螢火蟲發(fā)光需要細(xì)胞提供能量。同樣，在細(xì)胞內(nèi)，物質(zhì)的主動運(yùn)輸需要能量，物質(zhì)的合成需要能量，肌纖維的收縮也需要能量。這些能量從哪里來呢？我們知道，細(xì)胞中的糖類、脂肪等有機(jī)物都儲存著化學(xué)能，但是直接給細(xì)胞生命活動提供能量的卻是另一種有機(jī)物——ATP。

ATP是驅(qū)動細(xì)胞生命活動的直接能源物質(zhì)。

ATP是一種高能磷酸化合物

ATP是腺苷三磷酸的英文名稱縮寫。ATP分子的結(jié)構(gòu)可以簡寫成A-P~P~P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基團(tuán)，~代表一種特殊的化學(xué)鍵。由于兩個(gè)相鄰的磷酸基團(tuán)都帶負(fù)電荷而相互排斥等原因，使得這種化學(xué)鍵不穩(wěn)定，末端磷酸基團(tuán)有一種離開ATP而與其他分子結(jié)合的趨勢，也就是具有較高的轉(zhuǎn)移勢能。當(dāng)ATP在酶的作用下水解時(shí)，脫離下來的末端磷酸基團(tuán)挾能量與其他分子結(jié)合，從而使后者發(fā)生變化?？梢夾TP水解的過程就是釋放能量的過程，1 mol ATP水解釋放的能量高達(dá)30.54kJ，所以說ATP是一種高能磷酸化合物。

ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化

ATP水解后轉(zhuǎn)化為比ATP穩(wěn)定的化合物——ADP(腺苷二磷酸的英文名稱縮寫），脫離下來的磷酸基團(tuán)如果未轉(zhuǎn)移給其他分子，就成為游離的磷酸（以Pi表示）。在有關(guān)酶的作用下，ADP可以接受能量，同時(shí)與Pi結(jié)合，重新形

成ATP（圖5-4）。

對細(xì)胞的正常生活來說，ATP與ADP的這種相互轉(zhuǎn)化，是時(shí)刻不停地發(fā)生并且處于動態(tài)平衡之中的。據(jù)測算，一個(gè)人在劇烈運(yùn)動的狀態(tài)下，每分鐘約有0.5kg的ATP轉(zhuǎn)化成ADP，釋放能量，供運(yùn)動之需。生成的ADP又可在一定條件下轉(zhuǎn)化成ATP。ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的能量供應(yīng)機(jī)制，在所有生物的細(xì)胞內(nèi)都是一樣的，這體現(xiàn)了生物界的統(tǒng)一性。

那么，在ADP轉(zhuǎn)化成ATP的過程中，所需要的能量從哪里來呢？對于綠色植物來說，既可以來自光能，也可以來自呼吸作用所釋放的能量；對于動物、人、真菌和大多數(shù)細(xì)菌來說，均來自細(xì)胞進(jìn)行呼吸作用時(shí)有機(jī)物分解所釋放的能量（圖5-5）。

細(xì)胞中絕大多數(shù)需要能量的生命活動都是由ATP直接提供能量的，如大腦思考、電鰩發(fā)電和物質(zhì)的主動運(yùn)輸都需要消耗ATP。閱讀圖5-6，你能補(bǔ)充其他ATP利用的實(shí)例嗎？

ATP水解釋放的能量是如何用于上述各種生命活動的呢？下圖向你展示了ATP是如何為主動運(yùn)輸供能的（圖5-7）。

1，參與Ca”主動運(yùn)輸?shù)妮d體蛋白是一種能催化ATP水解的酶。當(dāng)膜內(nèi)側(cè)的Ca”*與其相應(yīng)位點(diǎn)結(jié)合時(shí)，其酶活性就被滯活了。

ADP

2.在載體蛋白這種酶的作用下，ATP分子的末端磷酸基團(tuán)脫離下來與載體蛋白結(jié)合，這一過程伴隨著能量的轉(zhuǎn)移，這就是載體蛋白的磷酸化。

3，載體蛋白磷酸化導(dǎo)致其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使Ca”的結(jié)合位點(diǎn)轉(zhuǎn)向膜外側(cè)，將Ca”釋放到膜外。

ATP水解釋放的磷酸基團(tuán)使蛋白質(zhì)等分子磷酸化，這在細(xì)胞中是常見的。這些分子被磷酸化后，空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，活性也被改變，因而可以參與各種化學(xué)反應(yīng)。

細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)可以分成吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)兩大類。前者是需要吸收能量的，如蛋白質(zhì)的合成等；后者是釋放能量的，如葡萄糖的氧化分解等。許多吸能反應(yīng)與ATP水解的反應(yīng)相聯(lián)系，由ATP水解提供能量；許多放能反應(yīng)與ATP的合成相聯(lián)系，釋放的能量儲存在ATP中，用來為吸能反應(yīng)直接供能。也就是說，能量通過ATP分子在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間流通。因此，可以形象地把ATP比喻成細(xì)胞內(nèi)流通的能量“貨幣”。

正是由于細(xì)胞內(nèi)具有ATP這種能量“貨幣”，才能及時(shí)而持續(xù)地滿足細(xì)胞各項(xiàng)生命活動對能量的需求。

螢火蟲尾部的發(fā)光細(xì)胞中含有熒光素和熒光素酶。熒光素接受ATP提供的能量后就被激活。在熒光素酶的催化作用下，熒光素與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成氧化熒光素并且發(fā)出熒光。科學(xué)家運(yùn)用這一原理，將熒光素酶基因?qū)胫参锖?，再用熒光素溶液澆灌植物，使轉(zhuǎn)基因植物在黑暗中發(fā)光，從而培育出一種能發(fā)光的“熒光樹”。