نقش اصلی ATP در بدن با تامین انرژی برای واکنش های بیوشیمیایی متعدد همراه است. به عنوان حامل دو پیوند پرانرژی، ATP به عنوان منبع مستقیم انرژی برای بسیاری از فرآیندهای بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی مصرف کننده انرژی عمل می کند. همه اینها واکنش های سنتز مواد پیچیده در بدن است: اجرای انتقال فعال مولکول ها از طریق غشاهای بیولوژیکی، از جمله ایجاد یک گذرنده. پتانسیل الکتریکی; اجرای انقباض عضلانی

همانطور که در بیوانرژی موجودات زنده شناخته شده است، دو نکته مهم است:

• الف) انرژی شیمیایی از طریق تشکیل ATP همراه با واکنش های کاتابولیک اگزرگونیک اکسیداسیون سوبستراهای آلی ذخیره می شود.
• ب) انرژی شیمیایی از طریق تجزیه ATP، همراه با واکنش های آنابولیسم آنابولیسم و ​​سایر فرآیندهایی که به انرژی نیاز دارند، استفاده می شود.

این سوال مطرح می شود که چرا مولکول ATP نقش اصلی خود را در انرژی زیستی ایفا می کند. برای حل آن، ساختار ATP را در نظر بگیرید ساختار ATP - (در pH 7.0 چهار بار آنیون).

ATP یک ترکیب ترمودینامیکی ناپایدار است. ناپایداری ATP اولاً با دافعه الکترواستاتیکی در ناحیه خوشه ای از بارهای منفی به همین نام تعیین می شود که منجر به کشش در کل مولکول می شود ، اما پیوند قوی ترین است - P - O - P و ثانیاً توسط یک رزونانس خاص مطابق با آخرین عامل، رقابت بین اتم‌های فسفر برای الکترون‌های متحرک غیر مشترک اتم اکسیژن واقع بین آنها وجود دارد، زیرا هر اتم فسفر دارای بار مثبت جزئی به دلیل تأثیر پذیرنده الکترون P=O و P است. - گروه های O. بنابراین، احتمال وجود ATP با وجود مقدار کافی مشخص می شود انرژی شیمیاییدر مولکولی که به شما امکان می دهد این تنش های فیزیکوشیمیایی را جبران کنید. مولکول ATP حاوی دو پیوند فسفوآنیدرید (پیرو فسفات) است که هیدرولیز آن با کاهش قابل توجه انرژی آزاد (در pH 7.0 و 37 درجه سانتیگراد) همراه است.

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.

یکی از مشکلات اصلی بیوانرژی، بیوسنتز ATP است که در طبیعت زنده از طریق فسفوریلاسیون ADP اتفاق می افتد.

فسفوریلاسیون ADP یک فرآیند آندرگونیک است و به منبع انرژی نیاز دارد. همانطور که قبلا ذکر شد، دو منبع انرژی در طبیعت غالب هستند - انرژی خورشیدی و انرژی شیمیایی کاهش یافته ترکیبات آلی. گیاهان سبزو برخی از میکروارگانیسم ها قادرند انرژی کوانتوم های نور جذب شده را به انرژی شیمیایی تبدیل کنند که صرف فسفوریلاسیون ADP در مرحله نوری فتوسنتز می شود. این فرآیند بازسازی ATP فسفوریلاسیون فتوسنتزی نامیده می شود. تبدیل انرژی اکسیداسیون ترکیبات آلی به پیوندهای کلان انرژی ATP در شرایط هوازی عمدتاً از طریق فسفوریلاسیون اکسیداتیو انجام می شود. انرژی آزاد مورد نیاز برای تشکیل ATP در زنجیره اکسیداتیو تنفسی میتوکندری تولید می شود.

نوع دیگری از سنتز ATP به نام فسفوریلاسیون سوبسترا شناخته شده است. بر خلاف فسفوریلاسیون اکسیداتیو مرتبط با انتقال الکترون، دهنده گروه فسفوریل فعال (-PO3 H2)، که برای بازسازی ATP ضروری است، واسطه فرآیندهای گلیکولیز و چرخه اسید تری کربوکسیلیک است. در تمام این موارد، فرآیندهای اکسیداتیو منجر به تشکیل ترکیبات پرانرژی می شود: 1،3-دی فسفوگلیسرات (گلیکولیز)، سوکسینیل-CoA (چرخه اسید تری کربوکسیلیک)، که با مشارکت آنزیم های مناسب، قادر به فولیله کردن ADP و تشکیل ATP تبدیل انرژی در سطح بستر تنها راه سنتز ATP در موجودات بی هوازی است. این فرآیند سنتز ATP به شما امکان می دهد تا کار شدید ماهیچه های اسکلتی را در طول دوره های گرسنگی اکسیژن حفظ کنید. باید به خاطر داشت که این تنها مسیر سنتز ATP در گلبول های قرمز بالغی است که میتوکندری ندارند.

