細(xì)胞的能量“通貨”

賈綺蕓

摘要：ATP是生命直接能源物質(zhì)，是一種高能磷酸化合物，在光合作用、呼吸作用等具體能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程中有著不可忽視的作用，在所有生物的能量代謝中占著舉足輕重的地位。

關(guān)鍵詞：能源物質(zhì);轉(zhuǎn)化;利用

細(xì)胞的能量“通貨”——ATP是人教版高中生物必修一《分子與細(xì)胞》的第五章《細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用》第二節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，主要介紹了ATP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及ATP與ADP兩者的轉(zhuǎn)化關(guān)系，并重點(diǎn)解釋了ATP在能量代謝中的作用。是學(xué)生在已經(jīng)弄懂了細(xì)胞的分子和結(jié)構(gòu)組成、酶的本質(zhì)和特性的基礎(chǔ)上來(lái)學(xué)習(xí)的。該節(jié)知識(shí)點(diǎn)在《細(xì)胞能量供應(yīng)和利用》一章中的承上啟下作用非常明顯，ATP是生命直接能源物質(zhì)，是一種高能磷酸化合物，在光合作用、呼吸作用等具體能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程中有著不可忽視的作用，在所有生物的能量代謝中占著舉足輕重的地位。

一、ATP是直接的能源物質(zhì)

杜牧的詩(shī)句“銀燭秋光冷畫屏，輕羅小扇撲流螢。天階夜色涼如水，坐看牽牛織女星”真實(shí)地再現(xiàn)了螢火蟲(chóng)尾部發(fā)光的現(xiàn)象。想知道螢火蟲(chóng)為什么會(huì)發(fā)光的嗎？那是因?yàn)槲灮鹣x(chóng)有一個(gè)專門管理發(fā)光的細(xì)胞，這個(gè)細(xì)胞里含有兩種物質(zhì)，分別是熒光素和熒光素酶，熒光素首先被熒光素酶激活，然后與螢火蟲(chóng)呼吸進(jìn)來(lái)的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生氧化熒光素，一閃一閃的美麗熒光就出現(xiàn)在我們眼前了。螢火蟲(chóng)發(fā)光需要能量。糖類是生物體進(jìn)行生命活動(dòng)的主要能源物質(zhì)。脂肪是生物體內(nèi)貯存能量的物質(zhì)。糖類、脂肪、蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)的能源物質(zhì)。那么糖類、脂肪、蛋白質(zhì)中的能量能不能在螢火蟲(chóng)發(fā)光過(guò)程中起直接作用呢？讓我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證一下吧。

首先，我們抓取幾只螢火蟲(chóng)，把它們尾部的發(fā)光細(xì)胞割取下來(lái)，分別裝入A、B兩個(gè)試管中，我們可以看到，兩個(gè)試管都會(huì)發(fā)出時(shí)隱時(shí)現(xiàn)的熒光。等待熒光消失后，在兩個(gè)試管中分別加入ATP溶液和葡萄糖溶液，我們可以看到加入ATP溶液的試管發(fā)出熒光，而加入葡萄糖溶液的試管沒(méi)有變化。

通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)我們可以提出問(wèn)題，為什么加入葡萄糖溶液的試管不發(fā)光，而加入ATP溶液的試管會(huì)發(fā)出熒光呢？

原來(lái)是因?yàn)槠咸烟莾?nèi)中的能源物質(zhì)只有先轉(zhuǎn)移到ATP中才能被生命活動(dòng)應(yīng)用。而ATP是可以直接參與到生命活動(dòng)中去的。由此可見(jiàn)，ATP在能量代謝中具有不可替代的作用。

二、ATP的分子結(jié)構(gòu)組成

ATP是三磷酸腺苷的英文名稱縮寫符號(hào)。三磷酸腺苷在生物化學(xué)中是一種核苷酸，是細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存和傳遞能量的“通貨”。在核酸合成中ATP也具有重要作用。ATP分子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式用A-P～P～P來(lái)表示，其中A表示腺苷，P表示磷酸基團(tuán)，“-”表示共價(jià)鍵，～表示的是一種高能磷酸鍵。

