第三节_ATP与高能化合物
高中生物必修一必修二知识点总结
高中生物学业水平测试知识点归纳必修（1）分子与细胞第一章 走近细胞 第一节 从生物圈到细胞一、相关概念、细 胞：是生物体结构和功能的基本单位。
除了病毒以外，所有生物都是由细胞构成的。
细胞是地球上最基本的生命系统 生命系统的结构层次： 细胞→组织→器官→系统（植物没有系统）→个体→种群→群落→生态系统→生物圈（P5）二、病毒的相关知识： 1、病毒是一类没有细胞结构的生物体。
主要特征：①、个体微小，一般在10~30nm 之间，大多数必须用电子显微镜才能看见； ②、仅具有一种类型的核酸，DNA 或RNA ，没有含两种核酸的病毒； ③、专营细胞内寄生生活；④、结构简单，一般由核酸（DNA 或RNA ）和蛋白质外壳所构成。
2、根据寄生的宿主不同，病毒可分为动物病毒、植物病毒和细菌病毒（即噬菌体）三大类。
根据病毒所含核酸种类的不同分为DNA病毒和RNA 病毒。
3、常见的RNA 病毒有： SARS 病毒、人类免疫缺陷病毒（HIV ）[引起艾滋病（AIDS ）]、烟草花叶病毒等。
第二节 细胞的多样性和统一性一、细胞种类：根据细胞内有无以核膜为界限的细胞核，把细胞分为原核细胞和真核细胞 二、原核细胞和真核细胞的比较：（P8）1、原核细胞：细胞较小，无核膜、无核仁，没有成形的细胞核；遗传物质（一个环状DNA 分子）集中的区域称为拟核；没有染色体，DNA 不与蛋白质结合，；细胞器只有核糖体；有细胞壁，成分与真核细胞不同。
2、真核细胞：细胞较大，有核膜、有核仁、有成形的细胞核；有一定数目的染色体（DNA 与蛋白质结合而成）；一般有多种细胞器（如线粒体、叶绿体，内质网等）。
3、原核生物：由原核细胞构成的生物。
如：蓝藻（包括蓝球藻、颤藻和、念珠藻及发菜）、细菌（如硝化细菌、乳酸菌、大肠杆菌、肺炎双球菌）、放线菌、支原体等都属于原核生物。
4、真核生物：由真核细胞构成的生物。
如动物(草履虫、变形虫)、植物、真菌（酵母菌、霉菌、磨菇等食用菌）等。
生物化学之生物氧化
阶段所需的能量； 供给机体生命活动所需的能量； 生成核苷三磷酸（NTP）； 将高能磷酸键转移给肌酸以磷酸肌酸 （creatine phosphate）形式储存。
提供合成代谢或分解代谢 初始阶段所需的能量
G+ATP G-6-P+ADP
脂酸+CoA+ATP
底物水平磷酸化
1,3-BP- 甘 酸 +ADP 油
3-P-甘 油 酸 激 酶
3-P-甘油酸 +ATP
丙酮酸激酶
PEP+ADP
琥珀酰CoA+Pi+GDP
丙酮酸+ATP
琥珀酸+CoA+GTP
琥 珀 酰 CoA合 成 酶
它们都通过底物脱H、 H2O、CO2形成高能键， 并直接转移给ADP或GDP形成ATP或GTP（没有 经过呼吸链）
铁硫簇(Fe4S4)
Fe
3+
+e -e
Fe
2+
呼吸链的几乎每个过程都有Fe-S参与，有9种。含非血红素 铁和对酸不稳定的硫。 主要分布在线粒体内膜上，它与NAD+或NADP+共同组成 复合体，参与电子传递：Fe3+←→Fe2+，而且两个Fe离子中 只有一个参与，所以是单电子传递
泛醌（CoQ）
O H3CO CH3 CH3 H3CO O
复合体Ⅰ：NADH-CoQ还原酶
• 功能：将电子从NADH传递给CoQ • 辅基：FMN(黄素腺嘌呤单核苷酸)，铁硫蛋白
NH2 N O
-
N
O
P
O H H OH
N O H H OR
N
ATP的生成、储存和利用
ATP的生成、储存和利用一、ATP的生成方式体内ATP生成有两种方式(一)底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 底物分子中的能量直接以高能键形式转移给ADP生成ATP，这个过程称为底物水平磷酸化，这一磷酸化过程在胞浆和线粒体中进行，(二)氧化磷酸化(oxidative phosphorylation) 氧化和磷酸化是两个不同的概念。
氧化是底物脱氢或失电子的过程，而磷酸化是指ADP与Pi合成ATP的过程。
在结构完整的线粒体中氧化与磷酸化这两个过程是紧密地偶联在一起的，即氧化释放的能量用于ATP合成，这个过程就是氧化磷酸化，氧化是磷酸化的基础，而磷酸化是氧化的结果。
机体代谢过程中能量的主要来源是线粒体，既有氧化磷酸化，也有底物水平磷酸化，以前者为主要来源。
胞液中底物水平磷酸化也能获得部分能量，实际上这是酵解过程的能量来源。
对于酵解组织、红细胞和组织相对缺氧时的能量来源是十分重要的。
二、氧化磷酸化偶联部位的测定确定氧化磷酸化偶联部位通常用两种方法。
(一)P/0值测定P/0值指在氧化磷酸化过程中消耗一克原子氧所消耗的无机磷的克原子数，或者说消耗一克原子氧所生成的ATP的克分子数。
P/0值实质上指的是呼吸过程中磷酸化的效率。
测定P/0值的方法通常是在一密闭的容器中加入氧化的底物、ADP、Pi、氧饱和的缓冲液，再加入线粒体制剂时就会有氧化磷酸化进行。
反应终了时测定O2消耗量(可用氧电极法)和Pi消耗量(或ATP生成量)就可以计算出P/0值了。
在反应系统中加入不同的底物，可测得各自的P/0值，结合我们所了解的呼吸链的传递顺序，就可以分析出大致的偶联部位了。
(二)根据氧化还原电位计算电子传递释放的能量是否能满足ATP合成的需要氧化还原反应中释放的自由能△G'O与反应底物和产物标准氧化还原电位差值(△E'O)之间存在下述关系：△G'O=nF△E'O式中n为氧化还原反应中电子转移数目，F为法拉弟常数(23.062千卡/克分子·伏特，或96500库仑/克分子)。
复习题_生物氧化
复合体Ⅳ
还原型Cyt c → CuA→a→a3→CuB → O2
Cyt c..
