行，因此又可以將這些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白分為生電型（electrogenic）和非生電型。 生理功能人體預(yù)存的ATP能量只能維持15秒,跑完一百公尺后就全部用完，不足的繼續(xù)通過呼吸作用等合成ATP。純凈的ATP呈白色粉末狀，能溶于水，作為藥品可以提供能量并改善患者新陳代謝。ATP片劑可以口服，注射液可供肌肉注射或靜脈注射。 一、能源物質(zhì)肌肉中儲藏著多種能源物質(zhì)，主要有三磷酸腺苷（ATP）、磷酸肌酸（CP）、肌糖元、脂肪等。 二、能源物質(zhì)的代謝（一）無氧代謝 劇烈運(yùn)動時，體內(nèi)處于暫時缺氧狀態(tài)，在缺氧狀態(tài)下體內(nèi)能源物質(zhì)的代謝過程，稱為無氧代謝。它包括以下兩個供能系統(tǒng)。

7、非乳酸能（ATPCP）系統(tǒng)一般可維持10秒肌肉活動無氧代謝。 乳酸能系統(tǒng)一般可維持13分的肌肉活動非乳酸能（ATPCP）系統(tǒng)和乳酸能系統(tǒng)是從事短時間、劇烈運(yùn)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13秒，要靠CP分解提供能量，但肌肉中CP的含量也只能夠供ATP合成后分解的能量維持68秒肌肉收縮的時間。因此，進(jìn)行10秒以內(nèi)的快速活動主要靠ATPCP系統(tǒng)供給肌肉收縮時的能量。乳酸能系統(tǒng)是持續(xù)進(jìn)行劇烈運(yùn)動時，肌肉內(nèi)的肌糖元在缺氧狀態(tài)下進(jìn)行酵解，經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)，最終在體內(nèi)產(chǎn)生乳酸，同時釋放能量供肌肉收縮。這一代謝過程，可供13分左右肌肉收縮的時間。 （二）有氧代謝 在氧充足的條件下

8、，肌糖元或脂肪徹底氧化分解，最終生成CO2和H2O，同時釋放大量的分解代謝，稱為有氧氧化系統(tǒng)。 （三）能量供應(yīng) 1、了解體育促進(jìn)身體健康的道理 體育運(yùn)動加速體內(nèi)能源物質(zhì)的消耗，促進(jìn)體內(nèi)物質(zhì)的分解與合成，使組織細(xì)胞得到比原有水平更多的營養(yǎng)補(bǔ)充，有機(jī)體獲得更加旺盛的活動能力，從而使身體不斷發(fā)展、完善，這就是體育鍛煉促進(jìn)身體健康發(fā)展的基本道理。 2、了解能量供應(yīng)與提高運(yùn)動能力的關(guān)系 體育運(yùn)動消耗體內(nèi)的能源物質(zhì)，經(jīng)過一段時間休息后，體內(nèi)能源物質(zhì)可以恢復(fù)甚至超過原有水平，這種變化稱為超量恢復(fù)。出現(xiàn)超量恢復(fù)的程度和時間的早晚取決于運(yùn)動量的大小。在一定范圍內(nèi)運(yùn)動量越大，體內(nèi)能源物質(zhì)消耗越多，超量恢復(fù)的幅度也

9、越大，但所需的時間也長，在身體出現(xiàn)超量恢復(fù)階段，進(jìn)行第二次適宜的運(yùn)動與休息，可以逐步提高人體的能量供應(yīng)水平，從而不斷提高人體運(yùn)動能力。 3、了解有氧鍛煉與減肥的道理 長時間的運(yùn)動是在有氧代謝的條件下進(jìn)行的，要靠脂肪的代謝提供能量，因此，有氧運(yùn)動是消耗脂肪達(dá)到減肥目的的有效方法。 4、人體的無氧代謝能力主要取決于以下三個方面： 肌肉中ATP、CP的含量及分解速度； 肌糖元的無氧酵解速度及血液對乳酸的緩沖能力； 神經(jīng)、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(zhì)的重要基礎(chǔ)。體育課發(fā)展無氧代謝能力的方法，一般采用間歇性練習(xí)和持續(xù)性練習(xí)。間歇練習(xí)主要發(fā)展ATPCP系統(tǒng)的供能能力。一般每次練

