Амьд организмын эсийн хамгийн чухал бодис бол аденозин трифосфат эсвэл аденозин трифосфат юм. Хэрэв бид энэ нэрний товчлолыг оруулбал ATP-ийг авна. Энэ бодис нь нуклеозидын трифосфатын бүлэгт багтдаг бөгөөд амьд эс дэх бодисын солилцооны үйл явцад тэргүүлэх үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд тэдгээрт орлуулшгүй эрчим хүчний эх үүсвэр болдог.
ATP-ийг нээсэн хүмүүс нь Харвардын Халуун орны Анагаах Ухааны Сургуулийн биохимич Йеллапрагада Суббарао, Карл Лохман, Сайрус Фиске нар байв. Энэхүү нээлт нь 1929 онд болсон бөгөөд амьд системийн биологийн томоохон үйл явдал болсон юм. Хожим нь 1941 онд Германы биохимич Фриц Липманн эсэд агуулагдах ATP нь энергийн гол тээвэрлэгч гэдгийг олж мэдсэн.
ATP бүтэц
Энэ молекул нь системчилсэн нэртэй бөгөөд дараах байдлаар бичигдсэн байдаг: 9-β-D-рибофураносиладенин-5′-трифосфат, эсвэл 9-β-D-рибофуранозил-6-амино-пурин-5′-трифосфат. Ямар нэгдлүүд ATP-ийг бүрдүүлдэг вэ? Химийн хувьд энэ нь аденозин трифосфатын эфир юм. аденин ба рибозын дериватив. Энэ бодис нь пурины азотын суурь болох адениныг рибозын 1′-нүүрстөрөгчтэй β-N-гликозидын холбоо ашиглан нэгтгэснээр үүсдэг. Дараа нь α-, β-, γ-фосфорын хүчлийн молекулуудыг рибозын 5′-нүүрстөрөгчид дараалан нэмнэ.
Тиймээс ATP молекул нь аденин, рибоз, гурван фосфорын хүчлийн үлдэгдэл зэрэг нэгдлүүдийг агуулдаг. ATP бол их хэмжээний энерги ялгаруулдаг бонд агуулсан тусгай нэгдэл юм. Ийм холбоо, бодисыг өндөр энерги гэж нэрлэдэг. ATP молекулын эдгээр бондын гидролизийн явцад 40-60 кЖ/моль энерги ялгардаг бөгөөд энэ үйл явц нь нэг эсвэл хоёр фосфорын хүчлийн үлдэгдлийг арилгах замаар явагддаг.
Эдгээр химийн урвалууд ингэж бичигдсэн байдаг:
- 1). ATP + ус → ADP + фосфорын хүчил + энерги;
- 2). ADP + ус →AMP + фосфорын хүчил + энерги.
Эдгээр урвалын явцад ялгарсан энерги нь тодорхой эрчим хүчний орцыг шаарддаг цаашдын биохимийн процессуудад ашиглагддаг.
Амьд организм дахь ATP-ийн үүрэг. Түүний функцууд
ATP ямар үүрэг гүйцэтгэдэг вэ?Юуны өмнө эрчим хүч. Дээр дурдсанчлан, аденозин трифосфатын гол үүрэг нь амьд организм дахь биохимийн процессыг эрчим хүчээр хангах явдал юм. Энэ үүрэг нь хоёр өндөр энергийн холбоо байдаг тул ATP нь их хэмжээний энерги зарцуулдаг физиологийн болон биохимийн олон процессуудад эрчим хүчний эх үүсвэр болдогтой холбоотой юм. Ийм үйл явц нь бие махбод дахь нарийн төвөгтэй бодисын нийлэгжилтийн бүх урвал юм. Энэ нь юуны түрүүнд молекулуудыг идэвхтэй дамжуулах явдал юм эсийн мембранууд, үүнд хоорондын мембраныг бий болгоход оролцох цахилгаан потенциал, булчингийн агшилтын хэрэгжилт.
Дээрхээс гадна бид хэд хэдэн зүйлийг жагсаав. ATP-ийн чухал үүрэг гүйцэтгэдэггүйгэх мэт:
Бие махбодид ATP хэрхэн үүсдэг вэ?
Аденозин трифосфорын хүчлийн нийлэгжилт үргэлжилж байна, учир нь биеийн хэвийн үйл ажиллагаанд эрчим хүч үргэлж хэрэгтэй байдаг. Ямар ч үед энэ бодис маш бага байдаг - ойролцоогоор 250 грамм нь "бороотой өдөр"-ийн "яаралтай байдлын нөөц" юм. Өвчин эмгэгийн үед энэ хүчлийн нийлэгжилт эрчимтэй явагддаг, учир нь дархлааны тогтолцооны үйл ажиллагаанд маш их энерги шаардагддаг. ялгаруулах систем, түүнчлэн шаардлагатай биеийн дулааны зохицуулалтын систем үр дүнтэй тэмцэлөвчний эхэн үед.
Аль эсүүд хамгийн их ATP агуулдаг вэ? Эдгээр нь булчин ба мэдрэлийн эд эсийн эсүүд юм, учир нь энерги солилцох үйл явц хамгийн эрчимтэй явагддаг. Энэ нь ойлгомжтой, учир нь булчингууд нь булчингийн утаснуудын агшилтыг шаарддаг хөдөлгөөнд оролцдог бөгөөд мэдрэлийн эсүүд цахилгаан импульс дамжуулдаг бөгөөд үүнгүйгээр биеийн бүх тогтолцооны үйл ажиллагаа боломжгүй юм. Тиймээс эс өөрчлөгдөөгүй хэвээр байх нь маш чухал юм өндөр түвшинаденозин трифосфат.