بخصوص نقش مهمدر انرژی زیستی سلول، آدنیل نوکلئوتید نقش دارد که دو باقیمانده اسید فسفریک به آن متصل است. این ماده آدنوزین تری فسفریک اسید (ATP) نام دارد. انرژی در پیوندهای شیمیایی بین باقی مانده‌های اسید فسفریک مولکول ATP ذخیره می‌شود که با جداسازی فسفوریت آلی آزاد می‌شود:

ATP= ADP+P+E،

در جایی که F یک آنزیم است، E انرژی آزاد کننده است. در این واکنش، اسید آدنوزین فسفریک (ADP) تشکیل می شود - باقی مانده مولکول ATP و فسفات آلی. همه سلول‌ها از انرژی ATP برای فرآیندهای بیوسنتز، حرکت، تولید گرما، تکانه‌های عصبی، لومینسانس (مثلاً باکتری‌های درخشان)، یعنی برای همه فرآیندهای حیاتی استفاده می‌کنند.

ATP یک انباشته کننده انرژی بیولوژیکی جهانی است. انرژی نور موجود در غذای مصرفی در مولکول های ATP ذخیره می شود.

عرضه ATP در سلول کم است. بنابراین، ذخیره ATP در عضله برای 20 تا 30 انقباض کافی است. با کار شدید اما کوتاه مدت، عضلات منحصراً به دلیل تجزیه ATP موجود در آنها کار می کنند. پس از اتمام کار، فرد به شدت نفس می کشد - در این دوره، کربوهیدرات ها و سایر مواد شکسته می شوند (انرژی انباشته می شود) و عرضه ATP در سلول ها بازسازی می شود.

علاوه بر انرژی، ATP تعدادی عملکرد به همان اندازه مهم دیگر را در بدن انجام می دهد:

• · ATP همراه با دیگر تری فسفات های نوکلئوزیدی، محصول اولیه در سنتز اسیدهای نوکلئیک است.
• علاوه بر این، ATP آزاد می شود مکان مهمدر تنظیم بسیاری از فرآیندهای بیوشیمیایی. ATP به عنوان یک عامل آلوستریک تعدادی از آنزیم ها، با پیوستن به مراکز تنظیمی آنها، فعالیت آنها را افزایش یا سرکوب می کند.
• · ATP همچنین یک پیش ساز مستقیم برای سنتز آدنوزین مونوفسفات حلقوی، یک پیام رسان ثانویه انتقال سیگنال هورمونی به سلول است.

نقش ATP به عنوان یک فرستنده در سیناپس ها نیز شناخته شده است.

میلیون ها واکنش بیوشیمیایی در هر سلول بدن ما اتفاق می افتد. آنها توسط آنزیم های مختلفی کاتالیز می شوند که اغلب به انرژی نیاز دارند. سلول آن را از کجا دریافت می کند؟ اگر ساختار مولکول ATP - یکی از منابع اصلی انرژی - را در نظر بگیریم، می توان به این سوال پاسخ داد.

ATP یک منبع انرژی جهانی است

ATP مخفف آدنوزین تری فسفات یا آدنوزین تری فسفات است. این ماده یکی از دو منبع مهم انرژی در هر سلول است. ساختار ATP و نقش بیولوژیکینزدیک متصل است. بیشتر واکنش‌های بیوشیمیایی می‌توانند تنها با مشارکت مولکول‌های یک ماده اتفاق بیفتند، اما ATP به ندرت مستقیماً در واکنش دخالت دارد: برای وقوع هر فرآیندی، انرژی موجود در آدنوزین تری فسفات مورد نیاز است.

ساختار مولکول های ماده به گونه ای است که پیوندهای تشکیل شده بین گروه های فسفات حامل مقدار زیادیانرژی. بنابراین، به این گونه اتصالات ماکرو انرژی یا ماکروانرژیک نیز می گویند (ماکرو = بسیاری، تعداد زیادی از). این اصطلاح برای اولین بار توسط دانشمند F. Lipman معرفی شد و او همچنین پیشنهاد کرد که از نماد ̴ برای تعیین آنها استفاده شود.

حفظ سطح ثابت آدنوزین تری فسفات برای سلول بسیار مهم است. این امر به ویژه در مورد سلول‌های عضلانی و رشته‌های عصبی صادق است، زیرا آن‌ها وابسته به انرژی هستند و برای انجام وظایف خود به محتوای بالایی از آدنوزین تری فسفات نیاز دارند.

