三磷酸腺苷 - Wikiwand
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三磷酸腺苷

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三磷酸腺苷
(ATP)
IUPAC名
[[(2R,3S,4R,5R)-5-(6-aminopurin-9-yl)-3,4-dihydroxyoxolan-2-yl]methoxy-hydroxyphosphoryl] phosphono hydrogen phosphate[1]
识别
CAS号 56-65-5  ✓
PubChem 5957
ChemSpider 5742
SMILES
InChI
InChIKey ZKHQWZAMYRWXGA-KQYNXXCUBG
ChEBI 15422
DrugBank DB00171
KEGG C00002
IUPHAR配体 1713
性质
化学式 C10H16N5O13P3
摩尔质量 507.18 g·mol−1
密度 1.04 g/cm3(二钠盐)
熔点 187 °C(二钠盐)分解
pKa 6.5
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。

三磷酸腺苷(英语:adenosine triphosphate, ATP;也称作腺苷三磷酸腺嘌呤核苷三磷酸)在生物化学中是一种核苷酸,作为细胞能量传递的“分子通货”,储存和传递化学能。ATP在核酸合成中也具有重要作用。它也是RNA序列中的鸟嘌呤二核苷酸,在DNA进行转录时可做为替补。

化学性质

ATP由腺苷和三个磷酸基所组成,化学式C10H16N5O13P3,结构简式C10H8N4O2NH2(OH)2(PO3H)3H,分子量507.184。三个磷酸基团从腺苷开始被编为α、β和γ磷酸基。ATP的化学名称为5'-三磷酸-9-β-D-呋喃核糖基腺嘌呤,或者5'-三磷酸-9-β-D-呋喃核糖基-6-氨基嘌呤。

ATP在非缓冲水溶液中不稳定,会水解为ADP磷酸。这是因为ATP分子中的P-O-P键比形成的磷酸键能小,且产生了产物间和水间的氢键释放能量,使得反应放热而自发进行。在ATP与ADP的水溶液的化学平衡中,ATP最终会几乎完全转化为ADP。在达到平衡以前,发生该水解反应整个系统吉布斯能变化量小于零,这意味着该体系可以对外界做非体积。事实上,活细胞会通过呼吸作用维持ATP的浓度在ADP的五倍左右。在这种条件下,ATP水解提供的能量足以供其合成代谢所需。[2][3]

生物合成

在细胞中ATP的摩尔浓度通常是1-10mM。[4] ATP可通过多种细胞途径产生。最典型的如在线粒体中通过氧化磷酸化三磷酸腺苷合酶合成,或者在植物的叶绿体中通过光合作用合成。ATP合成的主要能源为葡萄糖脂肪酸。每分子葡萄糖先在细胞质基质中产生2分子丙酮酸同时产生2分子ATP,最终在线粒体中通过三羧酸循环(或称柠檬酸循环)产生最多32分子ATP。脂肪酸氧化分解进入柠檬酸循环,长链脱除也可以用于氧化磷酸化分解产生ATP,一般为108个ATP(软脂酸)。

糖解途径

在糖解途径(Glycolytic Pathway)中,一个葡萄糖分子被分解,反应过程中生成两个ATP分子,反应式为:

C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 H3PO4 → 2 NADH + 2 C3H4O3 + 2 ATP + 2 H2O + 2 H+

三羧柠檬酸循环途径(又名"柠檬酸循环")

三羧酸循环
三羧酸循环

线粒体中,丙酮酸被氧化为乙酰辅酶A,经精确控制的“燃烧”会产生总和为两个ATP分子的能量。 三羧酸循环(柠檬酸循环)全部反映的总和可表示为:

Acetyl-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O → CoA-SH + 3 NADH + 3 H+ + FADH2 + GTP + 2 CO2
气相,镁-ATP,360度旋转。
气相,镁-ATP,360度旋转。

β-氧化

脂肪酸也可以由β-氧化分解为乙酰辅酶A,一样进入柠檬酸循环产生能量。每个β-氧化的循环还为乙酸长链脱去两个碳原子并制造各一个NADH和FADH2分子,也可以用于氧化磷酸化分解产生ATP,因为脂肪酸氧化可以重复多次,能量产量更大。