Бие махбодид аденозин трифосфатын молекулууд хэрхэн үүсдэг вэ? Тэдгээр нь гэж нэрлэгддэг зүйлээр үүсгэгддэг ADP-ийн фосфоржилт (аденозин дифосфат). Энэхүү химийн урвал дараах байдалтай байна.
ADP + фосфорын хүчил + энерги → ATP + ус.
ADP-ийн фосфоржилт нь фермент, гэрэл зэрэг катализаторын оролцоотойгоор явагддаг бөгөөд үүнийг аль нэгээр нь гүйцэтгэдэг. гурван арга:
Исэлдэлтийн болон субстратын фосфоржилтын аль аль нь ийм синтезийн явцад исэлдсэн бодисын энергийг ашигладаг.
Дүгнэлт
Аденозин трифосфорын хүчил- Энэ бол биед хамгийн их шинэчлэгддэг бодис юм. Аденозин трифосфатын молекул дунджаар хэр удаан амьдардаг вэ? Жишээлбэл, хүний биед түүний амьдрах хугацаа нэг минутаас бага байдаг тул ийм бодисын нэг молекул өдөрт 3000 хүртэл удаа үүсч, ялзардаг. Гайхалтай нь өдрийн цагаар Хүний биеЭнэ бодисын 40 кг орчим нийлэгждэг! Энэхүү "дотоод эрчим хүчний" хэрэгцээ нь бидний хувьд маш их юм!
ATP-ийн нийлэгжилт, цаашдын ашиглалтын бүх мөчлөг нь амьд биет дэх бодисын солилцооны үйл явцад эрчим хүчний түлш болгон ашиглах нь энэ организм дахь энергийн солилцооны мөн чанарыг илэрхийлдэг. Тиймээс аденозин трифосфат нь амьд организмын бүх эсийн хэвийн үйл ажиллагааг хангадаг нэг төрлийн "батерей" юм.
Эсийн энергийн гол эх үүсвэр нь хүчилтөрөгчийн тусламжтайгаар исэлддэг нүүрс ус, өөх тос, уураг зэрэг шим тэжээл юм. Ажлын улмаас бараг бүх нүүрс ус, биеийн эсэд хүрэхээс өмнө ходоод гэдэсний замба элэг нь глюкоз болж хувирдаг. Нүүрс устай хамт уураг нь амин хүчлүүд, липидүүд нь өөх тосны хүчлүүд болж задардаг. Эсэд шим тэжээл нь хүчилтөрөгчийн нөлөөн дор исэлдэж, энерги ялгаруулах урвал, түүний ашиглалтыг хянадаг ферментийн оролцоотойгоор исэлддэг. Бараг бүх исэлдэлтийн урвалууд митохондрид тохиолддог бөгөөд ялгарсан энерги нь өндөр энергитэй нэгдэл - ATP хэлбэрээр хадгалагддаг. Дараа нь энэ нь эсийн доторх бодисын солилцооны үйл явцыг эрчим хүчээр хангахад хэрэглэгддэг шим тэжээл биш харин ATP юм.
ATP молекул нь: (1) азотын суурь аденин; (2) пентозын нүүрсустөрөгчийн рибоз, (3) фосфорын хүчлийн гурван үлдэгдэл. Сүүлийн хоёр фосфат нь бие биетэйгээ болон бусад молекулуудтай өндөр энергитэй фосфатын холбоогоор холбогддог бөгөөд үүнийг ATP томьёо дээр ~ тэмдгээр тэмдэглэв. Биеийн физик, химийн нөхцлөөс хамааран ийм холбоо тус бүрийн энерги нь 1 моль ATP тутамд 12,000 калори байдаг бөгөөд энэ нь ердийн химийн бондын энергиээс хэд дахин их байдаг тул фосфатын холбоог өндөр гэж нэрлэдэг. эрчим хүч. Түүгээр ч зогсохгүй эдгээр холболтууд амархан устаж, хэрэгцээ гармагц эсийн доторх процессыг эрчим хүчээр хангадаг.
Эрчим хүч ялгарах үед ATP нь фосфатын бүлгийг өгч, аденозин дифосфат болдог. Гарсан энерги нь эсийн бараг бүх үйл явцад, жишээлбэл, биосинтезийн урвал, булчингийн агшилт зэрэгт ашиглагддаг.
ATP-ийн нөөцийг нөхөх нь энергийн зардлаар ADP-ийг фосфорын хүчлийн үлдэгдэлтэй дахин нэгтгэх замаар явагддаг. шим тэжээл. Энэ үйл явц дахин дахин давтагдана. ATP нь байнга зарцуулагдаж, хадгалагддаг тул үүнийг эсийн энергийн валют гэж нэрлэдэг. ATP эргэлтийн хугацаа хэдхэн минут байна.
Митохондри дахь үүрэг химийн урвал ATP үүсэх. Глюкоз нь эсэд ороход цитоплазмын ферментийн нөлөөн дор пирувийн хүчил болж хувирдаг (энэ процессыг гликолиз гэж нэрлэдэг). Энэ процесст ялгарсан энерги нь бага хэмжээний ADP-ийг ATP болгон хувиргахад зарцуулагддаг бөгөөд энэ нь нийт эрчим хүчний нөөцийн 5% -иас бага хувийг эзэлдэг.
ATP синтез нь 95% нь митохондрид явагддаг. Пирувийн хүчил, тосны хүчилнүүрс ус, өөх тос, уурагаас бүрдэх амин хүчлүүд нь эцэстээ митохондрийн матрицад "ацетил-КоА" хэмээх нэгдэл болж хувирдаг. Энэ нэгдэл нь эргээд хэд хэдэн ферментийн урвалд ордог нийтлэг нэр"трикарбоксилын хүчлийн мөчлөг" эсвэл "Кребсийн мөчлөг" нь түүний энергийг гадагшлуулах. Трикарбоксилын хүчлийн мөчлөгт ацетил-КоА нь устөрөгчийн атом болон нүүрстөрөгчийн давхар ислийн молекулуудад задардаг. Нүүрстөрөгчийн давхар ислийг митохондриас ялгаж, дараа нь тархалтаар эсээс гаргаж, уушигаар дамжин биеэс гадагшилдаг.
