细胞的能量“货币” · ATPLab
细胞的能量“货币”:在暗室里亲手做萤火虫发光器实验,比较蒸馏水、葡萄糖、ATP 与煮沸对照;按 PubChem 三维结构旋转 ATP 分子、看水解时特殊化学键断裂;Ca²⁺ 载体蛋白的磷酸化循环与 ATP—ADP 动态平衡;线粒体内膜上旋转的 ATP 合酶。
章节内容
萤火虫的光从哪里来
萤火虫腹部末端的发光器里有荧光素和荧光素酶。把发光器研磨后加水,提取液在黑暗中会发出淡黄绿色的荧光,大约 15 分钟后荧光消失。
荧光消失后,分别向试管中加入蒸馏水、葡萄糖溶液和 ATP 溶液,哪一支会重新亮起来?把一支试管先煮沸再加入 ATP,又会怎样?
右侧可以调节 ATP 溶液的浓度、水浴温度和 pH,观察荧光的亮度和颜色。
ATP 的结构
ATP 是腺苷三磷酸的英文名称缩写,结构可以简写成 A–P~P~P:A 代表腺苷(腺嘌呤 + 核糖),P 代表磷酸基团,~ 代表一种特殊的化学键。
相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥,这种化学键不稳定,末端的磷酸基团有较高的转移势能。ATP 水解时,末端磷酸基团脱离,释放出能量。
ATP 再水解掉一个磷酸基团就是 AMP——腺嘌呤核糖核苷酸,它是构成 RNA 的基本单位之一。拖动画面可以旋转分子。
ATP 与 ADP 的相互转化
细胞中 ATP 的含量很少,但 ATP 与 ADP 时刻不停地相互转化,处于动态平衡之中。
吸能反应一般与 ATP 水解相联系。画面中央是参与 Ca²⁺ 主动运输的载体蛋白,它也是一种能催化 ATP 水解的酶:ATP 末端的磷酸基团转移到载体蛋白上(磷酸化),载体蛋白的空间结构改变,把 Ca²⁺ 释放到膜外。
放能反应一般与 ATP 合成相联系。左侧代表细胞呼吸:动物、人、真菌和大多数细菌合成 ATP 的能量都来自细胞呼吸,绿色植物还来自光合作用。
ATP 合酶
有氧呼吸产生的 ATP 大部分是在线粒体内膜上合成的。细胞呼吸把 H⁺ 泵到内膜外侧,形成 H⁺ 浓度差;H⁺ 顺浓度差穿过 ATP 合酶流回基质,带动它的转子旋转。
转子每转 120°,上方的一个 β 亚基就释放一个 ATP;转一圈流过 8 个 H⁺、合成 3 个 ATP。叶绿体类囊体膜上也有 ATP 合酶。
把浓度差调小,或者加入让 H⁺ 直接漏回去的解偶联剂,看看转子会怎样。
随堂检测
回顾四个课题,完成下面的选择题。
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