ATP:n päärooli kehossa liittyy energian tuottamiseen lukuisiin biokemiallisiin reaktioihin. Kahden korkeaenergisen sidoksen kantajana ATP toimii suorana energialähteenä monille energiaa kuluttaville biokemiallisille ja fysiologisille prosesseille. Kaikki nämä ovat monimutkaisten aineiden synteesin reaktioita kehossa: molekyylien aktiivisen siirron toteuttaminen biologisten kalvojen läpi, mukaan lukien transmembraanin luominen sähköinen potentiaali; lihasten supistuksen toteuttaminen.

Kuten tiedät, elävien organismien bioenergetiikassa kaksi pääkohtaa ovat tärkeitä:

• a) kemiallinen energia varastoituu ATP:n muodostumisen kautta yhdistettynä eksergonisiin katabolisiin orgaanisten substraattien hapettumisreaktioihin;
• b) kemiallista energiaa hyödynnetään pilkkomalla ATP, joka liittyy anabolismin endergonisiin reaktioihin ja muihin energiaa vaativiin prosesseihin.

Herää kysymys, miksi ATP-molekyyli vastaa keskeistä rooliaan bioenergetiikassa. Sen ratkaisemiseksi harkitse ATP:n rakennetta ATP:n rakenne - (pH:ssa 7,0 anionin tetravaraus).

ATP on termodynaamisesti epästabiili yhdiste. ATP:n epävakauden määrää ensinnäkin sähköstaattinen repulsio samannimisen negatiivisten varausten klusterin alueella, joka johtaa koko molekyylin jännitteeseen, mutta vahvin sidos on P - O - P, ja toiseksi, tietyllä resonanssilla. Jälkimmäisen tekijän mukaan fosforiatomien välillä on kilpailua niiden välissä sijaitsevista happiatomin yksinäisistä liikkuvista elektroneista, koska jokaisella fosforiatomilla on osittainen positiivinen varaus johtuen P=O:n ja P-:n merkittävästä elektronin vastaanottajavaikutuksesta. O-ryhmät. Näin ollen ATP:n olemassaolon mahdollisuus määräytyy riittävän määrän läsnäolon perusteella kemiallinen energia molekyylissä, jonka avulla voit kompensoida näitä fysikaalis-kemiallisia rasituksia. ATP-molekyylissä on kaksi fosfoanhydridi (pyrofosfaatti) sidosta, joiden hydrolyysiin liittyy merkittävä vapaan energian väheneminen (pH 7,0 ja 37 o C).

ATP + H 2 O \u003d ADP + H 3 RO 4 G0I \u003d - 31,0 kJ / mol.

ADP + H 2 O \u003d AMP + H 3 RO 4 G0I \u003d - 31,9 kJ / mol.

Yksi bioenergetiikan keskeisistä ongelmista on ATP:n biosynteesi, joka tapahtuu villieläimissä ADP:n fosforylaatiolla.

ADP:n fosforylaatio on endergoninen prosessi ja vaatii energialähteen. Kuten aiemmin todettiin, luonnossa vallitsee kaksi tällaista energianlähdettä - aurinkoenergia ja vähennetty kemiallinen energia orgaaniset yhdisteet. vihreitä kasveja ja jotkut mikro-organismit pystyvät muuttamaan absorboituneiden valokvanttien energian kemialliseksi energiaksi, joka kuluu ADP:n fosforylaatioon fotosynteesin valovaiheessa. Tätä ATP-regeneraatioprosessia kutsutaan fotosynteettiseksi fosforylaatioksi. Orgaanisten yhdisteiden hapetusenergian muuttuminen ATP-makroenergeettisiksi sidoksiksi aerobisissa olosuhteissa tapahtuu pääasiassa oksidatiivisen fosforylaation kautta. ATP:n muodostumiseen tarvittava vapaa energia syntyy mitokodrien hengitysteiden oksidatiivisessa ketjussa.

