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ATP与ADP间的转化过程是否为可逆反应?
1、从反应的时间上分析:ATP的合成与ATP的水解并不是同时发生的,总的来说,细胞中能量供应充足时,更多地发生ATP的合成反应;细胞中耗能反应多时,更多地进行ATP的水解反应。
2、从反应的空间上分析:ATP合成的场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体,而ATP分解发生在需要ATP供能的地方,范围广。
3、从反应的能量变化上分析:ATP水解释放的能量是储存在高能磷酸键内的化学能,被各项生命活动所利用。而合成ATP的能量主要来自有机物分解释放的化学能和光合作用中吸收的太阳能。
4、从反应的性质上分析:ATP的分解为水解反应,催化该反应的酶属于水解酶;而ATP的合成是一种合成反应,催化该反应的酶属于合成酶。酶具有专一性,因此反应条件不同。
通过上面的分析可知,ATP与ADP的相互转化反应并不是可逆的,但由于 ATP-ADP循环在活细胞中是永无止境地进行着,即不断地有ATP在合成,以补充机体所消耗的ATP,正是这两种物质的往复循环,从而保证生命过程能量的需求。
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ATP中能量的利用
在生物体内能量的转换和传递中,ATP是一种关键的物质。生物体的一切生命活动都离不开ATP。ATP是生物体内直接供给可利用能量的物质,是细胞内能量转换的"中转站",各种形式的能量转换都是以ATP为中心环节的。生物体内由于有各种酶作为生物催化剂,同时又有细胞中生物膜系统的存在。因此,ATP中的能量可以直接转换成其他各种形式的能量,用于各项生命活动。这些能量形式上要有:
1、机械能。生物体内的细胞以及细胞内各种结构的运动都在做机械功,所消耗的就是
机械能。例如,纤毛和鞭毛的摆动、肌细胞的收缩、细胞分裂期间染色体的运动等,都是由ATP提供能量来完成的。
2、电能。生物体内神经系统传导冲动和某些生物能够产生电流,此时消耗的就是电能。电能也是由ATP所提供的能量转换而成的。
3、渗透能。细胞的主动运输是逆浓度梯度进行的,物质跨膜移动所做的功消耗了能量,这些能量叫做渗透能,渗透能也来自ATP。
4、化学能。生物体内物质的合成需要化学能,小分子物质合成大分子物质时,必须直接或间接的能量供应。此外,物质在分解的开始阶段,也需要化学能来活化成能量较高的物质(如葡萄糖活化成磷酸葡萄糖)。在生物体物质代谢中,可以说到处都需要由ATP转换的化学能来做化学功。
5、光能。目前关于生物发光的生理机制还没有完全弄清楚,但是已经知道,用于发光的能量仍然直接来源于ATP。
6、热能。生物体内的热能,来源于有机物的氧化分解。大部分的热能通过各种途径向外界环境散发,只有一小部分热能用于维持细胞或恒温动物的体温。通常情况下,热能的形成往往是细胞能量转换和传递过程中的副产品。
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高能磷酸化合物
高能磷酸化合物是指水解时释放的能量在20.92kJ/mol以上的磷酸化合物。重要的有ATP和磷酸肌酸。磷酸肌酸主要存在于动物和人体细胞中,特别是骨骼肌细胞中,当由于能量大量消耗而使细胞中ATP含量过分减少时,磷酸肌酸就释放出所储存的能量,供ADP合成为ATP,这是动物体内ATP形成的一个途径。当肌细胞中的ATP浓度过高时,肌细胞中的ATP可将其中的高能磷酸键转移给肌酸,生成磷酸肌酸,其变化可表示为:

磷酸肌酸是能量的一种储存形式,但是不能直接被利用。对于动物和人来说,它在能量的释放、转移和利用之间起着缓冲作用,使细胞内ATP的含量保持相对的稳定。