ATP 合成酶的作用机制是什么？

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ATP 合成酶的作用机制是什么？
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队长是我

ATP 合成酶是一种超级高效的分子马达。
首先，讲一下ATP 合成酶的结构，它是有很多蛋白质构成的亚基组成。



ATP合成酶合成ATP

ATP合成酶，又称FoF₁-ATP酶在细胞内催化能源物质ATP的合成。在呼吸或光合作用过程中通过电子传递链释放的能量先转换为跨膜质子(H+)梯差，之后质子流顺质子梯差通过ATP合酶可以使ADP+Pi合成ATP。
ATP合酶（ATP synthase）广泛分布于线粒体内膜，叶绿体类囊体，异养菌和光合菌的质膜上，参与氧化磷酸化和光合磷酸化，在跨膜质子动力势的推动下合成ATP。分子结构由突出于膜外的F1亲水头部和嵌入膜内的Fo疏水尾部组成。



分布于类囊体薄膜的ATP合成酶参与光反应

再来讲ATP 合成酶合成ATP的机制，这个过程中涉及到组成ATP 合成酶的蛋白质亚基的蛋白构象的空间变化。高中生物中，协助扩散中发挥作用的通道蛋白也发生了构象的变化。



ATP合成酶合成ATP

ATP酶利用质子动力势，产生构象的改变，改变与底物的亲和力，催化ADP与Pi形成。F1具有三个催化位点，但在特定的时间，三个催化位点的构象不同、因而与核苷酸的亲和力不同。在L构象，ADP、Pi与酶疏松结合在一起；在T构象底物（ADP、Pi）与酶紧密结合在一起，在这种情况下可将两者加合在一起；在O构象ATP与酶的亲和力很低，被释放出去。质子通过F0时，引起c亚基构成的环旋转，从而带动γ亚基旋转，由于γ亚基的端部是高度不对称的，它的旋转引起β亚基3个催化位点构象的周期性变化（L、T、O），不断将ADP和Pi加合在一起，形成ATP。
ATP合酶是迄今发现的自然界中最小的生物分子马达，在生物能的产生和转化方面起着关键作用，它使化学能转换成机械能的效率几乎达100%。当前世界上主流的发动机的热效率大多在30%-38%之间，比较厉害的能突破40%，但这部分是少之又少。
生命活动所必需的能量腺苷三磷酸（ATP）就是由ATP合酶在跨膜质子梯度势的推动下合成。 一提到ATP合酶，我们马上就能想到线粒体（其实ATP合成酶广泛分布于线粒体内膜，叶绿体类囊体，异养菌和光合菌的质膜上，从而参与氧化磷酸化和光合磷酸化。核糖体中没有）。线粒体的主要功能是高效地将有机物中储存的能量转换为细胞生命活动的直接能源ATP。人体内的细胞每天要合成数千克ATP,大约95%由线粒体产生。因此,线粒体被誉为细胞的“动力厂”( power plant)。线粒体通过氧化磷酸化作用进行能量转换,其内膜上的ATP合酶、电子传递及内膜本身的理化特性为氧化磷酸化提供了必需的保障。在线粒体中,最终生成ATP的装置是ATP合酶。