Най-важното вещество в клетките на живите организми е аденозин трифосфат или аденозин трифосфат. Ако въведем съкращението на това име, получаваме ATP. Това вещество принадлежи към групата на нуклеозид трифосфатите и играе водеща роля в метаболитните процеси в живите клетки, като е незаменим източник на енергия за тях.
Откривателите на АТФ са биохимиците от Харвардското училище по тропическа медицина - Йелапрагада Субарао, Карл Ломан и Сайръс Фиске. Откритието става през 1929 г. и се превръща в основен крайъгълен камък в биологията на живите системи. По-късно, през 1941 г., немският биохимик Фриц Липман открива, че АТФ в клетките е основният носител на енергия.
структура на АТФ
Тази молекула има систематично име, което се изписва по следния начин: 9-β-D-рибофуранозиладенин-5'-трифосфат или 9-β-D-рибофуранозил-6-амино-пурин-5'-трифосфат. Какви съединения изграждат АТФ? Химически това е аденозин трифосфатен естер - производно на аденин и рибоза. Това вещество се образува чрез комбиниране на аденин, който е пуринова азотна основа, с 1'-въглеродния атом на рибозата, използвайки β-N-гликозидна връзка. Молекулите на α-, β- и γ-фосфорна киселина след това се добавят последователно към 5'-въглеродния атом на рибозата.
Така молекулата на АТФ съдържа съединения като аденин, рибоза и три остатъка от фосфорна киселина. АТФ е специално съединение, съдържащо връзки, които освобождават големи количества енергия. Такива връзки и вещества се наричат високоенергийни. По време на хидролизата на тези връзки на молекулата на АТФ се освобождава количество енергия от 40 до 60 kJ/mol, като този процес е придружен от елиминирането на един или два остатъка от фосфорна киселина.
Ето как се записват тези химични реакции:
- 1). АТФ + вода → АДФ + фосфорна киселина + енергия;
- 2). ADP + вода → AMP + фосфорна киселина + енергия.
Енергията, освободена по време на тези реакции, се използва в по-нататъшни биохимични процеси, които изискват определени енергийни вложения.
Ролята на АТФ в живия организъм. Неговите функции
Каква функция изпълнява ATP?На първо място енергия. Както бе споменато по-горе, основната роля на аденозинтрифосфата е да осигурява енергия за биохимичните процеси в живия организъм. Тази роля се дължи на факта, че поради наличието на две високоенергийни връзки, АТФ действа като източник на енергия за много физиологични и биохимични процеси, които изискват големи енергийни вложения. Такива процеси са всички реакции на синтеза на сложни вещества в организма. Това е преди всичко активният трансфер на молекули през клетъчни мембрани, включително участие в създаването на интермембрана електрически потенциал, и осъществяването на мускулна контракция.
В допълнение към горното, ние изброяваме още няколко: не по-малко важни функции на АТФ, като:
Как се образува АТФ в тялото?
Синтезът на аденозинтрифосфорна киселина продължава, защото тялото винаги се нуждае от енергия за нормално функциониране. Във всеки един момент има много малко от това вещество - приблизително 250 грама, което е "авариен резерв" за "черен ден". По време на заболяване има интензивен синтез на тази киселина, тъй като е необходима много енергия за функционирането на имунната и отделителните системи, както и системата за терморегулация на тялото, която е необходима за ефективна борбас началото на заболяването.
Кои клетки имат най-много АТФ? Това са клетки на мускулната и нервната тъкан, тъй като процесите на енергиен обмен протичат най-интензивно в тях. И това е очевидно, защото мускулите участват в движение, което изисква свиване на мускулните влакна, а невроните предават електрически импулси, без които функционирането на всички системи на тялото е невъзможно. Ето защо е толкова важно клетката да поддържа непроменена и високо нивоаденозин трифосфат.
