Orice organism poate exista atâta timp cât nutrienții sunt furnizați din mediu extern iar în timp ce produsele activităţii sale vitale sunt eliberate în acest mediu. În interiorul celulei, are loc un set continuu, foarte complex de transformări chimice, datorită cărora componentele corpului celular sunt formate din nutrienți. Setul de procese de transformare a materiei într-un organism viu, însoțite de reînnoirea sa constantă, se numește metabolism.
O parte a schimbului general, care constă în absorbția, asimilarea nutrienților și crearea componentelor structurale ale celulei pe cheltuiala lor, se numește asimilare - acesta este un schimb constructiv. A doua parte a schimbului general constă în procese de disimilare, i.e. procese de descompunere si oxidare materie organică, în urma căreia celula primește energie, este metabolismul energetic. Schimbul constructiv și energetic formează un singur întreg.
În procesul de metabolism constructiv, celula sintetizează biopolimeri ai corpului său dintr-un număr destul de limitat de compuși cu molecul scăzut. Reacțiile biosintetice apar cu participarea diferitelor enzime și necesită energie.
Organismele vii pot folosi doar energia legată chimic. Fiecare substanță are o anumită rezervă energie potenţială. Principalii săi purtători materiale sunt legăturile chimice, a căror ruptură sau transformare duce la eliberarea de energie. Nivel de energie unele legături au o valoare de 8-10 kJ - aceste legături se numesc normale. Alte legături conțin mult mai multă energie - 25-40 kJ - acestea sunt așa-numitele legături de înaltă energie. Aproape toți compușii cunoscuți care au astfel de legături conțin atomi de fosfor sau sulf, în locul cărora în moleculă sunt localizate aceste legături. Unul dintre compușii care joacă un rol critic în viața celulară este acidul adenozin trifosforic (ATP).
Acidul adenozin trifosforic (ATP) constă din baza organică adenină (I), carbohidrat riboză (II) și trei resturi de acid fosforic (III). Combinația de adenină și riboză se numește adenozină. Grupările pirofosfat au legături de înaltă energie, indicate de ~. Descompunerea unei molecule de ATP cu participarea apei este însoțită de eliminarea unei molecule de acid fosforic și eliberarea de energie liberă, care este egală cu 33-42 kJ/mol. Toate reacțiile care implică ATP sunt reglementate de sisteme enzimatice.
Fig.1. Acid adenozin trifosforic (ATP)
Metabolismul energetic în celulă. sinteza ATP
Sinteza ATP are loc în membranele mitocondriale în timpul respirației, prin urmare toate enzimele și cofactorii lanțului respirator, toate enzimele de fosforilare oxidativă sunt localizate în aceste organite.
Sinteza ATP are loc în așa fel încât doi ioni H + sunt separați de ADP și fosfat (P) pe partea dreaptă a membranei, compensând pierderea a doi H + în timpul reducerii substanței B. Unul dintre oxigenul fosfat atomii este transferat pe cealaltă parte a membranei și, unind doi ioni de H + din compartimentul din stânga, formează H 2 O. Reziduul de fosforil unește ADP, formând ATP.
Fig.2. Schema oxidării și sintezei ATP în membranele mitocondriale
În celulele organismelor, au fost studiate multe reacții de biosinteză care folosesc energia conținută în ATP, în timpul cărora procesele de carboxilare și decarboxilare, sinteza legăturilor amidice și formarea de compuși de înaltă energie capabili să transfere energie de la ATP la apar reactii anabolice de sinteza a substantelor. Aceste reacții joacă rol importantîn procesele metabolice ale organismelor vegetale.
Cu participarea ATP și a altor polifosfați nucleozidici de înaltă energie (GTP, CTP, UGP), activarea moleculelor de monozaharide, aminoacizi, baze azotate și acilgliceroli poate avea loc prin sinteza compușilor intermediari activi care sunt derivați ai nucleotidelor. De exemplu, în procesul de sinteză a amidonului cu participarea enzimei ADP-glucoză pirofosforilază, se formează o formă activată de glucoză - adenozin difosfat glucoză, care devine cu ușurință un donator de reziduuri de glucoză în timpul formării structurii moleculelor de această polizaharidă.
