Canlı organizmaların hücrelerindeki en önemli madde adenozin trifosfat veya adenozin trifosfattır. Bu ismin kısaltmasını girersek ATP elde ederiz. Bu madde nükleosid trifosfatlar grubuna aittir ve canlı hücrelerdeki metabolik süreçlerde öncü bir rol oynayarak onlar için yeri doldurulamaz bir enerji kaynağıdır.
ATP'nin kaşifleri, Harvard Tropikal Tıp Okulu'ndan Yellapragada Subbarao, Karl Lohman ve Cyrus Fiske'den biyokimyacılardı. Keşif 1929'da gerçekleşti ve canlı sistemlerin biyolojisinde önemli bir dönüm noktası oldu. Daha sonra 1941'de Alman biyokimyacı Fritz Lipmann, hücrelerdeki ATP'nin enerjinin ana taşıyıcısı olduğunu keşfetti.
ATP yapısı
Bu molekülün sistematik bir adı vardır ve şu şekilde yazılır: 9-β-D-ribofuranosiladenin-5'-trifosfat veya 9-β-D-ribofuranosil-6-amino-purin-5'-trifosfat. ATP'yi hangi bileşikler oluşturur? Kimyasal olarak adenosin trifosfat esterdir. adenin ve ribozun türevi. Bu madde, bir pürin azotlu bazı olan adeninin, bir β-N-glikosidik bağ kullanılarak ribozun 1'-karbonu ile birleştirilmesiyle oluşur. α-, β- ve γ-fosforik asit molekülleri daha sonra sırayla ribozun 5′-karbonuna eklenir.
Dolayısıyla ATP molekülü adenin, riboz ve üç fosforik asit kalıntısı gibi bileşikler içerir. ATP, büyük miktarda enerji açığa çıkaran bağlar içeren özel bir bileşiktir. Bu tür bağ ve maddelere yüksek enerji denir. ATP molekülünün bu bağlarının hidrolizi sırasında 40 ila 60 kJ/mol arasında bir miktarda enerji açığa çıkar ve bu işleme bir veya iki fosforik asit kalıntısının ortadan kaldırılması eşlik eder.
Bu kimyasal reaksiyonlar bu şekilde yazılıyor:
- 1). ATP + su → ADP + fosforik asit + enerji;
- 2). ADP + su →AMP + fosforik asit + enerji.
Bu reaksiyonlar sırasında açığa çıkan enerji, belirli enerji girdileri gerektiren ileri biyokimyasal işlemlerde kullanılır.
ATP'nin canlı bir organizmadaki rolü. İşlevleri
ATP hangi işlevi yerine getirir? Her şeyden önce enerji. Yukarıda bahsedildiği gibi adenosin trifosfatın ana rolü, canlı bir organizmadaki biyokimyasal süreçler için enerji sağlamaktır. Bu rol, iki yüksek enerjili bağın varlığı nedeniyle ATP'nin, büyük enerji girdisi gerektiren birçok fizyolojik ve biyokimyasal süreç için bir enerji kaynağı olarak hareket etmesinden kaynaklanmaktadır. Bu tür süreçlerin tümü vücuttaki karmaşık maddelerin sentezinin reaksiyonlarıdır. Bu, her şeyden önce moleküllerin aktif transferidir. hücre zarları zarlar arası oluşumuna katılım dahil elektrik potansiyeli ve kas kasılmasının uygulanması.
Yukarıdakilere ek olarak birkaç tane daha listeliyoruz: ATP'nin daha az önemli işlevleri yok, örneğin:
ATP vücutta nasıl oluşur?
Adenozin trifosforik asit sentezi devam ediyorÇünkü vücudun normal işleyişi için her zaman enerjiye ihtiyacı vardır. Herhangi bir anda bu maddeden çok az miktarda bulunur - yaklaşık 250 gram, bu da "yağmurlu bir gün" için "acil durum rezervidir". Hastalık sırasında bu asidin yoğun bir sentezi olur, çünkü bağışıklık sisteminin çalışması için çok fazla enerji gerekir ve boşaltım sistemleri ve vücudun termoregülasyon sistemi için gerekli olan etkili mücadele hastalığın başlangıcı ile.
Hangi hücreler en fazla ATP'ye sahiptir? Bunlar kas ve sinir dokusu hücreleridir, çünkü enerji değişim süreçleri içlerinde en yoğun şekilde meydana gelir. Ve bu açıktır, çünkü kaslar, kas liflerinin kasılmasını gerektiren harekete katılır ve nöronlar, tüm vücut sistemlerinin işleyişinin imkansız olduğu elektriksel uyarıları iletir. Bu nedenle hücrenin değişmeden kalması ve korunması çok önemlidir. yüksek seviye adenozin trifosfat.