Как могат да се образуват молекули на аденозин трифосфат в тялото? Те се формират от т.нар фосфорилиране на ADP (аденозин дифосфат). Тази химична реакция изглежда така:
ADP + фосфорна киселина + енергия → ATP + вода.
Фосфорилирането на ADP става с участието на катализатори като ензими и светлина и се осъществява от един от три начина:
Както окислителното, така и субстратното фосфорилиране използва енергията на веществата, които се окисляват по време на такъв синтез.
Заключение
Аденозин трифосфорна киселина- Това е най-често обновяващото се вещество в организма. Колко дълго живее средно една молекула на аденозин трифосфат? В човешкото тяло, например, продължителността на живота му е по-малко от една минута, така че една молекула от такова вещество се ражда и се разпада до 3000 пъти на ден. Удивително през деня човешкото тялосинтезира около 40 кг от това вещество! Нуждата от тази „вътрешна енергия” е толкова голяма за нас!
Целият цикъл на синтез и по-нататъшното използване на АТФ като енергийно гориво за метаболитни процеси в тялото на живо същество представлява самата същност на енергийния метаболизъм в този организъм. По този начин аденозин трифосфатът е вид „батерия“, която осигурява нормалното функциониране на всички клетки на живия организъм.
Основният източник на енергия за клетката са хранителните вещества: въглехидрати, мазнини и протеини, които се окисляват с помощта на кислород. Почти всички въглехидрати, преди да достигнат до клетките на тялото, се дължат на работата стомашно-чревния тракти черния дроб се превръщат в глюкоза. Заедно с въглехидратите, протеините също се разграждат до аминокиселини, а липидите до мастни киселини. В клетката хранителните вещества се окисляват под въздействието на кислород и с участието на ензими, които контролират реакциите на освобождаване на енергия и нейното използване. Почти всички окислителни реакции протичат в митохондриите, а освободената енергия се съхранява под формата на високоенергийно съединение - АТФ. Впоследствие именно АТФ, а не хранителни вещества, се използва за осигуряване на енергия на вътреклетъчните метаболитни процеси.
Молекулата на АТФ съдържа: (1) азотната база аденин; (2) пентоза въглехидрат рибоза, (3) три остатъка от фосфорна киселина. Последните два фосфата са свързани един с друг и с останалата част от молекулата чрез високоенергийни фосфатни връзки, обозначени във формулата на АТФ със символа ~. При физически и химични условия, характерни за тялото, енергията на всяка такава връзка е 12 000 калории на 1 мол АТФ, което е многократно по-високо от енергията на обикновена химическа връзка, поради което фосфатните връзки се наричат високоактивни. енергия. Освен това тези връзки лесно се разрушават, осигурявайки вътреклетъчните процеси с енергия веднага щом възникне необходимост.
Когато се освободи енергия, АТФ дарява фосфатна група и се превръща в аденозин дифосфат. Освободената енергия се използва за почти всички клетъчни процеси, например при реакции на биосинтеза и мускулна контракция.
Попълването на резервите на АТФ става чрез рекомбиниране на АДФ с остатък от фосфорна киселина за сметка на енергия хранителни вещества. Този процес се повтаря отново и отново. АТФ постоянно се изразходва и съхранява, поради което се нарича енергийна валута на клетката. Времето за оборот на ATP е само няколко минути.
Ролята на митохондриите в химична реакцияОбразуване на АТФ. Когато глюкозата навлезе в клетката, тя се превръща в пирогроздена киселина под действието на цитоплазмени ензими (този процес се нарича гликолиза). Енергията, освободена в този процес, се изразходва за превръщането на малко количество ADP в ATP, което представлява по-малко от 5% от общите енергийни резерви.
