Canlı orqanizmlərin hüceyrələrində ən vacib maddə adenozin trifosfat və ya adenozin trifosfatdır. Bu adın abbreviaturasını daxil etsək, ATP alırıq. Bu maddə nukleozid trifosfatlar qrupuna aiddir və canlı hüceyrələrdə metabolik proseslərdə aparıcı rol oynayır, onlar üçün əvəzolunmaz enerji mənbəyidir.
ATP kəşf edənlər Harvard Tropik Tibb Məktəbinin biokimyaçıları - Yellapragada Subbarao, Karl Lohman və Cyrus Fiske idi. Kəşf 1929-cu ildə baş verdi və canlı sistemlərin biologiyasında böyük bir mərhələ oldu. Daha sonra, 1941-ci ildə alman biokimyaçısı Fritz Lipmann hüceyrələrdəki ATP-nin enerjinin əsas daşıyıcısı olduğunu kəşf etdi.
ATP quruluşu
Bu molekulun sistematik adı var, o, aşağıdakı kimi yazılır: 9-β-D-ribofuranosiladenin-5′-trifosfat və ya 9-β-D-ribofuranosil-6-amino-purin-5′-trifosfat. Hansı birləşmələr ATP-ni təşkil edir? Kimyəvi olaraq adenozin trifosfat esteridir - adenin və ribozun törəməsi. Bu maddə purin azotlu əsas olan adenini β-N-qlikozid bağından istifadə edərək ribozun 1′-karbonu ilə birləşdirərək əmələ gəlir. α-, β- və γ-fosfor turşusu molekulları daha sonra ardıcıl olaraq ribozun 5′-karbonuna əlavə edilir.
Beləliklə, ATP molekulunda adenin, riboza və üç fosfor turşusu qalığı kimi birləşmələr var. ATP böyük miqdarda enerji buraxan bağları ehtiva edən xüsusi birləşmədir. Belə bağlar və maddələr yüksək enerjili adlanır. ATP molekulunun bu bağlarının hidrolizi zamanı 40-dan 60 kJ/mol-a qədər bir miqdarda enerji ayrılır və bu proses bir və ya iki fosfor turşusu qalıqlarının aradan qaldırılması ilə müşayiət olunur.
Bu kimyəvi reaksiyalar belə yazılır:
- 1). ATP + su → ADP + fosfor turşusu + enerji;
- 2). ADP + su →AMP + fosfor turşusu + enerji.
Bu reaksiyalar zamanı ayrılan enerji müəyyən enerji girişlərini tələb edən sonrakı biokimyəvi proseslərdə istifadə olunur.
Canlı orqanizmdə ATP-nin rolu. Onun funksiyaları
ATP hansı funksiyanı yerinə yetirir? Hər şeydən əvvəl enerji. Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, adenozin trifosfatın əsas rolu canlı orqanizmdə biokimyəvi prosesləri enerji ilə təmin etməkdir. Bu rol, iki yüksək enerjili bağın olması səbəbindən ATP-nin böyük enerji girişləri tələb edən bir çox fizioloji və biokimyəvi proseslər üçün enerji mənbəyi kimi çıxış etməsi ilə bağlıdır. Bu cür proseslər orqanizmdə mürəkkəb maddələrin sintezinin bütün reaksiyalarıdır. Bu, ilk növbədə, molekulların aktiv şəkildə ötürülməsidir hüceyrə membranları, o cümlədən intermembranların yaradılmasında iştirak elektrik potensialı, və əzələ daralmasının həyata keçirilməsi.
Yuxarıda göstərilənlərə əlavə olaraq daha bir neçəsini sadalayırıq: ATP-nin daha az vacib funksiyaları yoxdur, kimi:
Bədəndə ATP necə əmələ gəlir?
Adenozin trifosfor turşusunun sintezi davam edir, çünki bədənin normal fəaliyyəti üçün həmişə enerjiyə ehtiyacı var. İstənilən anda bu maddə çox azdır - təxminən 250 qram, bu "yağışlı gün" üçün "təcili ehtiyat"dır. Xəstəlik zamanı bu turşunun intensiv sintezi baş verir, çünki immunitetin işləməsi üçün çoxlu enerji tələb olunur. ifrazat sistemləri, həmçinin bədənin termorequlyasiya sistemi üçün zəruri olan effektiv mübarizə xəstəliyin başlanğıcı ilə.
Hansı hüceyrələrdə daha çox ATP var? Bunlar əzələ və sinir toxumasının hüceyrələridir, çünki enerji mübadiləsi prosesləri onlarda ən intensiv şəkildə baş verir. Və bu, göz qabağındadır, çünki əzələlər əzələ liflərinin daralmasını tələb edən hərəkətdə iştirak edir və neyronlar elektrik impulslarını ötürür, onsuz bütün bədən sistemlərinin işləməsi mümkün deyil. Buna görə də hüceyrənin dəyişməz qalması çox vacibdir yüksək səviyyə adenozin trifosfat.
Bədəndə adenozin trifosfat molekulları necə əmələ gələ bilər? Onlar sözdə formalaşır ADP-nin (adenozin difosfat) fosforlaşması. Bu kimyəvi reaksiya belə görünür:
ADP + fosfor turşusu + enerji → ATP + su.