Устөрөгчийн атомууд нь химийн хувьд маш идэвхтэй байдаг тул митохондрид тархах хүчилтөрөгчтэй шууд урвалд ордог. Энэ урвалаар ялгарах их хэмжээний энерги нь олон тооны ADP молекулуудыг ATP болгон хувиргахад зарцуулагддаг. Эдгээр урвалууд нь нэлээд төвөгтэй бөгөөд митохондрийн кристалын нэг хэсэг болох асар олон тооны ферментийн оролцоог шаарддаг. Эхний шатанд электрон устөрөгчийн атомаас салж, атом нь устөрөгчийн ион болж хувирдаг. Устөрөгчийн ионыг хүчилтөрөгч рүү нэмснээр процесс дуусдаг. Энэ урвалын үр дүнд ус, их хэмжээний энерги үүсдэг бөгөөд энэ нь митохондрийн кристалын гадаргуу дээр сүрьеэ хэлбэрээр цухуйсан том бөмбөрцөг уураг болох ATP синтетазын үйл ажиллагаанд шаардлагатай байдаг. Устөрөгчийн ионуудын энергийг ашигладаг энэ ферментийн үйл ажиллагааны дор ADP нь ATP болж хувирдаг. Шинэ ATP молекулууд митохондриас эсийн бүх хэсэгт, түүний дотор цөмд илгээгддэг бөгөөд энэ нэгдлийн энергийг янз бүрийн функцийг хангахад ашигладаг. ATP синтезийн энэ үйл явцыг ерөнхийд нь ATP үүсэх химиосмотик механизм гэж нэрлэдэг.
Шим тэжээлээр хангагдсан тохиолдолд ямар ч организм оршин тогтнох боломжтой гадаад орчинмөн түүний амин чухал үйл ажиллагааны бүтээгдэхүүн нь энэ орчинд ялгардаг. Эсийн дотор тасралтгүй, маш нарийн төвөгтэй химийн өөрчлөлтүүд явагддаг бөгөөд үүний ачаар эсийн биеийн бүрэлдэхүүн хэсгүүд шим тэжээлээс үүсдэг. Амьд организм дахь бодисын солилцоо, түүний байнгын шинэчлэл дагалддаг цогц үйл явцыг бодисын солилцоо гэж нэрлэдэг.
Шим тэжээлийг шингээх, шингээх, бий болгохоос бүрддэг ерөнхий бодисын солилцооны нэг хэсэг. бүтцийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдэсийг шингээх гэж нэрлэдэг - энэ бол бүтээлч солилцоо юм. Ерөнхий солилцооны хоёр дахь хэсэг нь диссимиляцийн процессуудаас бүрддэг, i.e. задрал ба исэлдэлтийн процессууд органик бодис, үүний үр дүнд эс энерги хүлээн авдаг нь энергийн солилцоо юм. Бүтээлч ба эрчим хүчний солилцоо нь нэг цогц юм.
Бүтээлч бодисын солилцооны явцад эс нь нэлээд хязгаарлагдмал тооны бага молекулын нэгдлүүдээс биеийнхээ биополимеруудыг нэгтгэдэг. Биосинтетик урвал нь янз бүрийн ферментийн оролцоотойгоор явагддаг бөгөөд эрчим хүч шаарддаг.
Амьд организм зөвхөн химийн холбоотой энергийг ашиглах боломжтой. Бодис бүр тодорхой хэмжээний боломжит энергитэй байдаг. Үүний үндсэн материал зөөгч нь химийн холбоо бөгөөд тэдгээрийн тасрах эсвэл хувирах нь энерги ялгарахад хүргэдэг. Эрчим хүчний түвшинзарим бонд нь 8-10 кЖ-ийн утгатай байдаг - эдгээр бондыг хэвийн гэж нэрлэдэг. Бусад бондууд нь илүү их энерги агуулдаг - 25-40 кЖ - эдгээр нь өндөр энергитэй бондууд юм. Ийм холбоо бүхий бараг бүх мэдэгдэж байгаа нэгдлүүд нь фосфор эсвэл хүхрийн атомуудыг агуулдаг бөгөөд тэдгээрийн молекул дахь эдгээр холбоо нь нутагшсан байдаг. Эсийн амьдралд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг нэгдлүүдийн нэг бол аденозин трифосфорын хүчил (ATP) юм.
Аденозин трифосфорын хүчил (ATP) нь органик суурь аденин (I), нүүрсустөрөгчийн рибоз (II), фосфорын хүчлийн гурван үлдэгдэл (III) зэргээс бүрдэнэ. Аденин ба рибозын нэгдлийг аденозин гэж нэрлэдэг. Пирофосфатын бүлгүүд нь ~-ээр тэмдэглэгдсэн өндөр энергийн холбоо байдаг. Усны оролцоотойгоор нэг ATP молекулын задрал нь фосфорын хүчлийн нэг молекулыг устгаж, 33-42 кЖ / мольтэй тэнцэх чөлөөт энерги ялгаруулдаг. ATP-тэй холбоотой бүх урвалыг ферментийн системээр зохицуулдаг.
