ATP 是活細(xì)胞內(nèi)外代謝和信號(hào)傳導(dǎo)的中心分子，其在生物學(xué)中的普遍重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了其作為能量代謝物的最常見作用，除了能量轉(zhuǎn)導(dǎo)之外，ATP 在信號(hào)傳導(dǎo)中也發(fā)揮著核心作用。

ATP 在代謝反應(yīng)中充當(dāng)?shù)孜锘罨牧姿峄w，并充當(dāng)大量激酶的輔酶。在蛋白質(zhì)功能的調(diào)節(jié)中，ATP 可以作為翻譯后修飾的磷酸基和腺苷基供體。環(huán)磷酸腺苷 (cAMP) 的生物合成也需要 ATP，環(huán)磷酸腺苷 (cAMP) 是信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中關(guān)鍵的第二信使。此外，ATP 本身可以作為 ATP 敏感或嘌呤能離子型受體和 G 蛋白偶聯(lián)受體的真正信號(hào)配體。

在健康的大腦中，參與電化學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)的 ATP 消耗過程會(huì)產(chǎn)生大量的能量需求，這反映在大腦葡萄糖和氧氣的高消耗率上。大腦能量代謝的動(dòng)態(tài)很復(fù)雜，部分原因是 ATP 的產(chǎn)生必須以依賴于活動(dòng)的方式響應(yīng)這些能量需求。例如，面對大腦中持續(xù)的動(dòng)作電位產(chǎn)生和信號(hào)傳導(dǎo)，神經(jīng)元興奮性依賴于足夠的能量產(chǎn)生來維持神經(jīng)元離子梯度和膜電位。ATP 的產(chǎn)生還必須支持與神經(jīng)傳遞相關(guān)的輔助過程，例如神經(jīng)遞質(zhì)的生物合成、囊泡裝載和軸突運(yùn)輸?shù)龋▋H舉幾例）。關(guān)于大腦中細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間燃料利用和 ATP 產(chǎn)生協(xié)調(diào)的精確機(jī)制，仍有許多懸而未決的問題。例如，雖然 ATP 的產(chǎn)生通常被認(rèn)為需要神經(jīng)元中有效的線粒體呼吸，但有氧糖酵解在大腦的某些區(qū)域（例如頂葉皮層和前額葉皮層）的生理?xiàng)l件下發(fā)生，特別是在發(fā)育過程中。局部有氧糖酵解的觀察可能與神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞之間的代謝劃分有關(guān)。據(jù)推測，星形膠質(zhì)細(xì)胞通過進(jìn)行有氧糖酵解并將乳酸運(yùn)送到神經(jīng)元進(jìn)行線粒體呼吸和 ATP 生成來支持神經(jīng)元活動(dòng)。此外，樹突喬木和細(xì)長軸突的復(fù)雜形態(tài)需要局部 ATP 生成來實(shí)現(xiàn)突觸功能，這可能由運(yùn)動(dòng)糖酵解機(jī)器或線。

由于大腦中 ATP 消耗過程的數(shù)量和活性很高，生物能量學(xué)從根本上影響認(rèn)知和行為。因此，活動(dòng)依賴性 ATP 產(chǎn)生的生理學(xué)與18 F-氟脫氧葡萄糖正電子發(fā)射斷層掃描、大腦代謝率的磁共振成像 (MRI) 和血氧水平依賴性功能等方法的實(shí)用性密切相關(guān)，并最終決定其用途。這些方法反過來證明了大腦對代謝損傷的脆弱性。

生物能缺陷發(fā)生在衰老、損傷和神經(jīng)系統(tǒng)疾病（如阿爾茨海默病和帕金森?。┲?。例如，在腦缺血和中風(fēng)中，腦血流減弱會(huì)導(dǎo)致葡萄糖和氧氣可用性的喪失、細(xì)胞內(nèi) ATP 耗盡以及離子梯度在幾分鐘內(nèi)崩潰。此外，缺血性損傷導(dǎo)致 ATP 釋放到細(xì)胞周間隙，引發(fā)細(xì)胞外級(jí)聯(lián)事件，包括嘌呤能信號(hào)傳導(dǎo)、免疫細(xì)胞趨化性和炎癥。

參考文獻(xiàn)：Rajendran M, Dane E, Conley J, Tantama M. Imaging Adenosine Triphosphate (ATP). Biol Bull. 2016 Aug;231(1):73-84. doi: 10.1086/689592. PMID: 27638696; PMCID: PMC5063237.

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