2022-07-18 04:49:00

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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。

基本信息

  • 应用

    被已知的生命形式广泛利用

  • 参与的反应

    将三磷酸腺苷(ATP)催化水解为二磷酸腺苷(ADP)和磷酸根离子

折叠 编辑本段 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。

折叠 编辑本段 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

折叠 编辑本段 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

目前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。

折叠 编辑本段 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。

折叠 编辑本段 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。

折叠 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。

折叠 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;

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。

折叠 编辑本段 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。

折叠 编辑本段 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。

折叠 编辑本段 相关人类基因

钠/钾离子转运:ATP1A1, ATP1A2, ATP1A3, ATP1A4, ATP1B1, ATP1B2, ATP1B3, ATP1B4

钙离子转运:ATP2A1, ATP2A2, ATP2A3, ATP2B1, ATP2B2, ATP2B3, ATP2B4, ATP2C1

镁离子转运:ATP3

氢/钾离子转运:ATP4A, ATP4B

线粒体中的氢离子转运:ATP5A1, ATP5B, ATP5C1, ATP5C2, ATP5D, ATP5E, ATP5F1, ATP5G1, ATP5G2, ATP5G3, ATP5H, ATP5I, ATP5J, ATP5J2, ATP5L, ATP5L2, ATP5O, ATP5S

溶酶体中的氢离子转运:ATP6AP1, ATP6AP2, ATP6V1A, ATP6V1B1, ATP6V1B2, ATP6V1C1, ATP6V1C2, ATP6V1D, ATP6V1E1, ATP6V1E2, ATP6V1F, ATP6V1G1, ATP6V1G2, ATP6V1G3, ATP6V1H, ATP6V0A1, ATP6V0A2, ATP6V0A4, ATP6V0B, ATP6V0C, ATP6V0D1, ATP6V0D2, ATP6V0E

铜离子转运:ATP7A, ATP7B

I型,第8类:ATP8A1, ATP8B1, ATP8B2, ATP8B3, ATP8B4

II型,第9类:ATP9A, ATP9B

V型,第10类:ATP10A, ATP10B, ATP10D

VI型,第11类:ATP11A, ATP11B, ATP11C

非胃中的氢/钾离子转运:ATP12A

第13类:ATP13A1, ATP13A2, ATP13A3, ATP13A4, ATP13A5

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