诺贝尔物理学奖和化学奖科普宣传画

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1997 年度诺贝尔化学奖--宣传画内容(略图)

1997年度诺贝尔化学奖一半授予美国洛杉矶加利福尼亚大学的保罗·波耶尔(Paul D. Boyer)和英国剑桥医学研究委员会分子生物学实验室的约翰·沃克(John E. Walker)，因为他们阐明了腺三磷(ATP)合成的基本酶学机制；另一半授予丹麦奥尔胡斯大学的因斯·斯寇(Jens C. Skou)，因为他首先发现了一种转运离子的酶，钠离子、钾离子-腺三磷酶(Na+, K+-ATP)。
保罗·波耶尔 约翰·沃克 因斯·斯寇

生命的能量货币，腺三磷
所有的生命，从细菌=真菌、菠菜和虫子到鳄鱼和人，都是用腺三磷来进行能量转换的。最初，能量来自于太阳。植物在光合作用过程中摄取太阳能，把它转化成腺三磷的化学能，再用它制造碳水化合物、脂肪和蛋白质，供动物和人类食用。在新陈代谢过程中，食物被分解，释放的能量被用于制造腺三磷。能量在各种形式之间相互转化。这可与货币兑换相比较，在某一时刻只可以用一种货币。腺三磷是一种能量货币。

通用的能量输运者
腺三磷由腺嘌呤核苷和三个磷酸基构成，除去其末端的磷酸基就形成腺二磷。一个成年人每天转化的腺三磷至少相当于其体重的一半，一天的强劳动转化的腺三磷则几近一吨。

保罗·波耶尔和约翰·沃克的获奖成果介绍
保罗·波耶尔和约翰·沃克阐明了腺三磷体合成酶是怎样制造腺三磷的。在叶绿体膜、线绿体膜以及细菌的质膜中都可以发现腺三磷合成酶。膜两侧氢离子浓度差驱动腺三磷合成酶合成腺三磷。

"结合变化机制"
保罗·波耶尔运用化学方法提出了腺三磷合成酶的功能机制。腺三磷合成酶像一个由α亚基和β亚基交替组成的圆柱体，在圆柱体的中间还有一个不对称的γ亚基。当γ亚基转动时（每秒100转），会引起β亚基结构的变化。保罗·波耶尔把这些不同的结构称为开放结构(βO)、松散结构(βL)和紧密结构(βT)。

腺三磷合成的四个阶段
βT 结合一个完整
的腺三磷分子。		 βL结合腺二磷
(ADP)和无机磷酸
根离子(Pi)。		 γ亚基转动后,βT
变成开放结构，放
出腺三磷分子,βT
变成紧密结构,而
βO变成松散结构。		 磷酸根离子和腺二磷(ADP)分子作用形成新的腺三磷分子,这时又回到第一个阶段。
分子机器的发现
约翰·沃克把腺三磷制成结晶，以便研究它的结构细节。他证实，保罗·波耶尔关于腺三磷怎样合成的提法，即"分子机器"，是正确的。
腺三磷合成酶
腺三磷合成酶由结合在细胞膜内部的F0和突出在膜外的F1 两部分组成。F1部分的细节已经清楚，但对F0部分知之尚少。
F0部分是由三种不同的蛋白质分子（亚基a, b和c）组成。当氢离子通过由亚基c圆盘流过细胞膜时，圆盘就被转动，F1中的γ亚基是固定在该圆盘上的，因此也跟着转动。但是，F1部分中的α和β亚基由于被亚基b锁定在固定的位置上而不能转动，亚基b本身则又锚定在细胞膜中的亚基a上。
如上图所示，由于γ亚基的作用就像一个不对称的轮轴，迫使β亚基改变结构。

因斯·斯寇的获奖成果介绍
因斯·斯寇最早描述了离子泵--一个驱使离子通过细胞膜定向运转的酶，这是所有的活细胞中的一种基本的机制。自那以后，实验证明细胞中存在好几种类似的离子泵。

最早发现的离子泵
因斯·斯寇发现了钠离子、钾离子-腺三磷酶--一种维持细胞中钠离子和钾离子平衡的酶。细胞内钠离子浓度比周围体液中低，而钾离子浓度则比周围体液中高。
钠离子、钾离子-腺三磷酶以及其它的离子泵在我们体内必须不断地工作。如果它们停止工作，我们的细胞就会膨胀起来，甚至胀破，那我们立即就会失去知觉。驱使离子泵需要大量的能量--人体产生的腺三磷中，约三分之一用于离子泵的活动。

钠离子、钾离子-腺三磷酶在两种状态之间循环--向细胞内打开或向细胞外打开

离子泵和药物
离子泵受化学物质的影响。毛地黄属植物含有一种抑制钠离子、钾离子-腺三磷酶的物质，可造成钠离子在细胞内的聚积，因此可用做增强心脏肌肉活动的药物。抗胃溃疡的最新药物就是能抑制造成胃内酸性环境的一种离子泵。