无氧分解

无氧分解或称发酵是和糖酵解有些相似的过程。这个过程需要在没有氧气作为电子受体时产生能量。在大部分真核生物体内,葡萄糖同时被作为能量储存单位和电子供体。从葡萄糖分解为乳酸的方程式为:

C6H12O6 2CH3CH(OH)COOH + 2 ATP

ATP循环

人体每天的能量需要水解100-150摩尔的ATP,即相当于50至75千克这么多。这意味着人一天将要分解掉相当于他体重的ATP。但人体中ATP的总量只有大约0.1摩尔(51克左右),所以每个ATP分子每天要被重复利用1000-1500次。ATP不能被储存,因为ATP在合成后必须于短时间内被消耗。[5]

ATP检测

由于所有存活的生物(包括微生物)体内都含ATP,而其含量几乎十分稳定,所以于环境中采集标本并计量ATP含量,可以间接反映环境中微生物的数量。这对于餐饮业、食品制造及加工业(如奶制品厂)、医疗业等对微生物控制比较着紧的行业,ATP测量提供了一个十分便利方案。[6] ATP估量只要数分钟就可完成,相反,传统的细菌培养测试动辄要2至4天才完成,届时受污染产品已流出市面。ISO 22000食品安全管理系统的危害分析重要管制点 (HACCP)体系都建议使用这即时评估方法。

其它三磷酸苷

活细胞中也有其他的高能三磷酸盐如三磷酸鸟苷。能量可以在这些三磷酸盐和ATP中由磷酸激酶催化反应之类的反应转移:当磷酸键被水解的时候能量就会被释放。这种能量可以被多种酶、肌动蛋白和运输蛋白用于细胞的活动。水解还会生成自由的磷酸盐和二磷酸腺苷二磷酸腺苷又可以被进一步水解为另一个磷酸离子和一磷酸腺苷。ATP也可以被直接水解为一磷酸腺苷焦磷酸盐,这个反应在水溶液中是高效的不可逆反应

ADP与GTP的反应

ADP + GTP → ATP + GDP
二磷酸腺苷 + 三磷酸鸟苷三磷酸腺苷 + 二磷酸鸟苷

ATP可能会被作为纳米技术灌溉的能源。人工心脏起搏器可能受益于这种技术而不再需要电池提供动力。

参见

核糖核苷酸


单磷酸腺苷
AMP

二磷酸腺苷
ADP

三磷酸腺苷
ATP

单磷酸鸟苷
GMP

二磷酸鸟苷
GDP

三磷酸鸟苷
GTP

单磷酸胸苷
TMP

二磷酸胸苷
TDP

三磷酸胸苷
TTP

单磷酸尿苷
UMP

二磷酸尿苷
UDP

三磷酸尿苷
UTP

单磷酸胞苷
CMP

二磷酸胞苷
CDP

三磷酸胞苷
CTP

脱氧核糖核苷酸


单磷酸脱氧腺苷
dAMP

二磷酸脱氧腺苷
dADP

三磷酸脱氧腺苷
dATP

单磷酸脱氧鸟苷
dGMP

二磷酸脱氧鸟苷
dGDP

三磷酸脱氧鸟苷
dGTP

单磷酸脱氧胸苷
dTMP

二磷酸脱氧胸苷
dTDP

三磷酸脱氧胸苷
dTTP

单磷酸脱氧尿苷
dUMP

二磷酸脱氧尿苷
dUDP

三磷酸脱氧尿苷
dUTP

单磷酸脱氧胞苷
dCMP

二磷酸脱氧胞苷
dCDP

三磷酸脱氧胞苷
dCTP

参考资料

  1. ^ 存档副本. [2018-01-06]. (原始内容存档于2018-01-06). 
  2. ^ Ferguson, S. J.; Nicholls, David; Ferguson, Stuart. Bioenergetics 3 3rd. San Diego: Academic. 2002. ISBN 0-12-518121-3. 
  3. ^ 林海斌. 是断键释能?还是水解释能?——ATP的能量来源. 《化学教学》. 2009年1月: 74–76. 
  4. ^ Beis I.,和Newsholme E.A.,(1975)。
  5. ^ Fuhrman B P; Zimmerman J J. Pediatric Critical Care (Fourth Edition). Elsevier Health Sciences. 2011: 1061. 
  6. ^ 存档副本. [2014-01-14]. (原始内容存档于2014-01-15). 

外部链接

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三磷酸腺苷
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