Adenozin trifosfat molekülleri vücutta nasıl oluşabilir? Sözde tarafından oluşturulurlar ADP'nin fosforilasyonu (adenozin difosfat). Bu kimyasal reaksiyon şuna benzer:
ADP + fosforik asit + enerji → ATP + su.
ADP'nin fosforilasyonu, enzimler ve ışık gibi katalizörlerin katılımıyla meydana gelir ve aşağıdakilerden biri tarafından gerçekleştirilir: üç yol:
Hem oksidatif hem de substrat fosforilasyonu, bu sentez sırasında oksitlenen maddelerin enerjisini kullanır.
Çözüm
Adenozin trifosforik asit- Vücutta en sık yenilenen maddedir. Bir adenozin trifosfat molekülü ortalama ne kadar süre yaşar? Örneğin insan vücudunda ömrü bir dakikadan kısa olduğundan, böyle bir maddenin bir molekülü günde 3000 defaya kadar doğar ve bozunur. Şaşırtıcı bir şekilde, gün boyunca insan vücudu bu maddenin yaklaşık 40 kg'ını sentezler! Bu “iç enerjiye” olan ihtiyacımız bizim için o kadar büyük ki!
ATP'nin canlı bir varlığın vücudundaki metabolik süreçler için enerji yakıtı olarak tüm sentez döngüsü ve daha fazla kullanılması, bu organizmadaki enerji metabolizmasının özünü temsil eder. Dolayısıyla adenozin trifosfat, canlı bir organizmanın tüm hücrelerinin normal çalışmasını sağlayan bir tür "pil" dir.
Hücrenin ana enerji kaynağı besinlerdir: oksijen yardımıyla oksitlenen karbonhidratlar, yağlar ve proteinler. Hemen hemen tüm karbonhidratlar, çalışmaları nedeniyle vücut hücrelerine ulaşmadan önce gastrointestinal sistem ve karaciğer glikoza dönüştürülür. Karbonhidratların yanı sıra proteinler de amino asitlere, lipitler de yağ asitlerine parçalanır. Hücrede besinler, oksijenin etkisi altında ve enerji salınım reaksiyonlarını ve kullanımını kontrol eden enzimlerin katılımıyla oksitlenir. Neredeyse tüm oksidatif reaksiyonlar mitokondride meydana gelir ve açığa çıkan enerji, yüksek enerjili bir bileşik olan ATP formunda depolanır. Daha sonra hücre içi metabolik süreçlere enerji sağlamak için kullanılan besinler değil ATP'dir.
ATP molekülü şunları içerir: (1) azotlu baz adenin; (2) pentoz karbonhidrat riboz, (3) üç fosforik asit kalıntısı. Son iki fosfat birbirlerine ve molekülün geri kalanına, ATP formülünde ~ sembolüyle gösterilen yüksek enerjili fosfat bağları ile bağlanır. Vücudun karakteristik fiziksel ve kimyasal koşullarına bağlı olarak, bu tür bağların her birinin enerjisi, 1 mol ATP başına 12.000 kaloridir; bu, sıradan bir kimyasal bağın enerjisinden çok daha yüksektir, bu nedenle fosfat bağlarına yüksek denir. enerji. Üstelik bu bağlantılar kolayca yok edilir ve hücre içi işlemlere ihtiyaç duyulduğu anda enerji sağlanır.
Enerji açığa çıktığında ATP bir fosfat grubu verir ve adenozin difosfata dönüşür. Açığa çıkan enerji hemen hemen tüm hücresel işlemlerde, örneğin biyosentez reaksiyonlarında ve kas kasılmasında kullanılır.
ATP rezervlerinin yenilenmesi, ADP'nin enerji pahasına bir fosforik asit kalıntısı ile yeniden birleştirilmesiyle gerçekleşir. besinler. Bu işlem defalarca tekrarlanır. ATP sürekli olarak tüketilir ve depolanır, bu nedenle hücrenin enerji para birimi olarak adlandırılır. ATP devir süresi yalnızca birkaç dakikadır.
Mitokondrinin rolü kimyasal reaksiyonlar ATP oluşumu. Glikoz hücreye girdiğinde sitoplazmik enzimlerin etkisi altında pirüvik asite dönüştürülür (bu işleme glikoliz denir). Bu süreçte açığa çıkan enerji, toplam enerji rezervlerinin %5'inden azını temsil eden az miktarda ADP'nin ATP'ye dönüştürülmesi için harcanır.
