mynscl樓上說的只是化學能轉化為機械能的過程(註:不是“其他形式的能量”),所以ATP可以通過體外水解高能磷酸鍵釋放能量(註:這裏說的能量不壹定是機械能)。
附:分子馬達
受活細胞中能量機制的啟發,美國康奈爾大學的研究人員創造了壹種分子馬達。這種微電機以三磷酸腺苷為基礎,依靠高能分子三磷酸腺苷(ATP)為細胞內的化學反應提供能量。
研究人員將鎳制成的螺旋槳嫁接到三磷酸腺苷的分子軸上。當他們浸入ATP溶液中時,其中5個分子馬達轉動,速度達到每秒8轉。據介紹,這種電機只有在顯微鏡下才能觀察到,它的鎳螺旋槳有750納米長(壹納米是十億分之壹米)。根據拍攝的圖片,研究人員可以看到壹個場景,灰塵顆粒首先被旋轉的螺旋槳吸入,然後被拋出。
分子馬達又稱分子馬達,是壹種分布在細胞內部或表面的蛋白質。它負責細胞內或整個細胞內某些物質的運動。生物體內各種組織、器官乃至整個機體的運動,最終歸結為微觀尺度上分子馬達的運動。分子馬達說化學鍵中的能量耦合轉化為動能。化學鍵中的能量最終來自細胞膜或線粒體內外的電化學梯度。
壹種將ATP形成的化學能轉化為動能的蛋白質。壹些現有的蛋白質(如蛋白質合成、信號轉導等過程中的G蛋白)稍加改變就可以執行這壹功能。
分子馬達以微小的增量工作,它可以通過改變蛋白質的構象來進行導向運動。它需要壹個運動軌跡來引導電機組件做有規律的運動通過壹定的距離。事實上,我們之前已經遇到了壹種分子馬達,它使用了我們即將涉及的分子機器,也就是說,沿著DNA和RNA的軌跡運動的螺旋酶。由蛋白質絲(如肌原纖維和微管)重復相同亞基組成的運動蛋白的循環,是使絲狀軌道每次都響應ATP結合、水解、ATP結合、推動和釋放,這是產生運動的機制。
還有壹種完全不同的策略,就像大腸桿菌等細菌壹樣,用來產生運動。壹組鞭毛充當推進器,在細菌細胞膜中旋轉。這種旋轉馬達由跨膜蛋白濃度梯度驅動,而不是ATP水解。壹組蛋白質濃度梯度對旋轉運動的機制類似於ATP合酶的F0亞基。而儲存生化能量的主要方式是ATP和離子濃度梯度,逐漸用於驅動有機分子的運動。
真核細胞包含三個主要的運動蛋白家族:肌球蛋白、驅動蛋白和驅動蛋白。乍壹看,這些蛋白質家族似乎彼此非常不同。肌肉中的肌球蛋白最初被描述為具有自己的作用基礎,沿著肌原纖維的細絲移動。肌球蛋白包括兩個拷貝,都有壹條87kd分子基團的重鏈和壹條必需的輕鏈。以及起調節作用的輕鏈。人類基因似乎可以編碼40多種不同的肌球蛋白,其中壹些在肌肉收縮中起作用,另壹些參與不同種類的其他過程。驅動蛋白在蛋白質、囊泡和細胞器沿微管的運輸中起作用,包括染色體分離。驅動蛋白蛋白往往包括兩個拷貝,壹個是重鏈,壹個是輕鏈,其重鏈只有肌球蛋白長度的壹半左右。人類基因可以編碼至少40種驅動蛋白。在壹些真核細胞中,激動素可以驅動纖毛和鞭毛的運動。與其他蛋白質相比,激動素更大,分子量鏈超過500kd。似乎人類基因可以編碼大約65,438+00種激動素。
比較肌球蛋白、驅動蛋白和驅動蛋白的氨基酸序列,這些蛋白質家族之間沒有有意義的關系。然而,在確定它們的三維結構後,肌球蛋白和驅動蛋白家族成員之間存在顯著的相似性。特別是肌球蛋白和驅動蛋白都含有同源的P-環NTP酶核心位點,這些位點也存在於G蛋白中。動力蛋白重鏈的序列分析表明,它是P-環NTP酶AAA亞家族的壹員,我們以前在19S蛋白分解系統中遇到過。動力蛋白有6個序列,編碼沿其長片段排列的P-環NTP酶的整個環。因此,關於G蛋白和其他P-環NTP酶的知識可以用來分析這些運動蛋白的運動機制。
附:在生物化學中,三磷酸腺苷(ATP)是壹種核苷酸,在細胞中充當能量傳遞的“分子貨幣”,儲存和傳遞化學能。ATP在核酸合成中也起著重要的作用。
化學性質
ATP由腺苷和三個磷酸基團組成,分子式為c 10h 16n 5 o 13p 3,化學縮寫為c 10h 8n 4 o 2 NH 2(OH)2(PO3H)3H,分子量為507.6438+084。這三個磷酸基團從腺苷開始分為α、β和γ磷酸基團。ATP的化學名稱為5'-三磷酸-9-β-D-呋喃糖基腺嘌呤,或5'-三磷酸-9-β-D-呋喃糖基-6-氨基嘌呤。
復合的