ADP-nin fosforlaşması fermentlər və işıq kimi katalizatorların iştirakı ilə baş verir və aşağıdakılardan biri tərəfindən həyata keçirilir. üç yol:
Həm oksidləşdirici, həm də substratın fosforlaşması belə sintez zamanı oksidləşən maddələrin enerjisindən istifadə edir.
Nəticə
Adenozin trifosfor turşusu- Bu, orqanizmdə ən çox yenilənən maddədir. Bir adenozin trifosfat molekulu orta hesabla nə qədər yaşayır? İnsan bədənində, məsələn, onun ömrü bir dəqiqədən azdır, buna görə də belə bir maddənin bir molekulu gündə 3000 dəfə doğulur və çürüyür. Təəccüblüdür ki, gün ərzində insan bədəni bu maddənin təxminən 40 kq sintez edir! Bu "daxili enerjiyə" ehtiyac bizim üçün çox böyükdür!
Canlı varlığın orqanizmində metabolik proseslər üçün enerji yanacağı kimi ATP-nin sintezi və sonrakı istifadəsinin bütün dövrü bu orqanizmdə enerji mübadiləsinin mahiyyətini təmsil edir. Beləliklə, adenozin trifosfat canlı orqanizmin bütün hüceyrələrinin normal fəaliyyətini təmin edən bir növ "batareya"dır.
Hüceyrə üçün əsas enerji mənbəyi qida maddələridir: oksigenin köməyi ilə oksidləşən karbohidratlar, yağlar və zülallar. Demək olar ki, bütün karbohidratlar, bədən hüceyrələrinə çatmadan əvvəl iş səbəbiylə mədə-bağırsaq traktının və qaraciyər qlükoza çevrilir. Karbohidratlarla yanaşı, zülallar da amin turşularına, lipidlər isə yağ turşularına parçalanır. Hüceyrədə qida maddələri oksigenin təsiri altında və enerjinin ayrılması reaksiyalarına və onun istifadəsinə nəzarət edən fermentlərin iştirakı ilə oksidləşir. Demək olar ki, bütün oksidləşdirici reaksiyalar mitoxondriyada baş verir və ayrılan enerji yüksək enerjili birləşmə - ATP şəklində saxlanılır. Sonradan hüceyrədaxili metabolik prosesləri enerji ilə təmin etmək üçün qida deyil, ATP istifadə olunur.
ATP molekulunun tərkibində: (1) azotlu əsas adenin; (2) pentoza karbohidrat riboza, (3) üç fosfor turşusu qalığı. Son iki fosfat bir-biri ilə və molekulun qalan hissəsi ilə ATP düsturunda ~ işarəsi ilə göstərilən yüksək enerjili fosfat bağları ilə bağlanır. Bədən üçün xarakterik olan fiziki və kimyəvi şəraitdən asılı olaraq, hər bir belə bağın enerjisi 1 mol ATP üçün 12000 kalori təşkil edir ki, bu da adi kimyəvi bağın enerjisindən dəfələrlə yüksəkdir, buna görə də fosfat bağları yüksək adlanır. enerji. Üstəlik, bu əlaqələr asanlıqla məhv edilir, ehtiyac yaranan kimi hüceyrədaxili prosesləri enerji ilə təmin edir.
Enerji sərbəst buraxıldıqda, ATP bir fosfat qrupu verir və adenozin difosfata çevrilir. Buraxılan enerji demək olar ki, bütün hüceyrə prosesləri üçün istifadə olunur, məsələn, biosintez reaksiyaları və əzələlərin daralması.
ATP ehtiyatlarının doldurulması enerji hesabına ADP-ni fosfor turşusu qalığı ilə rekombinasiya etməklə baş verir. qida maddələri. Bu proses təkrar-təkrar təkrarlanır. ATP daim istifadə olunur və saxlanılır, buna görə də hüceyrənin enerji valyutası adlanır. ATP-nin dövriyyə müddəti cəmi bir neçə dəqiqədir.
Mitoxondrilərin rolu kimyəvi reaksiyalar ATP əmələ gəlməsi. Qlükoza hüceyrəyə daxil olduqda, sitoplazmatik fermentlərin təsiri altında piruvik turşuya çevrilir (bu proses qlikoliz adlanır). Bu prosesdə ayrılan enerji ümumi enerji ehtiyatlarının 5%-dən azını təşkil edən az miqdarda ADP-nin ATP-yə çevrilməsinə sərf olunur.
ATP sintezi 95% mitoxondrilərdə həyata keçirilir. piruvik turşusu, yağ turşusu və müvafiq olaraq karbohidratlardan, yağlardan və zülallardan əmələ gələn amin turşuları, nəticədə mitoxondrial matriksdə “asetil-CoA” adlı birləşməyə çevrilir. Bu birləşmə, öz növbəsində, altında bir sıra enzimatik reaksiyalara məruz qalır ümumi ad enerjisini vermək üçün "trikarboksilik turşu dövrü" və ya "Krebs dövrü". Trikarboksilik turşu dövründə asetil-KoA hidrogen atomlarına və karbon dioksid molekullarına parçalanır. Karbon qazı mitoxondriyadan, sonra diffuziya yolu ilə hüceyrədən çıxarılır və ağciyərlər vasitəsilə bədəndən çıxarılır.
