ATP酶_化合物 - 线报百科mbji.cn

ATP酶

化合物

ATP酶又称为三磷酸腺苷酶，是一类能将三磷酸腺苷（ATP）催化水解为二磷酸腺苷（ADP）和磷酸根离子的酶，这是一个释放能量的反应。在大多数情况下，能量可以通过传递而被用于驱动另一个需要能量的化学反应。这一过程被所有已知的生命形式广泛利用。

简介

ATP是三磷酸腺苷的英文缩写符号，它是各种活细胞内普遍存在的一种高能磷酸化合物。高能磷酸化合物是指水解时释放的能量在20.92kJ/mol(千焦每摩尔)以上的磷酸化合物，ATP水解时释放的能量高达30.54kJ/mol。ATP的分子式可以简写成A-P～P～P。简式中的A代表腺苷，P代表磷酸基团，～代表一种特殊的化学键，叫做高能磷酸键。

　ATP的水解实际上是指ATP分子中高能磷酸键的水解。高能磷酸键水解时能够释放出大量的能量，ATP分子中大量的化学能就储存在高能磷酸键中。

部分ATP酶是内在膜蛋白，可以锚定在生物膜上，并可以在膜上移动；这些ATP酶又被称为跨膜ATP酶。

反应机制

ATP酶与ATP水解反应耦合的转运是一个严格的化学反应，即每分子ATP水解能够使一定数量的溶液分子被转运。例如，对于钠钾ATP酶，每分子ATP水解能够使3个钠离子被运出细胞，同时2个钾离子被运入。

跨膜ATP酶需要ATP水解所产生的能量，因为这些酶需要做功：它们逆著热力学上更容易发生的方向来进行物质运输，换句话说，以膜为参照，它们可以将物质从低浓度的一边运送到高浓度的一边。这一过程被称为主动运输。

作用机制

关于ATP酶催化ADP氧化磷酸化成ATP的机制，先后提出过几种假说　1、化学偶联假说；

2、构象假说；

3、化学渗透假说。

如今流行的是化学渗透假说，由英国生物化学家P.Mitchell于1961年提出。该学说很好地说明线粒体内膜中电子传递、质子电化学梯度建立、ADP磷酸化的关系，并具有大量的实验支持，得到公认并获得了1978年诺贝尔奖。

化学渗透假说的基本设想是：当高能电子沿呼吸链传递时，释放出的能量使质子（H+）从线粒体内膜的基质侧泵至膜间隙；内膜形成电化学质子梯度。在该梯度中蕴藏了能量，这种能量经ATP合成酶催化驱使ADP和无机磷酸形成ATP，即为氧化磷酸化过程。此假说依据线粒体的功能有四点具体的假设：

1、呼吸链各组成成分在线粒体内膜上有一定的位置。当电子从一种载体传递至另一种载体时，将质子泵出基质

2、线粒体ATP合成酶复合体也可跨膜转运质子，但其作用是可逆的。该复合体利用足够的电化学质子梯度能量在其内部合成ATP，这时质子由膜间隙通过复合体向基质方向流动；当电化学质子梯度不足以合成ATP时，ATP酶复合体能水解ATP，产生的能量将质子从基质侧泵到膜间隙。

3、线粒体内膜一般不允许离子透过，特别是H+、OH-不能自由通透。

4、内膜上含有许多载体蛋白质，作为中间物帮助代谢物和一些无机离子进、出基质腔。

基本功能

跨膜ATP酶可以为细胞输入许多新陈代谢所需的物质并输出毒物、代谢废物以及其他可能阻碍细胞进程的物质。例如，钠钾ATP酶（又称为钠/钾离子ATP酶）能够调节细胞内钠/钾离子的浓度，从而保持细胞的静息电位；氢钾ATP酶（又称为氢/钾离子ATP酶或胃质子泵）可以使胃内保持酸化环境。

除了作为离子交换器，跨膜ATP酶还有其他类别，包括共转运蛋白（co-transporter）和“泵”（也有部分“离子交换器”也被称为“泵”）。这些跨膜ATP酶中，有一些可以造成膜内外电荷的流动，其他的则不行，因此又可以将这些转运蛋白分为生电型（electrogenic）和非生电型。

生理功能

人体预存的ATP能量只能维持15秒，跑完一百公尺后就全部用完，不足的继续通过呼吸作用等合成ATP。纯净的ATP呈白色粉末状，能溶于水，作为药品可以提供能量并改善患者新陈代谢。ATP片剂可以口服，注射液可供肌肉注射或静脉注射。

能源物质

肌肉中储藏着多种能源物质，主要有三磷酸腺苷（ATP）、磷酸肌酸（CP）、肌糖原、脂肪等。

能源物质的代谢

（一）无氧代谢

剧烈运动时，体内处于暂时缺氧状态，在缺氧状态下体内能源物质的代谢过程，称为无氧代谢。它包括以下两个供能系统。

①非乳酸能（ATP—CP）系统—一般可维持10秒肌肉活动无氧代谢。

②乳酸能系统—一般可维持1—3分的肌肉活动非乳酸能（ATP—CP）系统和乳酸能系统是从事短时间、剧烈运动肌肉供能的主要方式。ATP释放能量供肌肉收缩的时间仅为1—3秒，要靠CP分解提供能量，但肌肉中CP的含量也只能够供ATP合成后分解的能量维持6—8秒肌肉收缩的时间。因此，进行10秒以内的快速活动主要靠ATP—CP系统供给肌肉收缩时的能量。乳酸能系统是持续进行剧烈运动时，肌肉内的肌糖元在缺氧状态下进行酵解，经过一系列化学反应，最终在体内产生乳酸，同时释放能量供肌肉收缩。这一代谢过程，可供1—3分左右肌肉收缩的时间。