ATP擁有3個(gè)磷酸基團(tuán)、2個(gè)高能磷酸鍵、1個(gè)共價(jià)鍵，是存在于細(xì)胞內(nèi)的一種高能磷酸化合物。高能磷酸鍵斷裂時(shí)，會(huì)釋放出來(lái)大量的能量。ATP的水解，實(shí)際上就是指ATP分子中高能磷酸鍵的水解，在一定條件下最多可以斷裂兩個(gè)高能磷酸鍵。ATP中儲(chǔ)藏有大量不穩(wěn)定的高能磷酸鍵，高能磷酸鍵水解時(shí)釋放的能量能夠達(dá)到30.54KJ/Mol，ATP是生物體內(nèi)唯一可以釋放能量的化合物。所以說(shuō)，ATP是流動(dòng)的能量“通貨”。

三、ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化

ATP是如何水解釋放出大量能量？

ATP是高能化合物并且處于不穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)過(guò)酶的催化作用，處于最外面的高能磷酸鍵斷裂，釋放出大量的能量，同時(shí)還生成了ADP（二磷酸腺苷）和游離的磷酸基團(tuán)Pi。二磷酸腺苷ADP在酶的催化作用下，接受了能量，與一個(gè)游離的磷酸基團(tuán)Pi結(jié)合，合成ATP。ATP作為一種高能化合物，其能量與某些高能化合物如（磷酸肌酸）相比要低一些，因此可以在不需要外部供應(yīng)的情況下將磷酸肌酸的能量轉(zhuǎn)移給ATP。如果用口袋里的錢來(lái)比喻與“通貨”的關(guān)系，葡萄糖分子中的能量就好比是一張張的百元大鈔，ATP就是小面額的錢幣，日常生活中使用更加方便，但是隨著日常開(kāi)銷使用零錢會(huì)越來(lái)越少，為了正常的開(kāi)銷就必須不斷散開(kāi)大面額的錢幣用來(lái)補(bǔ)足，這樣我們就能理解物質(zhì)分解時(shí)釋放的能量可以被用來(lái)合成ATP，就可以更形象地理解“通貨”的含義了。

ATP在細(xì)胞中的含量非常少，但是它能在細(xì)胞體內(nèi)迅速轉(zhuǎn)換，始終保持一種動(dòng)態(tài)平衡，來(lái)實(shí)現(xiàn)生物體的能量代謝。這種通過(guò)ATP不斷地分解、合成釋放能量，來(lái)實(shí)現(xiàn)生命活動(dòng)的過(guò)程就稱為ATP循環(huán)。細(xì)胞內(nèi)既有吸能反應(yīng)，又有放能反應(yīng)。ATP的合成是吸能反應(yīng)，ATP的水解即為放能反應(yīng)，ATP分子通過(guò)不斷吸能與放能循環(huán)，產(chǎn)生大量的能量提供給生命活動(dòng)。ATP是保證細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)，因此，我們可以形象地把它比喻成細(xì)胞的能量“通貨”。

四、ATP的利用

糖類、脂肪、蛋白質(zhì)都是細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存能量的物質(zhì)，生命活動(dòng)消耗能源物質(zhì)按照糖類—脂肪—蛋白質(zhì)的順序進(jìn)行。通常情況下生命活動(dòng)利用的能源物質(zhì)是糖類，通過(guò)分解糖類中的能量釋放傳遞給ATP，轉(zhuǎn)化為活躍的化學(xué)能，這時(shí)才能被各種生命活動(dòng)所利用，才從根本上解決能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程。ATP釋放的能量轉(zhuǎn)化成其他能量的形式主要有：機(jī)械能（如肌肉收縮）、電能（如電鰻放電、大腦思考）、滲透能（如吸收和分泌）、化學(xué)能（如蛋白質(zhì)的合成）、熱能（如維持體溫）、光能（如螢火蟲(chóng)發(fā)光）。

細(xì)胞中的ATP含量是極少的，而我們細(xì)胞中含有的葡萄糖、脂肪又不能被細(xì)胞直接利用，只有通過(guò)轉(zhuǎn)移給ATP，通過(guò)ATP水解釋放出能量才能參與生命的活動(dòng)，他們之間的轉(zhuǎn)化是迅速平衡的，就像運(yùn)動(dòng)員劉翔在奔跑中大量地消耗ATP，而他細(xì)胞中所含的糖類和脂肪類迅速地轉(zhuǎn)移到ATP中進(jìn)行水解釋放大量的能量，為他能夠在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上奔跑輸送能量。

ATP直接為生物體的生命活動(dòng)提供能量，直接參與生命體能量的轉(zhuǎn)換，在能量傳遞過(guò)程中，它承擔(dān)著最直接的作用。所以ATP是名副其實(shí)的能量轉(zhuǎn)換“中轉(zhuǎn)站”，是細(xì)胞的能量“通貨”。

參考文獻(xiàn)：

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