ساختار مولکول ATP

آدنوزین تری فسفات از سه عنصر ریبوز، آدنین و باقیمانده تشکیل شده است

ریبوز- کربوهیدراتی که متعلق به گروه پنتوز است. این بدان معنی است که ریبوز حاوی 5 اتم کربن است که در یک چرخه محصور شده اند. ریبوز از طریق یک پیوند β-N-گلیکوزیدی روی اتم کربن اول به آدنین متصل می شود. باقی مانده های اسید فسفریک در اتم 5 کربن نیز به پنتوز اضافه می شود.

آدنین یک پایه نیتروژنی است.بسته به اینکه کدام پایه نیتروژنی به ریبوز متصل است، GTP (گوانوزین تری فسفات)، TTP (تیمیدین تری فسفات)، CTP (سیتیدین تری فسفات) و UTP (اوریدین تری فسفات) نیز متمایز می شوند. همه این مواد از نظر ساختار شبیه به آدنوزین تری فسفات هستند و تقریباً عملکردهای مشابهی دارند، اما در سلول بسیار کمتر رایج هستند.

بقایای اسید فسفریک. حداکثر سه باقی مانده اسید فسفریک را می توان به ریبوز متصل کرد. اگر دو یا فقط یک وجود داشته باشد، آن ماده ADP (دی فسفات) یا AMP (مونوفسفات) نامیده می شود. بین بقایای فسفر است که پیوندهای کلان انرژی منعقد می شود که پس از گسیختگی آن 40 تا 60 کیلوژول انرژی آزاد می شود. اگر دو پیوند شکسته شود، 80، کمتر - 120 کیلوژول انرژی آزاد می شود. هنگامی که پیوند بین ریبوز و باقی مانده فسفر شکسته می شود، تنها 13.8 کیلوژول آزاد می شود، بنابراین تنها دو پیوند پرانرژی در مولکول تری فسفات (P ̴ P ̴ P) و در مولکول ADP یک (P ̴) وجود دارد. پ).

اینها ویژگی های ساختاری ATP هستند. با توجه به اینکه یک پیوند کلان انرژی بین بقایای اسید فسفریک تشکیل می شود، ساختار و عملکرد ATP به هم پیوسته است.

ساختار ATP و نقش بیولوژیکی مولکول. عملکردهای اضافی آدنوزین تری فسفات

علاوه بر انرژی، ATP می تواند بسیاری از وظایف دیگر را در سلول انجام دهد. همراه با دیگر تری فسفات های نوکلئوتیدی، تری فسفات در ساخت نقش دارد اسید نوکلئیک. در این مورد، ATP، GTP، TTP، CTP و UTP تامین کننده پایه های نیتروژنی هستند. این ویژگی در فرآیندها و رونویسی استفاده می شود.

ATP همچنین برای عملکرد کانال های یونی ضروری است. به عنوان مثال، کانال Na-K 3 مولکول سدیم را به بیرون از سلول پمپ می کند و 2 مولکول پتاسیم را به داخل سلول پمپ می کند. این جریان یونی برای حفظ بار مثبت در سطح بیرونی غشا مورد نیاز است و تنها با کمک آدنوزین تری فسفات می تواند کانال عمل کند. همین امر در مورد کانال های پروتون و کلسیم نیز صدق می کند.

ATP پیش ساز cAMP پیام رسان دوم (آدنوزین مونوفسفات حلقوی) است - cAMP نه تنها سیگنال دریافتی توسط گیرنده های غشای سلولی را منتقل می کند، بلکه یک عامل آلوستریک نیز می باشد. عوامل آلوستریک موادی هستند که واکنش های آنزیمی را تسریع یا کند می کنند. بنابراین، آدنوزین تری فسفات حلقوی، سنتز آنزیمی را که تجزیه لاکتوز را در سلول های باکتری کاتالیز می کند، مهار می کند.

خود مولکول آدنوزین تری فسفات نیز ممکن است یک عامل آلوستریک باشد. علاوه بر این، در چنین فرآیندهایی، ADP به عنوان یک آنتاگونیست برای ATP عمل می کند: اگر تری فسفات واکنش را تسریع کند، دی فسفات آن را مهار می کند و بالعکس. اینها عملکردها و ساختار ATP هستند.