Зураг 1. Аденозин трифосфорын хүчил (ATP)
Эс дэх энергийн солилцоо. ATP синтез
Амьсгалын явцад ATP нийлэгжилт нь митохондрийн мембранд явагддаг тул амьсгалын замын гинжин хэлхээний бүх фермент ба кофакторууд, исэлдэлтийн фосфоржилтын бүх ферментүүд эдгээр органеллд байрладаг.
ATP синтез нь ADP ба фосфатаас (P) хоёр H + ионыг салгах замаар явагддаг. баруун талмембран, В бодисыг багасгах явцад хоёр H + алдагдлыг нөхдөг. Фосфатын хүчилтөрөгчийн атомуудын нэг нь мембраны нөгөө тал руу шилжиж, зүүн хэсгээс хоёр H + ионыг нэгтгэж H 2 O үүсгэдэг. .Фосфорилын үлдэгдэл нь ADP-тэй нэгдэж ATP-ийг үүсгэдэг.
Зураг 2. Митохондрийн мембран дахь ATP-ийн исэлдэлт ба синтезийн схем
Организмын эсүүдэд ATP-д агуулагдах энергийг ашигладаг олон биосинтетик урвалыг судалсан бөгөөд энэ явцад карбоксил ба декарбоксилжилт, амидын бондын нийлэгжилт, энергийг ATP-ээс энерги шилжүүлэх чадвартай өндөр энергитэй нэгдлүүд үүсдэг. бодисын нийлэгжилтийн анаболик урвал явагддаг. Эдгээр урвалууд тоглодог чухал үүрэгургамлын организмын бодисын солилцооны үйл явцад.
ATP болон бусад өндөр энергитэй нуклеозидын полифосфатуудын (GTP, CTP, UGP) оролцоотойгоор нуклеотидын дериватив болох идэвхтэй завсрын нэгдлүүдийн нийлэгжилтээр моносахарид, амин хүчил, азотын суурь, ацилглицеролын молекулуудыг идэвхжүүлж болно. Жишээлбэл, ADP-глюкозын пирофосфорилаза ферментийн оролцоотойгоор цардуулын нийлэгжилтийн явцад глюкозын идэвхжүүлсэн хэлбэр үүсдэг - аденозин дифосфатын глюкоз нь молекулын бүтцийг бүрдүүлэх явцад глюкозын үлдэгдлийн донор болдог. энэ полисахарид.
ATP нийлэгжилт нь бүх организмын эсүүдэд фосфоржилтын явцад тохиолддог, i.e. ADP-д органик бус фосфат нэмэх. ADP-ийн фосфоржилтын энерги нь энергийн солилцооны явцад үүсдэг. Эрчим хүчний солилцоо буюу диссимиляци гэдэг нь энерги ялгарах дагалддаг органик бодисыг задлах урвалын цогц юм. Амьдрах орчноос хамааран диссимиляци хоёр, гурван үе шаттайгаар явагдана.
Ихэнх амьд организмд - хүчилтөрөгчийн орчинд амьдардаг аэробууд - задрах явцад гурван үе шат явагддаг: бэлтгэл, хүчилтөрөгчгүй ба хүчилтөрөгч, энэ үед органик бодисууд органик бус нэгдлүүд болж задардаг. Хүчилтөрөгчийн дутагдалтай орчинд амьдардаг, эсвэл хүчилтөрөгчийн дутагдалтай аэробуудад диссимиляци нь зөвхөн эхний хоёр үе шатанд завсрын бодис үүсэх замаар явагддаг. органик нэгдлүүд, эрчим хүчээр баялаг хэвээр байна.
Эхний шат - бэлтгэл - нарийн төвөгтэй органик нэгдлүүдийг ферментийн задралаас бүрддэг (уураг нь амин хүчил, өөх тосыг глицерин ба тосны хүчил, полисахаридыг моносахарид, нуклейн хүчлийг нуклеотид болгон хувиргах). Органик хүнсний субстратын задралыг өөр өөр түвшинолон эсийн организмын ходоод гэдэсний зам. Органик бодисын эсийн доторх задрал нь лизосомын гидролитик ферментийн нөлөөн дор явагддаг. Энэ тохиолдолд ялгарах энерги нь дулаан хэлбэрээр ялгардаг бөгөөд үүнээс үүссэн жижиг органик молекулууд нь цаашид задрах эсвэл эс өөрийн органик нэгдлүүдийг нийлэгжүүлэх "барилгын материал" болгон ашиглах боломжтой.
Хоёр дахь үе шат - бүрэн бус исэлдэлт (хүчилтөрөгчгүй) - эсийн цитоплазмд шууд тохиолддог, хүчилтөрөгч байх шаардлагагүй бөгөөд органик субстратын цаашдын задралаас бүрддэг. Эсийн энергийн гол эх үүсвэр нь глюкоз юм. Хүчилтөрөгчгүй, глюкозын бүрэн бус задралыг гликолиз гэж нэрлэдэг.
Гликолиз нь зургаан нүүрстөрөгчийн глюкозыг пирувийн хүчил (пируват, PVK) C3H4O3 гурван нүүрстөрөгчийн хоёр молекул болгон хувиргах олон үе шаттай ферментийн процесс юм. Гликолизийн урвалын үед их хэмжээний энерги ялгардаг - 200 кЖ / моль. Энэ энергийн нэг хэсэг (60%) нь дулаанаар ялгардаг, үлдсэн хэсэг нь (40%) нь ATP синтезд зарцуулагддаг.
Нэг глюкозын молекулын гликолизийн үр дүнд PVK, ATP, усны хоёр молекул, түүнчлэн NAD H хэлбэрээр эсэд хадгалагддаг устөрөгчийн атомууд үүсдэг. тодорхой тээвэрлэгчийн нэг хэсэг болох никотинамид аденин динуклеотид. Гликолизийн бүтээгдэхүүн болох пируват ба устөрөгчийн NADH хэлбэрийн цаашдын хувь заяа өөр өөр байж болно. Мөөгөнцөр эсвэл ургамлын эсэд хүчилтөрөгчийн дутагдалтай үед согтууруулах ундааны исгэх процесс үүсдэг - PVA нь этилийн спирт болж буурдаг.
