缺血时 ATP 合酶倒转

实验目的

理解 ATP 合酶的可逆性，认识缺血时线粒体能量代谢的变化和 IF1 的保护作用。

实验原理

合成 3 个 ATP 储存的自由能（基质条件下约 136 kJ/mol）必须小于 8 个质子回流释放的能量（8FΔp）。由此可算出停转电位约为 176 mV；Δp 低于它时反应方向逆转，ATP 合酶变成由 ATP 水解驱动的质子泵。缺血组织中基质酸化，抑制蛋白 IF1 与 F1 结合，阻止 ATP 被大量水解。

实验器材

• ATP 合酶原子级三维模型
• 质子动力势滑杆（0～250 mV）
• 基质 ATP/ADP 比滑杆
• 转速、ATP 合成速率、停转电位读数

实验步骤

1. 在 200 mV 下观察正常合成 ATP 的旋转方向和计数
2. 逐步降低质子动力势，记录转速变化
3. 找出转子停下的电位（约 176 mV）
4. 继续降到约 120 mV，观察转子反转、ATP 被水解、质子被泵出
5. 改变基质 ATP/ADP 比，观察停转电位怎样移动

实验现象与结论

质子动力势下降时转速逐渐变慢，在约 176 mV 处停转；低于此值后转子反向旋转，计数显示 ATP 被水解、质子被泵出。基质 ATP/ADP 比越高，合成 ATP 越难，停转电位越高。

注意事项

• 本内容仅供教学演示，不能替代医生诊疗

常见问题

为什么缺血时 ATP 合酶会消耗 ATP？

呼吸链停止后质子动力势降到停转电位以下，反应方向逆转，ATP 合酶水解 ATP 并把质子泵出。

IF1 有什么作用？

IF1 在基质酸化时与 F1 结合，抑制 ATP 合酶的反向水解，减少缺血早期的 ATP 浪费。