ATP的三維結構可以通過許多細胞途徑產生,其中最典型的是ATP合酶通過線粒體中的氧化磷酸化或植物葉綠體中的光合作用合成的。ATP合成的主要能量來源是葡萄糖和脂肪酸。每分子葡萄糖首先在胞質溶膠中產生2分子丙酮酸和2分子ATP,最後通過三羧酸循環在線粒體中產生多達36分子ATP。
人體內的ATP
人體內ATP總量只有0.1摩爾左右。人體細胞每天的能量需要水解200-300摩爾的ATP,也就是說每個ATP分子每天需要重復利用2000-3000次。ATP不能儲存,因為它必須在合成後的短時間內被消耗。
其他三磷酸酯
活細胞中還有其他高能三磷酸如三磷酸鳥苷。能量可以通過磷酸激酶催化等反應在這些三磷酸和ATP中轉移:當磷酸鍵水解時,能量就會釋放出來。這種能量可以被許多酶、肌動蛋白和轉運蛋白用於細胞活動。水解還產生遊離磷酸和腺苷二磷酸。腺苷二磷酸可以進壹步水解成另壹種磷酸根離子和腺苷壹磷酸。ATP也可以直接水解成壹磷酸腺苷和焦磷酸,這是水溶液中高效的不可逆反應。
ADP和GTP之間的反應
ADP + GTP ATP + GDP
腺苷二磷酸+三磷酸鳥苷三磷酸腺苷+二磷酸鳥苷。
ATP可用作納米技術和灌溉的能源。人工心臟起搏器可能會受益於這項技術,不再需要電池提供電力。
三磷酸腺苷(ATP)是壹種廣泛存在於體內的輔酶,是體內組織和細胞所需能量的主要來源。ATP參與蛋白質、脂肪、糖和核苷酸的合成。ATP由腺苷酸環化酶催化形成環磷酸腺苷(cAMP),cAMP是細胞內的生物活性物質,在調節細胞內許多代謝過程中起著重要作用。
ATP為蛋白質、糖原、卵磷脂、尿素等的合成提供能量。,促進肝細胞的修復和再生,增強肝細胞的代謝活性,對治療肝病有很大的針對性。而外源ATP不容易進入細胞,它可能提供的量與體內需要的量相比微不足道。
三磷酸腺苷(ATP)
三磷酸腺苷異構體。
主要成分是三磷酸腺苷。
藥理作用本品為輔酶。能改善機體的新陳代謝,參與體內脂肪、蛋白質、糖、核酸、核苷酸的代謝,也是體內能量的主要來源。適用於細胞損傷後細胞酶類減少引起的疾病。動物實驗表明本品對心肌細胞有明顯的電生理作用,可抑制慢反應細胞的鈣內流,阻斷並延長房室結折返環的前向傳導,大劑量阻斷房室旁路折返,增強迷走神經,可用於室上性心動過速。
適應癥:室上性心動過速、心力衰竭、心肌炎、心肌梗死、腦動脈硬化、冠狀動脈硬化和急性脊髓灰質炎。
不良反應:頭痛、頭暈、出冷汗、胸悶、低血壓等。偶爾可見關節痛、蕁麻疹。
過敏反應、急性腦出血、病竇綜合征禁用。
用法用量:肌肉註射或靜脈註射:20mg/次,1 ~ 3次/日。
註意事項1、靜脈註射要慢,以免引起頭暈、頭脹、胸悶、低血壓等。2.在快速室上性心律失常的治療中,首劑20mg通常用葡萄糖溶液稀釋至5ml,在20秒內快速靜脈滴註。若無效,則每隔5分鐘註射壹次,之後再註射30mg,單次劑量不超過40mg。由於本品在終止室上性癲癇發作的過程中,可引起多種心律失常和全身反應,雖然是瞬時反應,無需治療,但仍有壹定的潛在危險。因此,使用本品時應進行持續的心電監測,並密切關註患者的全身反應。3.治療劑量應以小劑量開始,無效時逐漸增加。4.本品對竇房結有明顯抑制作用,病竇綜合征、竇房結功能障礙及老年人慎用或不用。5、部分療效不確切,應註意不要濫用。
ATP為人體提供能量
無氧代謝是劇烈運動時,機體處於暫時缺氧狀態。
缺氧狀態下體內能量物質的代謝過程稱為無氧代謝。它包括以下兩個能源供應系統。
①非乳酸能(ATP-CP)系統——壹般能維持肌肉活動10秒。
厭氧代謝
②乳酸能系統——壹般能維持1~3分的肌肉活動。
非乳酸能量(ATP-CP)系統和乳酸能量系統在短時間內接合,
劇烈運動肌肉提供能量的主要途徑。ATP為肌肉收縮釋放能量的時間只有1~3秒。
靠CP分解提供能量,但肌肉中CP的含量只有在ATP合成後才能利用。
分解的能量持續6-8秒用於肌肉收縮。因此,
10秒內的快速活動主要依靠肌肉收縮時ATP-CP系統提供的能量。
乳酸供能系統是持續劇烈運動時,肌肉中的肌糖原在缺氧狀態下被糖酵解。
經過壹系列的化學反應,體內最終產生乳酸,釋放能量用於肌肉收縮。
這壹代的感謝過程大約可以提供1~3分鐘的肌肉收縮時間。