什么是能量耦合?它是如何工作的?这里有一个关于能量耦合你需要知道的一切的完整指南。

能量耦合指南:什么是能量耦合以及它是如何工作的

化学反应可以有多种形式。虽然其中一些反应需要能量才能发生，但另一方面，另一些反应会产生能量。例如，分解代谢化学反应是产生能量的化学反应，而合成代谢化学反应是需要能量的化学反应。

那么，什么是能量耦合?在本文中，我们将深入探讨什么是能量耦合，以及它是如何工作的。

但是，重要的事情先做。让我们先看看能量耦合的定义。

什么是能量耦合?

当我们谈到能量耦合时，它指的是能量转移的过程，从一个分解代谢反应合成代谢化学反应。它简单地指的是使用火用过程来促进内生过程的过程。

这意味着，一个火用过程释放的能量被用来启动一个内生过程。在这个过程中，ATP是必不可少的。ATP在能量耦合过程中充当能量货币。

实质上，ATP用于各种需要能量的化学反应中，作为这些反应的助推器。

在生物体中，能量耦合通常是基于ATP的产生和水解。分解代谢反应产生ATP，而ATP的产生又推动合成代谢反应。

在电子领域，能量耦合指的是理想的或不理想的能量传输从一种介质到另一种介质——例如，能量从光纤或金属电缆传输到另一种介质。联轴器也可指传动电能从另一个电路段到另一个电路段。

在我们讨论ATP在能量耦合中扮演什么角色之前，让我们先了解一下这个主题中一些术语的含义。

ATP在细胞过程中通常被认为是能量货币。它为内生反应(耗能反应)和火能反应(产生能量的反应)提供所需的能量，后者需要少量的能量输入来激活。

当反应打破ATP中的化学键时，这些反应所需要的能量就产生了。反应产生的能量可以用来驱动细胞过程。值得注意的是，一个分子中键越多，它的能量势就越高。

而且，由于ATP中的这些键很容易断裂和转化，ATP就像电池(可充电电池)一样为从蛋白质合成到DNA复制的各种细胞过程提供动力。

然而，有一件重要的事情需要注意，那就是ATP分子是高度不稳定的。因此，它应该尽快发挥作用，以免它解离。ATP分子自然分解形成ADP + Pi，在这个过程中释放出的自由能是热量。

通过ATP的这些键内的能量被利用的过程，就是我们所说的能量耦合。这意味着ATP是能量耦合的驱动力。

但是，ATP水解过程中自然产生了多少能量(自由能)呢?这些能量中有多少是对细胞工作有用的呢?

好了，精确水解一摩尔ATP分子，计算为∆G(自由能)为−7.3千卡/摩尔(−30.5 kJ/摩尔)。这只有在标准条件下才有可能。

另一方面，在活细胞中水解的∆G(自由能)几乎是标准设置下的两倍。即14千卡/摩尔(−57千焦/摩尔)。

钠-钾泵是能量耦合的一个极好的例子。在这里，细胞结合了一个细胞过程中的火能反应(ATP水解)和内分泌反应。

例如，存在于神经细胞中的跨膜离子泵，将离子泵过细胞膜，利用ATP的自由能产生动作电位。钠-钾泵将钠(Na)从细胞中推出，钾(K)进入细胞。

水解ATP分子有助于通过磷酸化过程将其磷酸转移到蛋白质泵中。钠钾泵接收∆G(自由能)，使其发生构象变化，向细胞外部释放三个钠离子。

两个与蛋白质结合的细胞外钾离子(K+)会导致蛋白质形状的改变和磷酸盐的释放。当自由能提供给钠钾泵时，就会发生内阴反应。

在细胞的新陈代谢或营养物质的合成和分解，特定的分子必须被轻微转化，成为一系列反应中接下来步骤所必需的基质。

在最开始的细胞呼吸步骤中，糖酵解(分解葡萄糖)发生。在这里，ATP是葡萄糖磷酸化过程所必需的，这产生了一个不稳定但高能的中间产物。

磷酸化反应通过酶的作用，使“磷酸化葡萄糖分子”转化为“磷酸化糖果糖”。

这种果糖是糖酵解过程发生的重要中间体。在这里，ATP水解是一种火能反应，与内效反应(葡萄糖的转化)结合，用于代谢。

任何ATP分子的水解过程都有利于高能键(磷酸键)的分解。在这个过程中，大量的能量以火用形式释放出来。耦合过程有助于将产生的能量转化为内生形式，确保能量不会流失作为热量。

耦合通常通过相互的中间产物发生。这意味着某一反应的最终产物被接收，用作另一反应的反应物。

当偶联过程涉及ATP分子时，常见的中间产物在大多数情况下是磷酸化分子。从果糖和葡萄糖生成蔗糖的过程就是一个很好的例子。

在这种情况下，蔗糖的形成需要能量的输入:其ΔG在标准条件下约为+27kJ/mol。另一方面，在标准设置下，ATP水解产生大约-30kJ/mol。

这意味着这个过程产生的能量足以满足蔗糖分子合成的能量需求。

这里通常有两种反应，包括:

有些反应发生并释放能量，如ATP分子的水解。另一方面，其他一些反应需要能量才能发生。

能量耦合是必要的，以确保在第一个反应中产生的能量不会作为热量浪费掉。

相反，它可以用作需要能量的第二次反应的燃料。