Cyt c
O2 2O.
其中细胞色素 aa3 称细胞色素氧化酶。
二、呼吸链中氢和电子的传递
NADH
NADH-Q 还原酶
琥珀酸-Q 还原酶
FADH2
FMN、Fe-S
血红素a 血红素a3 CuA和 CuB
辅酶Q
细胞色素还原酶 细胞色素c
营养物质在生物体内的氧化
、判断对错（）
复习题
(√)1、变性的蛋白质不一定沉淀,沉淀的蛋白质不一定变性。 (×)2、蛋白质发生别构作用后，其生物活性和生理功能丧
失。 (√)3、生物体中ATP的主要来源是通过氧化磷酸化而产生。 (√)4、糖酵解的生理意义主要是：在缺氧的条件下为生物体
5、体内最重要的高能化合物是；ATP 6、ATP是生物能的载体和供体（即：生命活动的直
接供能者）
二、体内ATP生成的方式：
底物水平磷酸化 底物分子内部能量重新分 布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过 程。
（一）.底物水平的磷酸化
（1.）概念——底物在氧化过程中因分子内部能量 重新分布形成的一种高能磷酸化合物，这种高能 磷酸化合物的磷酸基的高能键可转移到ADP→ATP。
B
B.能量是突然释放的
C.以脱氢反应为主
D.CO2以有机酸脱羧形式产生
1、尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸 （NAD+、NADP+）
辅酶
NAD+ NADP+
作用：递氢体
递氢机制
2H + NAD+
呼吸链
NADH + H+
传递给 FMN
高中高一生物教案：新陈代谢与ATP
高中高一生物教案：新陈代谢与ATP教学目标知识方面1、理解ATP的分子简式及其结构特点2、理解ATP和ADP之间的相互转化及其对细胞中能量代谢中的意义3、理解ATP的形成途径4、掌握ATP是新陈代谢的直接能源，并理解ATP作为能量通用货币的含义能力方面学生通过分析ATP与ADP的相互转化及其对细胞内供能的意义，初步训练学生分析实际问题的能力。
情感、态度、价值观方面让学生在分析自己身体内发生的ATPADP循环及其重要意义过程中，体验到生物学原理在生产实践中的价值，加强学生对身边的科学(RLS)这一理念的理解。
教学建议教材分析1、对于ATP的分子结构，教材首先介绍了ATP是腺嘌呤核苷的衍生物，分子简式为AP~P~P，其中A代表腺苷，T代表三个，P代表磷酸基，~代表高能磷酸键，然后从比较高能磷酸化合物释放能量的标准数值和ATP释放能量的数值入手，使学生很信服地认识到ATP的确是一种高能磷酸化合物。
2、对于ATP与ADP的相互转化，教材中首先介绍了ATP水解和重新合成的过程：ATP与ADP的转化中，ATP的第二个和第三个磷酸之间的高能磷酸键对于细胞中能量的捕获、贮存和释放都是很重要的。
第二个高能磷酸键的末端，能很快地水解断裂，于是ATP转换为ADP，能量随之释放出来以用于各项生命活动;同样，在提供能量的条件下，也容易加上第三个磷酸，使ADP又转化为ATP。
在ATP与ADP的转化过程中都需要酶的参与，活细胞内这个过程是永无休止地循环进行的。
同时还介绍了ATP与ADP的这种相互转化是十分迅速的，ATP在细胞中的含量是很少的，如肌细胞中的ATP只能维持肌肉收缩2钞钟左右。
从而易于引发学生讨论ADPADP循环的意义，同时可使学生加强ATP是生物体维持各项生命活动所需能量的直接来源的观点。
3、对于ATP的形成途径，教材是在介绍了ADPATP循环的基础上，从动物(包括人体)和绿色植物两方面进行了阐述。
对动物而言，产生ATP途径是是氧化磷酸化，即呼吸作用;对植物而言，产生ATP 的过程包括氧化磷酸化(呼吸作用)和光合磷酸化(光合作用)。
吉林省-《生物化学》电子教案——生物氧化(人卫版)
第五章生物氧化【授课时间】2学时第一节概述【目的要求】1．掌握生物氧化的概念及生理意义。
2．了解生物氧化的方式，参与生物氧化的酶类3．熟悉生物氧化过程中CO2的生成【教学内容】1．一般讲解：生物氧化的方式与特点2．详细讲解：参与生物氧化的酶类3．一般讲解：生物氧化过程中CO2的生成【教学重点】难点：参与生物氧化的酶类【授课学时】0．5学时第二节生物氧化过程中水的生成【目的要求】1．掌握呼吸链的概念，线粒体两条重要呼吸链的组成成分和排列顺序。
2．熟悉胞液中NADH氧化的两种转运机制。
【教学内容】1．重点讲解：呼吸链的组成及作用2．重点讲解：呼吸链成分的排列3．一般讲解：胞液中NADH的氧化【教学重点】1．重点：呼吸链成分的排列2．难点：呼吸链各组份的作用【授课学时】0．5学时第三节ATP的生成【目的要求】1．掌握氧化磷酸化的概念及氧化磷酸化的偶联部位。
2．熟悉影响氧化磷酸化的因素。
3．熟悉ATP的利用，4．了解化学渗透假说，ATP合成的机制。