Амьтны эсүүд түр зуурын хүчилтөрөгчийн дутагдалд ордог, жишээлбэл хүний булчингийн эсүүд хэт их байдаг Идэвхтэй хөдөлгөөн хийх, мөн түүнчлэн зарим бактериудад сүүн хүчлийн исгэх үйл явц явагддаг бөгөөд пируват нь сүүн хүчил болж буурдаг. Хүрээлэн буй орчинд хүчилтөрөгч байгаа тохиолдолд гликолизийн бүтээгдэхүүн нь эцсийн бүтээгдэхүүн болж задардаг.
Гурав дахь шат - бүрэн исэлдэлт (амьсгал) - хүчилтөрөгчийн заавал оролцоотойгоор явагддаг. Аэробик амьсгал нь митохондрийн дотоод мембран ба матриц дахь ферментээр хянагддаг урвалын гинжин хэлхээ юм. Митохондрид орсны дараа PVK нь матрицын ферментүүдтэй харилцан үйлчилж, үүсдэг: нүүрстөрөгчийн давхар исэл, эсээс зайлуулдаг; тээвэрлэгчдийн нэг хэсэг болох дотоод мембран руу чиглэсэн устөрөгчийн атомууд; ацетил коэнзим А (ацетил-КоА) нь трикарбоксилын хүчлийн мөчлөгт (Кребсийн мөчлөг) оролцдог. Кребсийн мөчлөг нь нэг ацетил-КоА молекул нь хоёр CO2 молекул, ATP молекул, дөрвөн хос устөрөгчийн атомыг үүсгэдэг дараалсан урвалын гинжин хэлхээ бөгөөд эдгээр нь зөөгч молекулууд болох NAD ба FAD (флавин аденины динуклеотид) руу шилждэг. Гликолиз ба Кребсийн мөчлөгийн нийт урвалыг дараах байдлаар илэрхийлж болно.
Тиймээс хүчилтөрөгчгүй диссимиляцийн үе шат ба Кребсийн мөчлөгийн үр дүнд глюкозын молекул нь органик бус нүүрстөрөгчийн давхар исэл (CO2) болж задардаг бөгөөд энэ тохиолдолд ялгарсан энерги нь ATP-ийн нийлэгжилтэд хэсэгчлэн зарцуулагддаг. голчлон электрон ачаалалтай NAD H2 ба FAD H2 зөөгчүүдэд хадгалагддаг. Тээвэрлэгч уургууд нь устөрөгчийн атомыг дотоод митохондрийн мембран руу зөөвөрлөж, мембранд баригдсан уургийн гинжин хэлхээний дагуу дамжуулдаг. Тээвэрлэлтийн гинжин хэлхээний дагуу бөөмсийг зөөвөрлөх нь протонууд нь мембраны гадна талд үлдэж, мембран хоорондын зайд хуримтлагдаж, H + нөөцлүүр болж, электронууд нь дотоод гадаргуу руу шилждэг. митохондрийн мембран бөгөөд тэдгээр нь эцэстээ хүчилтөрөгчтэй нэгддэг.
Электрон зөөвөрлөх гинжин хэлхээнд ферментүүдийн үйл ажиллагааны үр дүнд дотоод митохондрийн мембран нь дотроос сөрөг, гадна талаас эерэг (H-ийн улмаас) цэнэглэгддэг тул түүний гадаргуугийн хооронд потенциалын зөрүү үүсдэг. Ионы сувагтай ATP синтетаза ферментийн молекулууд митохондрийн дотоод мембранд суурилагдсан байдаг нь мэдэгдэж байна. Мембран дээрх потенциалын зөрүү хүрэх үед эгзэгтэй түвшин(200 мВ) эерэг цэнэгтэй H+ хэсгүүд нь цахилгаан талбайн хүчээр ATPase сувгаар шахагдаж, мембраны дотоод гадаргуу дээр нэг удаа хүчилтөрөгчтэй харилцан үйлчилж, ус үүсгэдэг.
Молекулын түвшинд метаболизмын хэвийн үйл явц нь катаболизм ба анаболизмын үйл явцын зохицолтой хослуулсантай холбоотой юм. Катаболик үйл явц тасалдсан тохиолдолд юуны түрүүнд эрчим хүчний хүндрэл үүсч, ATP-ийн нөхөн төлжилт, биосинтезийн процесст шаардлагатай анхны анаболик субстратын нийлүүлэлт тасалддаг. Хариуд нь анхдагч буюу катаболик үйл явцын өөрчлөлттэй холбоотой анаболик үйл явцын гэмтэл нь функциональ чухал нэгдлүүд болох фермент, гормон гэх мэт нөхөн үржихүйн үйл ажиллагааг тасалдуулахад хүргэдэг.
Бодисын солилцооны гинжин хэлхээний янз бүрийн холбоосыг тасалдуулах нь тэгш бус үр дагаварт хүргэдэг. Хамгийн чухал, гүн эмгэг өөрчлөлтүүдкатаболизм нь эд эсийн амьсгалын ферментийг бөглөрөх, гипокси гэх мэт биологийн исэлдэлтийн систем гэмтсэн эсвэл эд эсийн амьсгал ба исэлдэлтийн фосфоржилтын механизмыг гэмтээж (жишээлбэл, тиротоксикозын үед эд эсийн амьсгал, исэлдэлтийн фосфоржилтыг салгах) үүсдэг. Эдгээр тохиолдолд эсүүд эрчим хүчний гол эх үүсвэрээ алдаж, катаболизмын бараг бүх исэлдэлтийн урвалууд хаагдсан эсвэл ATP молекулуудад ялгарсан энергийг хуримтлуулах чадвараа алддаг. Трикарбоксилын хүчлийн мөчлөгийн урвалыг дарангуйлах үед катаболизмаар эрчим хүчний үйлдвэрлэл ойролцоогоор гуравны хоёроор буурдаг.