Sinteza ATP are loc în celulele tuturor organismelor în procesul de fosforilare, adică. adăugarea de fosfat anorganic la ADP. Energia pentru fosforilarea ADP este generată în timpul metabolismului energetic. Metabolismul energetic, sau disimilarea, este un set de reacții de descompunere a substanțelor organice, însoțite de eliberarea de energie. În funcție de habitat, disimilarea poate avea loc în două sau trei etape.
În majoritatea organismelor vii - aerobi care trăiesc într-un mediu cu oxigen - se desfășoară trei etape în timpul disimilării: pregătitoare, fără oxigen și oxigen, timp în care substanțele organice se descompun în compuși anorganici. La anaerobii care trăiesc într-un mediu lipsit de oxigen, sau la aerobii cu lipsă de oxigen, disimilarea are loc doar în primele două etape cu formarea de compuși organici intermediari care sunt încă bogați în energie.
Prima etapă - pregătitoare - constă în descompunerea enzimatică a compușilor organici complecși în compuși mai simpli (proteine în aminoacizi, grăsimi în glicerol și acizi grași, polizaharide în monozaharide, acizi nucleici în nucleotide). Defalcarea substraturilor alimentare organice are loc la diferite niveluri ale tractului gastrointestinal al organismelor multicelulare. Defalcarea intracelulară a substanțelor organice are loc sub acțiunea enzimelor hidrolitice ale lizozomilor. Energia eliberată în acest caz este disipată sub formă de căldură, iar moleculele organice mici rezultate pot suferi o descompunere suplimentară sau pot fi utilizate de celulă ca „material de construcție” pentru sinteza propriilor compuși organici.
A doua etapă - oxidarea incompletă (fără oxigen) - are loc direct în citoplasma celulei, nu necesită prezența oxigenului și constă în defalcarea ulterioară a substraturilor organice. Principala sursă de energie din celulă este glucoza. Descompunerea incompletă și lipsită de oxigen a glucozei se numește glicoliză.
Glicoliza este un proces enzimatic în mai multe etape de transformare a glucozei cu șase atomi de carbon în două molecule de trei atomi de carbon de acid piruvic (piruvat, PVK) C3H4O3. În timpul reacțiilor de glicoliză, se eliberează o cantitate mare de energie - 200 kJ/mol. O parte din această energie (60%) este disipată sub formă de căldură, restul (40%) este folosită pentru sinteza ATP.
Ca rezultat al glicolizei unei molecule de glucoză, se formează două molecule de PVK, ATP și apă, precum și atomi de hidrogen, care sunt stocați de celulă sub formă de NAD H, adică. ca parte a unui purtător specific - nicotinamidă adenin dinucleotidă. Soarta ulterioară a produselor glicolizei - piruvat și hidrogen sub formă de NADH - se poate dezvolta diferit. În drojdie sau în celulele vegetale, atunci când există o lipsă de oxigen, are loc fermentația alcoolică - PVA se reduce la alcool etilic:
În celulele animalelor care se confruntă cu o lipsă temporară de oxigen, de exemplu în celulele musculare umane în timpul activității fizice excesive, precum și la unele bacterii, are loc fermentația acidului lactic, în care piruvatul este redus la acid lactic. În prezența oxigenului în mediul înconjurător, produsele glicolizei suferă o defalcare ulterioară până la produsele finale.
A treia etapă - oxidarea completă (respirația) - are loc cu participarea obligatorie a oxigenului. Respirația aerobă este un lanț de reacții controlate de enzime din membrana interioară și matricea mitocondriilor. Odată ajuns în mitocondrie, PVK interacționează cu enzimele matricei și formează: dioxid de carbon, care este îndepărtat din celulă; atomi de hidrogen, care, ca parte a purtătorilor, sunt direcționați către membrana interioară; acetil coenzima A (acetil-CoA), care este implicată în ciclul acidului tricarboxilic (ciclul Krebs). Ciclul Krebs este un lanț de reacții secvențiale în timpul cărora o moleculă de acetil-CoA produce două molecule de CO2, o moleculă de ATP și patru perechi de atomi de hidrogen, care sunt transferați la molecule purtătoare - NAD și FAD (flavin adenin dinucleotide). Reacția totală a glicolizei și ciclul Krebs pot fi reprezentate după cum urmează:
Deci, ca urmare a etapei de disimilare fără oxigen și a ciclului Krebs, molecula de glucoză este descompusă în dioxid de carbon anorganic (CO2), iar energia eliberată în acest caz este cheltuită parțial pentru sinteza ATP, dar este stocate în principal în purtătorii încărcați cu electroni NAD H2 și FAD H2. Proteinele purtătoare transportă atomii de hidrogen către membrana mitocondrială interioară, unde îi trec de-a lungul unui lanț de proteine încorporat în membrană. Transportul particulelor de-a lungul lanțului de transport se realizează în așa fel încât protonii să rămână pe partea exterioară a membranei și să se acumuleze în spațiul intermembranar, transformându-l într-un rezervor de H+, iar electronii sunt transferați pe suprafața interioară a membranei. membrana mitocondrială, unde se combină în cele din urmă cu oxigenul.