【教学内容】1．一般讲解：高能化合物2．重点讲解：ATP的生成3．详细讲解：高能化合物的储存和利用【教学重点】1．重点：ATP的生成2．难点：ATP合成的机制【授课学时】1学时第四节其他氧化体系【目的要求】了解其他氧化体系【教学内容】1．3．【授课学时】【教学内容】1．一般讲解：微粒体中的酶类、过氧化物酶体中的氧化酶类2．详细讲解：超氧物岐化酶【教学重点】重点：超氧物岐化酶【授课学时】0．5学时第八章生物氧化第一节概述第二节生物氧化过程中水的生成第三节ATP的生成第四节其他氧化体系第一节概述二、参与生物氧化的酶类（二）需氧脱氢酶类需氧脱氢酶催化代谢物脱氢，直接将氢传给氧生成H2O2 。
包括：L-氨基酸氧化酶、黄嘌呤氧化酶等。
辅基：是黄素单核苷酸（FMN）和黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)（三）不需氧脱氢酶类不需氧脱氢酶指能催化代谢物脱氢，但不以氧为直接受氢体，而是经传递体传递给氧，生成H2O。
生物化学第五章生物氧化
1、NADH-Q还原酶（复合体Ⅰ）
功能：将电子从NADH传递给CoQ
复合体Ⅰ NADH→FMN; Fe-SN-1a,b; Fe-SN-4; Fe-SN-3; Fe-SN-2
辅基：FMN，铁硫蛋白
→CoQ
2、复合体Ⅱ：琥珀酸- CoQ还原酶
功能：将电子从琥珀酸传递给CoQ
复合体Ⅱ 琥珀酸→ Fe-S1; b560; FAD; Fe-S2 ; Fe-S3 →CoQ
NADH +H+
H
+
H3N
-
-
OOC-CH2-CH2-C-COO
H
苹果酸 脱氢酶
NAD+
O -OOC-CH 2-CH2-C-COO -
谷氨酸-天冬 氨酸转运体
+
H3N
-
-
OOC-CH2-C-COO
H 天冬氨酸
呼吸链
O
+
H3N
-OOC-CH 2-C-COO -
-
-
OOC-CH2-CH2-C-COO
线
谷氨酸
定义式：ΔＧ=ΔH-TΔS 物理意义：－ΔＧ＝Ｗ ΔG<0，反应能自发进行 ΔG=0，反应处于平衡状态 ΔG>0，反应不能自发进行
2、标准自由能变化与平衡常数的关系
A + B == C + D ΔG′=ΔG°′+ RTlnQc (Qc-浓度商) ΔG°′= - RTlnKeq 例：磷酸葡萄糖异构酶反应的自由能变化
生物氧化与体外氧化之相同点
生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、 失电子，遵循氧化还原反应的一般规律。
物质在体外氧化时所消耗的氧量、最终产物 （CO2、H2O）和释放的能量均相同。
高能磷酸化合物
高能化合物指体内氧化分解中，一些化合物通过能量转移得到了部分能量，把这类储存了较高能量的化合物，如三磷酸腺苷（ATP),磷酸肌酸,称为高能化合物.它们是生物释放,储存和利用能量的媒介,是生物界直接的供能物质。
生物体内，键水解时能释放21 kJ/mol 以上键能的化合物称为高能化合物。
高能磷酸化合物高能磷酸化合物（energy rich phosphate compounds）机体内有许多磷酸化合物如ATP，3—磷酸甘油酸，氨甲酰磷酸，磷酸烯醇式丙酮酸，磷酸肌酸，磷酸精氨酸等，它们的磷酸基团水解时，可释放出大量的自由能，这类化合物称为高能磷酸化合物。
ATP是这类化合物的典型代表。
ATP水解生成ADP 及无机磷酸时，可释放自由能7.3千卡（30.52千焦）。
一般将水解时释放自由能在5. 0千卡（20.9千焦）以上的称为高能化合物。
5.0千卡以下的称为低能化合物，化学家认为键能是指断裂一个键所需要的能量，而生物化学家所指的是含有高能键的化合物水解后释放出的自由能。
高能键用“～”表示。
磷酸肌酸在肌肉或其他兴奋性组织（如脑和神经）中的一种高能磷酸化合物，是高能磷酸基的暂时贮存形式。
磷酸肌酸水解时，每摩尔化合物释放10.3千卡的自由能，比AT P释放的能量（每摩尔7.3千卡）多些。
磷酸肌酸能在肌酸激酶的催化下，将其磷酸基转移到ADP分子中。
当一些ATP用于肌肉收缩，就会产生ADP。
这时，通过肌酸激酶的作用，磷酸肌酸很快供给ADP以磷酸基，从而恢复正常的ATP高水平。
由于肌肉细胞的磷酸肌酸含量是其ATP含量的3～4倍，前者可贮存供短期活动用的、足够的磷酸基团。
在活动后的恢复期中，积累的肌酸又可被ATP磷酸化，重新生成磷酸肌酸，这是同一个酶催化的相反的反应。
因为细胞中没有其他合成和分解磷酸肌酸的代谢途径，此化合物很适合完成这种暂时贮存的功能。
在许多无脊椎动物中，磷酸精氨酸代替磷酸肌酸为能的贮存形式。
可用人的短跑为例说明磷酸肌酸的功能。
ATP
ATP在能量转运中的地位和作用ATP是各种活细胞中普遍存在的一种高能磷酸化合物，磷酸化合物在生物机体的换能过程中占有重要地位。
ATP的标准自由能在所有含磷酸基团的化合物中处于中间位置，这使ATP有可能在磷酸基团转移中作为中间传递体而起作用。
在物质的分解代谢中形成的更高磷酸基团转移势能的化合物，例如，磷酸烯醇式丙酮酸、3—磷酸甘油酸磷酸（又称1、3—二磷酸甘油酸）都是葡萄糖分解的中间产物。