Бие дэх ATP-ийн гол үүрэг нь олон тооны биохимийн урвалыг эрчим хүчээр хангахтай холбоотой юм. Хоёр өндөр энергийн холбоог зөөвөрлөгчийн хувьд ATP нь эрчим хүч зарцуулдаг олон биохими, физиологийн процессуудад шууд эрчим хүчний эх үүсвэр болдог. Энэ бүхэн нь бие махбод дахь нарийн төвөгтэй бодисын нийлэгжилтийн урвал юм: биологийн мембранаар дамжуулан молекулуудыг идэвхтэй шилжүүлэх, түүний дотор мембраны цахилгаан потенциалыг бий болгох; булчингийн агшилтын хэрэгжилт.
Амьд организмын био энергид мэдэгдэж байгаачлан хоёр гол зүйл чухал байдаг.
- a) химийн энерги нь органик субстратын исэлдэлтийн экзергон катаболик урвалын хамт ATP үүсэх замаар хадгалагддаг;
- б) химийн энергийг АТФ задрах, анаболизмын эндергоник урвалууд болон бусад эрчим хүч шаарддаг үйл явцын хамт ашигладаг.
ATP молекул яагаад түүнтэй таарч байна вэ гэсэн асуулт гарч ирнэ гол үүрэгбиоэнергид. Үүнийг шийдэхийн тулд ATP-ийн бүтцийг авч үзье ATP бүтэц - (рН 7.0 анионы тетра цэнэглэлтээр).
ATP нь термодинамик тогтворгүй нэгдэл юм. ATP-ийн тогтворгүй байдал нь нэгдүгээрт, ижил нэртэй сөрөг цэнэгийн бөөгнөрөл дэх электростатик түлхэлтээр тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь бүх молекулын хурцадмал байдалд хүргэдэг боловч холбоо нь хамгийн хүчтэй байдаг - P - O - P, хоёрдугаарт, тодорхой резонансаар. Сүүлчийн хүчин зүйлийн дагуу фосфорын атомуудын хооронд байрладаг хүчилтөрөгчийн атомын хуваагдаагүй хөдөлгөөнт электронуудын төлөөх өрсөлдөөн байдаг, учир нь фосфорын атом бүр нь P=O ба P-ийн электрон хүлээн авагчийн ихээхэн нөлөөллөөс болж хэсэгчилсэн эерэг цэнэгтэй байдаг. - О- бүлгүүд. Тиймээс ATP оршин тогтнох боломжийг молекул дахь эдгээр физик-химийн стрессийг нөхөх хангалттай хэмжээний химийн энерги байгаагаар тодорхойлдог. ATP молекул нь хоёр фосфоангидрид (пирофосфат) холбоог агуулдаг бөгөөд тэдгээрийн гидролиз нь чөлөөт энергийн мэдэгдэхүйц бууралт (рН 7.0 ба 37 ° C) дагалддаг.
ATP + H 2 O = ADP + H 3 PO 4 G0I = - 31.0 КЖ/моль.
ADP + H 2 O = AMP + H 3 PO 4 G0I = - 31.9 КЖ/моль.
Био энергийн гол асуудлын нэг бол амьд байгальд ADP-ийн фосфоржилтоор явагддаг ATP-ийн биосинтез юм.
ADP-ийн фосфоржилт нь эндергоник процесс бөгөөд эрчим хүчний эх үүсвэр шаарддаг. Өмнө дурьдсанчлан байгальд ийм хоёр эрчим хүчний эх үүсвэр давамгайлдаг - нарны энерги ба багассан органик нэгдлүүдийн химийн энерги. Ногоон ургамал болон зарим бичил биетүүд шингэсэн гэрлийн квантуудын энергийг химийн энерги болгон хувиргах чадвартай бөгөөд энэ нь фотосинтезийн гэрлийн үе шатанд ADP-ийн фосфоржилтод зарцуулагддаг. ATP нөхөн төлжих энэ үйл явцыг фотосинтезийн фосфоржилт гэж нэрлэдэг. Органик нэгдлүүдийн исэлдэлтийн энергийг аэробикийн нөхцөлд ATP-ийн макроэнергетик холбоо болгон хувиргах нь үндсэндээ исэлдэлтийн фосфоржилтоор дамждаг. ATP үүсэхэд шаардагдах чөлөөт энерги нь митохондри дахь амьсгалын исэлдэлтийн гинжин хэлхээнд үүсдэг.
ATP синтезийн өөр нэг хэлбэрийг субстратын фосфоржилт гэж нэрлэдэг. Электрон дамжуулалттай холбоотой исэлдэлтийн фосфоржилтоос ялгаатай нь ATP-ийг нөхөн сэргээхэд шаардлагатай идэвхжүүлсэн фосфорын бүлгийн донор (- PO3 H2) нь гликолиз ба трикарбоксилын хүчлийн мөчлөгийн завсрын хэсэг юм. Эдгээр бүх тохиолдолд исэлдэлтийн процесс нь өндөр энергитэй нэгдлүүд үүсэхэд хүргэдэг: 1,3-дифосфоглицерат (гликолиз), сукцинил-КоА (трикарбоксилын хүчлийн мөчлөг), эдгээр нь зохих ферментийн оролцоотойгоор ADP болон фолиляци хийх чадвартай. ATP үүсгэдэг. Субстратын түвшинд энерги хувирах нь агааргүй организмд ATP синтезийн цорын ганц арга зам юм. ATP синтезийн энэ үйл явц нь хадгалахад тусалдаг эрчимтэй ажил араг ясны булчингуудхугацаанд хүчилтөрөгчийн өлсгөлөн. Энэ нь митохондригүй боловсорч гүйцсэн улаан эсийн ATP синтезийн цорын ганц зам гэдгийг санах нь зүйтэй.