چگونه ATP در یک سلول تشکیل می شود؟

عملکرد و ساختار ATP به گونه ای است که مولکول های ماده به سرعت مورد استفاده قرار می گیرند و از بین می روند. بنابراین سنتز تری فسفات است فرآیند مهمتشکیل انرژی در سلول

سه تا هستند راه های مهمسنتز آدنوزین تری فسفات:

1. فسفوریلاسیون سوبسترا.

2. فسفوریلاسیون اکسیداتیو.

3. فتوفسفوریلاسیون.

فسفوریلاسیون سوبسترا بر اساس واکنش های متعددی است که در سیتوپلاسم سلول رخ می دهد. این واکنش ها گلیکولیز نامیده می شود - مرحله بی هوازی در نتیجه 1 سیکل گلیکولیز، از 1 مولکول گلوکز دو مولکول ساخته می شود که سپس برای تولید انرژی استفاده می شود و دو ATP نیز سنتز می شود.

• C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2Pn --> 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 4H.

تنفس سلولی

فسفوریلاسیون اکسیداتیو تشکیل آدنوزین تری فسفات با انتقال الکترون ها در طول زنجیره انتقال الکترون غشایی است. در نتیجه این انتقال، یک شیب پروتون در یک طرف غشاء تشکیل می شود و با کمک مجموعه پروتئینی ATP سنتاز، مولکول هایی ساخته می شود. این فرآیند روی غشای میتوکندری انجام می شود.

توالی مراحل گلیکولیز و فسفوریلاسیون اکسیداتیو در میتوکندری روند کلیتنفس نامیده می شود. بعد از چرخه کاملاز 1 مولکول گلوکز در یک سلول، 36 مولکول ATP تشکیل می شود.

فتوفسفوریلاسیون

فرآیند فوتوفسفوریلاسیون نیز به همین صورت است فسفوریلاسیون اکسیداتیوتنها با یک تفاوت: واکنش های فوتوفسفوریلاسیون در کلروپلاست های سلول تحت تأثیر نور رخ می دهد. ATP در مرحله نور فتوسنتز، فرآیند اصلی تولید انرژی در گیاهان سبز، جلبک ها و برخی باکتری ها تولید می شود.

در طول فتوسنتز، الکترون ها از زنجیره انتقال الکترون مشابهی عبور می کنند و در نتیجه یک گرادیان پروتون تشکیل می شود. غلظت پروتون ها در یک طرف غشاء منبع سنتز ATP است. مونتاژ مولکول ها توسط آنزیم ATP سنتاز انجام می شود.

سلول متوسط ​​دارای 0.04 درصد وزنی آدنوزین تری فسفات است. با این حال، بیشترین پراهمیتمشاهده شده در سلول های عضلانی: 0.2-0.5٪.

حدود 1 میلیارد مولکول ATP در یک سلول وجود دارد.

هر مولکول بیش از 1 دقیقه عمر نمی کند.

یک مولکول آدنوزین تری فسفات 2000-3000 بار در روز تجدید می شود.

در کل بدن انسان روزانه 40 کیلوگرم آدنوزین تری فسفات سنتز می کند و در هر زمان ذخیره ATP 250 گرم است.

نتیجه

ساختار ATP و نقش بیولوژیکی مولکول های آن ارتباط نزدیکی با هم دارند. این ماده نقش کلیدی در فرآیندهای زندگی دارد، زیرا پیوندهای پرانرژی بین بقایای فسفات حاوی مقدار زیادی انرژی است. آدنوزین تری فسفات عملکردهای زیادی را در سلول انجام می دهد و بنابراین حفظ غلظت ثابت ماده مهم است. پوسیدگی و سنتز با سرعت زیاد اتفاق می افتد، زیرا انرژی پیوندها به طور مداوم در واکنش های بیوشیمیایی استفاده می شود. این یک ماده ضروری برای هر سلول در بدن است. این احتمالاً تمام چیزی است که می توان در مورد ساختار ATP گفت.

اصلی منبع انرژی برای سلولمواد مغذی هستند: کربوهیدرات ها، چربی ها و پروتئین ها که با کمک اکسیژن اکسید می شوند. تقریباً تمام کربوهیدرات ها، قبل از رسیدن به سلول های بدن، به دلیل کار دستگاه گوارشو کبد به گلوکز تبدیل می شود. در کنار کربوهیدرات ها، پروتئین ها نیز به اسیدهای آمینه و لیپیدها به اسیدهای چرب تجزیه می شوند، در سلول، مواد مغذی تحت تأثیر اکسیژن و با مشارکت آنزیم هایی که واکنش های آزادسازی انرژی و استفاده از آن را کنترل می کنند، اکسید می شوند.