Hidrogen atomları kimyəvi cəhətdən çox aktivdir və buna görə də dərhal mitoxondriyaya yayılan oksigenlə reaksiya verir. Bu reaksiyada ayrılan böyük miqdarda enerji bir çox ADP molekulunu ATP-yə çevirmək üçün istifadə olunur. Bu reaksiyalar olduqca mürəkkəbdir və mitoxondrial kristalların bir hissəsi olan çox sayda fermentin iştirakını tələb edir. İlkin mərhələdə bir elektron hidrogen atomundan ayrılır və atom hidrogen ionuna çevrilir. Proses hidrogen ionlarının oksigenə əlavə edilməsi ilə başa çatır. Bu reaksiya nəticəsində su və böyük miqdarda enerji əmələ gəlir ki, bu da mitoxondrial kristalların səthində tüberküllər şəklində çıxan böyük qlobulyar zülal olan ATP sintetazasının işləməsi üçün zəruridir. Hidrogen ionlarının enerjisindən istifadə edən bu fermentin təsiri altında ADP ATP-yə çevrilir. Yeni ATP molekulları mitoxondriyadan hüceyrənin bütün hissələrinə, o cümlədən nüvəyə göndərilir, burada bu birləşmənin enerjisi müxtəlif funksiyaları təmin etmək üçün istifadə olunur. ATP sintezinin bu prosesi ümumiyyətlə ATP əmələ gəlməsinin kemiosmotik mexanizmi adlanır.
Qida maddələri təmin edildiyi müddətcə istənilən orqanizm mövcud ola bilər xarici mühit və onun həyati fəaliyyətinin məhsulları bu mühitə buraxılarkən. Hüceyrə daxilində davamlı, çox mürəkkəb kimyəvi çevrilmələr dəsti baş verir, bunun sayəsində hüceyrə orqanının komponentləri qida maddələrindən əmələ gəlir. Canlı orqanizmdə maddənin daimi yenilənməsi ilə müşayiət olunan çevrilmə proseslərinin məcmusu maddələr mübadiləsi adlanır.
Qida maddələrinin udulması, mənimsənilməsi və yaradılmasından ibarət olan ümumi maddələr mübadiləsinin bir hissəsi. struktur komponentləri hüceyrələrə assimilyasiya deyilir - bu konstruktiv mübadilədir. Ümumi mübadilənin ikinci hissəsi dissimilyasiya proseslərindən ibarətdir, yəni. parçalanma və oksidləşmə prosesləri üzvi maddələr, bunun nəticəsində hüceyrə enerji alır, enerji mübadiləsidir. Konstruktiv və enerji mübadiləsi vahid bir bütöv təşkil edir.
Konstruktiv maddələr mübadiləsi prosesində hüceyrə öz bədəninin biopolimerlərini kifayət qədər məhdud sayda aşağı molekulyar birləşmələrdən sintez edir. Biosintetik reaksiyalar müxtəlif fermentlərin iştirakı ilə baş verir və enerji tələb edir.
Canlı orqanizmlər yalnız kimyəvi cəhətdən bağlanmış enerjidən istifadə edə bilirlər. Hər bir maddə müəyyən miqdarda potensial enerjiyə malikdir. Onun əsas maddi daşıyıcıları kimyəvi bağlardır, onların qopması və ya çevrilməsi enerjinin ayrılmasına səbəb olur. Enerji səviyyəsi bəzi istiqrazların dəyəri 8-10 kJ-dir - bu bağlar normal adlanır. Digər bağlar əhəmiyyətli dərəcədə daha çox enerji ehtiva edir - 25-40 kJ - bunlar yüksək enerjili bağlar adlanır. Belə bağlara malik olan demək olar ki, bütün məlum birləşmələrdə fosfor və ya kükürd atomları var, onların molekulda yerləşdiyi yerdə bu bağlar lokallaşdırılır. Hüceyrə həyatında mühüm rol oynayan birləşmələrdən biri də adenozin trifosfor turşusudur (ATP).
Adenozin trifosfor turşusu (ATP) üzvi əsas adenindən (I), karbohidrat ribozadan (II) və üç fosfor turşusu qalığından (III) ibarətdir. Adenin və ribozun birləşməsinə adenozin deyilir. Pirofosfat qrupları ~ ilə göstərilən yüksək enerjili bağlara malikdir. Bir ATP molekulunun suyun iştirakı ilə parçalanması fosfor turşusunun bir molekulunun ləğvi və 33-42 kJ/mol-a bərabər olan sərbəst enerjinin ayrılması ilə müşayiət olunur. ATP ilə əlaqəli bütün reaksiyalar ferment sistemləri tərəfindən tənzimlənir.
Şəkil 1. Adenozin trifosfor turşusu (ATP)
Hüceyrədə enerji mübadiləsi. ATP sintezi
ATP sintezi tənəffüs zamanı mitoxondrial membranlarda baş verir, buna görə də tənəffüs zəncirinin bütün fermentləri və kofaktorları, bütün oksidləşdirici fosforlaşma fermentləri bu orqanoidlərdə lokallaşdırılmışdır.