Синтезът на АТФ се извършва 95% в митохондриите. пирогроздена киселина, мастна киселинаи аминокиселините, образувани съответно от въглехидрати, мазнини и протеини, в крайна сметка се превръщат в съединение, наречено "ацетил-КоА" в митохондриалната матрица. Това съединение, от своя страна, претърпява серия от ензимни реакции под често срещано име"цикъл на трикарбоксилната киселина" или "цикъл на Кребс", за да отдаде своята енергия. В цикъла на трикарбоксилната киселина ацетил-КоА се разгражда на водородни атоми и молекули въглероден диоксид. Въглеродният диоксид се отстранява от митохондриите, след това извън клетката чрез дифузия и се отстранява от тялото през белите дробове.
Водородните атоми са химически много активни и следователно веднага реагират с кислорода, дифундиращ в митохондриите. Голямото количество енергия, освободено при тази реакция, се използва за превръщането на много ADP молекули в ATP. Тези реакции са доста сложни и изискват участието на огромен брой ензими, които са част от митохондриалните кристи. В началния етап един електрон се отделя от водородния атом и атомът се превръща във водороден йон. Процесът завършва с добавяне на водородни йони към кислорода. В резултат на тази реакция се образува вода и голямо количество енергия, което е необходимо за работата на АТФ синтетазата, голям глобуларен протеин, който изпъква под формата на туберкули на повърхността на митохондриалните кристи. Под действието на този ензим, който използва енергията на водородните йони, АДФ се превръща в АТФ. Нови ATP молекули се изпращат от митохондриите до всички части на клетката, включително ядрото, където енергията на това съединение се използва за осигуряване на различни функции. Този процес на синтез на АТФ обикновено се нарича хемиосмотичен механизъм на образуване на АТФ.
Всеки организъм може да съществува, докато се доставят хранителни вещества външна средаи докато продуктите от неговата жизнена дейност се освобождават в тази среда. Вътре в клетката протича непрекъснат, много сложен набор от химични трансформации, благодарение на които компонентите на клетъчното тяло се образуват от хранителни вещества. Съвкупността от процеси на трансформация на материята в живия организъм, придружени от нейното постоянно обновяване, се нарича метаболизъм.
Част от общия метаболизъм, който се състои от усвояването, асимилацията на хранителни вещества и създаването на структурни компонентиклетки се нарича асимилация – това е градивен обмен. Втората част от общия обмен се състои от дисимилационни процеси, т.е. процеси на разлагане и окисление органична материя, в резултат на което клетката получава енергия, е енергиен метаболизъм. Конструктивният и енергиен обмен образуват едно цяло.
В процеса на конструктивен метаболизъм клетката синтезира биополимери на тялото си от доста ограничен брой нискомолекулни съединения. Биосинтетичните реакции протичат с участието на различни ензими и изискват енергия.
Живите организми могат да използват само химически свързана енергия. Всяко вещество има определено количество потенциална енергия. Неговите основни материални носители са химическите връзки, чието разкъсване или трансформация води до освобождаване на енергия. Енергийно нивонякои връзки имат стойност 8-10 kJ - тези връзки се наричат нормални. Други връзки съдържат значително повече енергия - 25-40 kJ - това са така наречените високоенергийни връзки. Почти всички известни съединения, които имат такива връзки, съдържат фосфорни или серни атоми, на мястото на които в молекулата са локализирани тези връзки. Едно от съединенията, които играят жизненоважна роля в живота на клетките, е аденозинтрифосфорната киселина (АТФ).
Аденозинтрифосфорната киселина (АТФ) се състои от органичната основа аденин (I), въглехидратната рибоза (II) и три остатъка от фосфорна киселина (III). Комбинацията от аденин и рибоза се нарича аденозин. Пирофосфатните групи имат високоенергийни връзки, обозначени с ~. Разграждането на една молекула АТФ с участието на вода се придружава от елиминирането на една молекула фосфорна киселина и освобождаването на свободна енергия, което е равно на 33-42 kJ/mol. Всички реакции, включващи АТФ, се регулират от ензимни системи.
Фиг. 1. Аденозин трифосфорна киселина (АТФ)
Енергиен метаболизъм в клетката. Синтез на АТФ
Синтезът на АТФ се извършва в митохондриалните мембрани по време на дишането, следователно всички ензими и кофактори на дихателната верига, всички ензими на окислителното фосфорилиране са локализирани в тези органели.