ATP sentezinin %95'i mitokondride gerçekleştirilir. Piruvik asit, yağ asidi sırasıyla karbonhidrat, yağ ve proteinlerden oluşan amino asitler, mitokondri matriksinde sonunda “asetil-CoA” adı verilen bileşiğe dönüştürülür. Bu bileşik sırasıyla bir dizi enzimatik reaksiyona girer. yaygın isim Enerjisini vermek için "trikarboksilik asit döngüsü" veya "Krebs döngüsü". Trikarboksilik asit döngüsünde asetil-CoA, hidrojen atomlarına ve karbondioksit moleküllerine parçalanır. Karbondioksit mitokondriden, daha sonra difüzyon yoluyla hücre dışına ve akciğerler yoluyla vücuttan uzaklaştırılır.
Hidrojen atomları kimyasal olarak çok aktiftir ve bu nedenle mitokondriye yayılan oksijenle hemen reaksiyona girer. Bu reaksiyonda açığa çıkan büyük miktardaki enerji, birçok ADP molekülünün ATP'ye dönüştürülmesi için kullanılır. Bu reaksiyonlar oldukça karmaşıktır ve mitokondriyal kristanın bir parçası olan çok sayıda enzimin katılımını gerektirir. İlk aşamada hidrojen atomundan bir elektron ayrılır ve atom bir hidrojen iyonuna dönüşür. İşlem, hidrojen iyonlarının oksijene eklenmesiyle sona erer. Bu reaksiyonun sonucunda, mitokondriyal kristaların yüzeyinde tüberkül şeklinde çıkıntı yapan büyük küresel bir protein olan ATP sentetazın çalışması için gerekli olan su ve büyük miktarda enerji oluşur. Hidrojen iyonlarının enerjisini kullanan bu enzimin etkisi altında ADP, ATP'ye dönüştürülür. Mitokondriden yeni ATP molekülleri, çekirdek de dahil olmak üzere hücrenin tüm kısımlarına gönderilir ve burada bu bileşiğin enerjisi, çeşitli fonksiyonları sağlamak için kullanılır. Bu ATP sentezi sürecine genel olarak ATP oluşumunun kemiozmotik mekanizması denir.
Besin maddeleri dışarıdan sağlandığı sürece her organizma var olabilir. dış ortam ve hayati faaliyetinin ürünleri bu ortama salınırken. Hücrenin içinde, hücre gövdesinin bileşenlerinin besinlerden oluşması sayesinde sürekli, çok karmaşık bir dizi kimyasal dönüşüm meydana gelir. Canlı bir organizmada maddenin sürekli yenilenmesiyle birlikte dönüşüm süreçlerine metabolizma denir.
Besinlerin emilimi, asimilasyonu ve oluşturulmasından oluşan genel metabolizmanın bir kısmı Yapısal bileşenler hücrelere asimilasyon denir - bu yapıcı bir değişimdir. Genel alışverişin ikinci kısmı, benzeştirme süreçlerinden oluşur; ayrışma ve oksidasyon süreçleri organik madde Hücrenin enerji alması sonucunda enerji metabolizması meydana gelir. Yapıcı ve enerji alışverişi tek bir bütün oluşturur.
Yapıcı metabolizma sürecinde hücre, vücudunun biyopolimerlerini oldukça sınırlı sayıda düşük moleküllü bileşikten sentezler. Biyosentetik reaksiyonlar çeşitli enzimlerin katılımıyla meydana gelir ve enerji gerektirir.
Canlı organizmalar yalnızca kimyasal olarak bağlı enerjiyi kullanabilirler. Her maddenin belli miktarda potansiyel enerjisi vardır. Ana malzeme taşıyıcıları, kopması veya dönüşümü enerjinin salınmasına yol açan kimyasal bağlardır. Enerji seviyesi bazı bağların değeri 8-10 kJ'dir - bu bağlara normal denir. Diğer bağlar önemli ölçüde daha fazla enerji içerir - 25-40 kJ - bunlar yüksek enerjili bağlar olarak adlandırılır. Bu tür bağlara sahip bilinen hemen hemen tüm bileşikler, molekülde bu bağların lokalize olduğu yerde fosfor veya kükürt atomları içerir. Hücre yaşamında hayati rol oynayan bileşiklerden biri adenozin trifosforik asittir (ATP).
Adenozin trifosforik asit (ATP), organik baz adenin (I), karbonhidrat riboz (II) ve üç fosforik asit kalıntısından (III) oluşur. Adenin ve ribozun birleşimine adenozin denir. Pirofosfat grupları ~ ile gösterilen yüksek enerjili bağlara sahiptir. Bir ATP molekülünün suyun katılımıyla ayrışmasına, bir molekül fosforik asitin ortadan kaldırılması ve 33-42 kJ/mol'e eşit serbest enerjinin salınması eşlik eder. ATP'yi içeren tüm reaksiyonlar enzim sistemleri tarafından düzenlenir.
Şekil 1. Adenozin trifosforik asit (ATP)
Hücrede enerji metabolizması. ATP sentezi
Solunum sırasında mitokondriyal membranlarda ATP sentezi meydana gelir, bu nedenle solunum zincirindeki tüm enzimler ve kofaktörler, tüm oksidatif fosforilasyon enzimleri bu organellerde lokalizedir.