Фосфорын хүчлийн хоёр үлдэгдэл нэгддэг аденил нуклеотид нь эсийн биоэнергетикт онцгой чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ бодисыг аденозин трифосфорын хүчил (ATP) гэж нэрлэдэг. Эрчим хүч нь ATP молекулын фосфорын хүчлийн үлдэгдэл хоорондын химийн холбоонд хуримтлагддаг бөгөөд органик фосфоритыг салгахад ялгардаг.
ATP = ADP+P+E,
Энд F нь фермент, E нь ялгаруулах энерги юм. Энэ урвалын үед аденозин фосфорын хүчил (ADP) үүсдэг - ATP молекулын үлдэгдэл ба органик фосфат. Бүх эсүүд ATP энергийг биосинтезийн үйл явц, хөдөлгөөн, дулаан үйлдвэрлэх, мэдрэлийн импульс, гэрэлтэх (жишээлбэл, гэрэлтдэг бактери), өөрөөр хэлбэл бүх амин чухал үйл явцад ашигладаг.
ATP бол бүх нийтийн биологийн энергийн хуримтлуулагч юм. Хэрэглэсэн хоолонд агуулагдах гэрлийн энерги нь ATP молекулуудад хадгалагддаг.
Эс дэх ATP-ийн нийлүүлэлт бага байдаг. Тиймээс булчин дахь ATP нөөц нь 20-30 агшилтанд хангалттай байдаг. Хүчтэй, гэхдээ богино хугацааны ажил хийх үед булчингууд нь зөвхөн тэдгээрт агуулагдах ATP задралын улмаас ажилладаг. Ажил дууссаны дараа хүн маш их амьсгалдаг - энэ хугацаанд нүүрс ус болон бусад бодисууд задарч (эрчим хүч хуримтлагдаж), эсийн ATP-ийн хангамж сэргээгддэг.
Эрчим хүчний ATP-ээс гадна энэ нь бие махбодид бусад хэд хэдэн үүргийг гүйцэтгэдэг чухал функцууд:
- · Бусад нуклеозид трифосфатуудтай хамт ATP нь нуклейн хүчлүүдийн нийлэгжилтийн эхлэлийн бүтээгдэхүүн юм.
- · Үүнээс гадна ATP нь биохимийн олон процессыг зохицуулахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Олон тооны ферментийн аллостерийн эффектор болох ATP нь тэдгээрийн зохицуулалтын төвүүдэд нэгдэж, үйл ажиллагааг нь сайжруулж эсвэл дарангуйлдаг.
- · ATP нь мөн эсийн дотор дааврын дохио дамжуулах хоёрдогч элч болох цикл аденозин монофосфатын нийлэгжилтийн шууд урьдал бодис юм.
ATP нь синапс дахь дамжуулагчийн үүргийг бас мэддэг.
Зураг нь хоёр аргыг харуулж байна ATP бүтцийн зураг. Аденозин монофосфат (AMP), аденозин дифосфат (ADP), аденозин трифосфат (ATP) нь нуклеотид гэж нэрлэгддэг нэгдлүүдийн ангилалд багтдаг. Нуклеотидын молекул нь таван нүүрстөрөгчийн сахар, азотын суурь, фосфорын хүчлээс бүрдэнэ. AMP молекул дахь элсэн чихэр нь рибозоор илэрхийлэгддэг ба суурь нь аденин юм. ADP молекулд хоёр фосфатын бүлэг, ATP молекулд гурван фосфатын бүлэг байдаг.
ATP утга
ATP нь ADP болж задрах үедболон органик бус фосфат (Pn) энерги ялгардаг.
Урвал нь ус шингээх үед үүсдэг, өөрөөр хэлбэл энэ нь гидролизийг илэрхийлдэг (бидний нийтлэлд бид ийм түгээмэл биохимийн урвалтай олон удаа тулгарсан). ATP-ээс салсан гурав дахь фосфатын бүлэг нь эсэд органик бус фосфат (Pn) хэлбэрээр үлддэг. Энэ урвалын чөлөөт энергийн гарц нь 1 моль ATP тутамд 30.6 кЖ байна.
ADF-ээсболон фосфат, ATP дахин нийлэгжих боломжтой боловч шинээр үүссэн ATP-ийн 1 моль тутамд 30.6 кЖ энерги зарцуулах шаардлагатай.
Энэ урвалд, конденсацийн урвал гэж нэрлэгддэг, ус ялгардаг. ADP-д фосфат нэмэхийг фосфоржих урвал гэж нэрлэдэг. Дээрх хоёр тэгшитгэлийг нэгтгэж болно:
Энэхүү урвуу урвалыг фермент гэж нэрлэдэг ATPase.
