ATP: Adenosine Triphosphate

Introduction to ATP or Adenosine Triphosphate

可论证的是 在生物学中一个重要的分子

是ATP

ATP表示 三磷酸腺苷

它听起来很奇妙

但是 你需要记住 或者当你看到ATP

参与一些生化反应时

你脑海中的一些记忆应该告诉你 嗨 我们是处理

生物能量

或者说 把ATP当作是一种货币 它是一种货币

(用引号标注下)

生物能量

那么 什么是能量货币呢？

事实上 ATP将能量储存在它的化学键中

接下来我会解释它意味着什么

在我们学习什么是腺苷基团或者三磷酸基团之前

你可以忽视真实情况

你可以将APT假想成由一些被叫做

(让我用一种好看的颜色来表示它）

一个腺苷基团在这里

并且它是被三个磷酸所连接的

你三个连接它的磷酸 就像图中这样

这就是ATP了

三磷酸腺苷

Tri- 在这里表示三个磷酸基团

现在 如果你手头有ATP 你可以水解它的键

这意味着你要将

ATP放入水中

所以 让我在这里添加一些水

假设我手头有水

然后这些磷酸基团中的一个将会被水解断裂

本质上是一些水加入了这个被水解的磷酸基团

同样一些水则加入

这些磷酸基团

我接下来会给你更详细的描述

但是 我想先给你一个大体的描述

你能得到的残余物质是一个腺苷基团

这个基团有两个磷酸

现在 这里有两个磷酸

它被叫做二磷酸腺苷 缩写是ADP

之前的三磷酸腺苷含有三个磷酸

现在我们得到的是二磷酸

我们在这里直接将它写成di而不是三磷酸腺苷中的tri

是因为我们只拥有两个磷酸基团

ATP因此被水解了

或者说你使这些磷酸基团的其中一个键断裂

你现在所得到的是ADP

和一个额外的磷酸基团

这是我们谈及ATP和能量时最关键的一个概念

最后这还有一个能量

这里是一个能量

这就是为什么我说ATP是一种

一种生物能量货币

如果你有ATP并且你让它经历一些化学反应

你就会得到磷酸

并且会有能量产生

这个能量可以被用作产热

或者你可以将这个反应和

其他反应需要能量的反应相结合

然后这些反应将能够继续

所以我画了这个圈

腺苷和磷酸

事实上 你必须知道这一切

我在这里已经展示的是

这些是你必须要掌握的 为了了解ATP如何在

大多数生物系统中工作的 如果你想

如果你有能量并且想将它们转变成ATP

反应将会这样进行

能量＋磷酸基团＋一些ADP

这样你将会得到ATP

这就是能量的储存

反应方程式这边是能量的储存

这边则是能量的利用

这些就是全部－确切地说95％的人

需要知道的ATP在生物系统中的功能

当你有能量的时候

储存能量的反应才会发生

当你使磷酸键断裂 它将释放能量

同样 如果你想将ADP和磷酸变回ATP

你必须将能量用尽

所以说ATP是能量来源

如果你有ADP并且想要得到ATP 你需要使用能量

我刚才用圈表示的A

是腺苷

但是 一些时候我认为了解分子的结构

会更佳有用

所以我从Wikipedia（维基百科）剪切粘贴了这个分子结构式

至于我为什么没有一开始就把它展示给你

是因为它看起来非常复杂

然而关于为什么ATP是能量货币的这个概念

我觉得更为直接一点

当有一个三磷酸的时候 一个磷酸键断裂

然后这里就产生了一些能量

这些能量被置于系统中

或者如果你像将这一个磷酸连接回去

你就要用掉这个能量

这就是最基本的ATP作用原理

但是 这只是它的实际结构

但是即使在这里(黑板上) 我们能是键断裂

并且这个确实不坏

腺苷

让我圈出腺苷基团

这是腺苷

这个圈中的就是腺苷

这部分分子在这里

这就是腺苷(箭头所指)

对于你们这些也观看其他教学录像的人来说

有可能会认识这部分结构

这是就腺苷酸

但是这里的这部分

这部分是腺嘌呤(黄色圈起来的)

这里的腺嘌呤和组成核苷酸的嘌呤是一样的

核苷酸是DNA的支柱

所以说 在生物系统中

这些分子的用途有很多

这里的腺嘌呤和我们常说的

腺嘌呤和鸟嘌呤中的腺嘌呤是一样的

这个就是嘌呤

当然 你可能还知道嘧啶

但是在这里我不会谈及它

它们(嘌呤和嘧啶)是一样的分子

这是一个有趣的事情

那些组成DNA的相同物质

同样也是这些能量货币的一部分

所以说 腺嘌呤是组成ATP中腺苷酸的一部分

那么在这里的这一部份

是核糖(绿色圈出的)

你可以从RNA(核糖核苷酸)中见到它

因为你在整个组成中都能见到核糖

但是这不是我要讲述的

不得不提 核糖只是一个五碳糖

当它们不和其他分子连接时

它们只是作为碳

所以这是一个碳 两个碳 三个碳

四个碳 五个碳

了解清楚很好更好点

同样 要知道它们把自己的一部分

分享给DNA

这些就是我们很熟悉的构件

但是我不得不强调一下 知道这个知识

或者说记住它

对于帮助你明白ATP是如何作用

是没有一点作用的

我在这里我圈出三个磷酸基团

这个是实际的分子结构(分子结构式图中)