ATP sentezi, iki H + iyonunun ADP ve fosfattan (P) ayrılmasıyla gerçekleşir. Sağ Taraf B maddesinin indirgenmesi sırasında iki H + kaybını telafi eden membran. Fosfatın oksijen atomlarından biri, zarın diğer tarafına aktarılır ve sol bölmeden iki H + iyonunu birleştirerek H 2 O'yu oluşturur. Fosforil kalıntısı ADP'ye katılarak ATP'yi oluşturur.
İncir. 2. Mitokondriyal membranlarda ATP'nin oksidasyon ve sentez şeması
Organizmaların hücrelerinde, ATP'de bulunan enerjiyi kullanan, karboksilasyon ve dekarboksilasyon işlemlerinin, amid bağlarının sentezinin ve ATP'den enerji aktarabilen yüksek enerjili bileşiklerin oluşumunun gerçekleştiği birçok biyosentetik reaksiyon incelenmiştir. maddelerin sentezinin anabolik reaksiyonları meydana gelir. Bu tepkiler oynuyor önemli rol bitki organizmalarının metabolik süreçlerinde.
ATP ve diğer yüksek enerjili nükleosid polifosfatların (GTP, CTP, UGP) katılımıyla, monosakkaritler, amino asitler, azotlu bazlar ve asilgliserol moleküllerinin aktivasyonu, nükleotid türevleri olan aktif ara bileşiklerin sentezi yoluyla gerçekleşebilir. Örneğin, ADP-glikoz pirofosforilaz enziminin katılımıyla nişasta sentezi sürecinde, aktif bir glikoz formu oluşur - moleküllerin yapısının oluşumu sırasında kolayca glikoz kalıntılarının donörü haline gelen adenosin difosfat glikozu. bu polisakkarit.
ATP sentezi, fosforilasyon işlemi sırasında tüm organizmaların hücrelerinde meydana gelir; ADP'ye inorganik fosfat eklenmesi. ADP'nin fosforilasyonu için gereken enerji, enerji metabolizması sırasında üretilir. Enerji metabolizması veya disimilasyon, enerji salınımının eşlik ettiği organik maddelerin parçalanmasının bir dizi reaksiyonudur. Habitata bağlı olarak disimilasyon iki veya üç aşamada gerçekleşebilir.
Çoğu canlı organizmada - oksijen ortamında yaşayan aeroblar - disimilasyon sırasında üç aşama gerçekleştirilir: organik maddelerin inorganik bileşiklere ayrıştığı hazırlık, oksijensiz ve oksijen. Oksijenden yoksun bir ortamda yaşayan anaeroblarda veya oksijen eksikliği olan aeroblarda, disimilasyon yalnızca ilk iki aşamada ara maddenin oluşmasıyla gerçekleşir. organik bileşikler hala enerji açısından zengin.
İlk aşama - hazırlık - karmaşık organik bileşiklerin daha basit olanlara (proteinler amino asitlere, yağlar gliserol ve yağ asitlerine, polisakkaritler monosakaritlere, nükleik asitler nükleotitlere) enzimatik olarak parçalanmasından oluşur. Organik gıda substratlarının parçalanması şu şekilde gerçekleştirilir: farklı seviyelerçok hücreli organizmaların gastrointestinal sistemi. Organik maddelerin hücre içi parçalanması, lizozomların hidrolitik enzimlerinin etkisi altında meydana gelir. Bu durumda açığa çıkan enerji ısı şeklinde dağılır ve ortaya çıkan küçük organik moleküller daha fazla parçalanabilir veya hücre tarafından kendi organik bileşiklerinin sentezi için "yapı malzemesi" olarak kullanılabilir.
İkinci aşama - eksik oksidasyon (oksijensiz) - doğrudan hücrenin sitoplazmasında meydana gelir, oksijenin varlığını gerektirmez ve organik substratların daha fazla parçalanmasından oluşur. Hücredeki ana enerji kaynağı glikozdur. Glikozun oksijensiz, eksik parçalanmasına glikoliz denir.
Glikoliz, altı karbonlu glikozun iki üç karbonlu piruvik asit (piruvat, PVK) C3H4O3 molekülüne dönüştürüldüğü çok aşamalı bir enzimatik işlemdir. Glikoliz reaksiyonları sırasında büyük miktarda enerji açığa çıkar - 200 kJ/mol. Bu enerjinin bir kısmı (%60) ısı olarak dağılır, geri kalanı (%40) ATP sentezi için kullanılır.
