細胞的能量教學問題釋疑

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1ATP合成需要的酶是ATP合酶還是ATP合成酶

1961年，國際生物化學和分子生物學命名委員會(NC-IUBMB)依據酶催化反應類型，把酶劃分為氧化還原酶類、轉移酶類、水解酶類、裂合酶類、異構酶類和連接酶類共六大類。NelsonDL等指出合成酶類催化使用ATP或其他能量來源，將兩個分子連接在一起的縮合反應。與合成酶相比較，合酶催化的縮合反應不需要任何核苷三磷酸作為能量的來源［1］。ATP主要是在氧化磷酸化和光合磷酸化的過程中產生。氧化磷酸化過程中的呼吸鏈起質子泵作用，把質子泵出線粒體內膜之外側，造成膜內外兩側間跨膜的電化學勢，跨膜電化學勢能被膜上的F1F0ATP復合體利用，催化ADP和Pi合成ATP［2］。光合磷酸化過程中光照引起水的裂解，水釋放的質子留在類囊體腔中，釋放的電子在傳遞過程中將類囊體膜外側質子泵入內側。這樣，膜內側質子濃度高而外側濃度低，當H+沿著濃度梯度返回膜外側時，在CF1F0ATP復合體催化下形成ATP［3］。從以上機制可以看出，F1F0ATP復合體和CF1F0ATP復合體催化底物ADP和Pi縮合為ATP，所需能量來自于質子電化學梯度而非其他任何核苷三磷酸。因此，氧化磷酸化和光合磷酸化過程中催化ATP合成的酶是ATP合酶。

2ATP合成需要的酶是否都是ATP合酶

ATP還可以在糖酵解過程中通過底物水平磷酸化產生。底物水平磷酸化是指底物被氧化時，形成了某些高能磷酸化合物，這些化合物通過酶的作用再將高能磷酸基轉移給ADP生成ATP［2］。那么催化磷酸基團轉移的是什么酶呢?朱圣庚等指出能夠在ATP和任何一種底物之間起催化作用、轉移磷酸基團的一類酶稱為激酶［4］，如肌酸激酶能催化磷酸肌酸的磷?；D移給ADP生成ATP等。綜合以上ATP合成的主要生理過程，ATP合成相關的酶可以分成兩大類:一類隸屬于NC-IUBMB建議的轉移酶類中第7亞類(轉移含磷基團)，這類酶通過轉移磷?；鶑囊粋€化合物(供體)到另一個化合物(受體)。酶的命名是在其催化的供體或受體后加上“激酶”二字，如肌酸激酶;另一類是F型ATP合酶，隸屬于NC-IUBMB建議中水解酶類的第6亞類(作用于酸酐鍵)。F型ATP合酶利用H+順著化學梯度流經質子泵時釋放的能量驅動合成ATP，如前面提到的線粒體氧化磷酸化和葉綠體光合磷酸化作用，因此F型ATP合酶實質就是ATP合酶［5］。

3ATP利用需要的酶是否都是ATP酶

NC-IUBMB建議每一個酶都被給予兩個名稱，一個為系統名，一個為慣用名。慣用名一般采用底物加反應類型來命名，如ATP水解酶等。對于水解酶，人們還習慣省去反應類型，直接用底物來表示，即ATP水解酶又稱為ATP酶。酶在發揮作用時，可以催化可逆反應的雙向進行。F型ATP合酶的主要功能是驅動ATP的合成和釋放。但它在體內特殊的條件下，可以反過來水解ATP。這時候F型ATP合酶就“蛻變”為ATP酶［6］。即上文提到的F型ATP合酶實質也是ATP酶。另外，根據“激酶”定義，當化學反應轉移的磷酸基團來自于ATP，而酶的命名根據基團轉移的受體來命名時，由于受體是多樣的，該過程對應的酶名稱也就是多樣的;再如前面提到的合成酶類(或連接酶類)也可能利用ATP。綜上所述，與ATP利用有關酶的種類很多，在教學時不能一概而論說成是ATP酶。

4ATP都是通過簡單水解提供能量嗎

朱圣庚等指出某些需ATP供能的過程確實涉及ATP的水解。例如肌肉收縮、酶沿著DNA或核糖體沿著信使ＲNA的移動等［4］。通過ATP簡單水解為生命活動提供能量的實質是ATP分子中遠離腺苷的磷酸苷鍵在酶的催化下，吸熱斷裂，形成的磷?；c水分子中的—OH基團形成的HOPO32－再與2個H+結合形成Pi，該過程中放熱，可用于需要能量的反應［7］。ATP利用過程中，最主要的方式是ATP分子中的一部分，如磷?；紫缺晦D移到底物分子或酶中的一個氨基酸殘基上，共價地與底物或酶連接，以提高其自由能含量;然后在第二步中，第一步被轉移的含磷酸部分被置換，產生Pi［4］。綜上所述，ATP的利用過程只有少數涉及需要水直接參與的簡單水解，大多數是不需要水參與而是通過直接轉移磷酰基給底物或酶的部分基團。

5細胞利用ATP時轉移的基團是否都是磷?；?/strong>