Tunnetaan toinen ATP-synteesin tyyppi, jota kutsutaan substraattifosforylaatioksi. Toisin kuin elektronien siirtoon liittyvä oksidatiivinen fosforylaatio, ATP:n regeneraatiolle välttämättömän aktivoidun fosforyyliryhmän (-PO3H2) luovuttaja on glykolyysiprosessin ja trikarboksyylihapposyklin välituotteita. Kaikissa näissä tapauksissa oksidatiiviset prosessit johtavat korkeaenergisten yhdisteiden muodostumiseen: 1,3 - difosfoglyseraatti (glykolyysi), sukkinyyli - CoA (trikarboksyylihappokierto), jotka pystyvät sopivien entsyymien osallistuessa foliraattiin ADP:tä ja muodostavat ATP:n. Energian muunnos substraattitasolla on ainoa tapa ATP-synteesiin anaerobisissa organismeissa. Tämän ATP-synteesiprosessin avulla voit ylläpitää luustolihasten intensiivistä työtä hapenpuutteen aikana. On muistettava, että se on ainoa tapa ATP-synteesiin kypsissä punasoluissa, joissa ei ole mitokondrioita.

erityisesti tärkeä rooli adenyylinukleotidi pelaa solun bioenergetiikassa ja johon on kiinnittynyt kaksi fosforihappotähdettä. Tätä ainetta kutsutaan adenosiinitrifosfaatiksi (ATP). ATP-molekyylin fosforihappotähteiden välisissä kemiallisissa sidoksissa varastoituu energiaa, joka vapautuu orgaanisen fosforiitin irtoaessa:

ATP \u003d ADP + P + E,

jossa F on entsyymi, E on vapauttava energia. Tässä reaktiossa muodostuu adenosiinifosforihappoa (ADP) - loppuosa ATP-molekyylistä ja orgaaninen fosfaatti. Kaikki solut käyttävät ATP:n energiaa biosynteesiin, liikkumiseen, lämmöntuotantoon, hermoimpulsseihin, luminesenssiin (esimerkiksi luminesoivat bakteerit), eli kaikkiin elämänprosesseihin.

ATP on universaali biologisen energian kerääjä. Ruoan sisältämä valoenergia varastoituu ATP-molekyyleihin.

ATP:n tarjonta solussa on pieni. Eli lihaksessa ATP-varasto riittää 20-30 supistukseen. Lisääntyneellä, mutta lyhytaikaisella työllä lihakset toimivat yksinomaan niiden sisältämän ATP:n jakautumisen vuoksi. Työn päätyttyä henkilö hengittää raskaasti - tänä aikana hiilihydraattien ja muiden aineiden hajoaminen (energia kertyy) ja ATP:n tarjonta soluissa palautuu.

Energia-ATP:n lisäksi se suorittaa useita muita yhtä tärkeitä toimintoja kehossa:

• · Yhdessä muiden nukleosiditrifosfaattien kanssa ATP on nukleiinihappojen synteesin lähtötuote.
• Lisäksi ATP vapautuu tärkeä paikka monien biokemiallisten prosessien säätelyssä. Koska ATP on useiden entsyymien allosteerinen efektori, se lisää tai tukahduttaa niiden toimintaa yhdistämällä niiden säätelykeskuksiin.
• · ATP on myös syklisen adenosiinimonofosfaatin synteesin suora esiaste – toissijainen lähettiläs hormonaalisen signaalin välittämiseksi soluun.

Tunnetaan myös ATP:n rooli välittäjäaineena synapseissa.

Miljoonia biokemiallisia reaktioita tapahtuu missä tahansa kehomme solussa. Niitä katalysoivat monet entsyymit, jotka usein vaativat energiaa. Mistä solu sen vie? Tähän kysymykseen voidaan vastata, jos otamme huomioon ATP-molekyylin rakenteen - yhden tärkeimmistä energianlähteistä.

