第2节 细胞的能量“货币”ATP

细胞中的糖类、脂肪等有机物都储存着化学能，但是直接给细胞生命活动提供能量的却是另一种有机物——ATP。

ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。

ATP是一种高能磷酸化合物

ATP是腺苷三磷酸的英文名称缩写。ATP分子的结构可以简写成A-P~P~P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，~代表一种特殊的化学键。由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得这种化学键不稳定末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的转移势能。当ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。

ATP与ADP可以相互转化

ATP水解后转化为比ATP稳定的化合物——ADP(腺苷二磷酸的英文名称缩写)，脱离下来的磷酸基团如果未转移给其他分子，就成为游离的磷酸(以Pi表示)。在有关酶的作用下，ADP可以接受能量，同时与Pi结合，重新形成ATP(图5-4)。

对细胞的正常生活来说，ATP与ADP的这种相互转化，是时刻不停地发生并且处于动态平衡之中的。据测算个人在剧烈运动的状态下，每分钟约有0.5kg的ATP转化成ADP，释放能量，供运动之需。生成的ADP又可在一定条件下转化成ATP。

那么，在ADP转化成ATP的过程中，所需要的能量从哪里来呢？对于绿色植物来说，既可以来自光能，也可以来自呼吸作用所释放的能量；对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，均来自细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能量(图5-5)。

ATP的利用

ATP水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，这在细胞中是常见的。这些分子被磷酸化后，空间结构发生变化，活性也被改变，因而可以参与各种化学反应。

细胞内的化学反应可以分成吸能反应和放能反应两大类。前者是需要吸收能量的，如蛋白质的合成等；后者是释放能量的，如葡萄糖的氧化分解等。许多吸能反应与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量；许多放能反应与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中，用来为吸能反应直接供能。也就是说，能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。因此，可以形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“货币”。

萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶。荧光素接受ATP提供的能量后就被激活。在荧光素酶的催化作用下，荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素并且发出荧光。科学家运用这一原理，将荧光素酶基因导入植物后，再用荧光素溶液浇灌植物，使转基因植物在黑暗中发光，从而培育出一种能发光的“荧光树”。