“ATP”释疑

唐代大诗人杜牧在《秋夕》中这样写道：“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。”在这卷静谧袅娜的秋夕图中，一只只闪烁的流萤仿佛一颗颗璀璨的明星点亮了整幅画卷。而这流萤之光其能量便直接来自于atp，ATP也形象地被喻为细胞内流通的能量“通货”。可以说，ATP在机体的各种生命活动中扮演着重要的角色。但我在日常教学中发现，仍有不少学生对其认识不清，现将其常见疑惑部分简单剖析归纳如下。

1.ATP的结构与核酸有何联系？

我们通过观察上图ATP的结构可以发现，如果ATP脱去2个磷酸基团，就成了腺嘌呤核糖核苷酸（即RNA的基本组成单位之一），由此二者之间的联系一目了然。

2.如何理解ATP与ADP之间的相互转化？催化ATP水解。而ATP的形成是一种合成反应，催化该反应的酶是ATP合成酶，这种酶主要存在于线粒体的内膜、叶绿体的类囊体膜和细菌的质膜上ATP酶复合体。可见，ATP分解与合成所需要的酶不同，也就是其反应条件不同。

（2）从反应场所上分析，因为细胞进行正常生命活动需要一定的能量，其中绝大多数能量都是由ATP直接提供的。所以，ATP的水解可以在细胞内任何需要能量的地方进行。例如，在细胞膜上进行主动运输消耗能量；在细胞核内DNA复制和RNA合成需要能量，等等。而ATP合成的场所只有三处：一是在细胞质的基质中，细胞呼吸第一阶段形成ATP；二是在线粒体内，细胞有氧呼吸第二、三阶段形成ATP；三是在叶绿体的类囊体薄膜上，光合作用的光反应阶段可以形成ATP。因此，ATP合成与分解所需要的场所不完全相同。（3）从能量角度上分析，ATP水解释放的能量是储存在高能磷酸键中的化学能，这部分能量主要用于维持细胞分裂，根吸收矿质元素和肌肉的收缩等各项生命活动，却不能用来合成ATP。ATP合成需要的能量，对于动物来说，都来自于细胞呼吸中分解有机物释放的化学能；而对于绿色植物来说，还可来自于光合作用吸收的光能。显然，ATP合成需要的能量和其分解释放的能量来源是不同的。

综上所述，ATP与ADP之间转化所需要的酶、反应场所和能量来源等都不相同，因而它们之间转化是在不同生理条件下的两个过程，不能简单地看做是一个可逆反应。

3.光合作用产生的ATP能为各项生命活动直接供能吗？

光反应的同化，也就是说只能被光合作用过程自身所消耗，而不能用于神经传导兴奋时的离子转运、腺体的分泌活动、细胞的分裂、肾小管的重吸收、肌肉收缩等其他各项生命活动。

4.ATP与磷酸肌酸（可用C―P代表）有何关系？

我们先认识一下磷酸肌酸的结构（见右图）。从图中可见磷酸肌酸也是一种高能磷酸化合物。其常见于肌肉或其他兴奋性组织（如脑和神经）中，是高能磷酸基的暂时贮存形式。磷酸肌酸水解时，每摩尔化合物释放10.3千卡的自由能，比ATP释放的能量（每摩尔7.3千卡）多些。

当动物和人体细胞由于能量大量消耗而使细胞内的ATP含量过分减少时，通过肌酸激酶的作用，磷酸肌酸很快将磷酸基团连同能量一起转移给ADP，从而生成ATP和肌酸（可用C代表）以恢复正常的ATP高水平。由于肌肉细胞的磷酸肌酸含量是其ATP含量的3―4倍，前者可贮存供短期活动用的、足够的磷酸基团。在活动后的恢复期中，积累的肌酸又可被ATP磷酸化，重新生成磷酸肌酸，这是同一个酶催化的逆反应。因为细胞中没有其他合成和分解磷酸肌酸的代谢途径，此化合物很适合完成这种暂时贮存的功能。二者的转化关系可表示为：

ATP+磷酸肌酸（C―P+肌酸（C）

5.ATP是生物体所有生命活动的唯一直接能源物质吗？

事实上除ATP外，生物体各项生命活动的直接能源物质还可以是GTP（鸟苷三磷酸）、CTP（胞苷三磷酸）、UTP（尿苷三磷酸）、TTP（胸苷三磷酸）。教材只是提及ATP是生物体内能量的直接来源，但不能理解为ATP是唯一的能量直接来源，我个人比较认同：ATP只是生物体内能量的主要直接来源。

6.人体骨骼肌运动时，能量如何供应？ATP与整个过程有何联系？

ATP是肌肉收缩时的直接能源物质，但ATP在肌肉中的含量很低，当肌肉剧烈运动时，供能时间只能维持1―3秒，之后的能量供应就要依赖于ATP的再生，即需要其它物质转化合成ATP来直接供能。大致说来，人体能量的供应可分为三个供能系统。

①ATP―磷酸肌酸系统（ATP-CP）：ATP-CP供能系统单独供能的话，大概能维持6―8秒的时间，不需要氧气，也不产生乳酸，时间比较短的剧烈运动如举重、投掷等一般就是这个系统供能的。

②乳酸系统（无氧酵解系统）：乳酸系统是糖原或葡萄糖在细胞内无氧分解生成乳酸的过程中，再合成生成ATP的能量系统。如果单独供能的话，大概能持续33秒的时间。其最终产物是乳酸，所以称乳酸供能系统。该系统是1min以内要求高功率输出的运动的物质基础，如200m跑、100m游泳，等等。

③有氧系统（有氧呼吸系统）：有氧氧化系统是糖、脂肪、蛋白质等有机物在细胞内彻底氧化生成二氧化碳和水的过程中，再合成ATP的能量系统。其产物当然就是二氧化碳、水和ATP了。三者与骨骼肌运动的关系如下。

根据机体的供氧情况，糖的氧化分解有两种方式：

①当氧供应充足时，来自糖（或脂肪）的有氧氧化。

②当氧供应不足时，即来自糖的酵解，生成乳酸。乳酸在最后供氧充足时，一部分继续氧化，释放的能量使其余部分再合成肝糖元。所以肌肉收缩的最终能量来自物质（糖、脂肪）的有氧氧化。

运动时，人体以何种方式供能，取决于需氧量和摄氧量的相互关系，当摄氧量能满足需要时，肌体即以有氧代谢供能，当摄氧量不能满足需氧量时，其不足部分即依靠无氧氧化供能。这样将造成体内的氧亏负，称为氧债。运动时的需氧量取决于运动强度，强度越大，需氧量越大，无氧代谢供能的比例也越大。

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