也就是刘易斯结构

这是一个磷酸基团

这是第二个磷酸基团

最后这个是第三个磷酸基团

就是这个样子的

当我第一次接触这个的时候 我遇到的第一个问题是

假如你把其中一个磷酸基团拿走

或者说这个化学键被水解

这样会释放能量

接下来我将继续并且回答所有

必须回答的问题

但是 为什么这样做(水解化学键)会释放能量？

这个释放能量的化学键有是什么？

记住这里所有的键都是被不同原子

共享的电子(共价电子)

所以 理解它的最好方法在这里

这些被共享电子通过了这个键

或者说 这一个被共用电子通过了这个键

这个电子来自于磷酸

我不会在这里画出元素周期表

但是你要知道 磷有五个电子可以共享

和氧相比 磷的负电性更弱

所以氧在这里会偏向吸引电子

但是这一个电子非常不稳定

这里有很多原因导致了这种不稳定

电子在一种高能量状态

一个原因是

这里全部都是负电的氧

所以他们会排斥彼此

因此这些在这个键中电子自然不能靠近原子核

他们会进入一种低能量状态

这些描述只不过是一种类比

我们知道 电子可以变的很复杂

并且这就是量子力学世界

但是这是一种很好的类比方法

这些分子想要离开彼此(彼此排斥)

但是因为有这些键

所以这个电子处于高能量状态

这两个原子的电子离核的距离要比理论上的远

当你是这个磷酸基团离开时

所有电子都会进入低能量状态

这个从高能量状态

到低能量状态的过程产生了能量

事实上 在任何我们说

产生能量的化学发应中

能量总是来自到更低能量状态的电子

上面讲的就是和ATP有关的

在之后的视频中

当我们提到细胞呼吸和糖酵解或者其他

无论何时产生的能量

都是电子从不稳定的状态到稳定状态产生的

在这个过程中 他们产生能量

假设我在一个平面上或者我即将跳离一个平面

我必须有足够的潜在能量

当我要跳离平面的时候

你可以把这个举例当作不稳定状态

同样 当我坐在座位上观看橄榄球比赛时

我没有很多潜在能量

所以我在一种稳定的状态

可能当我坐在座位上时

我已经产生了足够的能量

但是 我不知道(这只是一个类比)

我的类比总是会在一些时候失去价值

现在 我想告诉你的最后一件事情是

这个ATP反应是如何发生的

到目前为止 你已经可以关掉这个视屏

并且你已经可以完成95%的有关APT的问题

尤其是AP考试中的题目

但是 我想让你了解

这个ATP反应是如何发生的

为了方便描述 我要做的就是

复制和粘贴这些部分

我之前已经告诉过你 这个部分

将要分解ATP

让我来完成复制粘贴

在这里断开的是磷酸基团

之后剩下的是这些

你能看到ADP剩在这里

这个就是ADP

我甚至不用完全复制和粘贴全部的成分

你就能够认出这个部分是腺苷基团

复制 粘贴

就是这样的

我们之前已经将到过这个东西会被水解

或者可以说是断裂 然后产生能量

但是我将要做的是

展示给你详细断裂过程(机理)

这个有关水解发生的机理

是有一点复杂

我说过 这个反应必须在有水是才会发生

让我在这里添加一些水

这里是一个氧和一个氢

这是另一个氢

那么他们在一起就是水

所以 水解就是一个反应 我们说 嗨

在这个反应中 这部分(鼠标所指)O想要和成键

或者想要共享电子

所以 这个氢可能会到这里

并且和这个氧共享电子

这个磷有一个额外的电子

这个额外电子需要共享

记得磷有五个价电子

它想要和氧共享

它已经被共享的电子有四个

那么 如果这个氢连接到这里

剩下的部分是这个蓝色的OH

这个OH可以分享

一个磷的额外电子

所以你看到的OH会变成这样

这个是实际上发生的

当然 这个反应可以发生在另一侧

我可以断开这里

把全部都断开

这个H可以和这个O在一起

这个H会到这里

并且这个O会接纳OH

这个反应会发生在其中一个顺序

所以说 任何一方都是OK的

在这里 我还想阐述另一个点

这个点有点复杂

我甚至在思考是否要这样做

电子之所以总是在相对低的能量状态

是因为 就像我说过的 这个电子会更“开心”(稳定)

在这里 我们可以说 这个在磷中的电子现在更稳定

它在相对低的能量状态

因为它将不会被拉伸

它不用花费时间徘徊在这部分和这部分之间

因为这个分子和这个分子想要分开

因为他们都有负电荷(相互排斥)

刚才讲的只是一部分原因

另一部分原因是

我们会在学习有机化学的时候深入探讨细节

这个有更多的共振

更多的共振结构或者共振配置

所有想要阐明的是 这些额外的电子

他们可以在不同的原子间移动

并且这种移动会让电子更佳稳定

假设在这里的这个氧有额外的电子

那么额外的电子会到这里来

之后和磷形成双键

这个电子会跳跃到这个氧的地方

这个过程会发生在这边和那边

我不会讲述更多细节

但是这个就是使它更稳定的原因

如果你已经学习了有机化学

你就能够了解的更多

但是我不想让这些变得复杂

你要记得关于ATP的最重要的事情就是

当你切断磷酸基团

基团会产生能量 这个能量可以推动所有生物功能

例如生长和运动 肌肉的运动 收缩

和 电冲动在神经和大脑中的传递

所以 在生物系统中

这个反应就是主要的能量电池或者能量货币

这就是你必须掌握的关于ATP的主要知识