分子與細胞

細胞能量現金的製造機-ATP合成酶（ATP Synthase）
台北市立第一女子高級中學生物科林玫娟老師/國立台灣師範大學生命科學系李冠群助理教授責任編輯

細胞表現生命現象時，常常需要消耗能量。例如：運動時肌肉細胞收縮要耗能、胃腺合成胃蛋白酶要耗能、植物根毛細胞利用主動運輸吸收礦物鹽時也要耗能，諸如此類的例子不勝枚舉。當細胞需要消耗能量時，通常會直接使用ATP分子所釋出的能量，故ATP分子猶如細胞的能量現金，而且這種貨幣還是生物界所有細胞都共同流通的呢！也就是說，從簡單的細菌到複雜的人腦細胞，要進行耗能的作用時，ATP都可拿來花用。

這麼廣為流通的細胞能量貨幣是如何製造的呢？科學家花了很長一段時間尋求解答，答案是：細胞內大多的ATP是由ATP合成酶這個神奇的酵素製造的。

早在1940年代，科學家就已知道，細胞內擔任呼吸作用的粒線體和執行光合作用的葉綠體中，有大量的ATP形成。到了1960年，一位英國的科學家從粒線體中，萃取出合成ATP的酵素，當時將之命名為F0F1ATPase，也就是現在的ATP合成酶(ATP synthase)，隔年Peter Mitchell　提出化學滲透假說(Chemiosmotic hypothesis)來解釋ATP 合成的機制，此學說是說明粒線體在合成ATP之前，會在粒線體內褶膜兩側建立質子濃度的差異：外側質子濃度高、內側質子濃度低，當質子由高濃度往低濃度移動，流經內褶膜上的ATP合成酶，就會驅使ATP分子的合成。但此學說並未詳細說明ATP究竟是如何被合成的。到了1990年代美國生化學家波亦爾(Paul D. Boyer)才進一步提出「改變酵素結合能力機制（Binding change mechanism）」來說明ATP合成酶合成ATP的過程。