（二）有氧代谢

在氧充足的条件下，肌糖元或脂肪彻底氧化分解，最终生成CO2和H2O，同时释放大量的分解代谢，称为有氧氧化系统。

（三）能量供应

1、了解体育促进身体健康的道理

体育运动加速体内能源物质的消耗，促进体内物质的分解与合成，使组织细胞得到比原有水平更多的营养补充，有机体获得更加旺盛的活动能力，从而使身体不断发展、完善，这就是体育锻炼促进身体健康发展的基本道理。

2、了解能量供应与提高运动能力的关系

体育运动消耗体内的能源物质，经过一段时间休息后，体内能源物质可以恢复甚至超过原有水平，这种变化称为超量恢复。出现超量恢复的程度和时间的早晚取决于运动量的大小。在一定范围内运动量越大，体内能源物质消耗越多，超量恢复的幅度也越大，但所需的时间也长，在身体出现超量恢复阶段，进行第二次适宜的运动与休息，可以逐步提高人体的能量供应水平，从而不断提高人体运动能力。

3、了解有氧锻炼与减肥的道理

长时间的运动是在有氧代谢的条件下进行的，要靠脂肪的代谢提供能量，因此，有氧运动是消耗脂肪达到减肥目的的有效方法。

4、人体的无氧代谢能力主要取决于以下三个方面：

①肌肉中ATP、CP的含量及分解速度；

②肌糖元的无氧酵解速度及血液对乳酸的缓冲能力；

③神经、肌肉对缺氧和乳酸堆积的耐受能力。

无氧代谢能力是速度素质的重要基础。体育课发展无氧代谢能力的方法，一般采用间歇性练习和持续性练习。间歇练习主要发展ATP—CP系统的供能能力。一般每次练习在30秒以内，进行1—3分的积极性休息，再进行适宜练习，可以提高速度素质。持续练习主要发展乳酸系统的供能力。一般每次练习在30秒以上，每次休息时间较短，可以提高速度耐力。

5、发展有氧代谢能力

有氧代谢能力是人体长时间进行有氧运动的能力。发展有氧代谢能力关键在于有充足的氧供应，即人体单位时间内吸收、利用氧的最大数值——最大耗氧量。最大耗氧量与单位时间内血液循环携带、运输氧有密切的关系。因此，心肺功能的好坏，直接影响到最大耗氧量。采用较低或中等运动强度、持续时间较长的练习，由于机体可以得到充足的氧供应，进行有氧氧化供能，所以，可以提高有氧代谢能力，从而提高心肺功能。

合理使用

ATP作为一种辅酶，有改善肌体代谢的作用，可参与体内脂肪、蛋白质、糖、核酸、核苷酸等代谢过程。它同时又是体内能量的主要来源，为吸收、分泌、肌肉收缩以及进行生化合成反应等过程提供所需要的能量。常用于心肌病、肝炎、进行性肌萎缩、神经性耳聋等疾病的治疗.

ATP广泛用于改善机体代谢，以及疾病的辅助治疗，是心脏病人常用的能量合剂中的重要成分之一。但心率过缓的病人要忌用，因为它会影响心室率和心脏的传导，抑制心脏窦房结的正常工作，使其发出的冲动频率减慢，传导时间延长，导致心跳节律变慢。如果大剂量使用，可产生早搏、血压下降等。因此，Ⅱ-Ⅲ度房室传导阻滞、病态窦房结综合征、交界性心律及洋地黄中毒引起高度房室传导阻滞等疾病应忌用ATP，以免进一步减慢心律，心率低于60次/分应禁用ATP。

ATP除可引起上述副作用外，还可引起过敏性休克。近年来有关ATP引起过敏性休克甚至死亡的病例国内时有报道。其临床表现为全身发抖、烦躁不安、呼吸困难和心律失常，因此使用时应注意如下几个问题：

(1)应注意观察有无过敏反应，凡过敏体质者不宜使用。

(2)ATP在体内分解后，能使全身血管扩张，血压下降，因此它不宜应用于急性心肌梗塞。脑出血初期也应禁用ATP。ATP也不宜与能加重负性传导和频率作用的药物合用。

(3)静注时宜缓慢，应从小剂量开始治疗，无效时可逐渐加量。

ATP合成酶

ATP合成酶是一类线粒体与叶绿体中的合成酶，它广泛存在于线粒体、叶绿体、原核藻、异养菌和光合细菌中，是生物体能量代谢的关键酶。

ATP合成酶可以在跨膜质子动力势的推动下，利用ADP和Pi催化合成生物体的能量“通货”——ATP。一般来说，机体所需的大多数ATP都是由ATP合酶产生的。据估计，人体每天进行正常活动所需的ATP量约等于他的体重，如体重70千克的成年人，每天合成的用于机体正常生命活动的ATP量约为70kg。而如此巨量的ATP正是由人体无数的ATP合酶合成的。

同时，ATP合成酶也可以催化逆反应，即ATP的水解。因此，从某种意义上来说，ATP合成酶也是一类ATP酶。