ATP sintezi elə baş verir ki, iki H + ionu ADP və fosfatdan (P) ayrılır. sağ tərəf B maddəsinin reduksiyası zamanı iki H + itkisini kompensasiya edən membran. Fosfatın oksigen atomlarından biri membranın digər tərəfinə keçir və sol bölmədən iki H + ionunu birləşdirərək H 2 O əmələ gətirir. Fosforil qalığı ADP ilə birləşərək ATP əmələ gətirir.
Şəkil 2. Mitoxondrial membranlarda ATP-nin oksidləşməsi və sintezi sxemi
Orqanizmlərin hüceyrələrində ATP-də olan enerjidən istifadə edən bir çox biosintetik reaksiyalar öyrənilmişdir ki, bu reaksiyalar zamanı karboksilləşmə və dekarboksilləşmə prosesləri, amid bağlarının sintezi və enerjini ATP-dən ATP-yə ötürə bilən yüksək enerjili birləşmələrin əmələ gəlməsi baş verir. maddələrin sintezinin anabolik reaksiyaları baş verir. Bu reaksiyalar oynayır mühüm rol bitki orqanizmlərinin metabolik proseslərində.
ATP və digər yüksək enerjili nukleozid polifosfatların (GTP, CTP, UGP) iştirakı ilə monosaxaridlərin, amin turşularının, azotlu əsasların və asilqliserolların molekullarının aktivləşməsi nukleotidlərin törəmələri olan aktiv ara birləşmələrin sintezi ilə baş verə bilər. Məsələn, ADP-qlükoza pirofosforilaza fermentinin iştirakı ilə nişasta sintezi prosesində qlükozanın aktivləşdirilmiş forması - adenozin difosfat qlükoza əmələ gəlir ki, bu da molekulların strukturunun formalaşması zamanı asanlıqla qlükoza qalıqlarının donoruna çevrilir. bu polisaxarid.
ATP sintezi bütün orqanizmlərin hüceyrələrində fosforlaşma prosesində baş verir, yəni. ADP-yə qeyri-üzvi fosfat əlavə edilməsi. ADP-nin fosforlaşması üçün enerji enerji mübadiləsi zamanı əmələ gəlir. Enerji mübadiləsi və ya dissimilyasiya, enerjinin sərbəst buraxılması ilə müşayiət olunan üzvi maddələrin parçalanması reaksiyalarının məcmusudur. Yaşayış yerindən asılı olaraq dissimilyasiya iki və ya üç mərhələdə baş verə bilər.
Əksər canlı orqanizmlərdə - oksigen mühitində yaşayan aeroblarda - dissimilyasiya zamanı üç mərhələ həyata keçirilir: hazırlıq, oksigensiz və oksigen, bu müddət ərzində üzvi maddələr qeyri-üzvi birləşmələrə parçalanır. Oksigendən məhrum bir mühitdə yaşayan anaeroblarda və ya oksigen çatışmazlığı olan aeroblarda dissimilyasiya yalnız ilk iki mərhələdə aralıq meydana gəlməsi ilə baş verir. üzvi birləşmələr, hələ də enerji ilə zəngindir.
Birinci mərhələ - hazırlıq - mürəkkəb üzvi birləşmələrin daha sadələrə (zülalların amin turşularına, yağların qliserin və yağ turşularına, polisaxaridlərin monosaxaridlərə, nuklein turşularının nukleotidlərə) fermentativ parçalanmasından ibarətdir. Üzvi qida substratlarının parçalanması tərəfindən həyata keçirilir müxtəlif səviyyələrdəçoxhüceyrəli orqanizmlərin mədə-bağırsaq traktının. Üzvi maddələrin hüceyrədaxili parçalanması lizosomların hidrolitik fermentlərinin təsiri altında baş verir. Bu vəziyyətdə ayrılan enerji istilik şəklində yayılır və nəticədə yaranan kiçik üzvi molekullar daha da parçalana bilər və ya hüceyrə tərəfindən öz üzvi birləşmələrinin sintezi üçün "tikinti materialı" kimi istifadə edilə bilər.
İkinci mərhələ - natamam oksidləşmə (oksigensiz) - birbaşa hüceyrənin sitoplazmasında baş verir, oksigenin olmasını tələb etmir və üzvi substratların daha da parçalanmasından ibarətdir. Hüceyrədə əsas enerji mənbəyi qlükozadır. Qlükozanın oksigensiz, natamam parçalanmasına qlikoliz deyilir.
Qlikoliz, altı karbonlu qlükoza iki üç karbonlu piruvik turşunun (piruvat, PVK) C3H4O3 molekuluna çevrilməsinin çox mərhələli enzimatik prosesidir. Qlikoliz reaksiyaları zamanı böyük miqdarda enerji ayrılır - 200 kJ/mol. Bu enerjinin bir hissəsi (60%) istilik kimi yayılır, qalan hissəsi (40%) ATP sintezinə sərf olunur.