ATP on universaali energianlähde

ATP tarkoittaa adenosiinitrifosfaattia tai adenosiinitrifosfaattia. Aine on yksi kahdesta tärkeimmistä energianlähteistä missä tahansa solussa. ATP:n rakenne ja biologinen rooli liittyvät läheisesti toisiinsa. Suurin osa biokemiallisista reaktioista voi tapahtua vain aineen molekyylien osallistuessa, erityisesti tämä pätee, mutta ATP on harvoin suoraan mukana reaktiossa: minkä tahansa prosessin toteutumiseen tarvitaan energiaa, joka sisältyy juuri adenosiinitrifosfaattiin.

Aineen molekyylien rakenne on sellainen, että fosfaattiryhmien välille muodostuneet sidokset kuljettavat valtavan määrän energiaa. Siksi tällaisia ​​sidoksia kutsutaan myös makroergisiksi tai makroenergeettisiksi (makro = monta, suuri määrä). Termin esitteli ensimmäisenä tiedemies F. Lipman, ja hän ehdotti myös ikonin ̴ käyttämistä niiden osoittamiseen.

On erittäin tärkeää, että solu ylläpitää tasaisen adenosiinitrifosfaatin tason. Tämä pätee erityisesti lihaskudos- ja hermosäikeiden soluihin, koska ne ovat energiariippuvaisimpia ja tarvitsevat korkean pitoisuuden adenosiinitrifosfaattia toimiakseen.

ATP-molekyylin rakenne

Adenosiinitrifosfaatti koostuu kolmesta alkuaineesta: riboosista, adeniinista ja

Ribose- hiilihydraatti, joka kuuluu pentoosien ryhmään. Tämä tarkoittaa, että riboosissa on 5 hiiliatomia, jotka on suljettu sykliin. Riboosi on yhdistetty adeniiniin β-N-glykosidisidoksella ensimmäisessä hiiliatomissa. Myös 5. hiiliatomin fosforihappotähteet ovat kiinnittyneet pentoosiin.

Adeniini on typpipitoinen emäs. Riippuen siitä, mikä typpipitoinen emäs on kiinnittynyt riboosiin, eristetään myös GTP (guanosiinitrifosfaatti), TTP (tymidiinitrifosfaatti), CTP (sytidiinitrifosfaatti) ja UTP (uridiinitrifosfaatti). Kaikki nämä aineet ovat rakenteeltaan samanlaisia ​​kuin adenosiinitrifosfaatti ja suorittavat suunnilleen samat toiminnot, mutta ne ovat paljon vähemmän yleisiä solussa.

Fosforihapon jäämät. Riboosiin voidaan kiinnittää enintään kolme fosforihappotähdettä. Jos niitä on kaksi tai vain yksi, ainetta kutsutaan vastaavasti ADP:ksi (difosfaatti) tai AMP:ksi (monofosfaatti). Fosforitähteiden väliin muodostuu makroenergeettisiä sidoksia, joiden katkeamisen jälkeen vapautuu 40-60 kJ energiaa. Jos kaksi sidosta katkeaa, vapautuu 80, harvemmin - 120 kJ energiaa. Kun riboosin ja fosforitähteen välinen sidos katkeaa, vapautuu vain 13,8 kJ, joten trifosfaattimolekyylissä on vain kaksi korkeaenergistä sidosta (P ̴ P ̴ P) ja yksi ADP-molekyylissä (P ̴ P).

Mitkä ovat ATP:n rakenteelliset ominaisuudet. Koska fosforihappotähteiden välille muodostuu makroenergeettinen sidos, ATP:n rakenne ja toiminnot liittyvät toisiinsa.

ATP:n rakenne ja molekyylin biologinen rooli. Adenosiinitrifosfaatin lisätoiminnot

Energian lisäksi ATP voi suorittaa solussa monia muitakin toimintoja. Muiden nukleotiditrifosfaattien ohella trifosfaatti on mukana rakentamisessa nukleiinihappo. Tässä tapauksessa ATP, GTP, TTP, CTP ja UTP ovat typpipitoisten emästen toimittajia. Tätä ominaisuutta käytetään prosesseissa ja transkriptiossa.