葡萄糖分解为乳酸时释放出的大部分自由能，几乎都保留在这两个化合物中。
在细胞中这两个化合物并不直接水解，而是通过特殊激酶的作用，以转移磷酸基团的形式，将捕获的自由能传递给ADP从而形成ATP。
这就是葡萄糖在分解过程中产生ATP的一种方式。
而ATP分子又倾向于将它的磷酸基团转移给具有较低磷酸基团转移势能的化合物，例如D—葡萄糖和甘油分子，从而依次生成D—葡萄糖—6—磷酸和甘油—3—磷酸。
这就是ATP在磷酸基团转移中所起的中间传递体的作用。
可以说它是一个转移磷酸基团的“共同中间传递体”。
另外，ATP也并不是以长时期不动的形式存在，而是不断地处于动态平衡的周转之中。
生活细胞在生命活动中无时无刻不需要能量供应，可以证明ATP的消耗也是可观的。
一般情况下，ATP分子一旦形成，一分钟之内就被利用。
一个处于安静状态的成人，据估算，一日内需消耗40kg的ATP。
在剧烈运动时，ATP的利用率每分钟可达到0.5kg。
ATP依靠ATP与ADP相互转化传递磷酸基团并提供能量，也靠它不断补充自己。
由此我们可以看出，ATP在传递能量方面起着转运站的作用。
它是能量的携带者和转运者，但并不是能量的贮存者，有储存作用的磷酸化合物是磷酸肌酸和磷酸精氨酸，磷酸肌酸有称肌酸磷酸，是易兴奋组织如肌肉、脑、神经等唯一能起暂时储能作用的物质。
磷酸肌酸转移其磷酸基团的唯一途径就是ADP-ATP途径，因此可以认为磷酸肌酸是高能物质ATP的能量储存库，肌肉中磷酸肌酸的含量比ATP约高3-4倍，足以维持ATP的恒定水平。
生物化学第四章 生物氧化与ATP生成
意义：活性氧有重要的生理作用。但过量的活性
氧可能与许多疾病及衰老的发生、发展有密切的关 系。
一、活性氧的生成
（一）线粒体氧化体系中活性氧的形成 （二）光照或辐射作用 （三）嘌呤核苷酸分解代谢中产生的O2（四）过氧化物酶体中H2O2的生成
二、活性氧的作用
生理功能：促进前列腺素、甲状腺素的生物合
成、帮助吞噬细胞杀灭入侵的细菌等病原微生物、 杀伤肿瘤细胞、参与生物转化反应等。
病理损害：对生物膜造成严重损伤，与组织的
老化有关，加速机体的衰老；可发生弥散性血管内 凝血；破坏蛋白质的一级结构；氧化含巯基的酶和 蛋白质；可破坏核酸的分子结构，引起免疫反应或 诱发癌变；临床认为类风湿性关节炎与O2-有关。
一、呼吸链的组成
复合物 酶名称
NADH-CoQ还原酶 (NADH脱氢酶) 琥珀酸-CoQ还原酶 (琥珀酸脱氢酶) CoQ-细胞色素c还原酶
成
分
I
Ⅱ Ⅲ Ⅳ
FMN (Fe-S) FAD(Fe-S) 细胞色素b560 细胞色素 细胞色素c1 (Fe-S) 细胞色素a 细胞色素a3 Cu2+
细胞色素氧化酶
第四章 生物氧化与ATP生成
（Biological Oxidation and ATP Formation）
学习目标
掌握 生物氧化的概念和特征 熟悉
NADH氧化呼吸链和FADH2
氧化呼吸链；活性氧的清除。
ATP与其他高能化合物；
掌握
呼吸链的概念和组成； ATP的作用。 掌握 底物水平磷酸化和 氧化磷酸化的概念；
NADH／NAD+比值 ，氧化磷酸化加强。 氧化磷酸化速率加快使ATP生成过多，ADP不足时，
第九章 生物氧化
• 生物氧化概述 • 电子传递链 • 生物氧化中ATP的生成
第一节 生物氧化概述
一、生物氧化的基本概念
• 生物氧化（biological oxidation）：有机物质（糖、脂肪 和蛋白质）在生物体内氧化分解成CO2 和H2O，并释放能 量的过程。
• 又称为细胞氧化或细胞呼吸、组织呼吸。
三种假说： • 化学偶联假说 高能共价中间产物 • 构象偶联假说 高能构象中间产物 • 化学渗透假说 1961，P.Mitchell
化学偶联假说（1953年）
chemical coupling hypothesis
认为电子传递反应释放的能量通过一系列连续的 化学反应形成高能共价中间物，最后将其能量转 移到ADP中形成ATP。
HO OH ATP
ADP AMP
ATP
ATP在能量交换中的作用如同能量“货币”，是一种 可以流通的能量物质：即可从能量较高的化合物获得 能量，也可较容易地向能量较低的化合物传递能量。
表 各种磷酸化合物的水解自由能
磷酸化合物 磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）
氨基甲酰磷酸 乙酰基磷酸 磷酸肌酸（CP） 焦磷酸（PPi） ATP（→ADP + Pi） 葡萄糖-1-磷酸（G-1-P） 葡萄糖-6-磷酸（G-6-P） α-磷酸甘油
三、生物氧化中CO2的生成
1. 直接脱羧作用
• α-直接脱羧：如氨基酸脱羧
• β-直接脱羧：如草酰乙酸脱羧
2. 氧化脱羧作用
• α-氧化脱羧：如丙酮酸的氧化脱羧
• β-氧化脱羧：如异柠檬酸的氧化脱羧
四、生物氧化过程中H2O的生成
1. 底物脱水
2. 由呼吸链生成水