Синтезът на АТФ се осъществява по такъв начин, че два Н + йона се отделят от АДФ и фосфат (Р) с правилната странамембрана, компенсираща загубата на два Н + по време на редукция на вещество Б. Един от кислородните атоми на фосфата се прехвърля от другата страна на мембраната и, свързвайки два Н + йона от лявото отделение, образува Н 2 О Фосфорилният остатък се свързва с ADP, образувайки ATP.
Фиг.2. Схема на окисление и синтез на АТФ в митохондриалните мембрани
В клетките на организмите са изследвани много биосинтетични реакции, които използват енергията, съдържаща се в АТФ, по време на които протичат процесите на карбоксилиране и декарбоксилиране, синтеза на амидни връзки и образуването на високоенергийни съединения, способни да пренасят енергия от АТФ към възникват анаболни реакции на синтеза на вещества. Тези реакции играят важна роляв метаболитните процеси на растителните организми.
С участието на АТФ и други високоенергийни нуклеозидни полифосфати (GTP, CTP, UGP) активирането на молекули на монозахариди, аминокиселини, азотни основи и ацилглицероли може да се случи чрез синтеза на активни междинни съединения, които са производни на нуклеотиди. Например, в процеса на синтез на нишесте с участието на ензима ADP-глюкоза пирофосфорилаза се образува активирана форма на глюкоза - аденозин дифосфат глюкоза, която лесно става донор на глюкозни остатъци по време на формирането на структурата на молекулите на този полизахарид.
Синтезът на АТФ се извършва в клетките на всички организми по време на процеса на фосфорилиране, т.е. добавяне на неорганичен фосфат към ADP. Енергията за фосфорилиране на ADP се генерира по време на енергийния метаболизъм. Енергийният метаболизъм или дисимилацията е набор от реакции на разграждане на органични вещества, придружени от освобождаване на енергия. В зависимост от местообитанието дисимилацията може да протече на два или три етапа.
В повечето живи организми - аероби, живеещи в кислородна среда - по време на дисимилация се извършват три етапа: подготвителен, безкислороден и кислороден, по време на който органичните вещества се разлагат до неорганични съединения. При анаероби, живеещи в среда с лишен от кислород, или при аероби с липса на кислород, дисимилацията настъпва само в първите два етапа с образуването на междинни органични съединения, все още богат на енергия.
Първият етап - подготвителен - се състои от ензимно разграждане на сложни органични съединения в по-прости (протеини в аминокиселини, мазнини в глицерол и мастни киселини, полизахариди в монозахариди, нуклеинови киселини в нуклеотиди). Разграждането на органичните хранителни субстрати се извършва от различни нивастомашно-чревния тракт на многоклетъчните организми. Вътреклетъчното разграждане на органични вещества се извършва под действието на хидролитичните ензими на лизозомите. Освободената в този случай енергия се разсейва под формата на топлина и получените малки органични молекули могат да претърпят по-нататъшно разграждане или да бъдат използвани от клетката като „строителен материал“ за синтеза на собствените си органични съединения.
Вторият етап - непълно окисление (без кислород) - протича директно в цитоплазмата на клетката, не изисква наличието на кислород и се състои в по-нататъшно разграждане на органични субстрати. Основният източник на енергия в клетката е глюкозата. Безкислородното, непълно разграждане на глюкозата се нарича гликолиза.
Гликолизата е многоетапен ензимен процес на превръщане на шествъглеродна глюкоза в две тривъглеродни молекули на пирогроздена киселина (пируват, PVK) C3H4O3. При реакциите на гликолиза се отделя голямо количество енергия - 200 kJ/mol. Част от тази енергия (60%) се разсейва като топлина, останалата част (40%) се използва за синтез на АТФ.