Bir qlükoza molekulunun qlikolizi nəticəsində PVK, ATP və suyun iki molekulu, həmçinin hüceyrə tərəfindən NAD H şəklində saxlanılan hidrogen atomları əmələ gəlir, yəni. xüsusi bir daşıyıcının bir hissəsi kimi - nikotinamid adenin dinukleotidi. Qlikoliz məhsullarının - piruvat və NADH şəklində hidrogenin sonrakı taleyi fərqli şəkildə inkişaf edə bilər. Maya və ya bitki hüceyrələrində, oksigen çatışmazlığı olduqda, spirtli fermentasiya baş verir - PVA etil spirtinə endirilir:
Müvəqqəti oksigen çatışmazlığı yaşayan heyvan hüceyrələrində, məsələn, həddindən artıq olan insan əzələ hüceyrələrində fiziki fəaliyyət, həmçinin bəzi bakteriyalarda laktik turşu fermentasiyası baş verir, burada piruvat laktik turşuya çevrilir. Ətraf mühitdə oksigen olduqda, qlikoliz məhsulları son məhsula qədər daha da parçalanır.
Üçüncü mərhələ - tam oksidləşmə (tənəffüs) - oksigenin məcburi iştirakı ilə baş verir. Aerob tənəffüs mitoxondrilərin daxili membranında və matrisində fermentlər tərəfindən idarə olunan reaksiyalar zənciridir. Mitoxondriyə daxil olduqdan sonra PVK matris fermentləri ilə qarşılıqlı əlaqədə olur və əmələ gəlir: hüceyrədən çıxarılan karbon dioksid; daşıyıcıların bir hissəsi kimi daxili membrana yönəldilmiş hidrogen atomları; trikarboksilik turşu dövründə (Krebs dövrü) iştirak edən asetil koenzim A (asetil-CoA). Krebs dövrü, bir asetil-KoA molekulunun iki CO2 molekulu, bir ATP molekulu və dörd cüt hidrogen atomu istehsal etdiyi ardıcıl reaksiyalar zənciridir, bu da daşıyıcı molekullara - NAD və FAD (flavin adenin dinukleotidi) ötürülür. Glikoliz və Krebs dövrünün ümumi reaksiyası aşağıdakı kimi təqdim edilə bilər:
Beləliklə, dissimilyasiyanın oksigensiz mərhələsi və Krebs dövrü nəticəsində qlükoza molekulu qeyri-üzvi karbon qazına (CO2) parçalanır və bu halda ayrılan enerji qismən ATP sintezinə sərf olunur, lakin əsasən elektron yüklü NAD H2 və FAD H2 daşıyıcılarında saxlanılır. Daşıyıcı zülallar hidrogen atomlarını daxili mitoxondrial membrana nəql edir və burada onları membrana daxil olan zülallar zənciri boyunca keçir. Daşıma zənciri boyunca hissəciklərin daşınması elə həyata keçirilir ki, protonlar membranın xarici tərəfində qalsın və membranlararası boşluqda toplanaraq onu H+ anbarına çevirsin, elektronlar isə daxili hissənin daxili səthinə keçir. mitoxondrial membran, burada onlar sonda oksigenlə birləşirlər.
Elektron nəqli zəncirində fermentlərin fəaliyyəti nəticəsində daxili mitoxondri membranı daxildən mənfi, xaricdən isə müsbət (H hesabına) yüklənir ki, onun səthləri arasında potensial fərq yaranır. Məlumdur ki, ion kanalına malik olan ATP sintetaza fermentinin molekulları mitoxondriyanın daxili membranında qurulur. Membrandakı potensial fərq çatdıqda kritik səviyyə(200 mV), müsbət yüklü H+ hissəcikləri elektrik sahəsinin qüvvəsi ilə ATPase kanalından itələnməyə başlayır və membranın daxili səthində bir dəfə oksigenlə qarşılıqlı əlaqədə olur və su əmələ gətirir.
Molekulyar səviyyədə metabolik reaksiyaların normal gedişi katabolizm və anabolizm proseslərinin ahəngdar birləşməsi ilə əlaqədardır. Katabolik proseslər pozulduqda, ilk növbədə, enerji çətinlikləri yaranır, ATP regenerasiyası, həmçinin biosintetik proseslər üçün zəruri olan ilkin anabolik substratların tədarükü pozulur. Öz növbəsində, ilkin və ya katabolik proseslərin dəyişməsi ilə əlaqəli olan anabolik proseslərin zədələnməsi funksional əhəmiyyətli birləşmələrin - fermentlərin, hormonların və s.
Metabolik zəncirlərdə müxtəlif əlaqələrin pozulması qeyri-bərabər nəticələrə səbəb olur. Ən əhəmiyyətli, dərin patoloji dəyişikliklər katabolizm bioloji oksidləşmə sistemi toxuma tənəffüs fermentlərinin blokadası, hipoksiya və s. və ya birləşmə toxumasının tənəffüsü və oksidləşdirici fosforlaşma mexanizmlərinin zədələnməsi (məsələn, tireotoksikozda toxuma tənəffüsünün və oksidləşdirici fosforlaşmanın ayrılması) nəticəsində yaranır. Bu hallarda hüceyrələr əsas enerji mənbəyindən məhrum olur, katabolizmin demək olar ki, bütün oksidləşdirici reaksiyaları bloklanır və ya sərbəst buraxılan enerjini ATP molekullarında toplamaq qabiliyyətini itirir. Trikarboksilik turşu dövründəki reaksiyalar maneə törədildikdə, katabolizm vasitəsilə enerji istehsalı təxminən üçdə iki azalır.