Ca urmare a activității enzimelor din lanțul de transport de electroni, membrana mitocondrială interioară este încărcată negativ din interior și pozitiv (datorită H) din exterior, astfel încât se creează o diferență de potențial între suprafețele sale. Se știe că moleculele enzimei ATP sintetaza, care au canal ionic. Când diferența de potențial de-a lungul membranei atinge un nivel critic (200 mV), particulele de H+ încărcate pozitiv încep să fie împinse prin canalul ATPazei de forța câmpului electric și, odată ajunse pe suprafața interioară a membranei, interacționează cu oxigenul, formând apă.
Cursul normal al reacțiilor metabolice la nivel molecular se datorează îmbinării armonioase a proceselor de catabolism și anabolism. Când procesele catabolice sunt perturbate, în primul rând, apar dificultăți energetice, regenerarea ATP este întreruptă, precum și furnizarea de substraturi anabolice inițiale necesare proceselor de biosinteză. La rândul său, deteriorarea proceselor anabolice care este primară sau asociată cu modificări ale proceselor catabolice duce la perturbarea reproducerii compușilor importanți funcțional - enzime, hormoni etc.
Întreruperea diferitelor legături din lanțurile metabolice are consecințe inegale. Cele mai semnificative și profunde modificări patologice ale catabolismului apar atunci când sistemul de oxidare biologică este deteriorat din cauza blocării enzimelor respirației tisulare, hipoxiei etc. sau deteriorării mecanismelor de cuplare a respirației tisulare și fosforilării oxidative (de exemplu, separarea respirației tisulare și fosforilarea oxidativă în tireotoxicoză). În aceste cazuri, celulele sunt private de principala lor sursă de energie aproape toate reacțiile oxidative ale catabolismului sunt blocate sau își pierd capacitatea de a acumula energia eliberată în moleculele de ATP. Când reacțiile din ciclul acidului tricarboxilic sunt inhibate, producția de energie prin catabolism este redusă cu aproximativ două treimi.
Pe lângă proteine, grăsimi și carbohidrați, în celulă sunt sintetizați un număr mare de alți compuși organici, care pot fi împărțiți în intermediarŞi final. Cel mai adesea, producția unei anumite substanțe este asociată cu funcționarea unui transportor catalitic ( număr mare enzime) și este asociat cu formarea de produse intermediare de reacție asupra cărora enzima următoare acționează. Final compuși organiciîndeplinesc funcții independente în celulă sau servesc ca monomeri în sinteza polimerilor. Substanțele finale includ aminoacizi, glucoză, nucleotide, ATP, hormoni, vitamine.
Acidul adenozin trifosforic (ATP) este o sursă universală și un acumulator principal de energie în celulele vii. ATP se găsește în toate celulele vegetale și animale. Cantitatea de ATP variază și este în medie de 0,04% (per celulă greutate umedă). Cea mai mare cantitate de ATP (0,2-0,5%) este conținută în mușchii scheletici.
ATP este o nucleotidă formată dintr-o bază azotată (adenină), o monozaharidă (riboză) și trei resturi de acid fosforic. Deoarece ATP conține nu unul, ci trei reziduuri de acid fosforic, acesta aparține trifosfaților ribonucleozidici.
Cea mai mare parte a muncii care se întâmplă în celule utilizează energia hidrolizei ATP. În acest caz, la scindarea reziduului terminal de acid fosforic, ATP este transformat în ADP ( adenozin difosfor acid), la eliminarea celui de-al doilea reziduu de acid fosforic - în AMP ( adenozin monofosfor acid). Randamentul de energie liberă la eliminarea ambelor reziduuri terminale și secundare de acid fosforic este de 30,6 kJ. Eliminarea celei de-a treia grupări fosfat este însoțită de eliberarea a doar 13,8 kJ. Legăturile dintre terminalul și al doilea, al doilea și primul reziduu de acid fosforic sunt numite macroergice (de înaltă energie).