В резултат на гликолиза на една глюкозна молекула се образуват две молекули PVK, ATP и вода, както и водородни атоми, които се съхраняват от клетката под формата на NAD H, т.е. като част от специфичен носител - никотинамид аденин динуклеотид. По-нататъшната съдба на продуктите на гликолизата - пируват и водород под формата на NADH - може да се развие по различен начин. В дрождите или в растителните клетки, когато има липса на кислород, настъпва алкохолна ферментация - PVA се редуцира до етилов алкохол:
В животински клетки, изпитващи временна липса на кислород, например в човешки мускулни клетки с прекомерен физическа дейност, а също и при някои бактерии протича млечнокисела ферментация, при която пируватът се редуцира до млечна киселина. В присъствието на кислород в околната среда, продуктите от гликолизата се подлагат на допълнително разграждане до крайни продукти.
Третият етап - пълно окисление (дишане) - протича със задължителното участие на кислород. Аеробното дишане е верига от реакции, контролирани от ензими във вътрешната мембрана и матрицата на митохондриите. Попадайки в митохондриите, PVK взаимодейства с матричните ензими и образува: въглероден диоксид, който се отстранява от клетката; водородни атоми, които като част от носителите са насочени към вътрешната мембрана; ацетил коензим А (ацетил-КоА), който участва в цикъла на трикарбоксилната киселина (цикъл на Кребс). Цикълът на Кребс е верига от последователни реакции, по време на които една молекула ацетил-КоА произвежда две молекули СО2, молекула АТФ и четири двойки водородни атоми, които се прехвърлят към молекулите носители - NAD и FAD (флавин аденин динуклеотид). Общата реакция на гликолизата и цикъла на Кребс може да бъде представена по следния начин:
И така, в резултат на безкислородния етап на дисимилация и цикъла на Кребс, молекулата на глюкозата се разгражда до неорганичен въглероден диоксид (CO2) и освободената в този случай енергия се изразходва частично за синтеза на АТФ, но е основно се съхраняват в заредените с електрони носители NAD H2 и FAD H2. Протеините носители транспортират водородни атоми до вътрешната митохондриална мембрана, където ги предават по верига от протеини, вградени в мембраната. Транспортирането на частици по транспортната верига се осъществява по такъв начин, че протоните остават от външната страна на мембраната и се натрупват в междумембранното пространство, превръщайки го в резервоар за Н+, а електроните се прехвърлят към вътрешната повърхност на вътрешната митохондриалната мембрана, където те в крайна сметка се свързват с кислорода.
В резултат на активността на ензимите в електронтранспортната верига вътрешната митохондриална мембрана се зарежда отрицателно отвътре и положително (поради Н) отвън, така че между нейните повърхности се създава потенциална разлика. Известно е, че във вътрешната мембрана на митохондриите са вградени молекули на ензима АТФ синтетаза, които имат йонен канал. Когато потенциалната разлика през мембраната достигне критично ниво(200 mV), положително заредените Н+ частици започват да се изтласкват през АТФ-азния канал от силата на електрическото поле и след като попаднат на вътрешната повърхност на мембраната, взаимодействат с кислорода, образувайки вода.
Нормалният ход на метаболитните реакции на молекулярно ниво се дължи на хармоничното съчетание на процесите на катаболизъм и анаболизъм. Когато катаболните процеси са нарушени, на първо място възникват енергийни затруднения, регенерацията на АТФ се нарушава, както и доставката на първоначални анаболни субстрати, необходими за биосинтетичните процеси. От своя страна увреждането на анаболните процеси, което е първично или свързано с промени в катаболните процеси, води до нарушаване на възпроизводството на функционално важни съединения - ензими, хормони и др.