Bədəndə ATP-nin əsas rolu çoxsaylı biokimyəvi reaksiyalar üçün enerji təmin etməklə bağlıdır. İki yüksək enerji bağının daşıyıcısı kimi ATP bir çox enerji sərf edən biokimyəvi və fizioloji proseslər üçün birbaşa enerji mənbəyi kimi xidmət edir. Bütün bunlar orqanizmdə mürəkkəb maddələrin sintezinin reaksiyalarıdır: bioloji membranlar vasitəsilə molekulların aktiv ötürülməsinin həyata keçirilməsi, o cümlədən transmembran elektrik potensialının yaradılması; əzələ daralmasının həyata keçirilməsi.
Canlı orqanizmlərin bioenerjisində məlum olduğu kimi, iki əsas məqam vacibdir:
- a) kimyəvi enerji üzvi substratların oksidləşməsinin ekzerqonik katabolik reaksiyaları ilə birləşən ATP-nin əmələ gəlməsi ilə saxlanılır;
- b) kimyəvi enerji ATP-nin parçalanması, anabolizmin enderqonik reaksiyaları və enerji tələb edən digər proseslərlə birlikdə istifadə olunur.
Sual yaranır ki, niyə ATP molekulu ona uyğun gəlir mərkəzi rol bioenerjidə. Bunu həll etmək üçün ATP-nin quruluşunu nəzərdən keçirin ATP quruluşu - (pH 7.0 anion tetra yükü ilə).
ATP termodinamik cəhətdən qeyri-sabit birləşmədir. ATP-nin qeyri-sabitliyi, birincisi, bütün molekulda gərginliyə səbəb olan eyni adlı mənfi yüklər çoxluğu bölgəsində elektrostatik itələmə ilə müəyyən edilir, lakin bağ ən güclüdür - P - O - P, ikincisi, xüsusi rezonansla. Sonuncu amilə uyğun olaraq, fosfor atomları arasında, onların arasında yerləşən oksigen atomunun bölüşdürülməmiş mobil elektronları üçün rəqabət var, çünki hər bir fosfor atomu P=O və P-nin əhəmiyyətli elektron qəbuledici təsiri səbəbindən qismən müsbət yükə malikdir. - O- qrupları. Beləliklə, ATP-nin mövcud olma ehtimalı bu fiziki-kimyəvi gərginlikləri kompensasiya etmək üçün molekulda kifayət qədər miqdarda kimyəvi enerjinin olması ilə müəyyən edilir. ATP molekulunda iki fosfoanhidrid (pirofosfat) bağı var, onların hidrolizi sərbəst enerjinin əhəmiyyətli dərəcədə azalması ilə müşayiət olunur (pH 7.0 və 37 o C-də).
ATP + H 2 O = ADP + H 3 PO 4 G0I = - 31,0 KJ/mol.
ADP + H 2 O = AMP + H 3 PO 4 G0I = - 31,9 KJ/mol.
Bioenerjinin mərkəzi problemlərindən biri canlı təbiətdə ADP-nin fosforlaşması ilə baş verən ATP-nin biosintezidir.
ADP-nin fosforlaşması enderqonik bir prosesdir və enerji mənbəyi tələb edir. Daha əvvəl qeyd edildiyi kimi, təbiətdə iki belə enerji mənbəyi üstünlük təşkil edir - günəş enerjisi və azalmış üzvi birləşmələrin kimyəvi enerjisi. Yaşıl bitkilər və bəzi mikroorqanizmlər udulmuş işıq kvantlarının enerjisini fotosintezin işıq mərhələsində ADP-nin fosforlaşmasına sərf olunan kimyəvi enerjiyə çevirməyə qadirdir. Bu ATP regenerasiyası prosesi fotosintetik fosforlaşma adlanır. Üzvi birləşmələrin oksidləşmə enerjisinin aerob şəraitdə ATP-nin makroenergetik bağlarına çevrilməsi ilk növbədə oksidləşdirici fosforlaşma yolu ilə baş verir. ATP əmələ gəlməsi üçün lazım olan sərbəst enerji mitoxondrilərin tənəffüs oksidləşdirici zəncirində əmələ gəlir.
ATP sintezinin başqa bir növü məlumdur, substratın fosforlaşması deyilir. Elektron ötürülməsi ilə əlaqəli oksidləşdirici fosforlaşmadan fərqli olaraq, ATP regenerasiyası üçün zəruri olan aktivləşdirilmiş fosforil qrupunun (- PO3 H2) donoru qlikoliz prosesləri və trikarboksilik turşu dövrünün aralıq məhsullarıdır. Bütün bu hallarda oksidləşmə prosesləri yüksək enerjili birləşmələrin əmələ gəlməsinə səbəb olur: 1,3-difosfogliserat (qlikoliz), süksinil-KoA (trikarbon turşusu dövrü), müvafiq fermentlərin iştirakı ilə ADP-ni folilləşdirməyə qadirdir və ATP əmələ gətirir. Substrat səviyyəsində enerji çevrilməsi anaerob orqanizmlərdə ATP sintezinin yeganə yoludur. ATP sintezinin bu prosesi saxlamağa kömək edir gərgin iş skelet əzələləri dövrlərdə oksigen aclığı. Yadda saxlamaq lazımdır ki, bu, mitoxondriləri olmayan yetkin qırmızı qan hüceyrələrində ATP sintezi üçün yeganə yoldur.
