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ATP酶的作用機制
更新時間:2017-03-17   點擊次數:2527次

ATP酶的作用機制


ATP酶又稱為三腺苷酶,是一類能將三腺苷(ATP)催化水解為二腺苷(ADP)和根離子的酶,這是一個釋放能量的反應。在大多數情況下,能量可以通過傳遞而被用于驅動另一個需要能量的化學反應。這一過程被所有已知的生命形式廣泛利用。

 

ATP是三腺苷的英文縮寫符號,它是各種活細胞內普遍存在的一種高能化合物。高能化合物是指水解時釋放的能量在20.92kJ/mol(千焦每摩爾)以上的化合物,ATP水解時釋放的能量高達30.54kJ/mol。

 

ATP的分子式可以簡寫成A-P~P~P。簡式中的A代表腺苷,P代表基團,~代表一種特殊的化學鍵,叫做高能鍵。
 


ATP的水解實際上是指ATP分子中高能鍵的水解。高能鍵水解時能夠釋放出大量的能量,ATP分子中大量的化學能就儲存在高能鍵中。


部分ATP酶是內在膜蛋白,可以錨定在生物膜上,并可以在膜上移。

 

ATP酶與ATP水解反應耦合的轉運是一個嚴格的化學反應,即每分子ATP水解能夠使一定數量的溶液分子被轉運。例如,對於鈉鉀ATP酶,每分子ATP水解能夠使3個鈉離子被運出細胞,同時2個鉀離子被運入。

 
ATP酶的作用機制


跨膜ATP酶需要ATP水解所產生的能量,因為這些酶需要做功:它們逆著熱力學上更容易發生的方向來進行物質運輸,換句話說,以膜為參照,它們可以將物質從低濃度的一邊運送到高濃度的一邊。這一過程被稱為主動運輸。

 

關于ATP酶催化ADP氧化化成ATP的機制,先后提出過幾種假說

1、化學偶聯假說;
2、構象假說;
3、化學滲透假說。


目前流行的是化學滲透假說,由英國生物化學家P.Mitchell于1961年提出。該學說很好地說明線粒體內膜中電子傳遞、質子電化學梯度建立、ADP化的關系,并具有大量的實驗支持,得到*并獲得了1978年諾貝爾獎。


化學滲透假說的基本設想是:當高能電子沿呼吸鏈傳遞時,釋放出的能量使質子(H+)從線粒體內膜的基質側泵至膜間隙;內膜形成電化學質子梯度。在該梯度中蘊藏了能量,這種能量經ATP合成酶催化驅使ADP和無機形成ATP,即為氧化化過程。

 

此假說依據線粒體的功能有四點具體的假設:
1、呼吸鏈各組成成分在線粒體內膜上有一定的位置。當電子從一種載體傳遞至另一種載體時,將質子泵出基質


2、線粒體ATP合成酶復合體也可跨膜轉運質子,但其作用是可逆的。該復合體利用足夠的電化學質子梯度能量在其內部合成ATP,這時質子由膜間隙通過復合體向基質方向流動;當電化學質子梯度不足以合成ATP時,ATP酶復合體能水解ATP,產生的能量將質子從基質側泵到膜間隙。


3、線粒體內膜一般不允許離子透過,特別是H+、OH-不能自由通透。


4、內膜上含有許多載體蛋白質,作為中間物幫助代謝物和一些無機離子進、出基質腔。

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