Rezervele de ATP sunt reînnoite în mod constant. În celulele tuturor organismelor, sinteza ATP are loc în procesul de fosforilare, adică. adăugarea de acid fosforic la ADP. Fosforilarea are loc cu intensitate variabilă în mitocondrii, în timpul glicolizei în citoplasmă și în timpul fotosintezei în cloroplaste. Molecula de ATP este utilizată într-o celulă în 1-2 minute la o persoană, ATP este format și distrus într-o cantitate egală cu greutatea corporală a acestuia.
Final molecule organice, sunt de asemenea vitamineŞi hormoni. Rol mare în viață organisme pluricelulare juca vitamine. Vitaminele sunt considerate compuși organici pe care un anumit organism nu îi poate sintetiza (sau îi sintetiza în cantități insuficiente) și trebuie să îi primească împreună cu alimentele. Vitaminele se combină cu proteinele pentru a forma enzime complexe. Dacă există o lipsă de vitamină în alimente, enzima nu se poate forma și se dezvoltă una sau alta deficiență de vitamine. De exemplu, lipsa vitaminei C duce la scorbut, lipsa vitaminei B 12 duce la anemie, o perturbare a formării normale a globulelor roșii.
Hormonii sunt regulatorii, afectând funcționarea organelor individuale și a întregului organism în ansamblu. Pot fi de natură proteică (hormoni ai glandei pituitare, pancreas), pot fi lipide (hormoni sexuali), pot fi derivați ai aminoacizilor (tiroxina). Hormonii sunt produși atât de animale, cât și de plante.
Modalități de obținere a energiei într-o celulă
Există patru procese principale în celulă care eliberează energie din legături chimiceîn timpul oxidării substanțelor și depozitării acesteia:
1. Glicoliza (etapa 2 de oxidare biologică) – oxidarea unei molecule de glucoză la două molecule de acid piruvic, rezultând formarea a 2 molecule ATPŞi NADH. În plus, acidul piruvic este transformat în acetil-SCoA în condiții aerobe și în acid lactic în condiții anaerobe.
2. β-oxidarea acizilor grași(etapa 2 de oxidare biologică) – oxidarea acizilor grași la acetil-SCoA, aici se formează molecule NADHŞi FADN 2. Moleculele de ATP nu apar „în forma lor pură”.
3. Ciclul acidului tricarboxilic(ciclul TCA, etapa 3 de oxidare biologică) – oxidarea grupării acetil (ca parte a acetil-SCoA) sau a altor cetoacizi la dioxid de carbon. Reacții ciclu completînsoţită de formarea a 1 moleculă GTF(echivalent cu un ATP), 3 molecule NADHși 1 moleculă FADN 2.
4. Fosforilarea oxidativă(etapa 3 de oxidare biologică) – NADH și FADH 2 obținute în reacțiile de catabolism ale glucozei, aminoacizilor și acizilor grași se oxidează. În același timp, enzimele lanțului respirator de pe membrana interioară a mitocondriilor asigură formarea mai mare părți ale celulei ATP.
Două moduri de a sintetiza ATP
Toate nucleozidele sunt utilizate în mod constant în celulă trei fosfați (ATP, GTP, CTP, UTP, TTP) ca donor de energie. În acest caz, ATP este universal macroerg, implicat în aproape toate aspectele metabolismului și activității celulare. Și datorită ATP-ului, fosforilarea nucleotidelor GDP, CDP, UDP, TDP este asigurată la nucleozide. trei fosfati.
Alții au o nucleozidă trei Există o anumită specializare în fosfați. Astfel, UTP este implicat în metabolismul carbohidraților, în special în sinteza glicogenului. GTP este implicat în ribozomi și participă la formarea legăturilor peptidice în proteine. CTP este utilizat în sinteza fosfolipidelor.
Principala modalitate de a produce ATP în celulă este fosforilarea oxidativă, care are loc în structurile membranei mitocondriale interioare. În acest caz, energia atomilor de hidrogen ai moleculelor NADH și FADH 2 formate în glicoliză, ciclul TCA și oxidarea acizilor grași este transformată în energia legăturilor ATP.
