3.2 ATP和dATP-2023-2024学年高二下学期生物人教版选择性必修三

ATP和dATP 先看一道试题： 8．下列有关PCR技术的说法，正确的是（　　） A．需要提供ATP B．需要解旋酶和TaqDNA聚合酶 C．包括变性、复性和延伸三个阶段 D．子链延伸的方向都是从5′端到3′端 解析：关于PCR技术的相关知识： 1、概念：PCR全称为聚合酶链式反应，是一项在生物体外复制特定DNA的核酸合成技术． 2、原理：DNA复制． 3、前提条件：要有一段已知目的基因的核苷酸序以便合成一对引物． 4、过程：①高温变性：DNA解旋过程（PCR扩增中双链DNA解开不需要解旋酶，高温条件下氢键可自动解开）；②低温复性：引物结合到互补链DNA上；③中温延伸：合成子链． A、PCR技术不需要提供ATP，A错误； B、PCR扩增中双链DNA解开不需要解旋酶，高温条件下氢键可自动解开，B错误； C、PCR包括变性、复性和延伸三个阶段，C正确； D、子链延伸的方向都是从5′端到3′端，D正确． 故选：CD． 有的同学对A错误不理解。 那么，PCR以什么供能？ PCR是聚合酶链式反应，以dNTP供能。 ATP分子由于两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥等原因，使得这种化学键不稳定，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，即具有较高的转移势能。当ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。   ATP外侧的P—O键和水中的H—O键断裂吸收能量；同时形成ADP中的O—H键和磷酸中的P—0键，放出能量。   ATP分子中的3个磷酸基团从与腺苷直接相连的那个开始向外依次为α、β和γ,α和β之间、β和γ之间的磷酸键水解释放出的自由能分别是：30.5kJ/mol、30.2kJ/mol。历史上，曾把水解时释放自由能超过25kJ/mol的化合物称为“高能”化合物，如ATP、ADP和焦磷酸等。ATP提供能量的反应或过程常用一个单箭头示出：ATP→ADP+Pi。实际上单个反应箭头代表了两步反应：在酶的催化作用下，ATP的磷酸基团先被转移到底物分子上，提高底物分子自由能；然后磷酸基团被取代，底物为ATP提供H+和OH-，像水解过程一样转变为ADP和Pi。这样ATP就通过基团转移完成了供能，其中H2O并没作为底物参与反应。       1941年，犹太裔美国籍科学家李普曼在《磷酸键能在代谢中的产生和利用》一文中总结了30年代科学家对ATP的研究，并对磷酸键在能量转换和生物合成中的功能作了进一步概括，阐明ATP是生物化学能量的普遍载体，并建议用符号“~”代表这种携带可供能的键，称之为“高能键”，也有人称之为“高能磷酸键”。这种习惯叫法不够规范和科学，它并不是一个特殊的化学键，不是“键”本身含有高能量。高能分子是既容易水解又能够在水解时释放出大量自由能的一类分子的总称，以高能磷酸化合物最为常见。   在众多的高能分子中，磷酸烯醇式丙酮酸水解时释放的能量最高（61.9kJ/mol），较高的还有磷酸肌酸（43.1kJ/mol）等；常见的葡萄糖-6-磷酸（13.8kJ/ mol）等水解放能较低。而ATP（30.5kJ/mol）正好位于“中游”的位置，这意味着它合成起来容易，利用起来也容易。 dNTP代表脱氧核糖核苷酸三磷酸。 dNTP，即脱氧核糖核苷三磷酸的缩写。每个dNTP由以下三个部分组成： 磷酸基团（PO₄³⁻） 脱氧核糖（C₅H₅O₄） 含氮碱基，代表变量，可以是A（腺嘌呤）、T（胸腺嘧啶）、G（鸟嘌呤）或C（胞嘧啶）中的一种。 因此，dNTP的一般结构可以表示为： dNTP = 磷酸 + 脱氧核糖 + 含氮碱基 在四种不同的dNTP中，含氮碱基的不同决定了它们的具体类型，分别是： dATP（脱氧腺苷三磷酸） dGTP（脱氧鸟嘌呤三磷酸） dTTP（脱氧胸腺嘧啶三磷酸） dCTP（脱氧胞嘧啶三磷酸） 这些核苷酸是DNA复制和RNA合成过程中的关键物质，它们参与形成DNA的双螺旋结构，并通过碱基配对原则与互补的RNA链或DNA链结合。 在DNA合成中，这些核苷酸与模板链上的碱基通过碱基互补原则结合，从而帮助复制和修复DNA。在PCR反应中，dNTP作为DNA聚合酶的底物，用于延伸模板链，生成新的DNA链。同时，dNTP中含有的高能磷酸键也可以提供能量。 学科网（北京）股份有限公司 $$