ATP:tä tarvitaan myös ionikanavien toimintaan. Esimerkiksi Na-K-kanava pumppaa 3 molekyyliä natriumia ulos solusta ja pumppaa 2 molekyyliä kaliumia soluun. Sellaista ionivirtaa tarvitaan ylläpitämään positiivinen varaus kalvon ulkopinnalla, ja vain adenosiinitrifosfaatin avulla kanava voi toimia. Sama koskee protoni- ja kalsiumkanavia.

ATP on toisen lähetti-cAMP:n (syklinen adenosiinimonofosfaatti) esiaste - cAMP ei ainoastaan ​​välitä solukalvoreseptorien vastaanottamaa signaalia, vaan on myös allosteerinen efektori. Allosteeriset efektorit ovat aineita, jotka nopeuttavat tai hidastavat entsymaattisia reaktioita. Joten syklinen adenosiinitrifosfaatti estää entsyymin synteesiä, joka katalysoi laktoosin hajoamista bakteerisoluissa.

Adenosiinitrifosfaattimolekyyli itsessään voi myös olla allosteerinen efektori. Lisäksi ADP toimii tällaisissa prosesseissa ATP-antagonistina: jos trifosfaatti kiihdyttää reaktiota, difosfaatti hidastuu ja päinvastoin. Nämä ovat ATP:n tehtäviä ja rakennetta.

Kuinka ATP muodostuu solussa

ATP:n toiminnot ja rakenne ovat sellaiset, että aineen molekyylit käytetään nopeasti ja tuhoutuvat. Siksi trifosfaatin synteesi on tärkeä prosessi energian tuotanto solussa.

Niitä on kolme eniten tärkeitä tapoja adenosiinitrifosfaatin synteesi:

1. Substraatin fosforylaatio.

2. Oksidatiivinen fosforylaatio.

3. Fotofosforylaatio.

Substraatin fosforylaatio perustuu useisiin solun sytoplasmassa tapahtuviin reaktioihin. Näitä reaktioita kutsutaan glykolyysiksi - anaerobiseksi vaiheeksi.Yhden glykolyysisyklin tuloksena yhdestä glukoosimolekyylistä syntetisoituu kaksi molekyyliä, joita käytetään edelleen energiantuotantoon, ja syntetisoituu myös kaksi ATP:tä.

• C6H12O6 + 2ADP + 2Fn --> 2C3H4O3 + 2ATP + 4H.

Soluhengitys

Oksidatiivinen fosforylaatio on adenosiinitrifosfaatin muodostumista siirtämällä elektroneja kalvon elektronien kuljetusketjua pitkin. Tämän siirron seurauksena kalvon toiselle puolelle muodostuu protonigradientti ja ATP-syntaasin proteiiniintegraalisarjan avulla rakennetaan molekyylejä. Prosessi tapahtuu mitokondrioiden kalvolla.

Glykolyysin ja oksidatiivisen fosforylaation vaiheiden järjestys mitokondrioissa on yleinen prosessi kutsutaan hengitykseksi. Jälkeen täysi sykli 36 ATP-molekyyliä muodostuu yhdestä glukoosimolekyylistä solussa.

Fotofosforylaatio

Fotofosforylaatioprosessi on sama oksidatiivinen fosforylaatio vain yhdellä erolla: fotofosforylaatioreaktiot etenevät solun kloroplasteissa valon vaikutuksesta. ATP:tä syntyy fotosynteesin valovaiheessa, joka on tärkein energiantuotantoprosessi vihreissä kasveissa, levissä ja joissakin bakteereissa.

Fotosynteesin prosessissa elektronit kulkevat saman elektronien kuljetusketjun läpi, mikä johtaa protonigradientin muodostumiseen. Protonien pitoisuus kalvon toisella puolella on ATP-synteesin lähde. Molekyylien kokoamisen suorittaa ATP-syntaasi-entsyymi.