Өмнө дурьдсанчлан бүх эсүүд ажлаа гүйцэтгэхийн тулд эрчим хүч шаарддаг бөгөөд аливаа организмын бүх эсийн хувьд энэ энергийн эх үүсвэр нь байдаг. ATP үүрэг гүйцэтгэдэг. Тиймээс ATP-ийг эсийн "бүх нийтийн эрчим хүчний тээвэрлэгч" буюу "энергийн валют" гэж нэрлэдэг. Тохиромжтой зүйрлэл цахилгаан батерейнууд. Бид яагаад тэдгээрийг ашигладаггүйг санаарай. Тэдгээрийн тусламжтайгаар бид нэг тохиолдолд гэрэл, өөр тохиолдолд дуу чимээ, заримдаа механик хөдөлгөөн, заримдаа тэднээс бодит цахилгаан эрчим хүч шаарддаг. Батерейны тав тухтай байдал нь бид ижил эрчим хүчний эх үүсвэр болох батерейг хаана байрлуулахаас хамаарч янз бүрийн зориулалтаар ашиглах боломжтой юм. ATP нь эсүүдэд ижил үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ нь булчингийн агшилт, мэдрэлийн импульс дамжуулах, бодисын идэвхтэй тээвэрлэлт, уургийн нийлэгжилт, бусад бүх төрлийн эсийн үйл ажиллагааг эрчим хүчээр хангадаг. Үүнийг хийхийн тулд энэ нь зүгээр л эсийн аппаратын холбогдох хэсэгт "холбогдсон" байх ёстой.
Аналогийг үргэлжлүүлж болно. Батерейг эхлээд үйлдвэрлэсэн байх ёстой бөгөөд тэдгээрийн заримыг нь (цэнэглэдэг) яг адил цэнэглэж болно. Батерейг үйлдвэрт үйлдвэрлэхэд тэдгээрт тодорхой хэмжээний эрчим хүч хуримтлагдах ёстой (мөн үйлдвэрт зарцуулдаг). ATP синтез нь мөн эрчим хүч шаарддаг; түүний эх үүсвэр нь амьсгалах явцад органик бодисын исэлдэлт юм. ADP-ийг фосфоржуулах исэлдэлтийн явцад энерги ялгардаг тул ийм фосфоржилтыг исэлдэлтийн фосфоржилт гэж нэрлэдэг. Фотосинтезийн явцад ATP нь гэрлийн энергиэс үүсдэг. Энэ процессыг фотофосфоризаци гэж нэрлэдэг (7.6.2-ыг үзнэ үү). Мөн эсэд ATP-ийн ихэнх хэсгийг үйлдвэрлэдэг "үйлдвэрүүд" байдаг. Эдгээр нь митохондри юм; тэдгээр нь процессын явцад ATP үүсдэг химийн "угсрах шугам" агуулдаг аэробик амьсгал. Эцэст нь цэнэггүй болсон "батерей" нь эсэд цэнэглэгддэг: ATP нь түүнд агуулагдах энергийг гаргаж, ADP ба Fn болж хувирсны дараа процесст хүлээн авсан энергийн улмаас ADP ба Fn-ээс дахин хурдан нийлэгждэг. органик бодисын шинэ хэсгүүдийн исэлдэлтээс амьсгалах.
ATP-ийн хэмжээхаана ч байсан торонд Энэ мөчмаш жижиг. Тиймээс ATF-дХүн зөвхөн эрчим хүчний тээвэрлэгчийг харах ёстой, харин түүний агуулахыг биш. Өөх тос эсвэл гликоген зэрэг бодисыг эрчим хүчний урт хугацааны хуримтлалд ашигладаг. Эсүүд ATP-ийн түвшинд маш мэдрэмтгий байдаг. Ашиглалтын хурд нэмэгдэхийн хэрээр энэ түвшинг хадгалах амьсгалын үйл явцын хурд нэмэгддэг.
ATP-ийн үүрэгэсийн амьсгал ба эрчим хүчний зарцуулалттай холбоотой үйл явцын холбогч холбоос болох нь зурагнаас харагдаж байна.Энэ диаграм нь энгийн мэт боловч маш чухал зүй тогтолыг харуулж байна.
Тиймээс амьсгалын үйл ажиллагаа нь ерөнхийдөө гэж хэлж болно ATP үүсгэдэг.
Дээр хэлсэн зүйлийг товчхон хэлье.
1. ADP ба органик бус фосфатаас ATP-ийн нийлэгжилтэнд 1 моль ATP-д 30.6 кЖ энерги шаардагдана.
2. ATP нь бүх амьд эсэд байдаг тул энергийн бүх нийтийн тээвэрлэгч юм. Бусад эрчим хүчний тээвэрлэгчийг ашигладаггүй. Энэ нь асуудлыг хялбаршуулдаг - шаардлагатай үүрэн аппарат нь илүү энгийн бөгөөд илүү үр ашигтай, хэмнэлттэй ажиллах боломжтой.
3. ATP нь энерги шаардагдах аливаа процесст эсийн аль ч хэсэгт энергийг хялбархан хүргэдэг.
4. ATP нь эрчим хүчийг хурдан ялгаруулдаг. Энэ нь зөвхөн нэг урвал шаарддаг - гидролиз.
5. ADP ба органик бус фосфатаас (амьсгалын үйл явцын хурд) ATP үйлдвэрлэх хурдыг хэрэгцээнд тохируулан хялбархан тохируулдаг.
6. Глюкоз зэрэг органик бодисыг исэлдүүлэх явцад ялгарах химийн энергийн улмаас амьсгалах үед, нарны энергийн нөлөөгөөр фотосинтезийн үед АТФ нийлэгдэнэ. ADP ба органик бус фосфатаас ATP үүсэхийг фосфоржих урвал гэж нэрлэдэг. Хэрэв фосфоржилтын энерги нь исэлдэлтээр хангагддаг бол бид исэлдэлтийн фосфоржилтын тухай ярьдаг (энэ үйл явц нь амьсгалын үед тохиолддог), гэхдээ гэрлийн энергийг фосфоржилтод ашигладаг бол үйл явцыг фотофосфоржилт гэж нэрлэдэг (энэ нь фотосинтезийн үед тохиолддог).
