ATP-定义，结构，生产，合成，功能

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三磷酸腺苷(Adenosine Triphosphate)是一种焦磷酸盐分子，为代谢过程提供能量，即维持细胞的生命。

它是一种复杂的有机高能化合物，为代谢过程提供能量。它被称为货币的分子单位细胞内能量转移或“细胞的能量货币或"电池的能量单位”。它是每个细胞内使用和储存的主要能量来源。

ATP-定义，结构，生产，合成，功能
三磷酸腺苷

它是一种复杂的有机分子，由腺嘌呤、核糖和三磷酸部分组成。在细胞呼吸过程中释放的能量以ATP分子中两个磷酸二酯键的形式被捕获。在ATP分子中这些高能磷酸二酯键的水解过程中，能量被释放出来，然后用于细胞活动。

国际命名:腺苷5 ' -(三磷酸四氢)

分子式:C10H16N5O13P3.

分子量: 507.18 g/mol

密度:1.04克/厘米3.

溶解度:水溶性

ATP结构

ATP结构
ATP结构

它由腺嘌呤、核糖和三磷酸部分组成。腺苷由9个氮原子连接到核糖的1个碳原子上，核糖又由糖的5个碳原子连接到三磷酸基上。三个磷酸基组成一个三磷酸基。它们被称为α (α)、β (β)和γ (γ)磷酸基。有三个磷酸二酯键;一个在磷酸基之间，第二个在磷酸基之间，第三个在磷酸基和核糖之间。前两个是高能磷酸二酯连接，在水解过程中产生能量。因此，ATP水解成ADP(二磷酸腺苷)，再水解成AMP(一磷酸腺苷)会产生能量，但核糖和磷酸之间的磷酸二酯键断裂则需要能量。

ATP的产生

三磷酸腺苷是一种富含能量的化合物，主要是在有氧和无氧细胞的细胞呼吸过程中合成的。葡萄糖、脂类(脂肪)和氨基酸的氧化作用在细胞内产生ATP分子。在这些营养物质氧化过程中释放的能量以ATP分子中高能磷酸二酯键的形式被捕获。

葡萄糖和ATP

碳水化合物是能量的主要来源。以不同形式摄入的碳水化合物(淀粉、蔗糖、葡萄糖、乳糖、果糖等)大多被分解为单糖形式的葡萄糖。“葡萄糖随后会发生代谢反应，糖酵解，克雷布斯循环,氧化磷酸化并且被氧化释放能量。这些释放的能量被捕获并以ATP的形式储存起来。

糖酵解过程图

同样，蛋白质和脂类代谢也产生简单的终产物，如乙酰辅酶a、琥珀酰辅酶a、酮酸、氨等，然后经过克雷布斯循环和氧化磷酸化生成ATP分子。

ATP合成机制

ATP的合成发生在几个细胞过程中，包括磷酸化反应。它可以在有氧和无氧条件下发生。ATP产生的主要途径有:细胞呼吸(氧化磷酸化，底物水平磷酸化)，β -氧化和脂质分解代谢，蛋白质分解代谢，光磷酸化和发酵。

1.细胞呼吸

这是葡萄糖被分解为乙酰辅酶a并经过氧化磷酸化合成ATP的过程。它是合成细胞所需的大部分ATP的主要机制。通过细胞呼吸产生ATP发生在两个不同的阶段;

a.底物水平磷酸化

ATP的产生直接发生在糖酵解过程中。在糖酵解途径中，G-3-P脱氢酶对G-3-P的氧化作用增加了一个高能磷酸基，该磷酸基在下一次反应中转化为ADP，生成ATP分子。

在另一个反应中，2-磷酸甘油酸脱水过程中释放的能量将低能磷酸键转化为高能磷酸键，在下一次反应中转移到ADP，产生ATP分子。

丙酮酸脱氢酶配合物将丙酮酸氧化为乙酰辅酶a分子。这样形成的乙酰辅酶a然后进行克雷布斯循环，在那里它被氧化产生一个等效的ATP，即GTP分子，三个NADH分子和一个FADH分子2．这些NADH和FADH2分子是电子载体，将进入ETC(电子传递链)并产生ATP分子。

b.氧化磷酸化

中间化合物如NADH和FADH2在糖酵解、丙酮酸脱羧和克雷布斯循环过程中产生的羧基被用作电子载体，并作为电子传递链(ETC)的底物，产生质子梯度。质子梯度与化学渗透相结合，ATP合酶在其中合成ATP。

2.Photo-phosphorylation

在含叶绿素的细胞内，光能被用来将ADP磷酸化为ATP的过程。一般的光合磷酸化反应可以表示为:

