21世纪是生命科学的世纪。生命活动是自然界最精妙绝伦的运动方式，它赖以存在的基础是生物大分子能够响应外界刺激。近20年来，分子生物学和单分子生物物理学所取得的突破性进展揭示了生物分子马达在生命过程中扮演着核心角色。今天我们基于VR视域在矩道生物虚拟实验室中学习宇宙无敌的“超级发动机”——分子马达ATP合酶！

主动运输-消耗ATP

生物的各种生命活动-消耗ATP

生物分子马达在生命新陈代谢过程中不可或缺，这些过程包括ATP合成，基因转录、翻译，物质输运，细胞运动与分裂等。因此，科学界已全面确立了将蛋白酶理解为生物单分子机器的观点。生物分子马达的发现一方面使人们对生命的复杂有序有了新的认识，另一方面也启示和激发科学家去建造能与自然相媲美的纳米机器。

分子马达ATP合酶合成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。

ATP合酶可以说是宇宙无敌的“超级发动机”！

细胞的能量通货--ATP

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。

分布在类囊体薄膜的-ATP合酶

1．ATP合酶，又称F0F1－ATP酶，在细胞内可催化能源物质ATP的合成，其分子结构由凸出于膜外的F1和嵌入膜内的F0两部分构成。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，之后质子流顺梯差通过ATP合酶使ADP+Pi合成ATP。下列相关叙述错误的是（  ）

A．ATP合酶的F1是脂溶性的，而F0是水溶性的

B．ATP合酶广泛分布于线粒体内膜，叶绿体类囊体上

C．ATP合酶能“识别”H＋，也“识别”ADP和Pi

D．ATP合酶的合成需ATP供能，ATP的合成需ATP合酶的催化

【答案】A

【解析】

A、据题干信息“分子结构由凸出于膜外的F1和嵌入膜内的F0两部分构成”可知：F1是水溶性的额，F0是脂溶性的，A错误；

B、线粒体内膜和叶绿体的类囊体薄膜均可产生ATP，故ATP合酶广泛分布于线粒体内膜，叶绿体类囊体上，B正确；

C、据题干信息“通过电子传递链释放的能量先转换为跨膜质子(H＋)梯差，之后质子流顺梯差通过ATP合酶使ADP+Pi合成ATP”可知ATP合酶能“识别”H＋，也“识别”ADP和Pi，C正确；

D、酶的合成需要ATP供能，故ATP合酶的合成需ATP供能；“ATP合酶，在细胞内可催化能源物质ATP的合成”，故ATP的合成需ATP合酶的催化，D正确。

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