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4.2: 糖酵解

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    即使是 exergonic 的能量释放反应也需要少量的活化能才能进行。 但是，以内能反应为例，这种反应需要更多的能量输入，因为它们的产物比反应物具有更多的自由能。 在细胞内，为这种反应提供动力的能量来自哪里？ 答案在于一种叫做三磷酸腺苷或ATP的能量供应分子。 ATP 是一种较小的、相对简单的分子，但其键中含有快速爆发能量的潜力，可以利用这些能量进行细胞工作。 这种分子可以被视为细胞的主要能量货币，就像金钱是人们用来兑换所需东西的货币一样。 ATP 用于为大多数需要能量的细胞反应提供动力。

    生命系统中的 ATP

    活细胞不能储存大量的自由能。 过多的自由能会导致细胞热量增加，从而使酶和其他蛋白质变性，从而破坏细胞。 相反，电池必须能够安全地储存能量并仅在需要时才释放能量以供使用。 活细胞使用 ATP 来实现这一目标，ATP 可用于满足细胞的任何能量需求。 怎么样？ 它用作可充电电池。

    当 ATP 被分解时（通常是通过去除其末端磷酸基团），能量就会被释放。 这种能量被细胞用来起作用，通常是通过将释放的磷酸盐与另一个分子结合，从而激活它。 例如，在肌肉收缩的机械工作中，ATP 提供能量来移动收缩肌肉蛋白。

    ATP 的结构和功能

    ATP 的核心是腺苷一磷酸分子（AMP），它由与核糖分子和单磷酸基团结合的腺嘌呤分子组成（图\(\PageIndex{1}\)）。 核糖是一种存在于 RNA 中的五碳糖，而 AMP 是 RNA 中的核苷酸之一。 在该核心分子中添加第二个磷酸基团会产生二磷酸腺苷（ADP）；添加第三个磷酸基团会形成三磷酸腺苷（ATP）。

    此图显示了 ATP 的分子结构。 该分子是一种腺嘌呤核苷酸，其上附着有核糖和一串三个磷酸基团。 磷酸盐基团被命名为 alpha、beta 和 gamma，顺序是增加它们所附着的核糖的距离。
    图\(\PageIndex{1}\)：ATP 的结构显示了双环腺嘌呤、五碳核糖和三个磷酸基团的基本成分。

    在分子中添加磷酸盐基团需要大量的能量并产生高能键。 磷酸盐基团带负电荷，因此在串联排列时会相互排斥，就像在 ADP 和 ATP 中一样。 这种排斥使得 ADP 和 ATP 分子本质上是不稳定的。 从 ATP 中释放一个或两个磷酸基团（一种称为水解的过程）会释放能量。

    糖酵解

    你已经读到，生物消耗的几乎所有能量都是通过糖和葡萄糖的键传递给它们的。 糖酵解是分解葡萄糖以提取细胞新陈代谢能量的第一步。 许多活生物进行糖酵解是其新陈代谢的一部分。 糖酵解发生在大多数原核细胞和所有真核细胞的细胞质中。

    糖酵解从单个葡萄糖分子的六碳环状结构开始，最后是两个叫做丙酮酸的三碳糖分子。 糖酵解由两个不同的阶段组成。 在糖酵解途径的第一部分中，使用能量进行调整，以便六碳糖分子可以均匀地分成两个三碳丙酮酸分子。 在糖酵解的第二部分中，产生 ATP 和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）（图\(\PageIndex{2}\)）。

    如果细胞无法进一步分解丙酮酸分子，它只能从一个葡萄糖分子中采集两个 ATP 分子。 例如，成熟的哺乳动物红细胞只能进行糖酵解，而糖酵解是它们唯一的ATP来源。 如果糖酵解中断，这些细胞最终会死亡。

    图中顶部显示葡萄糖，箭头向下指向二磷酸果糖，然后分裂成两个甘油醛3-磷酸分子。 在它们成为丙酮酸分子的过程中，它们中的每一个都形成一个 NADH 和两个 ATP 分子。
    图\(\PageIndex{2}\)：在糖酵解中，葡萄糖分子被转化为两个丙酮酸分子。

    摘要

    ATP 充当细胞的能量货币。 它允许细胞短暂地储存能量并将其运送到自身内以支持内生化学反应。 ATP 的结构是附有三个磷酸基团的 RNA 核苷酸的结构。 当 ATP 用作能量时，磷酸盐基团被分离，产生 ADP。 来自葡萄糖分解代谢的能量用于将ADP补充为ATP。

    糖酵解是分解葡萄糖以提取能量的第一种途径。 因为地球上几乎所有生物都在使用它，所以它一定是在生命史的早期进化的。 糖酵解由两部分组成：第一部分准备六碳葡萄糖环以分离成两个三碳糖。 在此步骤中，来自ATP的能量被投入到分子中，为分离提供能量。 糖酵解的后半部分从氢原子中提取 ATP 和高能电子，并将它们附着在 NAD + 上。 上半场投资了两个 ATP 分子，下半场形成了四个 ATP 分子。 这会使细胞的每个葡萄糖分子净增两个ATP分子。

    词汇表

    ATP
    （也是三磷酸腺苷）细胞的能量货币
    糖酵解
    通过产生 ATP 和 NADH 将葡萄糖分解成两个三碳分子的过程