Cu toate acestea, există și o altă modalitate de fosforilare a ADP la ATP - fosforilarea substratului. Această metodă este asociată cu transferul de fosfat de înaltă energie sau de energie de legătură de înaltă energie a oricărei substanțe (substrat) la ADP. Aceste substanțe includ metaboliți glicolitici ( acid 1,3-difosfogliceric, fosfoenolpiruvat), ciclul acidului tricarboxilic ( succinil-SCoA) si rezerva macroerg creatina fosfat. Energia de hidroliză a legăturii lor macroergice este mai mare de 7,3 kcal/mol în ATP, iar rolul acestor substanțe se reduce la utilizarea acestei energii pentru fosforilarea moleculei de ADP în ATP.
Clasificarea macroergilor
Compușii cu energie înaltă sunt clasificați în funcție de tip de conexiune, transportând energie suplimentară:
1. Fosfoanhidridă conexiune. Toate nucleotidele au o astfel de legătură: nucleozide trifosfați (ATP, GTP, CTP, UTP, TTP) și nucleozide difosfați (ADP, HDP, CDP, UDP, TDP).
2. Thioester conexiune. Un exemplu sunt derivații acil ai coenzimei A: acetil-SCoA, succinil-SCoA și alți compuși ai oricărui acid gras și HS-CoA.
3. Guanidină fosfat conexiune - prezent in creatina fosfat, un macroerg de rezerva al muschilor si tesutului nervos.
4. Acilfosfat conexiune. Acești macroergi includ metabolitul glicolitic acid 1,3-difosfogliceric (1,3-difosfoglicerat). Asigură sinteza ATP în reacția de fosforilare a substratului.
5. Enol fosfat conexiune. Un reprezentant este fosfoenolpiruvatul, un metabolit al glicolizei. De asemenea, asigură sinteza ATP în reacția de fosforilare a substratului în glicoliză.
Figura prezintă două metode Imaginile structurii ATP. Adenozin monofosfat (AMP), adenozin difosfat (ADP) și adenozin trifosfat (ATP) aparțin unei clase de compuși numite nucleotide. Molecula de nucleotidă constă dintr-un zahăr cu cinci atomi de carbon, o bază azotată și acid fosforic. În molecula AMP, zahărul este reprezentat de riboză, iar baza este adenina. Există două grupări fosfat în molecula ADP și trei în molecula ATP.
Valoarea ATP
Când ATP este descompus în ADP iar energia fosfatului anorganic (Pn) este eliberată:
Reacția are loc cu absorbția apei, adică reprezintă hidroliza (în articolul nostru am întâlnit de multe ori acest tip foarte comun de reacții biochimice). Al treilea grup fosfat separat de ATP rămâne în celulă sub formă de fosfat anorganic (Pn). Randamentul de energie liberă pentru această reacție este de 30,6 kJ per 1 mol de ATP.
De la ADFși fosfat, ATP poate fi sintetizat din nou, dar aceasta necesită cheltuirea a 30,6 kJ de energie per 1 mol de ATP nou format.
În această reacție, numită reacție de condensare, se eliberează apă. Adăugarea de fosfat la ADP se numește reacție de fosforilare. Ambele ecuații de mai sus pot fi combinate:
Această reacție reversibilă este catalizată de o enzimă numită ATPaza.
Toate celulele, așa cum am menționat deja, au nevoie de energie pentru a-și îndeplini munca, iar pentru toate celulele oricărui organism sursa acestei energie este servește ca ATP. Prin urmare, ATP este numit „purtător de energie universal” sau „moneda energetică” a celulelor. O analogie adecvată este bateriile electrice. Amintiți-vă de ce nu le folosim. Cu ajutorul lor putem primi lumină într-un caz, sunet în altul, uneori mișcare mecanicăși uneori avem nevoie de energie electrică reală de la ei. Comoditatea bateriilor este că putem folosi aceeași sursă de energie - o baterie - pentru o varietate de scopuri, în funcție de locul în care o plasăm. ATP joacă același rol în celule. Furnizează energie pentru procese atât de diverse precum contracția musculară, transmiterea impulsurilor nervoase, transportul activ de substanțe sau sinteza proteinelor și toate celelalte tipuri de activitate celulară. Pentru a face acest lucru, trebuie pur și simplu „conectat” la partea corespunzătoare a aparatului celular.