Bir glikoz molekülünün glikolizi sonucunda, hücre tarafından NAD H formunda depolanan iki molekül PVK, ATP ve su ile hidrojen atomları oluşur. belirli bir taşıyıcının parçası olarak - nikotinamid adenin dinükleotidi. Glikoliz ürünlerinin (piruvat ve NADH formundaki hidrojen) diğer kaderi farklı şekilde gelişebilir. Mayada veya bitki hücrelerinde oksijen eksikliği olduğunda alkollü fermantasyon meydana gelir - PVA, etil alkole indirgenir:
Geçici oksijen eksikliği yaşayan hayvan hücrelerinde, örneğin insan kas hücrelerinde aşırı fiziksel aktivite ve ayrıca bazı bakterilerde piruvatın laktik asite indirgendiği laktik asit fermantasyonu meydana gelir. Ortamda oksijen bulunduğunda, glikoliz ürünleri daha da parçalanarak nihai ürünlere dönüşür.
Üçüncü aşama - tam oksidasyon (solunum) - oksijenin zorunlu katılımıyla gerçekleşir. Aerobik solunum, mitokondrinin iç zarında ve matrisinde bulunan enzimler tarafından kontrol edilen bir reaksiyonlar zinciridir. Mitokondriye girdikten sonra PVK, matris enzimleriyle etkileşime girer ve şunları oluşturur: hücreden uzaklaştırılan karbondioksit; taşıyıcıların bir parçası olarak iç zara yönlendirilen hidrojen atomları; trikarboksilik asit döngüsünde (Krebs döngüsü) yer alan asetil koenzim A (asetil-CoA). Krebs döngüsü, bir asetil-CoA molekülünün iki CO2 molekülü, bir ATP molekülü ve dört çift hidrojen atomu ürettiği ve bunların taşıyıcı moleküllere - NAD ve FAD (flavin adenin dinükleotid) aktarıldığı sıralı reaksiyonlar zinciridir. Glikoliz ve Krebs döngüsünün toplam reaksiyonu şu şekilde temsil edilebilir:
Dolayısıyla, oksijensiz disimilasyon aşaması ve Krebs döngüsünün bir sonucu olarak, glikoz molekülü inorganik karbondioksite (CO2) ayrılır ve bu durumda açığa çıkan enerji kısmen ATP sentezi için harcanır, ancak esas olarak elektron yüklü taşıyıcılar NAD H2 ve FAD H2'de depolanır. Taşıyıcı proteinler, hidrojen atomlarını iç mitokondriyal membrana taşır ve burada bunları, membranın içine yerleştirilmiş bir protein zinciri boyunca iletirler. Parçacıkların taşıma zinciri boyunca taşınması, protonların zarın dış tarafında kalacağı ve zarlar arası boşlukta birikerek burayı bir H+ rezervuarına dönüştüreceği ve elektronların iç zarın iç yüzeyine aktarılacağı şekilde gerçekleştirilir. mitokondriyal membran, sonuçta oksijenle birleşirler.
Elektron taşıma zincirindeki enzimlerin aktivitesi sonucu, iç mitokondri zarı içeriden negatif, dışarıdan ise pozitif (H nedeniyle) yüklenir, böylece yüzeyleri arasında potansiyel bir fark oluşur. Bir iyon kanalına sahip olan ATP sentetaz enziminin moleküllerinin mitokondrinin iç zarına yerleştiği bilinmektedir. Zardaki potansiyel farkı ulaştığında kritik seviye(200 mV) pozitif yüklü H+ parçacıkları, elektrik alanının kuvvetiyle ATPaz kanalı boyunca itilmeye başlar ve zarın iç yüzeyine vardıklarında oksijenle etkileşime girerek su oluşturur.
Moleküler düzeyde metabolik reaksiyonların normal seyri, katabolizma ve anabolizma süreçlerinin uyumlu birleşiminden kaynaklanmaktadır. Katabolik süreçler bozulduğunda, öncelikle enerji zorlukları ortaya çıkar, ATP yenilenmesinin yanı sıra biyosentetik süreçler için gerekli olan ilk anabolik substratların temini de bozulur. Buna karşılık, birincil veya katabolik süreçlerdeki değişikliklerle ilişkili anabolik süreçlerde meydana gelen hasar, işlevsel olarak önemli bileşiklerin (enzimler, hormonlar vb.) üremesinin bozulmasına yol açar.
Metabolik zincirlerdeki çeşitli bağlantıların bozulması eşit olmayan sonuçlara yol açar. En önemli, derin patolojik değişiklikler katabolizma, biyolojik oksidasyon sistemi, doku solunum enzimlerinin, hipoksi vb. blokajı nedeniyle hasar gördüğünde veya doku solunumu ile oksidatif fosforilasyonu birleştirme mekanizmalarındaki hasar (örneğin, tirotoksikozda doku solunumunun ve oksidatif fosforilasyonun ayrılması) meydana gelir. Bu durumlarda hücreler ana enerji kaynaklarından mahrum kalır; katabolizmanın neredeyse tüm oksidatif reaksiyonları bloke olur veya açığa çıkan enerjiyi ATP moleküllerinde biriktirme yeteneği kaybolur. Trikarboksilik asit döngüsündeki reaksiyonlar engellendiğinde katabolizma yoluyla enerji üretimi yaklaşık üçte iki oranında azalır.