ADP +光能+ Pi→ATP

它有两种类型;循环和非循环光磷酸化。

a.循环光磷酸化

这是Photosystem-I的P700色素释放的电子被回收回Photosystem-I的光磷酸化过程。释放的电子受到ETC的影响，ETC产生质子梯度，ATP合成酶在称为化学渗透的过程中用于产生ATP。它主要发生在细菌细胞中。

b.非循环光磷酸化

在光磷酸化过程中，释放的电子不会被回收到产生它们的光系统中。在这种机制中，光系统- i和-II同时被激发。光系统ii的P680释放的电子通过化学渗透中ATP合酶磷酸化ADP产生ATP的ETC。然后，这些电子被用来取代光系统ii的P700在光激发过程中失去的电子。光系统ii释放的电子被用来将NADP+还原为NADPH。它主要发生在植物细胞中，并引起一个O的释放2每一步的分子。

3.机会

这是一种分解代谢反应，脂肪酸被氧化为乙酰辅酶a，然后受到克雷布斯循环的影响，同时ETC生成ATP。在每个-氧化循环中，一个乙酰基-辅酶a, NADH和FADH2生产。这些中间产物在克雷布斯循环和氧化磷酸化过程中进一步代谢释放ATP。

4.发酵

它是通过糖(葡萄糖)的糖酵解产生的丙酮酸的还原来生产有机酸或酒精的过程。它发生在无氧呼吸过程中。这是一个底物水平的磷酸化过程，从一个葡萄糖分子产生2个ATP分子。最终产物不是乳酸就是乙醇。由于缺氧，这些产物不能进入氧化磷酸化。因此不再产生ATP分子。因此，它在ATP生成方面不如有氧呼吸过程有效。

ATP水解

它是ATP分子中富含能量的磷酸二酯键在水和ATP酶的存在下被分解(水解)，释放能量和无机磷酸分子的分解代谢反应过程。这是一种火能反应，在ATP形成过程中储存在磷酸二酯键中的能量被释放出来。这些释放的能量被细胞用来进行一些细胞活动和反应。

ATP首先被水解，打破一个能量丰富的磷酸二酯键，形成ADP。ADP分子可以进一步水解，破坏另一个能量丰富的磷酸二酯键，形成AMP。磷酸二酯键的破坏在水的存在下由ATP水解酶(ATP酶)催化。ATP水解是可逆反应，即ADP和AMP可以由ATP分子再磷酸化。

ATP水解为ADP释放7.3千卡/摩尔的能量。可以表示为:

ATP水解成ADP
ATP水解成ADP

其中，∆G=吉布斯自由能= - 7.3 kCal/mol能

ADP进一步水解为AMP释放7.5 kCal/mol的能量。可以表示为:

ADP水解成AMP
ADP水解成AMP

其中，∆G=吉布斯自由能= - 7.5 kCal/mol能

总体反应可以总结为:

ATP水解
ATP水解

ATP的功能

  1. ATP在合成代谢反应中发挥着重要作用，为骨骼形成或断裂提供能量。它是细胞反应和过程的主要能量来源。能量在活细胞内以ATP的形式储存和运输。细胞中所有其他形式的化学能在使用前都转化为ATP。
  2. 像肌肉收缩-放松、细胞运动、脉冲传递、心脏泵送、血液循环等重要过程都需要ATP水解作为燃料。
  3. 在主动转运机制中，ATP被用作分子进出细胞的能量来源。
  4. 三磷酸腺苷作为细胞内的能量储备来源。
  5. ATP参与细胞内信号传递过程。它们作为磷酸转移激酶、腺苷酸环化酶等的底物。ATP转化为cAMP(环状AMP)， cAMP在细胞内信号转导过程中起次要信号分子的作用。
  6. ATP也参与细胞外信号和神经传递。在嘌呤能信号转导过程中，ATP用于细胞间的通讯。它还在一些神经信号传递过程中充当神经递质。
  7. ATP是DNA和RNA分子生物合成所必需的。原核生物的DNA gyrase或DNA拓扑异构酶II需要以dATP(脱氧核糖核酸腺苷三磷酸)形式存在的ATP。
  8. 它还通过激活氨酰基- tRNA合成酶参与蛋白质合成反应。
  9. 细胞膜中存在几种ATP结合盒转运蛋白(ABC转运蛋白)，它们利用ATP结合和水解的能量进行细胞转运，如维生素、金属离子、生物合成前体等的吸收和脂类、药物残留、固醇等的排出。
  10. 可注射atp被用作某些心脏疾病(心律失常)的诊断和治疗药物。
  11. ATP被认为是一种生物水解物。ATP可以阻碍蛋白质的热聚集和蛋白质的溶解性。
  12. 三磷酸腺苷也因其抗衰老特性而被研究，并被用于抗衰老药物。

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