在生物氧化中，水是代谢物上脱下的氢与生物体吸进的O2化合 生成的。代谢物上的氢需要在脱氢酶的作用下才能脱下，吸入的 O2要通过氧化酶的作用才能转化为高活性的氧。在此过程中， 还需要有一系列传递体才能把氢传递给氧，生成水。
2023届高三生物一轮复习课件+ATP的结构与功能
2.科学家发现，一种化学结构与ATP相似的物质GTP(鸟苷三磷酸)也 能为细胞的生命活动提供能量，请从化学结构的角度解释GTP也可 以供能的原因： _含__有__两__个__特__殊__化__学__键__，__远__离__鸟__苷__的__特__殊__化__学__键__容__易__水__解__断__裂__，__释__放_ _能__量__。
4.(2023·湘豫名校联考)如图所示为ATP合成酶结构及其作用机制。H＋ 沿着线粒体内膜上ATP合成酶内部的通道流回线粒体基质，推动 ATP的合成。某些减肥药物能够增加线粒体内膜对H＋的通透性，降
B 低H＋膜内外浓度差。下列相关叙述正确的是( )
A.ATP合成酶还存在于叶绿体内膜和叶绿体类囊 体薄膜 B.图中合成ATP的能量来自H＋浓度差产生的势能 C.图中产生的ATP可用于一切生命活动 D.减肥药物会加快ATP的产生，有利于健康
考向 围绕ATP的结构和特点，考查生命观念
1.(2023·福建泉州调研)ATP 被称为细胞中的能量货币，其 合成和水解与多种生理过程有关。下列关于 ATP 的叙述，正
确的是( A )
A.ATP 水解掉两个特殊化学键后可用于 RNA 的合成 B.ATP 中的“A”与 DNA 和 RNA 中的“A”为同一种物质 C.淀粉水解成葡萄糖时伴随有 ATP―酶―→ADP＋Pi 的转化 D.奥运健儿比赛时，因过多消耗 ATP 而导致 ADP 大量积累
生理学atp的名词解释
生理学atp的名词解释生理学是研究生物体各种生命现象和生活活动的科学，其中的ATP （Adenosine triphosphate）是生物体内负责能量储存与释放的重要物质。
ATP在生物学中扮演着至关重要的角色，它是生命维持和运作的基本要素之一。
1. ATP的结构与特点ATP是由一个核苷酸（adenosine）与三个磷酸基团（triphosphate）构成。
核苷酸由腺酸和核糖组成，三个磷酸基团连接在核糖的第五个碳原子上。
这种结构使ATP具有高度的化学能，并能够在合适的环境中迅速释放能量。
ATP的磷酸键是一种高能键，当磷酸键断裂时，可以释放储存的能量。
因此，ATP常被称为细胞的“能量通货”。
2. ATP的合成与分解ATP的合成与分解是生物体能量代谢的重要过程。
合成与分解过程统称为ATP 循环。
当细胞需要能量时，ATP的磷酸键通过水解反应断裂，释放出一个磷酸基团和能量，形成ADP（Adenosine diphosphate）和一个游离的磷酸基。
这样的分解过程称为ATP的解磷酸化。
而当细胞需要储存能量时，ADP和游离磷酸基通过合成反应重新结合，形成新的ATP分子，这样的合成过程称为磷酸化。
3. ATP在细胞代谢中的作用ATP在细胞内的作用极为广泛，几乎涉及细胞中的所有生命活动。
首先，作为能量源，ATP提供了人体所需的能量。
在细胞呼吸的过程中，碳水化合物、脂肪和蛋白质等营养物质被分解为较小的分子，以产生能量。
这些能量捕获到的能量通过ATP循环转化为ATP，储存起来供细胞使用。
其次，ATP也参与了细胞的合成反应。
许多生化反应需要能量输入才能进行，而ATP的释放提供了所需的能量，促进了代谢产物的合成，如蛋白质、核酸和脂类等。
此外，ATP还在细胞膜上扮演着调节细胞内外物质运输和通信的重要角色。
4. 能量储存与ATP的重要性ATP的磷酸键储存了大量的化学能量，这使得ATP成为细胞代谢的关键分子。
相比其他形式的化学能储存，如脂肪和蛋白质，ATP储存能量的形式更容易释放和利用。
第三节生物氧化中ATP的生成
第三节生物氧化中ATP的生成一、ATP与高能磷酸化合物生物体内营养物质经过分解产生能量的一部分可以转变成为化学能供机体利用。
在机体细胞内的各种高能化合物中，ATP的作用非同小可。
因为其水解自由能的水平在所有磷酸化合物中处于中间位置（见5-3），所以它既可以容易地从自由能水平较高的化合物获得能量，也可以较容易地向自由能水平较低的化合物传递能量。
表5-3 各种磷酸化合物的水解自由能磷酸化合物水解自由能，ΔG（kJ/mol）磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）-61.69氨基甲酰磷酸-50.50乙酰基磷酸-43.12磷酸肌酸（CP）-43.12焦磷酸（PPi）-33.49ATP（→ADP + Pi）-30.56葡萄糖-1-磷酸（G-1-P）-20.93葡萄糖-6-磷酸（G-6-P）-13.82α-磷酸甘油-9.21ATP还可以通过各种核苷酸激酶（nucleotide kinase）的催化，将其能量转移给其他的核苷酸，生成各种核苷三磷酸，用于机体内的特定的代谢反应。