تقریبا همه واکنش های اکسیداتیو در میتوکندری رخ می دهد و انرژی آزاد شده به شکل یک ترکیب پر انرژی - ATP ذخیره می شود. متعاقباً، این ATP است و نه مواد مغذی، که برای تأمین انرژی فرآیندهای متابولیک درون سلولی استفاده می شود.

مولکول ATPحاوی: (1) پایه نیتروژنی آدنین. (2) کربوهیدرات پنتوز ریبوز، (3) سه باقی مانده اسید فسفریک. دو فسفات آخر با پیوندهای فسفات پرانرژی به یکدیگر و به بقیه مولکول متصل می شوند که در فرمول ATP با نماد ~ نشان داده شده است. با توجه به شرایط فیزیکی و فیزیکی مشخصه بدن، شرایط شیمیاییانرژی هر پیوند 12000 کالری در هر 1 مول ATP است که چندین برابر انرژی یک پیوند معمولی است. پیوند شیمیاییبه همین دلیل است که پیوندهای فسفات را پرانرژی می نامند. علاوه بر این، این اتصالات به راحتی از بین می روند و به محض نیاز به فرآیندهای درون سلولی انرژی می دهند.

وقتی آزاد شد انرژی ATPیک گروه فسفات اهدا می کند و تبدیل به آدنوزین دی فسفات می شود. انرژی آزاد شده تقریباً برای تمام فرآیندهای سلولی استفاده می شود، به عنوان مثال در واکنش های بیوسنتز و انقباض عضلانی.

پر کردن ATPبا ترکیب مجدد ADP با باقیمانده اسید فسفریک در هزینه انرژی رخ می دهد مواد مغذی. این روند بارها و بارها تکرار می شود. ATP دائما مصرف و ذخیره می شود و به همین دلیل است که به آن ارز انرژی سلول می گویند. زمان گردش ATP تنها چند دقیقه است.

نقش میتوکندری در واکنش های شیمیایی تشکیل ATP. هنگامی که گلوکز وارد سلول می شود، تحت تأثیر آنزیم های سیتوپلاسمی به اسید پیروویک تبدیل می شود (به این فرآیند گلیکولیز می گویند). انرژی آزاد شده در این فرآیند صرف تبدیل مقدار کمی ADP به ATP می شود که کمتر از 5 درصد از کل ذخایر انرژی را نشان می دهد.

95٪ در میتوکندری انجام می شود. اسید پیروویک، اسیدهای چرب و اسیدهای آمینه که به ترتیب از کربوهیدرات ها، چربی ها و پروتئین ها تشکیل می شوند، در نهایت به ترکیبی به نام استیل کوآ در ماتریکس میتوکندری تبدیل می شوند. این ترکیب به نوبه خود وارد یک سری واکنش های آنزیمی می شود که مجموعاً چرخه اسید تری کربوکسیلیک یا چرخه کربس نامیده می شود تا انرژی خود را آزاد کند.

در یک حلقه اسیدهای تری کربوکسیلیک استیل کوآبه اتم های هیدروژن و مولکول های دی اکسید کربن تجزیه می شود. دی اکسید کربن از میتوکندری خارج می شود، سپس با انتشار از سلول خارج می شود و از طریق ریه ها از بدن خارج می شود.

اتم های هیدروژناز نظر شیمیایی بسیار فعال است و بنابراین بلافاصله با اکسیژن منتشر شده در میتوکندری واکنش نشان می دهد. مقدار زیادی انرژی آزاد شده در این واکنش برای تبدیل بسیاری از مولکول های ADP به ATP استفاده می شود. این واکنش ها کاملاً پیچیده هستند و نیاز به مشارکت تعداد زیادی آنزیم دارند که بخشی از کریستای میتوکندری هستند. بر مرحله اولیهیک الکترون از اتم هیدروژن حذف می شود و اتم به یون هیدروژن تبدیل می شود. این فرآیند با افزودن یون هیدروژن به اکسیژن به پایان می رسد. در نتیجه این واکنش، آب و مقدار زیادی انرژی تشکیل می شود که برای عملکرد سنتتاز ATP، یک پروتئین کروی بزرگ که به شکل توبرکل ها بر روی سطح کریستای میتوکندری بیرون زده است، ضروری است. تحت عمل این آنزیم که از انرژی یون های هیدروژن استفاده می کند، ADP به ATP تبدیل می شود. مولکول‌های جدید ATP از میتوکندری به تمام قسمت‌های سلول از جمله هسته فرستاده می‌شوند، جایی که انرژی این ترکیب برای ارائه عملکردهای مختلف استفاده می‌شود.
این فرآیند سنتز ATPبه طور کلی به عنوان مکانیسم شیمیایی شیمیایی تولید ATP شناخته می شود.