Hüceyrənin bioenergetikasında xüsusilə mühüm rolu iki fosfor turşusu qalığının bağlandığı adenil nukleotid oynayır. Bu maddə adenozin trifosfor turşusu (ATP) adlanır. Enerji üzvi fosforit ayrıldıqda ayrılan ATP molekulunun fosfor turşusu qalıqları arasındakı kimyəvi bağlarda saxlanılır:
ATP = ADP+P+E,
burada F fermentdir, E enerji azad edir. Bu reaksiyada adenozin fosfor turşusu (ADP) əmələ gəlir - ATP molekulunun qalan hissəsi və üzvi fosfat. Bütün hüceyrələr ATP enerjisindən biosintez prosesləri, hərəkət, istilik istehsalı, sinir impulsları, lüminesans (məsələn, luminescent bakteriyalar), yəni bütün həyati proseslər üçün istifadə edirlər.
ATP universal bioloji enerji akkumulyatorudur. İstehlak olunan qidanın tərkibindəki işıq enerjisi ATP molekullarında saxlanılır.
Hüceyrədə ATP tədarükü azdır. Beləliklə, əzələdəki ATP ehtiyatı 20 - 30 daralma üçün kifayətdir. Gərgin, lakin qısamüddətli iş zamanı əzələlər yalnız onların tərkibində olan ATP-nin parçalanması səbəbindən işləyir. İşi bitirdikdən sonra insan ağır nəfəs alır - bu dövrdə karbohidratlar və digər maddələr parçalanır (enerji yığılır) və hüceyrələrdə ATP təchizatı bərpa olunur.
ATP enerjisinə əlavə olaraq, bədəndə bir sıra digər funksiyaları da yerinə yetirir mühüm funksiyalar:
- · Digər nukleozid trifosfatlarla birlikdə ATP nuklein turşularının sintezində başlanğıc məhsuldur.
- · Bundan əlavə, ATP bir çox biokimyəvi proseslərin tənzimlənməsində mühüm rol oynayır. Bir sıra fermentlərin allosterik effektoru olan ATP, onların tənzimləmə mərkəzlərinə qoşularaq, onların fəaliyyətini gücləndirir və ya boğur.
- · ATP həm də hormonal siqnalın hüceyrəyə ötürülməsinin ikinci dərəcəli xəbərçisi olan siklik adenozin monofosfatın sintezi üçün birbaşa xəbərçidir.
ATP-nin sinapslarda ötürücü rolu da məlumdur.
Şəkildə iki üsul göstərilir ATP strukturunun şəkilləri. Adenozin monofosfat (AMP), adenozin difosfat (ADP) və adenozin trifosfat (ATP) nukleotidlər adlanan birləşmələr sinfinə aiddir. Nukleotid molekulu beş karbonlu şəkərdən, azotlu əsasdan və fosfor turşusundan ibarətdir. AMP molekulunda şəkər riboza, əsası isə adenindir. ADP molekulunda iki, ATP molekulunda üç fosfat qrupu var.
ATP dəyəri
ATP ADP-yə parçalandıqda və qeyri-üzvi fosfat (Pn) enerjisi ayrılır:
Reaksiya suyun udulması ilə baş verir, yəni hidrolizi təmsil edir (məqaləmizdə bu çox yayılmış biokimyəvi reaksiya növü ilə dəfələrlə qarşılaşmışıq). ATP-dən ayrılan üçüncü fosfat qrupu hüceyrədə qeyri-üzvi fosfat (Pn) şəklində qalır. Bu reaksiya üçün sərbəst enerji hasilatı 1 mol ATP üçün 30,6 kJ təşkil edir.
ADF-dən və fosfat, ATP yenidən sintez oluna bilər, lakin bunun üçün yeni əmələ gələn ATP-nin 1 moluna 30,6 kJ enerji sərf etmək lazımdır.
Bu reaksiyada, kondensasiya reaksiyası adlanır, su buraxılır. ADP-yə fosfatın əlavə edilməsinə fosforlaşma reaksiyası deyilir. Yuxarıdakı hər iki tənlik birləşdirilə bilər:
Bu geri çevrilən reaksiya adlı ferment tərəfindən kataliz edilir ATPaz.
