atp与adp的相互转化 葡萄糖氧化产生的能量是如何令ADP转换为ATP的?
就这种跟问题一点关联性都没有的回答,还有快60个人赞同????所以现在只要政治正确就可以骗赞了是吧?
-------------------原答案--------------------------------
你这个问题其实很有意思,因为这确实困扰过生物学家一段时间。
首先说,从动物细胞的有氧呼吸来看,整个葡萄糖分解过程中有两个地方会释放ATP:
(1)糖解作用(葡萄糖变丙酮酸)过程中就会释放少量ATP
这里没有什么特别的能量转换,就是化学能而已,因为在一般情况下是自发反应(),所以这就只是一个反应平衡罢了,不用想太多。
如果你只是想知道这个的话,后面就不用看的。
(2)ATP合成酶在最后大量合成了ATP
这个就很复杂了,事实上有关ATP合成酶到底是怎么工作的,以及这其中的能量变换,大概都是在二三十年前才有了一个比较好的解释(不过好像分子生物学也就是几十年的事OTZ...)
我尽量用比较简单的语言来给你解释一下....
首先,动物细胞中,“葡萄糖氧化分解产生ATP”这件事不考虑无氧呼吸的话,就有糖解,CAC循环,电子传递链这三大步骤,而主要的反应只是电子传递链的最后一小步而已。
如果要从糖解开始讲的话,我们的画风大概一开始就会变成这样
(网上随便找的,这并不完全是动物细胞的生化反应)
(嗯,我相信看到这张图你是拒绝的,我当年也是拒绝的....然而我还是学了qwq)(嗯,我相信看到这张图你是拒绝的,我当年也是拒绝的....然而我还是学了qwq)
所以,我们直接把前三步会发生的事情总结一下就可以了,
(1)糖解作用:把葡萄糖一路分解成一种叫Acetyl-CoA(乙酰辅酶A,感谢评论区两位的指正)的东西
(2)CAC循环:利用Acetyl-CoA,把“NAD”变成“NADH+质子”(H+就是质子)
(3)电子传递链:“NADH+质子”在线粒体的内膜上,按顺序激活了1,2,3,4四种complex(蛋白复合体...呃,简单理解成“具有多重功能的酶”就好了),这四种complex分别努力干活,把一堆质子从线粒体的内膜里强行喷了出去。
看得眼花了不要紧,我帮你做个结论:葡萄糖氧化分解,可以把线粒体内膜里的一堆质子强行运送到内膜外。
记住这句话,我们等等会用到。
接下来,让我们隆重欢迎今天的主角:ATP合成酶!
ATP合成酶:大家好,我长这样
“啊对不起,真实的我长得太凶残了,其实这样看我就好了”:“啊对不起,真实的我长得太凶残了,其实这样看我就好了”:
图上字一堆不要怕,我从结构来慢慢和你说,首先你可以看到整个ATP合成酶分上下两个部分,上面的在线粒体基质里,叫F1;下面的直接插在内膜上,叫Fo(不是0是O!!)。
先从F1开始讲,ATP的合成发生在F1上,F1由5种不同的蛋白质组成:3个α,3个β,1个γ,1个和1个。其中,α是辅助β的,β具有催化ADP合成ATP的功能,和功能结构目前都还不明。还有γ,这个蛋白质很有趣。你看整个F1的结构,像不像一个齿轮?是的,它是可以转的,而γ就是转轴。
这里要详细解释“怎么转的”有些复杂,简单来说,这个齿轮每转一次就是转120°,而每转120°,β会发生1次形变。所以说,3个β在同一时间会保持3种不同的形状(120°转3次就是1圈嘛)。而只有在这3个中的1个特定位置上,β蛋白是有催化能力的。如果我们从上往下看,画风大概是这样的
用这张图来讲的话,在ATP合成酶上,ADP变ATP有两次能量消耗
(1)第一次转120°,从O转到L,β蛋白形变成具有催化能力,催化反应
(2)第二次再转120°,从L转到T,β蛋白形变成没力气抓住ATP的样子,释放ATP到线粒体基质中
这两次能量的来源呼之欲出,就是旋转中消耗的动能。
那么这个动能又是哪里来的?你再看Fo的结构了:
看到了么?质子通过Fo,从内膜里跑回到内膜外(内膜本身不允许质子直接通过,只能从Fo走),在通过的过程中,随便推动Fo的c蛋白部分转动,然后带动γ蛋白,最后导致整个F1开始转动。看到了么?质子通过Fo,从内膜里跑回到内膜外(内膜本身不允许质子直接通过,只能从Fo走),在通过的过程中,随便推动Fo的c蛋白部分转动,然后带动γ蛋白,最后导致整个F1开始转动。
哪来的质子?这些就是糖解作用中强行喷到内膜外的质子,内膜外过多的质子产生电位差,使质子想要跑回膜内。
所以最后的结论:化学能(葡萄糖)电势能(质子导致的电位梯度)动能(Fo的转动)化学能(ATP)
参考资料: <<Lehninger's Principles of Biolchemistry>> , Six Edition
(这是一本二十几年来,虐遍无数生物狗生化狗医学狗等等各种人群的生化圣经,不怕死的人可以弄一本来看看233333)
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最后夹杂一点私货
关于要不要入生物坑这个事情,我是保持辩证态度的。或许因为我大学并不是在大陆念的,之后的研究所也不是在中国。接触的人群不同,所以我有时候挺难理解所谓"生物学没有出路"这个说法。
在我看来生物学专业就是个金字塔型的专业,首先顶尖的一定有很好的工作,第二其他人也不是说连饭都吃不上了。当然下面某个没脸没皮的人说的“金融it更能赚钱”也是实话,但我们这种搞科研搞技术的专业本来就不仅仅是为了钱,有时候真的是为了那种可笑的兴趣或者更可笑的理想才进来的。
所以,如果你真的对这方面有兴趣,两件事你要弄清楚:
1.你要对自己入坑后的前途有一个概念。当然对于高中生来说似乎遥远了一些,不过你至少在大二就要有一个大致定位了。做科研很有趣很理想很装逼,但科研是一将功成万骨枯的事情,收入一开始不要有太多期待了。而如果是走生技公司的话,送你一句话:技术型人才到哪里都是有人要的。我一个博士毕业的学姐,染色体镜检可以3~5分钟一颗细胞,现在进公司第一年,1个月基本工资10多K。
2.去一个优秀的学校念你的大学生物。生物学,尤其是分子生物这种专业,两个东西缺一不可:学术氛围,还有钱。优秀的学术氛围下,你才能了解这个行业目前最尖端最吃香的方向是什么,而如果没有大笔的经费,哪里能吸引优秀的科研工作者前来呢?
对于那些整天叽叽喳喳叫着生物学没前途的,尤其是人家问都没问就这么说的,我只能说,眼高手低的人,在什么行业都是loser。
也只不过是一个大家发声的地方。虽然这里的人比朋友圈,微博和新闻评论区里的人总体上好一些。但偏见,歧视这些在这里同样存在,就像我今天说的也只是站在我的立场上表达的罢了。
对于你的人生选择,不要过分相信这里的任何人。
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