Analogia poate fi continuată. Bateriile trebuie mai întâi fabricate, iar unele dintre ele (reîncărcabile), la fel ca , pot fi reîncărcate. Atunci când bateriile sunt fabricate într-o fabrică, o anumită cantitate de energie trebuie să fie stocată în ele (și, prin urmare, consumată de fabrică). Sinteza ATP necesită și energie; sursa sa este oxidarea substanţelor organice în timpul respiraţiei. Deoarece energia este eliberată în timpul procesului de oxidare la fosforilarea ADP, o astfel de fosforilare se numește fosforilare oxidativă. În timpul fotosintezei, ATP este produs din energia luminoasă. Acest proces se numește fotofosforilare (vezi Secțiunea 7.6.2). Există, de asemenea, „fabrici” în celulă care produc cea mai mare parte a ATP. Acestea sunt mitocondriile; ele conțin „linii de asamblare” chimice pe care se formează ATP în timpul respirației aerobe. În cele din urmă, „bateriile” descărcate sunt de asemenea reîncărcate în celulă: după ce ATP, după ce a eliberat energia conținută în el, este convertit în ADP și Fn, poate fi sintetizat rapid din nou din ADP și Fn datorită energiei primite în proces. a respiraţiei din oxidarea unor noi porţiuni de materie organică.
Cantitatea de ATPîntr-o cușcă oriunde în acest moment foarte mici. Prin urmare, în ATF ar trebui să se vadă doar purtătorul de energie, și nu depozitul ei. Substanțe precum grăsimile sau glicogenul sunt folosite pentru stocarea energiei pe termen lung. Celulele sunt foarte sensibile la nivelurile de ATP. Pe măsură ce rata de utilizare a acestuia crește, crește și rata procesului de respirație care menține acest nivel.
Rolul ATP ca o legătură între respiratie celularași procesele care implică consumul de energie pot fi văzute din figură. Această diagramă pare simplă, dar ilustrează un model foarte important.
Prin urmare, se poate spune că, în general, funcția respirației este de a produce ATP.
Să rezumăm pe scurt cele spuse mai sus.
1. Sinteza ATP din ADP și fosfat anorganic necesită 30,6 kJ de energie per 1 mol de ATP.
2. ATP este prezent în toate celulele vii și, prin urmare, este un purtător universal de energie. Nu se folosesc alți purtători de energie. Acest lucru simplifică problema - aparatul celular necesar poate fi mai simplu și poate funcționa mai eficient și mai economic.
3. ATP furnizează cu ușurință energie oricărei părți a celulei în orice proces care necesită energie.
4. ATP eliberează rapid energie. Aceasta necesită o singură reacție - hidroliza.
5. Rata de producere a ATP din ADP și fosfat anorganic (viteza procesului de respirație) este ușor de ajustat în funcție de nevoi.
6. ATP este sintetizat în timpul respirației datorită energiei chimice eliberate în timpul oxidării substanțelor organice precum glucoza, și în timpul fotosintezei datorită energie solară. Formarea ATP din ADP și fosfat anorganic se numește reacție de fosforilare. Dacă energia pentru fosforilare este furnizată de oxidare, atunci vorbim de fosforilare oxidativă (acest proces are loc în timpul respirației), dar dacă pentru fosforilare se folosește energia luminoasă, atunci procesul se numește fotofosforilare (aceasta are loc în timpul fotosintezei).
Cea mai importantă substanță din celulele organismelor vii este adenozin trifosfat sau adenozin trifosfat. Dacă introducem abrevierea acestui nume, obținem ATP. Această substanță aparține grupului trifosfaților nucleozidici și joacă un rol principal în procesele metabolice din celulele vii, fiind o sursă de energie de neînlocuit pentru acestea.
Colegii de clasă
Descoperitorii ATP au fost biochimiști de la Harvard School of Tropical Medicine - Yellapragada Subbarao, Karl Lohman și Cyrus Fiske. Descoperirea a avut loc în 1929 și a devenit o piatră de hotar majoră în biologia sistemelor vii. Mai târziu, în 1941, biochimistul german Fritz Lipmann a descoperit că ATP-ul din celule este principalul purtător de energie.
Structura ATP
Această moleculă are o denumire sistematică, care este scrisă după cum urmează: 9-β-D-ribofuranosyladenin-5′-trifosfat sau 9-β-D-ribofuranosil-6-amino-purină-5′-trifosfat. Ce compuși alcătuiesc ATP? Din punct de vedere chimic, este ester de adenozin trifosfat - derivat al adeninei și ribozei. Această substanță se formează prin combinarea adeninei, care este o bază azotată purinică, cu carbonul 1′ al ribozei folosind o legătură β-N-glicozidică. Moleculele de acid α-, β- și γ-fosforic sunt apoi adăugate secvenţial la carbonul 5′ al ribozei.