ATP AMP ADP ADP+−−→+ATP GMP ADP GDP+−−→+ATP GDP ADP GTP+−−→+ATP CDP ADP CTP+−−→+ATP的水解放能过程还能够同许多耗能反应相偶联，推动这些非自发的反应的进行。
OSCoA H3C乙酰辅酶ACO2+HOOC CH2SCoAO丙二酸单酰辅酶A二、ATP的生成有两种方式即底物磷酸化（substrate phosphorylation）和氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）。
尤其是后者，它是需氧生物获得ATP的主要方式。
（一）底物磷酸化当营养物质在代谢过程中经过脱氢、脱羧、分子重排和烯醇化反应，产生高能磷酸基团或高能键，随后直接将高能磷酸基团转移给ADP生成ATP，或水解产生的高能键，将释放的能量用于ADP与无机磷酸反应，生成ATP。
以这样方式生成ATP称为底物磷酸化。
2023届高三生物一轮 直接能源物质——ATP
用于各项生命活动
储存于ATP的高能磷酸键中
物质是可逆的，能量是不可逆的
总之，ATP与ADP的相互转化关系不是一种可逆反应。 从物质方面看是可逆，从酶、进行场所、能量方面看不可逆。
真相了：
事实上，细胞中ATP含量很少，只是ATP与ADP转化非常迅 速。无论是饱食还是饥饿，ATP与ADP含量都保持动态平衡。
e大脑思考
c肌肉收缩
f根细胞吸收水分
2．ATP 产生量与 O2 供给量的关系分析
2．细胞内产生与消耗ATP的生理过程
转化场所
常见的生理过程
细胞膜
消耗ATP：主动运输、胞吞、胞吐
细胞质基质
产生ATP：细胞呼吸
阶段
叶绿体 线粒体
产生ATP：_______
消耗ATP：暗反应和自身DNA复制、转录，蛋白
3．热图导析：请根据ATP水解产生ADP的过程图回答下列问题
(4)催化该过程的酶与催化ATP生成的酶不是(填“是”或“不是”)同一种酶；高等
植物细胞内ATP在叶绿体类囊体薄膜、细胞质基质和线粒体等部位生成。
(5)下列过程需要①过程提供能量的是 a、b、c、d、e。
a主动运输
d淀粉合成
b生物发光、发电
高三一轮
复
习
直接能源物质——ATP
A
T
T
A
G
C
C
G
DNA
核酸
RNA
磷酸 磷酸
脱氧
A（含腺N嘌碱呤基）
核糖
腺嘌呤脱氧核苷酸 （DNA基本单位）
核糖
A（腺嘌呤）
腺嘌呤核糖核苷酸 （RNA基本单位）
腺苷（腺嘌呤+核糖），A
磷酸 ~ 磷酸 ~ 磷酸
第三节_ATP与高能化合物
C NH O CH2COOH
磷酸肌酸 10.3千卡 摩尔 千卡/摩尔 千卡
2 偶联反应
ATP
这两种高能化合物在生物体内起储存能量 的作用。
生物 化学
1高能化合物
(1) (2)
第三节 ATP与高能化合物 与高能化合物
概念
O R C
硫脂键型
N
NH2 N N OCH2
-
种类
① 磷氧键 ② 氮磷键 ③ 硫脂键 ④ 甲硫键
ATP的能量中介作用——ATP循环
ATP的基团转移势介于高能磷酸化合物与 ATP的基团转移势介于高能磷酸化合物与 低能磷酸化合物之间，因此以ATP为中介， ATP为中介 低能磷酸化合物之间，因此以ATP为中介， 高能磷酸化合物可以将能量转移给低能磷酸 化合物， 并构成循环， 化合物，——并构成循环，所以说：ATP是 并构成循环 所以说：ATP是 细胞能量转化过程中的“通货” 细胞能量转化过程中的“通货”。
热力学
偶联反应 基团转移势 高能物作用
ATP
生物 化学
1高能化合物 2 偶联反应
(1) (2) (3) (4)
第三节 ATP与高能化合物 与高能化合物
偶联反应
如果一个反应的产物是第二个反应的反 应物，以次类推， 应物，以次类推，这样的两个或两个以上 的反应称为偶联反应。 的反应称为偶联反应。代谢途径就是由偶 联反应构成的。 联反应构成的。
SCoA
O O S O
-
O O P O
N H H OH
O
酰基辅酶A 酰基辅酶
H H OH
2 偶联反应
ATP
3´-磷酸腺苷 ´-磷酸硫酸 ´ 磷酸腺苷 磷酸腺苷-5´ 磷酸硫酸
生物 化学
ATP的生成与利用
ATP的生成、储存和利用一、ATP的生成方式体内ATP生成有两种方式(一)底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)底物分子中的能量直接以高能键形式转移给ADP生成ATP，这个过程称为底物水平磷酸化，这一磷酸化过程在胞浆和线粒体中进行，包括有：(二)氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)氧化和磷酸化是两个不同的概念。
氧化是底物脱氢或失电子的过程，而磷酸化是指ADP与Pi合成ATP的过程。
在结构完整的线粒体中氧化与磷酸化这两个过程是紧密地偶联在一起的，即氧化释放的能量用于ATP合成，这个过程就是氧化磷酸化，氧化是磷酸化的基础，而磷酸化是氧化的结果。
