细胞的能量“通货”

贾绮芸

摘要：ATP是生命直接能源物质，是一种高能磷酸化合物，在光合作用、呼吸作用等具体能量的转化过程中有着不可忽视的作用，在所有生物的能量代谢中占着举足轻重的地位。

关键词：能源物质;转化;利用

细胞的能量“通货”——ATP是人教版高中生物必修一《分子与细胞》的第五章《细胞的能量供应和利用》第二节的教学内容，主要介绍了ATP的结构特点以及ATP与ADP两者的转化关系，并重点解释了ATP在能量代谢中的作用。是学生在已经弄懂了细胞的分子和结构组成、酶的本质和特性的基础上来学习的。该节知识点在《细胞能量供应和利用》一章中的承上启下作用非常明显，ATP是生命直接能源物质，是一种高能磷酸化合物，在光合作用、呼吸作用等具体能量的转化过程中有着不可忽视的作用，在所有生物的能量代谢中占着举足轻重的地位。

一、ATP是直接的能源物质

杜牧的诗句“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。天阶夜色凉如水，坐看牵牛织女星”真实地再现了萤火虫尾部发光的现象。想知道萤火虫为什么会发光的吗？那是因为萤火虫有一个专门管理发光的细胞，这个细胞里含有两种物质，分别是荧光素和荧光素酶，荧光素首先被荧光素酶激活，然后与萤火虫呼吸进来的氧气发生氧化反应，产生氧化荧光素，一闪一闪的美丽荧光就出现在我们眼前了。萤火虫发光需要能量。糖类是生物体进行生命活动的主要能源物质。脂肪是生物体内贮存能量的物质。糖类、脂肪、蛋白质是生物体内的能源物质。那么糖类、脂肪、蛋白质中的能量能不能在萤火虫发光过程中起直接作用呢？让我们通过实验来验证一下吧。

首先，我们抓取几只萤火虫，把它们尾部的发光细胞割取下来，分别装入A、B两个试管中，我们可以看到，两个试管都会发出时隐时现的荧光。等待荧光消失后，在两个试管中分别加入ATP溶液和葡萄糖溶液，我们可以看到加入ATP溶液的试管发出荧光，而加入葡萄糖溶液的试管没有变化。

通过这个实验我们可以提出问题，为什么加入葡萄糖溶液的试管不发光，而加入ATP溶液的试管会发出荧光呢？

原来是因为葡萄糖内中的能源物质只有先转移到ATP中才能被生命活动应用。而ATP是可以直接参与到生命活动中去的。由此可见，ATP在能量代谢中具有不可替代的作用。

二、ATP的分子结构组成

ATP是三磷酸腺苷的英文名称缩写符号。三磷酸腺苷在生物化学中是一种核苷酸，是细胞内储存和传递能量的“通货”。在核酸合成中ATP也具有重要作用。ATP分子的结构简式用A-P～P～P来表示，其中A表示腺苷，P表示磷酸基团，“-”表示共价键，～表示的是一种高能磷酸键。

ATP拥有3个磷酸基团、2个高能磷酸键、1个共价键，是存在于细胞内的一种高能磷酸化合物。高能磷酸键断裂时，会释放出来大量的能量。ATP的水解，實际上就是指ATP分子中高能磷酸键的水解，在一定条件下最多可以断裂两个高能磷酸键。ATP中储藏有大量不稳定的高能磷酸键，高能磷酸键水解时释放的能量能够达到30.54KJ/Mol，ATP是生物体内唯一可以释放能量的化合物。所以说，ATP是流动的能量“通货”。

三、ATP与ADP的相互转化

ATP是如何水解释放出大量能量？

ATP是高能化合物并且处于不稳定状态，经过酶的催化作用，处于最外面的高能磷酸键断裂，释放出大量的能量，同时还生成了ADP（二磷酸腺苷）和游离的磷酸基团Pi。二磷酸腺苷ADP在酶的催化作用下，接受了能量，与一个游离的磷酸基团Pi结合，合成ATP。ATP作为一种高能化合物，其能量与某些高能化合物如（磷酸肌酸）相比要低一些，因此可以在不需要外部供应的情况下将磷酸肌酸的能量转移给ATP。如果用口袋里的钱来比喻与“通货”的关系，葡萄糖分子中的能量就好比是一张张的百元大钞，ATP就是小面额的钱币，日常生活中使用更加方便，但是随着日常开销使用零钱会越来越少，为了正常的开销就必须不断散开大面额的钱币用来补足，这样我们就能理解物质分解时释放的能量可以被用来合成ATP，就可以更形象地理解“通货”的含义了。

ATP在细胞中的含量非常少，但是它能在细胞体内迅速转换，始终保持一种动态平衡，来实现生物体的能量代谢。这种通过ATP不断地分解、合成释放能量，来实现生命活动的过程就称为ATP循环。细胞内既有吸能反应，又有放能反应。ATP的合成是吸能反应，ATP的水解即为放能反应，ATP分子通过不断吸能与放能循环，产生大量的能量提供给生命活动。ATP是保证细胞生命活动的直接能源物质，因此，我们可以形象地把它比喻成细胞的能量“通货”。

四、ATP的利用

糖类、脂肪、蛋白质都是细胞内储存能量的物质，生命活动消耗能源物质按照糖类—脂肪—蛋白质的顺序进行。通常情况下生命活动利用的能源物质是糖类，通过分解糖类中的能量释放传递给ATP，转化为活跃的化学能，这时才能被各种生命活动所利用，才从根本上解决能量的转化过程。ATP释放的能量转化成其他能量的形式主要有：机械能（如肌肉收缩）、电能（如电鳗放电、大脑思考）、渗透能（如吸收和分泌）、化学能（如蛋白质的合成）、热能（如维持体温）、光能（如萤火虫发光）。

细胞中的ATP含量是极少的，而我们细胞中含有的葡萄糖、脂肪又不能被细胞直接利用，只有通过转移给ATP，通过ATP水解释放出能量才能参与生命的活动，他们之间的转化是迅速平衡的，就像运动员刘翔在奔跑中大量地消耗ATP，而他细胞中所含的糖类和脂肪类迅速地转移到ATP中进行水解释放大量的能量，为他能够在运动场上奔跑输送能量。

ATP直接为生物体的生命活动提供能量，直接参与生命体能量的转换，在能量传递过程中，它承担着最直接的作用。所以ATP是名副其实的能量转换“中转站”，是细胞的能量“通货”。

参考文献：

[1]人教版高中生物必修一“分子与细胞”.人民教育出版社，20072（第二版）.

[2]教育部基础教育司组织编写.走进新课程[M].北京：北京师范大学出版社，2002.