10、習(xí)在30秒以內(nèi)，進(jìn)行13分的積極性休息，再進(jìn)行適宜練習(xí)，可以提高速度素質(zhì)。持續(xù)練習(xí)主要發(fā)展乳酸系統(tǒng)的供能力。一般每次練習(xí)在30秒以上，每次休息時間較短，可以提高速度耐力。 5、發(fā)展有氧代謝能力 有氧代謝能力是人體長時間進(jìn)行有氧運(yùn)動的能力。發(fā)展有氧代謝能力關(guān)鍵在于有充足的氧供應(yīng)，即人體單位時間內(nèi)吸收、利用氧的最大數(shù)值最大耗氧量。最大耗氧量與單位時間內(nèi)血液循環(huán)攜帶、運(yùn)輸氧有密切的關(guān)系。因此，心肺功能的好壞，直接影響到最大耗氧量。采用較低或中等運(yùn)動強(qiáng)度、持續(xù)時間較長的練習(xí)，由于機(jī)體可以得到充足的氧供應(yīng)，進(jìn)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。 合理使用ATP作為一種輔酶，有改

11、善肌體代謝的作用，可參與體內(nèi)脂肪、蛋白質(zhì)、糖、核酸、核苷酸等代謝過程。它同時又是體內(nèi)能量的主要來源，為吸收、分泌、肌肉收縮以及進(jìn)行生化合成反應(yīng)等過程提供所需要的能量。常用于心肌病、肝炎、進(jìn)行性肌萎縮、神經(jīng)性耳聾等疾病的治療. ATP廣泛用于改善機(jī)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?yàn)樗鼤绊懶氖衣屎托呐K的傳導(dǎo)，抑制心臟竇房結(jié)的正常工作，使其發(fā)出的沖動頻率減慢，傳導(dǎo)時間延長，導(dǎo)致心跳節(jié)律變慢。如果大劑量使用，可產(chǎn)生早搏、血壓下降等。因此，-度房室傳導(dǎo)阻滯、病態(tài)竇房結(jié)綜合征、交界性心律及洋地黃中毒引起高度房室傳導(dǎo)阻滯等疾病應(yīng)忌用ATP，以

12、免進(jìn)一步減慢心律，心率低于60次/分應(yīng)禁用ATP。 ATP除可引起上述副作用外，還可引起過敏性休克。近年來有關(guān)ATP引起過敏性休克甚至死亡的病例國內(nèi)時有報道。其臨床表現(xiàn)為全身發(fā)抖、煩躁不安、呼吸困難和心律失常，因此使用時應(yīng)注意如下幾個問題： (1)應(yīng)注意觀察有無過敏反應(yīng)，凡過敏體質(zhì)者不宜使用。 (2)ATP在體內(nèi)分解后，能使全身血管擴(kuò)張，血壓下降，因此它不宜應(yīng)用于急性心肌梗塞。腦出血初期也應(yīng)禁用ATP。ATP也不宜與能加重負(fù)性傳導(dǎo)和頻率作用的藥物合用。 (3)靜注時宜緩慢，應(yīng)從小劑量開始治療，無效時可逐漸加量。 ATP合成酶    ATP合酶的結(jié)構(gòu)ATP合成酶是一類線粒體與

13、葉綠體中的合成酶，它廣泛存在于線粒體、葉綠體、原核藻、異養(yǎng)菌和光合細(xì)菌中，是生物體能量代謝的關(guān)鍵酶。 ATP合成酶可以在跨膜質(zhì)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。一般來說，機(jī)體所需的大多數(shù)ATP都是由ATP合酶產(chǎn)生的。據(jù)估計，人體每天進(jìn)行正?；顒铀璧腁TP量約等于他的體重，如體重70千克的成年人，每天合成的用于機(jī)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(shù)的ATP合酶合成的。 同時，ATP合成酶也可以催化逆反應(yīng)，即ATP的水解。因此，從某種意義上來說，ATP合成酶也是一類ATP酶。2 相關(guān)人類基因鈉鉀離子轉(zhuǎn)運(yùn)：ATP1A1, ATP

14、1A2, ATP1A3, ATP1A4, ATP1B1, ATP1B2, ATP1B3, ATP1B4 鈣離子轉(zhuǎn)運(yùn)：ATP2A1, ATP2A2, ATP2A3, ATP2B1, ATP2B2, ATP2B3, ATP2B4, ATP2C1 鎂離子轉(zhuǎn)運(yùn)：ATP3 氫鉀離子轉(zhuǎn)運(yùn)：ATP4A, ATP4B 線粒體中的氫離子轉(zhuǎn)運(yùn)：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(zhuǎn)運(yùn)：ATP6AP1, ATP6AP2, ATP6V1A, ATP6V1B1, ATP6V1B2, ATP6V1C1, ATP6V1C2, ATP6V1D, ATP6V1E1, ATP6V1E2, ATP6V1F, ATP6V1G1, ATP6V1G2, ATP6V1G3, ATP6V1H, ATP6V0A1, ATP6V0A2, ATP6V0A4, ATP6V0B, ATP6V0C, ATP6V0D1, AT