Keskimääräinen solu sisältää 0,04 % adenosiinitrifosfaattia kokonaismassasta. Kuitenkin eniten hyvin tärkeä havaittu lihassoluissa: 0,2-0,5 %.

Solussa on noin miljardi ATP-molekyyliä.

Jokainen molekyyli elää enintään 1 minuutin.

Yksi adenosiinitrifosfaattimolekyyli uusiutuu 2000-3000 kertaa päivässä.

Kaiken kaikkiaan ihmiskeho syntetisoi 40 kg adenosiinitrifosfaattia vuorokaudessa, ja kullakin aikapisteellä ATP:tä on 250 g.

Johtopäätös

ATP:n rakenne ja sen molekyylien biologinen rooli liittyvät läheisesti toisiinsa. Aineella on keskeinen rooli elämänprosesseissa, koska fosfaattitähteiden väliset makroergiset sidokset sisältävät valtavan määrän energiaa. Adenosiinitrifosfaatti suorittaa monia toimintoja solussa, ja siksi on tärkeää säilyttää aineen vakiopitoisuus. Hajoaminen ja synteesi etenevät suurella nopeudella, koska sidosten energiaa käytetään jatkuvasti biokemiallisissa reaktioissa. Se on minkä tahansa kehon solun välttämätön aine. Se on ehkä kaikki mitä voidaan sanoa ATP:n rakenteesta.

Main solun energianlähde ovat ravintoaineita: hiilihydraatteja, rasvoja ja proteiineja, jotka hapetetaan hapen avulla. Lähes kaikki hiilihydraatit, ennen kuin ne pääsevät kehon soluihin, työn ansiosta Ruoansulatuskanava ja maksa muuttuu glukoosiksi. Hiilihydraattien ohella myös proteiinit hajoavat - aminohapoiksi ja lipideiksi - rasvahapoiksi.Solussa ravinteet hapetetaan hapen vaikutuksesta ja energian vapautumisreaktioita ja sen hyödyntämistä ohjaavien entsyymien osallistuessa.

Lähes kaikki oksidatiiviset reaktiot esiintyy mitokondrioissa, ja vapautunut energia varastoituu makroergisen yhdisteen - ATP:n - muodossa. Jatkossa ATP:tä, ei ravinteita, käytetään energian tuottamiseen solunsisäisiin aineenvaihduntaprosesseihin.

ATP-molekyyli sisältää: (1) typpipitoisen emäksen adeniinin; (2) pentoosihiilihydraattiriboosi, (3) kolme fosforihappotähdettä. Kaksi viimeistä fosfaattia on yhdistetty toisiinsa ja molekyylin muuhun osaan makroergisilla fosfaattisidoksilla, jotka on merkitty symbolilla ~ ATP-kaavassa. Fyysisten ja kemialliset olosuhteet kunkin tällaisen sidoksen energia on 12 000 kaloria per 1 mooli ATP:tä, mikä on monta kertaa suurempi kuin tavallisen kemiallisen sidoksen energia, minkä vuoksi fosfaattisidoksia kutsutaan makroergisiksi. Lisäksi nämä sidokset tuhoutuvat helposti ja tarjoavat solunsisäisille prosesseille energiaa heti, kun tarve ilmenee.

Kun vapautetaan ATP energiaa luovuttaa fosfaattiryhmän ja muuttuu adenosiinidifosfaatiksi. Vapautunutta energiaa käytetään lähes kaikkiin soluprosesseihin, esimerkiksi biosynteesireaktioihin ja lihasten supistumisen aikana.

ATP-varantojen täydentäminen tapahtuu yhdistämällä ADP uudelleen fosforihappotähteen kanssa energian kustannuksella ravinteita. Tämä prosessi toistetaan yhä uudelleen ja uudelleen. ATP:tä kulutetaan ja kertyy jatkuvasti, minkä vuoksi sitä kutsutaan solun energiavaluutaksi. ATP:n kiertoaika on vain muutama minuutti.

