什麼是 ATP？概念、用途以及分子產生、糖解作用、克雷布斯循環和氧化磷酸化

我們解釋什麼是 ATP、它的用途以及該分子是如何產生的。此外，還有糖解作用、克雷布斯循環和氧化磷酸化。

ATP分子是由德國生物化學家Karl Lohmann在1929年發現的。

什麼是ATP？

在 生物化學中，縮寫 ATP 表示三磷酸腺苷或三磷酸腺苷，是 一種屬於核苷酸類的有機分子，對於細胞的能量代謝至關重要。 ATP 是人體和其他 生物體內大多數細胞過程和功能所使用的主要能量來源。

ATP 名稱來自該分子的分子組成，該分子由與 戊糖分子（也稱為核糖）的 碳 原子連接的含氮鹼基（腺嘌呤）形成 ，並依次與  與另一個碳原子連接的三個磷酸 根離子總結在 ATP 的分子式中：C 10 H 16 N 5 O 13 P 3。

ATP 分子於 1929 年由美國的 Cyrus H. Fiske 和 Yellapragada SubbaRow 在人體肌肉中首次發現，德國生物化學家 Karl Lohmann 獨立發現了 ATP 分子。

儘管ATP分子 於1929年被發現，但直到1941年才發現其在細胞不同能量轉移過程中的功能和重要性的證據 ， 這要歸功於德裔美國生物化學家Fritz Albert Lipmann（諾貝爾獎得主）的研究。

另請參閱： 新陳代謝

ATP 有何用途？

ATP的主要功能是為細胞內發生的生化反應提供能量，這就是為什麼這種分子也被稱為生物體的「能量貨幣」。

ATP是一種分子，可暫時容納食物分解 代謝過程中釋放的化學能，並在必要時再次釋放，以驅動人體的各種生物過程，如細胞運輸、促進 能量消耗反應 ，甚至進行機械運動。的動作，例如行走。

ATP是如何產生的？

為了合成ATP，需要釋放葡萄糖中儲存的化學能。

在細胞中，ATP 透過細胞呼吸合成，該過程發生在  細胞粒線體中。在此現象期間，儲存在葡萄糖中的化學能透過氧化過程釋放，  該氧化過程釋放 CO 2、H 2 O和ATP形式的能量。儘管葡萄糖是此反應的最佳底物，但值得澄清的是 蛋白質 和脂肪也可以被氧化產生 ATP。這些營養素都來自食物個體的代謝途徑不同，但它們匯聚成一個共同的代謝物：乙醯輔酶A，它開始克雷布斯循環，並允許獲得化學能的過程匯聚，因為所有細胞都以 ATP 形式消耗能量。

細胞呼吸過程可分為三個階段：糖解作用（僅當細胞使用葡萄糖作為燃料時才需要的先前途徑）、克雷布斯循環和電子傳遞鏈。在前兩個階段中，僅產生乙醯輔酶A、CO 2和少量ATP，而在呼吸的第三階段中，透過一組稱為「ATP合成酶複合物」的蛋白質產生H 2 O和大部分ATP 。

糖解

如前所述，糖解作用是細胞呼吸之前的一條途徑，在此期間，每個葡萄糖（有 6 個碳）會形成兩個丙酮酸（由 3 個碳組成的化合物）。

與細胞呼吸的其他兩個階段不同，糖解作用發生在細胞的細胞質中。第一條途徑產生的丙酮酸必須進入粒線體繼續轉化為乙醯輔酶A，從而用於克雷布斯循環。

繼續：糖酵解

克雷布斯循環

克雷布斯循環是碳水化合物、脂質和蛋白質氧化過程的一部分。

克雷布斯循環（也稱為檸檬酸循環或三羧酸循環）是 細胞線粒體基質中發生的基本過程，由一系列化學反應組成，旨在 釋放 加工過程中獲得的乙醯輔酶A中所含的能量。

這個循環是一個更大的過程的一部分，即 碳水化合物、脂質和蛋白質的氧化，其中間階段是：在與所述有機化合物的碳形成乙醯輔酶A之後，以及在氧化磷酸化之前，ATP是“。在一種 酶 稱為 ATP 合成酶或 ATP 合成酶 。

克雷布斯循環的運作得益於幾種不同的酶，它們完全氧化乙醯輔酶A 並從每個氧化分子中釋放出兩種不同的分子：CO 2（二氧化碳）和H 2 O（水）。此外，在克雷布斯循環過程中，會產生最少量的GTP（類似ATP）和還原力，以NADH和FADH 2的形式產生，用於下一階段細胞呼吸中ATP的合成。

此循環從乙醯輔酶A分子與草醯乙酸分子的融合開始。這種結合產生了六碳分子：檸檬酸鹽。因此，輔酶A實際上被多次重複利用。如果細胞內 ATP 過多，該步驟就會受到抑制。

接下來，檸檬酸鹽或檸檬酸經歷一系列連續的轉化，將依序再次產生異檸檬酸鹽、酮戊二酸鹽、琥珀醯輔酶A、琥珀酸鹽、富馬酸鹽、蘋果酸鹽和草酰乙酸。與這些產品一起，每個完整的克雷布斯循環都會產生最少量的 GTP，以 NADH 和 FADH 2以及 CO 2的形式降低能量。

電子傳遞鍊和氧化磷酸化

NADH 和 FADH2 分子能夠在克雷布斯循環中提供電子。

營養利用迴路的最後階段利用克雷布斯循環中產生的氧氣和化合物，在稱為氧化磷酸化的過程中產生 ATP。在此過程中，NADH 和 FADH 2發生在粒線體內膜中，提供電子，將它們驅動到較低的能量水平。這些電子最終被氧接受（當與質子結合時，形成水分子）。

電子鍊和氧化磷酸化之間的耦合是基於兩個相反的反應：一個釋放能量，另一個在 ATP 合成酶的干預下利用釋放的能量產生 ATP 分子。當電子在一系列氧化還原反應中沿著鏈「移動」時，釋放的能量用於泵送質子穿過膜。當這些質子透過 ATP 合成酶擴散回來時，它們的能量用於將額外的磷酸基團附著到 ADP（二磷酸腺苷）分子上，從而形成 ATP。

ATP 的重要性

ATP 是生物體生命過程的基本分子，作為細胞中發生的不同反應的 化學能傳遞者，例如複雜 和基本大分子的合成，如 DNA、  RNA 或蛋白質的合成發生在細胞內部。因此，ATP 提供體內發生大部分反應所需的能量。

ATP 作為「能量供給」分子的效用是透過富含能量的磷酸鍵的存在來解釋的。當 ATP 水解為 ADP 時，即由於水的作用而失去磷酸基團時，這些相同的鍵可以透過「斷裂」釋放大量能量。ATP水解反應如下：

例如，ATP 對於肌肉收縮至關重要。

ATP 是 大分子 跨 質膜運輸 （胞吐作用和細胞內吞作用）的關鍵，也是 神經元之間突觸通訊的關鍵，這就是為什麼它的持續合成至關重要（從食物中獲得的葡萄糖） 。它對生命的重要性在於，攝取一些抑制 ATP 過程的有毒元素（例如砷或氰化物）是致命的，會導致生物體突然死亡。