ATP'nin vücuttaki ana rolü, çok sayıda biyokimyasal reaksiyon için enerji sağlamakla ilişkilidir. ATP, iki yüksek enerjili bağın taşıyıcısı olarak, enerji tüketen birçok biyokimyasal ve fizyolojik süreç için doğrudan bir enerji kaynağı görevi görür. Bütün bunlar vücuttaki karmaşık maddelerin sentezinin reaksiyonlarıdır: zar ötesi bir elektrik potansiyelinin oluşturulması da dahil olmak üzere moleküllerin biyolojik zarlar yoluyla aktif transferinin uygulanması; kas kasılmasının uygulanması.
Canlı organizmaların biyoenerjisinde bilindiği gibi iki temel nokta önemlidir:
- a) kimyasal enerji, organik substratların oksidasyonunun ekzergonik katabolik reaksiyonlarıyla birlikte ATP oluşumu yoluyla depolanır;
- b) kimyasal enerji, anabolizmanın endergonik reaksiyonları ve enerji gerektiren diğer işlemlerle birlikte ATP'nin parçalanması yoluyla kullanılır.
ATP molekülünün neden kendisine karşılık geldiği sorusu ortaya çıkıyor. Merkez Rol biyoenerji alanında. Bunu çözmek için ATP'nin yapısını düşünün ATP yapısı - (anyonun pH 7,0 tetraşarjında).
ATP termodinamik olarak kararsız bir bileşiktir. ATP'nin kararsızlığı, ilk olarak, aynı adı taşıyan bir negatif yük kümesi bölgesindeki elektrostatik itme ile belirlenir, bu da tüm molekülde gerginliğe yol açar, ancak bağ en güçlüdür - P - O - P ve ikinci olarak, belirli bir rezonansla. Son faktöre göre, fosfor atomları arasında, aralarında bulunan oksijen atomunun paylaşılmayan hareketli elektronları için bir rekabet vardır, çünkü her bir fosfor atomu, P=O ve P'nin önemli elektron alıcı etkisinden dolayı kısmi bir pozitif yüke sahiptir. - O- grupları. Dolayısıyla ATP'nin var olma olasılığı, molekülde bu fizikokimyasal stresleri telafi edecek yeterli miktarda kimyasal enerjinin varlığıyla belirlenir. ATP molekülü, hidrolizine serbest enerjide (pH 7.0 ve 37 o C'de) önemli bir azalmanın eşlik ettiği iki fosfoanhidrit (pirofosfat) bağı içerir.
ATP + H20 = ADP + H3PO4G0I = - 31,0 KJ/mol.
ADP + H20 = AMP + H3PO4G0I = - 31,9 KJ/mol.
Biyoenerjinin temel sorunlarından biri, canlı doğada ADP'nin fosforilasyonu yoluyla meydana gelen ATP'nin biyosentezidir.
ADP'nin fosforilasyonu endergonik bir süreçtir ve bir enerji kaynağı gerektirir. Daha önce de belirtildiği gibi, doğada bu tür iki enerji kaynağı hakimdir: güneş enerjisi ve indirgenmiş organik bileşiklerin kimyasal enerjisi. Yeşil bitkiler ve bazı mikroorganizmalar, emilen ışık miktarının enerjisini, fotosentezin ışık aşamasında ADP'nin fosforilasyonu için harcanan kimyasal enerjiye dönüştürebilir. Bu ATP yenilenme sürecine fotosentetik fosforilasyon denir. Aerobik koşullar altında organik bileşiklerin oksidasyon enerjisinin ATP'nin makroenerjetik bağlarına dönüşümü öncelikle oksidatif fosforilasyon yoluyla gerçekleşir. ATP oluşumu için gerekli olan serbest enerji, mitokondrinin solunum oksidatif zincirinde üretilir.
Substrat fosforilasyonu adı verilen başka bir ATP sentezi türü bilinmektedir. Elektron transferiyle ilişkili oksidatif fosforilasyonun aksine, ATP rejenerasyonu için gerekli olan aktifleştirilmiş fosforil grubunun (-PO3 H2) donörü, glikoliz işlemlerinin ve trikarboksilik asit döngüsünün ara maddeleridir. Tüm bu durumlarda, oksidatif süreçler yüksek enerjili bileşiklerin oluşumuna yol açar: 1,3-difosfogliserat (glikoliz), süksinil-CoA (trikarboksilik asit döngüsü), bunlar uygun enzimlerin katılımıyla ADP'yi folile etme yeteneğine sahiptir ve ATP'yi oluşturur. Substrat düzeyinde enerji dönüşümü, anaerobik organizmalarda ATP sentezinin tek yoludur. Bu ATP sentezi süreci, yoğun çalışma iskelet kasları dönemlerde oksijen açlığı. Mitokondrisi olmayan olgun kırmızı kan hücrelerinde ATP sentezi için tek yolun bu olduğu unutulmamalıdır.