شکل دو روش را نشان می دهد تصاویر ساختار ATP. آدنوزین مونوفسفات (AMP)، آدنوزین دی فسفات (ADP) و آدنوزین تری فسفات (ATP) متعلق به دسته ای از ترکیبات به نام نوکلئوتید هستند. مولکول نوکلئوتید از یک قند پنج کربنه، یک باز نیتروژن دار و اسید فسفریک تشکیل شده است. در مولکول AMP، قند با ریبوز نشان داده می شود و پایه آن آدنین است. دو گروه فسفات در مولکول ADP و سه گروه در مولکول ATP وجود دارد.

مقدار ATP

هنگامی که ATP به ADP تجزیه می شودو انرژی فسفات معدنی (Pn) آزاد می شود:

واکنش با جذب آب رخ می دهد، یعنی هیدرولیز را نشان می دهد (در مقاله ما بارها با این نوع بسیار رایج واکنش های بیوشیمیایی مواجه شده ایم). سومین گروه فسفات جدا شده از ATP در سلول به شکل فسفات معدنی (Pn) باقی می ماند. بازده انرژی آزاد برای این واکنش 30.6 کیلوژول در هر مول ATP است.

از ADFو فسفات، ATP را می توان دوباره سنتز کرد، اما این نیاز به صرف 30.6 کیلوژول انرژی در هر 1 مول ATP تازه تشکیل شده دارد.

در این واکنش، که واکنش تراکم نامیده می شود، آب آزاد می شود. افزودن فسفات به ADP واکنش فسفوریلاسیون نامیده می شود. هر دو معادله بالا را می توان با هم ترکیب کرد:

این واکنش برگشت پذیر توسط آنزیمی به نام کاتالیز می شود ATPase.

همانطور که قبلاً ذکر شد همه سلول ها برای انجام کار خود به انرژی نیاز دارند و برای همه سلول های هر موجودی منبع این انرژی است. به عنوان ATP عمل می کند. بنابراین، ATP "حامل انرژی جهانی" یا "ارز انرژی" سلول ها نامیده می شود. یک قیاس مناسب، باتری های الکتریکی است. به خاطر داشته باشید که چرا ما از آنها استفاده نمی کنیم. با کمک آنها می توانیم در یک مورد نور، در مورد دیگر صدا، گاهی اوقات حرکت مکانیکی، و گاهی اوقات واقعاً از آنها نیاز داریم دریافت کنیم. انرژی الکتریکی. راحتی باتری ها این است که بسته به جایی که آن را قرار می دهیم، می توانیم از همان منبع انرژی - یک باتری - برای اهداف مختلف استفاده کنیم. همین نقش در سلول های ATP. برای چنین چیزی انرژی می دهد فرآیندهای مختلفمانند انقباض عضلانی، انتقال تکانه های عصبی، انتقال فعال مواد یا سنتز پروتئین و سایر انواع فعالیت های سلولی. برای انجام این کار، به سادگی باید به بخش مربوطه از دستگاه سلول "متصل" شود.

قیاس را می توان ادامه داد. ابتدا باید باتری ها ساخته شوند و برخی از آنها (قابل شارژ) مانند باتری قابل شارژ مجدد باشند. هنگامی که باتری ها در کارخانه تولید می شوند، باید حاوی (و در نتیجه توسط کارخانه مصرف شوند) مقدار معینی ازانرژی. سنتز ATP نیز به انرژی نیاز دارد. منبع آن اکسیداسیون مواد آلی در طول تنفس است. از آنجایی که انرژی در طی فرآیند اکسیداسیون برای فسفریله کردن ADP آزاد می شود، به این فسفوریلاسیون فسفوریلاسیون اکسیداتیو می گویند. در طول فتوسنتز، ATP از انرژی نور تولید می شود. این فرآیند فوتوفسفوریلاسیون نامیده می شود (به بخش 7.6.2 مراجعه کنید). همچنین «کارخانه‌هایی» در سلول وجود دارند که بیشتر ATP را تولید می‌کنند. اینها میتوکندری هستند. آنها حاوی "خطوط مونتاژ" شیمیایی هستند که در طی تنفس هوازی ATP تشکیل می شود. در نهایت، "باتری های" تخلیه شده نیز در سلول شارژ می شوند: پس از اینکه ATP انرژی موجود در آن را آزاد کرد و به ADP و Fn تبدیل شد، به دلیل انرژی دریافتی در این فرآیند می توان دوباره به سرعت از ADP و Fn سنتز کرد. تنفس ناشی از اکسیداسیون بخش های جدید مواد آلی.

