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如何理解高中生物教材中“磷酸与磷酸基团”的关系

2018-01-12 23:49阅读:
浙科版的高中生物教材中涉及到磷酸、磷酸基团的地方主要是《代谢与能量》与《光合作用》两节,但是其中的描述看起来却有些矛盾,而且不同版本的教材描述也不同:有时称为磷酸,有时又称为磷酸基团。二者到底有什么关系,该如何解释呢?
浙科版高中生物教材《代谢与能量》一节中是这样描述的“ATP 发生水解时形成腺苷二磷酸(ADP),释放1 个磷酸基团,同时释放
能量”,而在《光合作用》一节中又说“每个三碳分子接受来自NADPH 的氢和来自ATP 的磷酸基团,形成1 分子三碳糖(实际上是三碳糖磷酸)”。那么ATP水解得到ADP并释放能量的同时产生的到底是磷酸还是磷酸基团呢?
笔者首先翻阅了其他版本的高中生物教材,发现人教版教材中在《细胞的能量通货——ATP》一节中明白说出了ATP水解产生磷酸,而且说明磷酸用Pi表示;在光合作用中没有说太具体,但是也说到了光反应是PiADP反应产生ATP,碳反应没有相关描述。苏教版《细胞的能量通货——ATP》一节中也是明白说明“三磷酸腺苷水解得到二磷酸腺苷和无机磷酸”;光合作用中没有相关的描述。
在翻阅不同版本教材的基础上笔者认为既然大家的描述不尽相同,应该是描述上的区别,本质应该是一样的——不同版本的教材应该只是呈现形式和侧重点的区别,而不应该又知识性的矛盾或者错误!也就是说这里说磷酸或磷酸基团并没有什么原则性的区别。
笔者结合自己的理解翻阅了一些生物学的专业著作,认为ATP水解供能的过程就是磷酸基团带着高能磷酸键从AT
P转移到其他分子的过程,也就是说相关分子在ATP酶催化下磷酸化的过程就是获能的过程,例如载体的磷酸化实现了载体的变形并进一步实现了主动转运过程。
例如钠钾泵,在细胞内侧结合三个钠离子之后被磷酸化变形将三个钠离子遇到细胞外,并于两个钾离子结合,然后磷酸基团脱掉(去磷酸化),泵恢复原状,钾离子被运向细胞内。这个过程当中消耗了1分子ATP,经历了钠钾泵的一次磷酸化和一次去磷酸化,两次变形实现了离子的定向、逆浓度梯度运输。如下图所示:
如何理解高中生物教材中“磷酸与磷酸基团”的关系

同样普遍的钙离子泵也是类似的机理:
如何理解高中生物教材中“磷酸与磷酸基团”的关系

这时问题出现了:离子泵去磷酸化后磷酸基团干什么去了?什么形式存在呢?笔者认为磷酸基团从相应位点脱落后就是以无机磷酸的形式存在的。
也就是说:ATP功能大多情况下就是提供高能磷酸键和磷酸基团的过程,也就是将相应基团或分子磷酸化的过程。当磷酸结合在相应的基团或分子上时 就称为磷酸基团,若从相应基团或分子上脱离则成为无机磷酸分子。
类似的离子也出现在“骨骼肌糖原分解”的信号传导过程中,在蛋白激酶的调控下磷酸化酶逐步激活骨骼肌糖原分解的过程如下图所示:
如何理解高中生物教材中“磷酸与磷酸基团”的关系

所以笔者认为只要理解其中的作用模式(ATP供能模式)即可,无须拘泥于具体表述方式。


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