[科普中国]-ATP水解

ATP可以由线粒体等细胞器产生，细胞内的直接能源物质，ATP也叫三磷酸腺苷、腺三磷、腺苷三磷酸。

ATP水解是指ATP在酶的作用下，与一分子水化合，脱去一分子磷酸基团，生成ADP，并释放出大量能量的过程。

总体介绍在ATP的结构式中可以看出，腺嘌呤与核糖结合成腺苷，腺苷通过核糖中的第5位羟基，与3个相连的磷酸基团结合形成ATP。ATP中两个磷酸基团之间(也就是P与P之间)用“～”表示的化学键是高能磷酸键。高能磷酸键水解时，释放出的能量是正常的化学键的2倍以上。例如，ATP末端磷酸基团水解时，释放出的能量是30.54 kJ/mol，而6磷酸葡萄糖水解时，释放出的能量只有13.8 kJ/mol。一般说来，水解时释放20.92 kJ/mol以上能量的化合物就叫高能化合物。显然，ATP是一种高能化合物。各种细胞都是用ATP作为直接能源的。实际上，ATP是细胞内能量释放、储存、转移和利用的中心物质。

过程ATP与ADP的相互转化：

1、ATP与ADP的相互转化伴随着能量的释放和储存，因此与生物体的新陈代谢密切相关，可用下式表示二者的转化过程：

ATP与ADP相互转化是十分迅速的，细胞中的ATP的含量尽管不多，但总处于一个动态平衡中，这对构成生物体内部稳定的供能环境有重要意义。ATP水解时释放出的能量，是生物体维持细胞分裂、矿质元素的吸收和肌肉收缩等生命活动所需要的直接来源。

2、ATP与ADP两者转化过程不是可逆反应

(1)从反应条件上看：ATP的分解是一种水解反应，催化该反应的酶应是水解酶；而ATP的合成是一种合成反应，催化该反应的酶应属合成酶。酶具有专一性，因此反应条件不同。

(2)从能量上看：ATP水解释放的能量是储存在高能磷酸键内的化学能；而合成ATP的能量主要有化学能和太阳能。因此能量的来源不同。

(3)从ATP合成与分解的场所上看：ATP合成的场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体；ATP水解的场所较多。因此其合成与分解的场所不尽相同。

从以上比较可以看出两者的转化过程在物质变化上是可逆的，但从能量变化等方面看是不可逆的，也就是说两者转化过程不是一个可逆反应过程。1

作用生物体内各种活动所需要的能量，形式上都由ATP水解而供应的。各种化学过程所释放的热能，则用于维持体温。

ATP水解释放的能量：

ATP+H2O=ADP+Pi+能

1、根据计算，在pH7等标准状况下，每水解1摩尔ATP可释出7.3千卡或30.4千焦耳的能量。

2、在体内的条件下，即近于pH7.4、37℃、ATP、ADP、Pi及Mg+等处于细胞内生理浓度的情况下，每摩尔ATP水解时，可释出能量8—12千卡或33.5—50千焦耳，乃至更高。

根据此数值可以约略推算各物质代谢时，通过生物氧化产生ATP的能量利用效率。 在完整的细胞内，葡萄糖经生物氧化生成ATP的能量利用率可高达70%以上。2

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。这些能量形式主要有以下几种:

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。

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,所做的电功消耗的就是电能。电能也是由ATP所提供的能量转换而成的。

渗透能细胞的主动运输是逆浓度梯度进行的，物质过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。

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，必须有直接或间接的能量供应。另外，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)。在生物体的物质代谢中，可以说到处都需要由ATP转换的化学能来做化学功。

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。

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。3

本词条内容贡献者为:

江松敏 - 副教授 - 复旦大学