Разрушаването на различни връзки в метаболитните вериги има различни последици. Най-значимият, дълбок патологични променикатаболизъм възниква, когато системата за биологично окисление е повредена поради блокада на ензимите на тъканното дишане, хипоксия и т.н. или увреждане на механизмите на свързване на тъканното дишане и окислителното фосфорилиране (например, разделяне на тъканното дишане и окислителното фосфорилиране при тиреотоксикоза). В тези случаи клетките са лишени от основния си източник на енергия, почти всички окислителни реакции на катаболизма са блокирани или губят способността си да акумулират освободената енергия в молекулите на АТФ. Когато реакциите в цикъла на трикарбоксилната киселина се инхибират, производството на енергия чрез катаболизъм се намалява с приблизително две трети.
Основната роля на АТФ в организма е свързана с осигуряването на енергия за множество биохимични реакции. Като носител на две високоенергийни връзки, АТФ служи като директен източник на енергия за много енергоемки биохимични и физиологични процеси. Всичко това са реакции на синтеза на сложни вещества в организма: осъществяване на активен трансфер на молекули през биологични мембрани, включително създаване на трансмембранен електрически потенциал; изпълнение на мускулна контракция.
Както е известно, в биоенергетиката на живите организми са важни два основни момента:
- а) химическата енергия се съхранява чрез образуването на АТФ, съчетано с екзергонични катаболни реакции на окисление на органични субстрати;
- б) химическата енергия се използва чрез разграждането на АТФ, съчетано с ендергонични реакции на анаболизъм и други процеси, които изискват енергия.
Възниква въпросът защо молекулата на АТФ съответства на нейната централна роляв биоенергията. За да го разрешите, разгледайте структурата на ATP Структура на АТФ - (при pH 7,0 тетразаряд на аниона).
АТФ е термодинамично нестабилно съединение. Нестабилността на АТФ се определя, първо, от електростатично отблъскване в областта на клъстер от едноименни отрицателни заряди, което води до напрежение в цялата молекула, но връзката е най-силна - P - O - P, и второ, чрез специфичен резонанс. В съответствие с последния фактор има конкуренция между фосфорните атоми за несподелените подвижни електрони на кислородния атом, разположен между тях, тъй като всеки фосфорен атом има частичен положителен заряд поради значителното електрон-акцепторно влияние на P=O и P - О- групи. По този начин възможността за съществуване на АТФ се определя от наличието на достатъчно количество химическа енергия в молекулата, за да компенсира тези физикохимични напрежения. Молекулата на АТФ съдържа две фосфоанхидридни (пирофосфатни) връзки, чиято хидролиза е придружена от значително намаляване на свободната енергия (при pH 7,0 и 37 o C).
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.
Един от централните проблеми на биоенергетиката е биосинтезата на АТФ, която в живата природа се осъществява чрез фосфорилиране на АДФ.
Фосфорилирането на ADP е ендергоничен процес и изисква източник на енергия. Както беше отбелязано по-рано, в природата преобладават два такива източника на енергия - слънчевата енергия и химическата енергия на редуцирани органични съединения. Зелените растения и някои микроорганизми са способни да трансформират енергията на абсорбираните светлинни кванти в химическа енергия, която се изразходва за фосфорилирането на ADP в светлинния стадий на фотосинтезата. Този процес на регенерация на АТФ се нарича фотосинтетично фосфорилиране. Преобразуването на енергията на окисление на органични съединения в макроенергетични връзки на АТФ при аеробни условия се осъществява главно чрез окислително фосфорилиране. Свободната енергия, необходима за образуването на АТФ, се генерира в респираторната окислителна верига на митохондриите.
Известен е друг тип синтез на АТФ, наречен субстратно фосфорилиране. За разлика от окислителното фосфорилиране, свързано с преноса на електрони, донорът на активираната фосфорилна група (-PO3H2), необходим за регенерирането на АТФ, са междинни продукти на процесите на гликолиза и цикъла на трикарбоксилната киселина. Във всички тези случаи окислителните процеси водят до образуването на високоенергийни съединения: 1,3-дифосфоглицерат (гликолиза), сукцинил-КоА (цикъл на трикарбоксилната киселина), които с участието на подходящи ензими са способни да фолират ADP и образуване на АТФ. Трансформацията на енергия на ниво субстрат е единственият начин за синтез на АТФ в анаеробните организми. Този процес на синтез на АТФ спомага за поддържането интензивна работа скелетни мускулипо време на периоди кислородно гладуване. Трябва да се помни, че това е единственият път за синтез на АТФ в зрели червени кръвни клетки, които нямат митохондрии.