Hücrenin biyoenerjetiğinde özellikle önemli bir rol, iki fosforik asit kalıntısının bağlandığı adenil nükleotid tarafından oynanır. Bu maddeye adenosin trifosforik asit (ATP) adı verilir. İÇİNDE Kimyasal bağlar ATP molekülünün fosforik asit kalıntıları arasında enerji depolanır ve organik fosforit elimine edildiğinde açığa çıkar:
ATP= ADP+P+E,
F bir enzimdir, E ise serbest bırakan enerjidir. Bu reaksiyonda, ATP molekülünün geri kalanı ve organik fosfat olan adenosin fosforik asit (ADP) oluşur. Tüm hücreler, biyosentez işlemleri, hareket, ısı üretimi, sinir uyarıları, lüminesans (örneğin ışıldayan bakteriler), yani tüm hayati süreçler için ATP enerjisini kullanır.
ATP evrensel bir biyolojik enerji akümülatörüdür. Tüketilen gıdanın içerdiği ışık enerjisi ATP moleküllerinde depolanır.
Hücredeki ATP arzı azdır. Yani kastaki ATP rezervi 20-30 kasılma için yeterlidir. Yoğun ancak kısa süreli çalışmalarda kaslar yalnızca içerdikleri ATP'nin parçalanması nedeniyle çalışır. İşi bitirdikten sonra kişi ağır nefes alır - bu süre zarfında karbonhidratlar ve diğer maddeler parçalanır (enerji birikir) ve hücrelere ATP temini yeniden sağlanır.
ATP, enerjinin yanı sıra vücutta bir dizi başka işlevi de yerine getirir. önemli işlevler:
- · Diğer nükleozid trifosfatlarla birlikte ATP, nükleik asitlerin sentezinde başlangıç ürünüdür.
- · Ayrıca ATP birçok biyokimyasal sürecin düzenlenmesinde önemli rol oynar. Bir dizi enzimin allosterik efektörü olan ATP, düzenleyici merkezlerine katılarak aktivitelerini arttırır veya bastırır.
- · ATP aynı zamanda hücreye hormonal sinyal iletiminin ikincil habercisi olan siklik adenosin monofosfatın sentezinin doğrudan öncüsüdür.
ATP'nin sinapslarda verici olarak rolü de bilinmektedir.
Şekilde iki yöntem gösterilmektedir ATP yapısı görselleri. Adenozin monofosfat (AMP), adenozin difosfat (ADP) ve adenozin trifosfat (ATP), nükleotidler adı verilen bir bileşik sınıfına aittir. Nükleotid molekülü beş karbonlu şeker, azotlu bir baz ve fosforik asitten oluşur. AMP molekülünde şeker ribozla, baz ise adeninle temsil edilir. ADP molekülünde iki, ATP molekülünde üç fosfat grubu vardır.
ATP değeri
ATP ADP'ye bölündüğünde ve inorganik fosfat (Pn) enerjisi açığa çıkar:
Reaksiyon suyun emilmesiyle gerçekleşir yani hidrolizi temsil eder (makalemizde bu çok yaygın biyokimyasal reaksiyon türüyle birçok kez karşılaştık). ATP'den ayrılan üçüncü fosfat grubu hücrede inorganik fosfat (Pn) halinde kalır. Bu reaksiyon için serbest enerji verimi, 1 mol ATP başına 30,6 kJ'dir.
ADF'den ve fosfat, ATP yeniden sentezlenebilir, ancak bu, yeni oluşan ATP'nin 1 mol'ü başına 30,6 kJ enerji harcanmasını gerektirir.
Bu reaksiyonda yoğunlaşma reaksiyonu olarak adlandırılan, su açığa çıkar. ADP'ye fosfat eklenmesine fosforilasyon reaksiyonu denir. Yukarıdaki her iki denklem de birleştirilebilir:
Bu geri dönüşümlü reaksiyon, adı verilen bir enzim tarafından katalize edilir. ATPaz.
