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ATP酶的作用机制
发布时间:2017-03-17   点击次数:658次

ATP酶的作用机制


ATP酶又称为三磷酸腺苷酶,是一类能将三磷酸腺苷(ATP)催化水解为二磷酸腺苷(ADP)和磷酸根离子的酶,这是一个释放能量的反应。在大多数情况下,能量可以通过传递而被用于驱动另一个需要能量的化学反应。这一过程被所有已知的生命形式广泛利用。

 

ATP是三磷酸腺苷的英文缩写符号,它是各种活细胞内普遍存在的一种高能磷酸化合物。高能磷酸化合物是指水解时释放的能量在20.92kJ/mol(千焦每摩尔)以上的磷酸化合物,ATP水解时释放的能量高达30.54kJ/mol。

 

ATP的分子式可以简写成A-P~P~P。简式中的A代表腺苷,P代表磷酸基团,~代表一种特殊的化学键,叫做高能磷酸键。
 


ATP的水解实际上是指ATP分子中高能磷酸键的水解。高能磷酸键水解时能够释放出大量的能量,ATP分子中大量的化学能就储存在高能磷酸键中。


部分ATP酶是内在膜蛋白,可以锚定在生物膜上,并可以在膜上移。

 

ATP酶与ATP水解反应耦合的转运是一个严格的化学反应,即每分子ATP水解能够使一定数量的溶液分子被转运。例如,对於钠钾ATP酶,每分子ATP水解能够使3个钠离子被运出细胞,同时2个钾离子被运入。

 
ATP酶的作用机制


跨膜ATP酶需要ATP水解所产生的能量,因为这些酶需要做功:它们逆著热力学上更容易发生的方向来进行物质运输,换句话说,以膜为参照,它们可以将物质从低浓度的一边运送到高浓度的一边。这一过程被称为主动运输。

 

关于ATP酶催化ADP氧化磷酸化成ATP的机制,先后提出过几种假说

1、化学偶联假说;
2、构象假说;
3、化学渗透假说。


目前流行的是化学渗透假说,由英国生物化学家P.Mitchell于1961年提出。该学说很好地说明线粒体内膜中电子传递、质子电化学梯度建立、ADP磷酸化的关系,并具有大量的实验支持,得到公认并获得了1978年诺贝尔奖。


化学渗透假说的基本设想是:当高能电子沿呼吸链传递时,释放出的能量使质子(H+)从线粒体内膜的基质侧泵至膜间隙;内膜形成电化学质子梯度。在该梯度中蕴藏了能量,这种能量经ATP合成酶催化驱使ADP和无机磷酸形成ATP,即为氧化磷酸化过程。

 

此假说依据线粒体的功能有四点具体的假设:
1、呼吸链各组成成分在线粒体内膜上有一定的位置。当电子从一种载体传递至另一种载体时,将质子泵出基质


2、线粒体ATP合成酶复合体也可跨膜转运质子,但其作用是可逆的。该复合体利用足够的电化学质子梯度能量在其内部合成ATP,这时质子由膜间隙通过复合体向基质方向流动;当电化学质子梯度不足以合成ATP时,ATP酶复合体能水解ATP,产生的能量将质子从基质侧泵到膜间隙。


3、线粒体内膜一般不允许离子透过,特别是H+、OH-不能自由通透。


4、内膜上含有许多载体蛋白质,作为中间物帮助代谢物和一些无机离子进、出基质腔。

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