Bütün hüceyrələr, artıq qeyd edildiyi kimi, öz işlərini yerinə yetirmək üçün enerjiyə ehtiyac duyurlar və hər hansı bir orqanizmin bütün hüceyrələri üçün bu enerji mənbəyidir. ATP kimi xidmət edir. Buna görə də, ATP hüceyrələrin "universal enerji daşıyıcısı" və ya "enerji valyutası" adlanır. Uyğun bir bənzətmədir elektrik batareyaları. Onları niyə istifadə etmədiyimizi xatırlayın. Onların köməyi ilə bir halda işıq, digər halda səs, bəzən mexaniki hərəkət, bəzən isə onlardan faktiki elektrik enerjisi tələb olunur. Batareyaların rahatlığı ondan ibarətdir ki, biz eyni enerji mənbəyini - batareyanı harada yerləşdirməyimizdən asılı olaraq müxtəlif məqsədlər üçün istifadə edə bilərik. ATP hüceyrələrdə eyni rol oynayır. O, əzələlərin yığılması, sinir impulslarının ötürülməsi, maddələrin aktiv daşınması və ya zülal sintezi və bütün digər hüceyrə fəaliyyəti növləri kimi müxtəlif prosesləri enerji ilə təmin edir. Bunu etmək üçün sadəcə hüceyrə aparatının müvafiq hissəsinə "qoşulmalıdır".
Bənzətməni davam etdirmək olar. Batareyalar əvvəlcə istehsal edilməlidir və onlardan bəziləri (yenidən doldurula bilənlər) kimi, doldurula bilər. Batareyalar bir fabrikdə istehsal edildikdə, onlarda müəyyən miqdarda enerji saxlanılmalıdır (və bununla da zavod tərəfindən istehlak edilməlidir). ATP sintezi də enerji tələb edir; onun mənbəyi tənəffüs zamanı üzvi maddələrin oksidləşməsidir. ADP-ni fosforilləşdirmək üçün oksidləşmə prosesi zamanı enerji ayrıldığı üçün belə fosforlaşma oksidləşdirici fosforlaşma adlanır. Fotosintez zamanı işıq enerjisindən ATP əmələ gəlir. Bu proses fotofosforilasiya adlanır (bax. Bölmə 7.6.2). Hüceyrədə ATP-nin çox hissəsini istehsal edən "zavodlar" da var. Bunlar mitoxondriyalardır; onların tərkibində ATP prosesində əmələ gələn kimyəvi “yığma xətləri” var aerob tənəffüs. Nəhayət, boşalmış "batareyalar" da hüceyrədə doldurulur: ATP tərkibindəki enerjini buraxdıqdan sonra ADP və Fn-ə çevrildikdən sonra prosesdə alınan enerji hesabına yenidən ADP və Fn-dən tez sintez edilə bilər. üzvi maddələrin yeni hissələrinin oksidləşməsindən tənəffüs.
ATP miqdarı hər yerdə qəfəsdə Bu ançox kiçik. Buna görə də ATF-də insan yalnız enerji daşıyıcısını görməlidir, onun anbarını yox. Yağlar və ya glikogen kimi maddələr enerjinin uzunmüddətli saxlanması üçün istifadə olunur. Hüceyrələr ATP səviyyələrinə çox həssasdır. Onun istifadə sürəti artdıqca, bu səviyyəni saxlayan tənəffüs prosesinin sürəti də artır.
ATP-nin rolu hüceyrə tənəffüsü ilə enerji istehlakı ilə əlaqəli proseslər arasında birləşdirici əlaqə kimi, şəkildən görünür.Bu diaqram sadə görünsə də, çox vacib nümunəni göstərir.
Buna görə də demək olar ki, ümumiyyətlə, nəfəs alma funksiyasıdır ATP istehsal edir.
Yuxarıda deyilənləri qısaca ümumiləşdirək.
1. ADP və qeyri-üzvi fosfatdan ATP sintezi üçün 1 mol ATP üçün 30,6 kJ enerji lazımdır.
2. ATP bütün canlı hüceyrələrdə mövcuddur və buna görə də universal enerji daşıyıcısıdır. Başqa enerji daşıyıcılarından istifadə edilmir. Bu məsələni asanlaşdırır - lazımi hüceyrə aparatı daha sadə ola bilər və daha səmərəli və qənaətcil işləyə bilər.
3. ATP enerji tələb edən istənilən prosesə enerjini hüceyrənin istənilən hissəsinə asanlıqla çatdırır.
4. ATP enerjini tez buraxır. Bunun üçün yalnız bir reaksiya lazımdır - hidroliz.
5. ADP və qeyri-üzvi fosfatdan ATP istehsalının sürəti (tənəffüs prosesinin sürəti) ehtiyaclara uyğun olaraq asanlıqla tənzimlənir.
6. ATP tənəffüs zamanı qlükoza kimi üzvi maddələrin oksidləşməsi zamanı ayrılan kimyəvi enerji hesabına, günəş enerjisi hesabına isə fotosintez zamanı sintez olunur. ADP və qeyri-üzvi fosfatdan ATP əmələ gəlməsinə fosforlaşma reaksiyası deyilir. Əgər fosforlaşma üçün enerji oksidləşmə ilə təmin edilirsə, onda biz oksidləşdirici fosforlaşmadan danışırıq (bu proses tənəffüs zamanı baş verir), lakin işıq enerjisi fosforlaşma üçün istifadə olunursa, bu proses fotofosforlaşma adlanır (bu, fotosintez zamanı baş verir).
