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问题:储存在糖类、脂肪中的能量是如何被提取,经由ATP合成酶形成ATP的呢?

●首先,让我们来了解大分子如何被逐步拆解的:

1.在细胞质中,糖类、脂肪等营养物质经过降解作用产生丙酮酸和脂肪酸;

2.这些物质进入线粒体基质,在线粒体基质中丙酮酸和脂肪酸再经过一系列分解代谢形成含有2个碳原子单位的化合物的乙酰辅酶A,乙酰辅酶A是“发电厂”唯一能够利用的“燃料”类型;”,也就是说,不论有机大分子是哪种糖类、哪种脂肪,都要最终转化为乙酰辅酶A,才能进入后续的化学反应,即进入三羧酸循环。

3.三羧酸循环是指由一系列酶促反应的组成的循环系统,该循环的第一步就是由辅酶A与含两个羧酸、4个碳原子单位的草酰乙酸缩合形成含有3个羧酸、6个碳原子单位的柠檬酸,三羧酸循环这一经典名词由此而来,也有人将三羧酸循环称为柠檬酸循环。

4.三羧酸循环虽然包括众多的反应过程,但我们可以大大地把它们简化概括为6个碳原子单位的化合物,依次脱去一个碳原子单位,形成5碳化合物、4碳化合物的过程,依次脱去的两个1碳单位即是我们熟悉的二氧化碳。在这个三羧酸循环体中,不断加入的二碳单位化合物是代谢的中间产物乙酰辅酶A;不断释放的两个1碳单位化合物是二氧化碳,而循环体中始终保持不变的是6、5、4个碳单位的羧酸化合物。所以。三羧酸循环就像一个“粉碎机”,每一个乙酰辅酶A分子进入后,被“粉碎”成两个二氧化碳释放出来。


我们了解了有机大分子如何被一步一步拆解,形成代谢终产物二氧化碳。

伴随有机大分子一步一步拆解形成二氧化碳的同时,还有一种关键的物质释放出来,那就是氢原子,我们都知道氢原子是由一个电子和一个质子组成。

释放的氢原子被NAD分子结合形成还原型NAD(即NADH)和一个质子(少数情况下被FAD结合形成还原型FAD,FADH2)

那么,NADHFADH2的形成又与ATP的形成有什么关系呢?

在线粒体内内膜上,定位着多种由一系列氧化还原酶构成的蛋白复合物,被称为氧化呼吸链或电子传递链:

1.复合体Ⅰ作用是将NADH中的电子传递给泛醌,形成还原型泛醌。

2.复合体Ⅱ作用是将FADH2中的电子传递到泛醌,形成还原型泛醌。

3.复合体Ⅲ作用是将电子从还原型泛醌传递给细胞色素c

4.复合体Ⅳ将电子从细胞色素c传递给氧,接受了电子的氧与线粒体基质中的质子结合,就生成了另一种代谢终产物------水。

所以,由复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ构成了线粒体的主要电子传递链;复合物Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ构成了线粒体的次要电子传递链。

在线粒体内膜上形成ATP的过程被称为氧化磷酸化,以区别于细胞内其他形式的ATP形成过程。线粒体内氧化磷酸化形成的ATP是细胞能量的主要来源,因此,成线粒体为细胞的发电厂。

了解了ATP的“生产”过程,我们不禁会对细胞结构的精巧、生命活动分子机制的奇妙发出由衷的赞叹!

知识拓展:

1. ATP合成酶