Astfel, molecula de ATP conține compuși precum adenina, riboza și trei resturi de acid fosforic. ATP este un compus special care conține legături care eliberează cantități mari de energie. Astfel de legături și substanțe sunt numite de înaltă energie. În timpul hidrolizei acestor legături ale moleculei de ATP, o cantitate de energie este eliberată de la 40 la 60 kJ/mol, iar acest proces este însoțit de eliminarea unuia sau a două reziduuri de acid fosforic.
Așa sunt scrise aceste reacții chimice:
- 1). ATP + apă → ADP + acid fosforic + energie;
- 2). ADP + apă →AMP + acid fosforic + energie.
Energia eliberată în timpul acestor reacții este utilizată în procese biochimice ulterioare care necesită anumite aporturi de energie.
Rolul ATP într-un organism viu. Funcțiile sale
Ce funcție îndeplinește ATP?În primul rând, energie. După cum sa menționat mai sus, rolul principal al adenozin trifosfat este de a furniza energie pentru procesele biochimice dintr-un organism viu. Acest rol se datorează faptului că, datorită prezenței a două legături de înaltă energie, ATP acționează ca o sursă de energie pentru multe procese fiziologice și biochimice care necesită aporturi mari de energie. Toate reacțiile de sinteză sunt astfel de procese substanțe complexeîn corp. Acesta este, în primul rând, transferul activ al moleculelor prin membranele celulare, inclusiv participarea la crearea potențialului electric intermembranar și implementarea contracției musculare.
Pe lângă cele de mai sus, mai enumeram câteva: funcții nu mai puțin importante ale ATP, ca:
Cum se formează ATP în organism?
Sinteza acidului adenozin trifosforic este în curs de desfășurare, deoarece organismul are întotdeauna nevoie de energie pentru funcționarea normală. În orice moment, există foarte puțin din această substanță - aproximativ 250 de grame, care este o „rezervă de urgență” pentru o „zi ploioasă”. În timpul bolii, are loc sinteza intensivă a acestui acid, deoarece este necesară multă energie pentru funcționarea sistemului imunitar și excretor, precum și a sistemului de termoreglare al organismului, care este necesar pentru a combate eficient debutul bolii.
Care celule au cel mai mult ATP? Acestea sunt celule ale țesutului muscular și nervos, deoarece procesele de schimb de energie au loc cel mai intens în ele. Și acest lucru este evident, deoarece mușchii participă la mișcarea care necesită contracția fibrelor musculare, iar neuronii transmit impulsuri electrice, fără de care funcționarea tuturor sistemelor corpului este imposibilă. Prin urmare, este atât de important ca celula să se mențină neschimbată și nivel înalt adenozin trifosfat.
Cum se pot forma moleculele de adenozin trifosfat în organism? Ele sunt formate din așa-numitele fosforilarea ADP (adenozin difosfat). Acest reacție chimică arata asa:
ADP + acid fosforic + energie → ATP + apă.
Fosforilarea ADP are loc cu participarea catalizatorilor cum ar fi enzimele și lumina și se realizează într-unul din trei moduri:
Atât fosforilarea oxidativă, cât și fosforilarea substratului utilizează energia substanțelor care sunt oxidate în timpul unei astfel de sinteze.
Concluzie
Acid adenozin trifosforic- Aceasta este substanța cel mai frecvent reînnoită în organism. Cât timp trăiește în medie o moleculă de adenozin trifosfat? În corpul uman, de exemplu, durata sa de viață este mai mică de un minut, așa că o moleculă dintr-o astfel de substanță se naște și se descompune de până la 3000 de ori pe zi. În mod uimitor, în timpul zilei corpul uman sintetizează aproximativ 40 kg din această substanță! Nevoia de această „energie internă” este atât de mare pentru noi!
Întregul ciclu de sinteză și utilizarea ulterioară a ATP ca combustibil energetic pentru procesele metabolice din corpul unei ființe vii reprezintă însăși esența metabolismului energetic în acest organism. Astfel, trifosfatul de adenozină este un fel de „baterie” care asigură funcționarea normală a tuturor celulelor unui organism viu.