Особено важна роля в биоенергетиката на клетката играе адениловият нуклеотид, към който са прикрепени два остатъка от фосфорна киселина. Това вещество се нарича аденозин трифосфорна киселина (АТФ). IN химически връзкиенергията се съхранява между остатъците от фосфорна киселина на молекулата на АТФ, която се освобождава, когато органичният фосфорит се отделя:
ATP= ADP+P+E,
където F е ензим, E е освобождаваща енергия. При тази реакция се образува аденозинфосфорна киселина (АДФ) - остатъкът от молекулата на АТФ и органичния фосфат. Всички клетки използват АТФ енергия за процеси на биосинтеза, движение, производство на топлина, нервни импулси, луминесценция (например луминесцентни бактерии), т.е. за всички жизненоважни процеси.
АТФ е универсален акумулатор на биологична енергия. Светлинната енергия, съдържаща се в консумираната храна, се съхранява в молекулите на АТФ.
Запасът от АТФ в клетката е малък. И така, резервът от АТФ в мускула е достатъчен за 20-30 контракции. При интензивна, но краткотрайна работа мускулите работят изключително поради разграждането на съдържащия се в тях АТФ. След приключване на работа човек диша тежко - през този период въглехидратите и другите вещества се разграждат (натрупва се енергия) и се възстановява доставката на АТФ в клетките.
Освен енергийния АТФ, той изпълнява не по-малко и редица други функции в организма важни функции:
- · Заедно с другите нуклеозидни трифосфати, АТФ е изходен продукт при синтеза на нуклеинови киселини.
- · Освен това АТФ играе важна роля в регулирането на много биохимични процеси. Като алостеричен ефектор на редица ензими, АТФ, присъединявайки се към техните регулаторни центрове, усилва или потиска тяхната активност.
- · АТФ също е директен прекурсор за синтеза на цикличен аденозин монофосфат, вторичен пратеник на предаването на хормонален сигнал в клетката.
Известна е и ролята на АТФ като предавател в синапсите.
Фигурата показва два метода Изображения на ATP структура. Аденозин монофосфат (AMP), аденозин дифосфат (ADP) и аденозин трифосфат (ATP) принадлежат към клас съединения, наречени нуклеотиди. Нуклеотидната молекула се състои от петвъглеродна захар, азотна основа и фосфорна киселина. В молекулата на AMP захарта е представена от рибоза, а основата е аденин. В молекулата на ADP има две фосфатни групи и три в молекулата на ATP.
ATP стойност
Когато АТФ се разгражда на АДФи се освобождава енергия от неорганичен фосфат (Pn):
Реакцията протича с абсорбцията на вода, т.е. представлява хидролиза (в нашата статия сме се сблъсквали с този много често срещан тип биохимични реакции много пъти). Третата фосфатна група, отделена от АТФ, остава в клетката под формата на неорганичен фосфат (Pn). Добивът на свободна енергия за тази реакция е 30,6 kJ на 1 mol ATP.
От ADFи фосфат, АТФ може да се синтезира отново, но това изисква изразходване на 30,6 kJ енергия на 1 мол новообразуван АТФ.
В тази реакция, наречена реакция на кондензация, се отделя вода. Добавянето на фосфат към ADP се нарича реакция на фосфорилиране. И двете уравнения по-горе могат да се комбинират:
Тази обратима реакция се катализира от ензим, т.нар АТФаза.