机体代谢过程中能量的主要来源是线粒体，既有氧化磷酸化，也有底物水平磷酸化，以前者为主要来源。
胞液中底物水平磷酸化也能获得部分能量，实际上这是酵解过程的能量来源。
对于酵解组织、红细胞和组织相对缺氧时的能量来源是十分重要的。
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二、氧化磷酸化偶联部位的测定确定氧化磷酸化偶联部位通常用两种方法。
(一)P/0值测定P/0值指在氧化磷酸化过程中消耗一克原子氧所消耗的无机磷的克原子数，或者说消耗一克原子氧所生成的ATP的克分子数。
P/0值实质上指的是呼吸过程中磷酸化的效率。
测定P/0值的方法通常是在一密闭的容器中加入氧化的底物、ADP、Pi、氧饱和的缓冲液，再加入线粒体制剂时就会有氧化磷酸化进行。
反应终了时测定O2消耗量(可用氧电极法)和Pi消耗量(或ATP生成量)就可以计算出P/0值了。
在反应系统中加入不同的底物，可测得各自的P/0值，结合我们所了解的呼吸链的传递顺序，就可以分析出大致的偶联部位了。
(二)根据氧化还原电位计算电子传递释放的能量是否能满足ATP合成的需要氧化还原反应中释放的自由能△G'O与反应底物和产物标准氧化还原电位差值(△E'O)之间存在下述关系：△G'O= nF△E'O式中n为氧化还原反应中电子转移数目，F为法拉弟常数(23.062千卡/克分子·伏特，或96500库仑/克分子)。
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2 偶联反应
ATP
生物 化学
1高能化合物
(1) (2)
第三节 ATP与高能化合物 与高能化合物
O COOH O O P N
2
NH2-
概念
C O O O
磷氧键型
O P
-
C O
O
-
O
种类
① 磷氧键 ② 氮磷键 ③ 硫脂键 ④ 甲硫键
2 O H 酰基磷酸化合物： （1）酰基磷酸化合物： 磷酸烯醇式丙酮酸
ATP
结构
作用
生成方式
Pi 生生 生 生 放放 ATP
生生生 生 其 其生其 活活-吸放
生物 化学
1高能化合物 2 偶联反应
ATP
(1) (2) (3)
第三节 ATP与高能化合物 与高能化合物
ATP的生成方式
氧化磷酸化： 氧化磷酸化：代谢物脱下的氢经电子传 递链与氧结合成水的同时， 递链与氧结合成水的同时，逐步释放出 能量， ADP磷酸化为ATP的过程 磷酸化为ATP的过程。 能量，使ADP磷酸化为ATP的过程。 底物水平磷酸化：代谢物脱氢与ADP ADP（ 底物水平磷酸化：代谢物脱氢与ADP（或 GDP）的磷酸化相偶联。 GDP）的磷酸化相偶联。
热力学
偶联反应 基团转移势 高能物作用
ATP
Hale Waihona Puke 生物 化学1高能化合物 2 偶联反应
(1) (2) (3) (4)
第三节 ATP与高能化合物 与高能化合物
偶联反应
如果一个反应的产物是第二个反应的反 应物，以次类推， 应物，以次类推，这样的两个或两个以上 的反应称为偶联反应。 的反应称为偶联反应。代谢途径就是由偶 联反应构成的。 联反应构成的。
+ NH3
概念
种类
① 磷氧键 ② 氮磷键 ③ 硫脂键 ④ 甲硫键
2 偶联反应
ATP
S-腺苷甲硫氨酸（SAM）
生物 化学
1高能化合物 2 偶联反应
(1) (2) (3) (4)
第三节 ATP与高能化合物 与高能化合物
生物化学反应的力能学
自由能(G)： 自由能(G)：指一个反应体系中能够 (G) 做功的那部分能量。 做功的那部分能量C+D 。 如 A+B 自由能的变化(ΔG) 自由能的变化(ΔG)： ΔG=(GC+GD)- (ΔG)： ΔG=(GC+GD)-(GA+GB) 产物的自由能 与反应物的自由能之差， 与反应物的自由能之差，与反应转变过 ΔG = ΔG0+RTln[C][D]/[A][B] 程无关。 程无关。 ΔG<0 反应自发进行 标准自由能的变化(ΔG0) 298K， (ΔG0)： 标准自由能的变化(ΔG0)：298K， ΔG=0 反应达到平衡 KPa，反应物浓度为1mol/L 1mol/L。 101.3 KPa，反应物浓度为1mol/L。 ΔG>0 反应不能自发进行 生化反应中标准自由能的变化 (ΔG0’ 298K，101.3KPa， (ΔG0’)：298K，101.3KPa，反应物浓 度为1mol/L pH=7。 1mol/L， 度为1mol/L，pH=7。
热力学 偶联反应 基团转移势
(4) 高能物作用
ATP
∑∆G 3 = ∑∆G 1+ ∑∆G 2
生物 化学
1高能化合物 2 偶联反应
ATP
(1) (2) (3)
第三节 ATP与高能化合物 与高能化合物
ATP的结构
ATP + H2O ADP + H2O
ADP + Pi AMP + Pi
ΔG0´= ´ ΔG0NH-30.5 KJ/mol
生物 西北农林科技大学 化学