مقدار ATPدر سلول در هر لحظه بسیار کوچک است. بنابراین، در ATFباید فقط حامل انرژی و نه انبار آن را دید. موادی مانند چربی یا گلیکوژن برای ذخیره انرژی طولانی مدت استفاده می شود. سلول ها به سطح ATP بسیار حساس هستند. با افزایش میزان استفاده از آن، سرعت فرآیند تنفسی که این سطح را حفظ می کند نیز افزایش می یابد.

نقش ATPبه عنوان یک حلقه اتصال بین تنفس سلولی و فرآیندهای مربوط به مصرف انرژی، این نمودار ساده به نظر می رسد، اما یک الگوی بسیار مهم را نشان می دهد.

بنابراین می توان گفت که به طور کلی، عملکرد تنفس این است که تولید ATP.

اجازه دهید آنچه را که در بالا گفته شد به اختصار خلاصه کنیم.
1. سنتز ATP از ADP و فسفات معدنی به 30.6 کیلوژول انرژی در هر 1 مول ATP نیاز دارد.
2. ATP در تمام سلول های زنده وجود دارد و بنابراین یک حامل جهانی انرژی است. هیچ حامل انرژی دیگری استفاده نمی شود. این موضوع را ساده می کند - دستگاه سلولی لازم می تواند ساده تر باشد و کارآمدتر و اقتصادی تر کار کند.
3. ATP به راحتی انرژی را به هر قسمت از سلول به هر فرآیندی که نیاز به انرژی دارد می رساند.
4. ATP به سرعت انرژی آزاد می کند. این فقط به یک واکنش نیاز دارد - هیدرولیز.
5. میزان تولید ATP از ADP و فسفات معدنی (سرعت فرآیند تنفس) به راحتی بر اساس نیاز تنظیم می شود.
6. ATP در طول تنفس به دلیل انرژی شیمیایی آزاد شده در طی اکسیداسیون مواد آلی مانند گلوکز و در طول فتوسنتز به علت انرژی خورشیدی. تشکیل ATP از ADP و فسفات معدنی را واکنش فسفوریلاسیون می نامند. اگر انرژی فسفوریلاسیون از طریق اکسیداسیون تامین شود، در این صورت ما از فسفوریلاسیون اکسیداتیو صحبت می کنیم (این فرآیند در طی تنفس اتفاق می افتد)، اما اگر انرژی نور برای فسفوریلاسیون استفاده شود، این فرآیند فسفوریلاسیون نامیده می شود (این در طول فتوسنتز رخ می دهد).

مهم ترین ماده موجود در سلول های موجودات زنده، آدنوزین تری فسفات یا آدنوزین تری فسفات است. اگر مخفف این نام را وارد کنیم ATP بدست می آید. این ماده از گروه نوکلئوزید تری فسفات ها است و نقش اصلی را در فرآیندهای متابولیک سلول های زنده ایفا می کند و منبع انرژی غیر قابل جایگزینی برای آنها است.

کاشفان ATP بیوشیمی‌دانانی از دانشکده پزشکی گرمسیری هاروارد - Yellapragada Subbarao، Karl Lohman و Cyrus Fiske بودند. این کشف در سال 1929 اتفاق افتاد و به نقطه عطفی در زیست شناسی سیستم های زنده تبدیل شد. بعدها، در سال 1941، بیوشیمیدان آلمانی، فریتز لیپمان، کشف کرد که ATP در سلول ها حامل اصلی انرژی است.

ساختار ATP

این مولکول یک نام سیستماتیک دارد که به صورت زیر نوشته شده است: 9-β-D-ribofuranosyladenine-5'-triphosphate یا 9-β-D-ribofuranosyl-6-amino-purine-5'-triphosphate. چه ترکیباتی ATP را تشکیل می دهند؟ از نظر شیمیایی، این استر آدنوزین تری فسفات است - مشتقات آدنین و ریبوز. این ماده از ترکیب آدنین که یک پایه نیتروژنی پورینی است با کربن 1' ریبوز با استفاده از پیوند β-N-گلیکوزیدی تشکیل می شود. سپس مولکول های α-، β- و γ-فسفریک اسید به طور متوالی به 5'-کربن ریبوز اضافه می شوند.

بنابراین، مولکول ATP حاوی ترکیباتی مانند آدنین، ریبوز و سه باقی مانده اسید فسفریک است. ATP یک ترکیب ویژه حاوی پیوندهایی است که مقادیر زیادی انرژی آزاد می کند. به چنین پیوندها و موادی پرانرژی می گویند. در جریان هیدرولیز این پیوندهای مولکول ATP مقداری انرژی از 40 تا 60 کیلوژول بر مول آزاد می شود و این فرآیند با حذف یک یا دو باقی مانده اسید فسفریک همراه است.