Всички клетки, както вече беше споменато, се нуждаят от енергия, за да изпълняват своята работа, и за всички клетки на всеки организъм източникът на тази енергия е служи като АТФ. Следователно АТФ се нарича "универсален енергиен носител" или "енергийна валута" на клетките. Подходяща аналогия е електрически батерии. Спомнете си защо не ги използваме. С тяхна помощ ние можем да получим светлина в един случай, звук в друг, понякога механично движение, а понякога наистина имаме нужда от тях Електрическа енергия. Удобството на батериите е, че можем да използваме един и същ източник на енергия - батерия - за различни цели, в зависимост от това къде я поставяме. АТФ играе същата роля в клетките. Той доставя енергия за такива разнообразни процеси като мускулна контракция, предаване на нервни импулси, активен транспорт на вещества или синтез на протеини и всички други видове клетъчна дейност. За да направите това, той трябва просто да бъде „свързан“ със съответната част от клетъчния апарат.
Аналогията може да бъде продължена. Батериите първо трябва да бъдат произведени и някои от тях (акумулаторни), точно като , могат да бъдат презареждани. Когато батериите се произвеждат във фабрика, определено количество енергия трябва да се съхранява в тях (и по този начин да се консумира от фабриката). Синтезът на АТФ също изисква енергия; неговият източник е окислението на органичните вещества по време на дишането. Тъй като по време на процеса на окисление се освобождава енергия за фосфорилиране на ADP, такова фосфорилиране се нарича окислително фосфорилиране. По време на фотосинтезата АТФ се произвежда от светлинна енергия. Този процес се нарича фотофосфорилиране (вижте раздел 7.6.2). В клетката има и „фабрики“, които произвеждат по-голямата част от АТФ. Това са митохондриите; те съдържат химически „монтажни линии“, на които в процеса се образува АТФ аеробно дишане. И накрая, разредените „батерии“ също се презареждат в клетката: след като АТФ, след като освободи съдържащата се в него енергия, се преобразува в ADP и Fn, той може бързо да се синтезира отново от ADP и Fn благодарение на енергията, получена в процеса на дишане от окисляването на нови порции органична материя.
количество АТФв клетка навсякъде този моментмного малък. Следователно, в ATFчовек трябва да вижда само носителя на енергията, а не нейното депо. Вещества като мазнини или гликоген се използват за дългосрочно съхранение на енергия. Клетките са много чувствителни към нивата на АТФ. С увеличаване на скоростта на използването му, скоростта на дихателния процес, който поддържа това ниво, също се увеличава.
Роля на АТФкато свързваща връзка между клетъчното дишане и процесите, включващи консумация на енергия, се вижда от фигурата.Тази диаграма изглежда проста, но илюстрира много важен модел.
Следователно може да се каже, че като цяло функцията на дишането е да произвеждат АТФ.
Нека обобщим накратко казаното по-горе.
1. Синтезът на АТФ от АДФ и неорганичен фосфат изисква 30,6 kJ енергия на 1 мол АТФ.
2. АТФ присъства във всички живи клетки и следователно е универсален носител на енергия. Не се използват други енергоносители. Това опростява въпроса - необходимият клетъчен апарат може да бъде по-прост и да работи по-ефективно и икономично.
3. ATP лесно доставя енергия до всяка част от клетката за всеки процес, който изисква енергия.
4. ATP бързо освобождава енергия. Това изисква само една реакция - хидролиза.
5. Скоростта на производство на АТФ от АДФ и неорганичен фосфат (скорост на дихателния процес) се регулира лесно според нуждите.
6. АТФ се синтезира по време на дишане поради химическа енергия, освободена по време на окисляването на органични вещества като глюкоза, и по време на фотосинтеза поради слънчева енергия. Образуването на АТФ от АДФ и неорганичен фосфат се нарича реакция на фосфорилиране. Ако енергията за фосфорилиране се доставя чрез окисляване, тогава говорим за окислително фосфорилиране (този процес протича по време на дишане), но ако за фосфорилиране се използва светлинна енергия, тогава процесът се нарича фотофосфорилиране (това се случва по време на фотосинтезата).