Daha önce de belirtildiği gibi, tüm hücrelerin işlerini gerçekleştirmek için enerjiye ihtiyacı vardır ve herhangi bir organizmanın tüm hücreleri için bu enerjinin kaynağı ATP olarak görev yapar. Bu nedenle ATP'ye hücrelerin "evrensel enerji taşıyıcısı" veya "enerji para birimi" adı verilir. Uygun bir benzetme elektrik pilleri. Bunları neden kullanmadığımızı unutmayın. Onların yardımıyla bir durumda ışığı, diğer durumda sesi, bazen mekanik hareketi, bazen de gerçekten onlardan yararlanabiliriz. Elektrik enerjisi. Pillerin rahatlığı, aynı enerji kaynağını (pil) nereye koyduğumuza bağlı olarak çeşitli amaçlar için kullanabilmemizdir. ATP hücrelerde aynı rolü oynar. Kas kasılması, sinir uyarılarının iletilmesi, maddelerin aktif taşınması veya protein sentezi ve diğer tüm hücresel aktivite türleri gibi çeşitli işlemler için enerji sağlar. Bunu yapmak için hücre aparatının ilgili kısmına basitçe "bağlanması" gerekir.
Analojiye devam edilebilir. Pillerin öncelikle üretilmesi gerekiyor ve bunlardan bir kısmı (şarj edilebilir olanlar) da şarj edilebiliyor. Piller bir fabrikada üretildiğinde, belirli bir miktarda enerjinin pillerde depolanması (ve dolayısıyla fabrika tarafından tüketilmesi) gerekir. ATP sentezi de enerji gerektirir; Kaynağı, solunum sırasında organik maddelerin oksidasyonudur. ADP'yi fosforile etmek için oksidasyon işlemi sırasında enerji açığa çıktığı için, bu tür fosforilasyona oksidatif fosforilasyon denir. Fotosentez sırasında ışık enerjisinden ATP üretilir. Bu işleme fotofosforilasyon denir (bkz. Bölüm 7.6.2). Hücrede ayrıca ATP'nin çoğunu üreten "fabrikalar" da vardır. Bunlar mitokondri; süreçte ATP'nin oluşturulduğu kimyasal "montaj hatları" içerirler aerobik solunum. Son olarak, boşalan "piller" de hücrede yeniden şarj edilir: İçinde bulunan enerjiyi serbest bırakan ATP, ADP ve Fn'ye dönüştürüldükten sonra, süreçte alınan enerji nedeniyle ADP ve Fn'den hızlı bir şekilde tekrar sentezlenebilir. Organik maddenin yeni kısımlarının oksidasyonundan kaynaklanan solunum.
ATP miktarı herhangi bir yerde kafeste şu ançok küçük. Bu nedenle ATF'de deposunu değil, yalnızca enerji taşıyıcısını görmeliyiz. Uzun süreli enerji depolamak için yağlar veya glikojen gibi maddeler kullanılır. Hücreler ATP seviyelerine karşı çok duyarlıdır. Kullanım oranı arttıkça bu seviyeyi koruyan nefes alma işleminin hızı da artar.
ATP'nin Rolü Hücresel solunum ile enerji tüketimini içeren süreçler arasında bir bağlantı görevi gören bu diyagram, şekilde görülebilir.Bu diyagram basit görünüyor, ancak çok önemli bir modeli gösteriyor.
Bu nedenle genel olarak nefes almanın işlevinin olduğu söylenebilir. ATP üretmek.
Yukarıda söylenenleri kısaca özetleyelim.
1. ADP'den ve inorganik fosfattan ATP sentezi, 1 mol ATP başına 30,6 kJ enerji gerektirir.
2. ATP tüm canlı hücrelerde mevcuttur ve bu nedenle evrensel bir enerji taşıyıcısıdır. Başka hiçbir enerji taşıyıcısı kullanılmaz. Bu, konuyu basitleştirir; gerekli hücresel aparat daha basit olabilir ve daha verimli ve ekonomik şekilde çalışabilir.
3. ATP, enerji gerektiren herhangi bir işlem için hücrenin herhangi bir kısmına kolayca enerji iletir.
4. ATP hızla enerjiyi serbest bırakır. Bu sadece bir reaksiyon gerektirir - hidroliz.
5. ADP ve inorganik fosfattan ATP üretim hızı (solunum işlem hızı) ihtiyaca göre kolaylıkla ayarlanabilir.
6. ATP, glikoz gibi organik maddelerin oksidasyonu sırasında açığa çıkan kimyasal enerji nedeniyle solunum sırasında, güneş enerjisi nedeniyle fotosentez sırasında sentezlenir. ADP ve inorganik fosfattan ATP oluşumuna fosforilasyon reaksiyonu denir. Fosforilasyon enerjisi oksidasyonla sağlanıyorsa, oksidatif fosforilasyondan söz ederiz (bu işlem solunum sırasında meydana gelir), ancak fosforilasyon için ışık enerjisi kullanılıyorsa, o zaman işleme fotofosforilasyon denir (bu, fotosentez sırasında meydana gelir).