این واکنش های شیمیایی اینگونه نوشته می شود:

• 1). ATP + آب → ADP + اسید فسفریک + انرژی.
• 2). ADP + آب → AMP + اسید فسفریک + انرژی.

انرژی آزاد شده در طی این واکنش ها در فرآیندهای بیوشیمیایی بعدی که نیاز به ورودی های انرژی خاصی دارند استفاده می شود.

نقش ATP در یک موجود زنده توابع آن

ATP چه عملکردی را انجام می دهد؟اول از همه انرژی. همانطور که در بالا ذکر شد، نقش اصلی آدنوزین تری فسفات تامین انرژی برای فرآیندهای بیوشیمیایی در یک موجود زنده است. این نقش به این دلیل است که به دلیل وجود دو پیوند پرانرژی، ATP به عنوان منبع انرژی برای بسیاری از فرآیندهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی که نیاز به ورودی انرژی زیادی دارند، عمل می کند. چنین فرآیندهایی همه واکنش های سنتز مواد پیچیده در بدن هستند. این، اول از همه، انتقال فعال مولکول ها از طریق غشای سلولی، از جمله مشارکت در ایجاد پتانسیل الکتریکی بین غشایی، و اجرای انقباض عضلانی است.

علاوه بر موارد فوق، چند مورد دیگر را ذکر می کنیم: توابع کمتر مهم ATP، مانند:

چگونه ATP در بدن تشکیل می شود؟

سنتز آدنوزین تری فسفریک اسید در حال انجام است، زیرا بدن برای عملکرد طبیعی همیشه به انرژی نیاز دارد. در هر لحظه، مقدار بسیار کمی از این ماده وجود دارد - تقریباً 250 گرم، که یک "ذخیره اضطراری" برای یک "روز بارانی" است. در طول بیماری، سنتز شدید این اسید وجود دارد، زیرا انرژی زیادی برای عملکرد سیستم ایمنی و دفع و همچنین سیستم تنظیم حرارت بدن لازم است که برای مبارزه موثربا شروع بیماری

کدام سلول ها بیشترین ATP را دارند؟ اینها سلولهای عضلانی و بافت عصبی هستند، زیرا فرآیندهای تبادل انرژی در آنها شدیدتر رخ می دهد. و این بدیهی است، زیرا ماهیچه‌ها در حرکتی شرکت می‌کنند که نیاز به انقباض فیبرهای عضلانی دارد و نورون‌ها تکانه‌های الکتریکی را منتقل می‌کنند که بدون آن عملکرد تمام سیستم‌های بدن غیرممکن است. بنابراین، برای سلول بسیار مهم است که بدون تغییر باقی بماند و سطح بالاآدنوزین تری فسفات.

چگونه می توان مولکول های آدنوزین تری فسفات را در بدن تشکیل داد؟ آنها توسط به اصطلاح تشکیل می شوند فسفوریلاسیون ADP (آدنوزین دی فسفات). این واکنش شیمیاییبه شرح زیر است:

ADP + اسید فسفریک + انرژی → ATP + آب.

فسفوریلاسیون ADP با مشارکت کاتالیزورهایی مانند آنزیم ها و نور انجام می شود و توسط یکی از آنها انجام می شود. سه راه:

هر دو فسفوریلاسیون اکسیداتیو و سوبسترا از انرژی موادی استفاده می کنند که در طول چنین سنتزی اکسید می شوند.

نتیجه

آدنوزین تری فسفریک اسید- این ماده ای است که اغلب در بدن تجدید می شود. یک مولکول آدنوزین تری فسفات به طور متوسط ​​چقدر عمر می کند؟ به عنوان مثال در بدن انسان عمر آن کمتر از یک دقیقه است، بنابراین یک مولکول از چنین ماده ای تا 3000 بار در روز متولد می شود و تجزیه می شود. به طرز شگفت انگیزی در طول روز بدن انسانحدود 40 کیلوگرم از این ماده را سنتز می کند! نیاز به این «انرژی درونی» برای ما بسیار زیاد است!

کل چرخه سنتز و استفاده بیشتر ATP به عنوان سوخت انرژی برای فرآیندهای متابولیک در بدن یک موجود زنده نشان دهنده ماهیت متابولیسم انرژی در این ارگانیسم است. بنابراین، آدنوزین تری فسفات نوعی "باتری" است که عملکرد طبیعی تمام سلول های یک موجود زنده را تضمین می کند.