动物科技学院生物化学课程组
第三节 ATP与高能化合物
生物 化学
1高能化合物
(1) (2)
第三节 ATP与高能化合物 与高能化合物
概念
种类
高能化合物
一般将水解时能够释放21 kJ /mol 一般将水解时能够释放21 千卡/mol)以上自由能（ /mol)以上自由能 （5千卡/mol)以上自由能（∆G°’< -21 < mol）的化合物称为高能化合物。 kJ / mol）的化合物称为高能化合物。 根据生物体内高能化合物键的特性可 以把他们分成以下四种类型。 以把他们分成以下四种类型。
A+ B + C +D A +B + D C E E ∑∆G 1 ∑∆G 2 ∑∆G 3
热力学
偶联反应
基团转移势 高能物作用
ATP
∑∆G 3 = ∑∆G 1+ ∑∆G 2
生物 化学
1高能化合物 2 偶联反应
(1) (2)
第三节 ATP与高能化合物 与高能化合物
基团转移势
基团转移势——指某化合物水解自 基团转移势——指某化合物水解自 由能的正值。 由能的正值。它反映了该物质将其基团 转移给另一物质的潜在能力的大小，高 转移给另一物质的潜在能力的大小， 能化合物具有较高的基团转移势。 能化合物具有较高的基团转移势。
O OH
2 偶联反应
ATP
生物 化学
1高能化合物
(1) (2)
第三节 ATP与高能化合物 与高能化合物
氮磷键型
O P O
NH N CH3 O P O NH2 C NH O CH2CH2CH2CHCOOH
磷酸精氨酸 7.7千卡/摩尔
概念
NH N CH3
种类
① 磷氧键 ② 氮磷键 ③ 硫脂键 ④ 甲硫键
SCoA
O O S O
-
O O P O
N H H OH
O
酰基辅酶A 酰基辅酶
H H OH
2 偶联反应
ATP
3´-磷酸腺苷 ´-磷酸硫酸 ´ 磷酸腺苷 磷酸腺苷-5´ 磷酸硫酸
生物 化学
1高能化合物
(1) (2)
第三节 ATP与高能化合物 与高能化合物
甲硫键型
COO CH CH2 CH2 H3C S+ A
ATP的能量中介作用——ATP循环
ATP的基团转移势介于高能磷酸化合物与 ATP的基团转移势介于高能磷酸化合物与 低能磷酸化合物之间，因此以ATP为中介， ATP为中介 低能磷酸化合物之间，因此以ATP为中介， 高能磷酸化合物可以将能量转移给低能磷酸 化合物， 并构成循环， 化合物，——并构成循环，所以说：ATP是 并构成循环 所以说：ATP是 细胞能量转化过程中的“通货” 细胞能量转化过程中的“通货”。
ATP
O O Oγ β α N N O 腺苷+ ΔG0´ AMP + H2O P～ O P ～O Pi- O ΔG0´=-14.2 KJ/mol 腺苷+ P O CH OO 2 O
N ΔG0´ 30.5 KJ/mol ΔG0´=-N
生物 化学
1高能化合物 2 偶联反应
ATP
(1) (2) (3)
第三节 ATP与高能化合物 与高能化合物
2
结构
作用 生成方式
高能磷酸键： 高能磷酸键：生化中把磷酸化合物水解时释 出的能量＞20KJ/mol者所含的磷酸键称高能磷 出的能量＞20KJ/mol者所含的磷酸键称高能磷 OH OH 酸键，常用~P表示， ~P表示 酸键，常用~P表示，含有高能键的化合物称为 AMP ADP 高能化合物。 高能化合物。
C NH O CH2COOH
磷酸肌酸 10.3千卡 摩尔 千卡/摩尔 千卡
2 偶联反应
ATP
这两种高能化合物在生物体内起储存能量 的作用。
生物 化学
1高能化合物
(1) (2)
第三节 ATP与高能化合物 与高能化合物
概念
O R C
硫脂键型
N
NH2 N N OCH2
-
种类
① 磷氧键 ② 氮磷键 ③ 硫脂键 ④ 甲硫键
热力学 偶联反应
(3) 基团转移势 (4)
高能物作用
ATP
生物 化学
1高能化合物 2 偶联反应
(1) (2) (3)
第三节 ATP与高能化合物 与高能化合物
高能化合物的作用
高能化合物的作用是通过偶联反应来完 成的。 成的。有些单个的反应在热力学上是不 能进行的， ΔG＞ 能进行的，即ΔG＞0，但是该反应与其 他有高能化合物参与的反应相偶联， 他有高能化合物参与的反应相偶联，而 高能化合物水解可以释放较多自由能， 高能化合物水解可以释放较多自由能， 所以整个偶联反应是可以进行的， 所以整个偶联反应是可以进行的，即 ΔG＜ ∑ΔG＜O。
CH2 O CH O O O
-
O
-
CH P OH N O OCH P O
O H OH
P OO
-
N
N
P O
H H
-
14.8千卡 千卡/ 14.8千卡 （2）焦磷酸化合物：1，/摩尔 焦磷酸化合物： 3-二磷酸甘油酸 ATP（三磷酸腺苷） ATP（三磷酸腺苷） 11.8千卡 烯醇式磷酸化合物：摩尔 （3）烯醇式磷酸化合物11.8千卡/摩尔 ： 千卡/ 7.3千卡 千卡/ 7.3千卡/
1,3-BP-甘甘甘 +ADP
3-P-甘油酸激酶
结构 作用
生成方式
3-P-甘油酸 +ATP