Mitokondrioiden rooli ATP:n muodostumisen kemiallisissa reaktioissa. Kun glukoosi pääsee soluun, se muuttuu sytoplasmisten entsyymien vaikutuksesta pyruviinihapoksi (tätä prosessia kutsutaan glykolyysiksi). Tässä prosessissa vapautuvaa energiaa käytetään pienen määrän ADP:tä muuntamiseen ATP:ksi, alle 5 % kokonaisenergiavarannoista.

95 % tapahtuu mitokondrioissa. Pyruviinihappo, rasvahapot ja aminohapot, jotka muodostuvat vastaavasti hiilihydraateista, rasvoista ja proteiineista, muuttuvat lopulta mitokondriomatriisissa yhdisteeksi, jota kutsutaan asetyyli-CoA:ksi. Tämä yhdiste puolestaan ​​siirtyy sarjaan entsymaattisia reaktioita, joita kutsutaan yhteisesti trikarboksyylihapposykliksi tai Krebsin sykliksi, luovuttaakseen energiansa.

Silmukassa trikarboksyylihapot asetyyli-CoA hajoaa vetyatomeiksi ja hiilidioksidimolekyyleiksi. Hiilidioksidi poistetaan mitokondrioista, sitten solusta diffuusiolla ja erittyy kehosta keuhkojen kautta.

vetyatomit ovat kemiallisesti erittäin aktiivisia ja reagoivat siksi välittömästi mitokondrioihin diffundoituvan hapen kanssa. Tässä reaktiossa vapautuvaa suurta energiamäärää käytetään monien ADP-molekyylien muuntamiseen ATP:ksi. Nämä reaktiot ovat melko monimutkaisia ​​ja vaativat valtavan määrän entsyymejä, jotka muodostavat mitokondriaalisen kiderakenteen. Alkuvaiheessa vetyatomista irtoaa elektroni ja atomi muuttuu vetyioniksi. Prosessi päättyy vetyionien lisäämiseen happeen. Tämän reaktion seurauksena muodostuu vettä ja suuri määrä energiaa, jotka ovat välttämättömiä ATP-syntetaasin, suuren pallomaisen proteiinin toiminnalle, joka toimii tuberkeina mitokondrioiden pinnalla. Tämän entsyymin vaikutuksesta, joka käyttää vetyionien energiaa, ADP muunnetaan ATP:ksi. Uusia ATP-molekyylejä lähetetään mitokondrioista solun kaikkiin osiin, mukaan lukien tumaan, jossa tämän yhdisteen energiaa käytetään tarjoamaan erilaisia ​​toimintoja.
Tämä prosessi ATP-synteesi kutsutaan yleisesti ATP:n muodostumisen kemosmoottiseksi mekanismiksi.

Kuvassa näkyy kaksi tapaa ATP-rakenteen kuvat. Adenosiinimonofosfaatti (AMP), adenosiinidifosfaatti (ADP) ja adenosiinitrifosfaatti (ATP) kuuluvat nukleosidiksi kutsuttuun yhdisteluokkaan. Nukleotidimolekyyli koostuu viiden hiilen sokerista, typpipitoisesta emäksestä ja fosforihaposta. AMP-molekyylissä sokeria edustaa riboosi ja emästä edustaa adeniini. ADP:ssä on kaksi fosfaattiryhmää, kun taas ATP:ssä on kolme.

ATP-arvo

Kun ATP jaetaan ADP:ksi ja epäorgaanista fosfaattia (Fn) vapautuu:

Reaktio etenee veden imeytymisen myötä eli se on hydrolyysiä (artikkelissamme olemme tavanneet monta kertaa tämän hyvin yleisen tyyppisten biokemiallisten reaktioiden kanssa). Kolmas ATP:stä irronnut fosfaattiryhmä jää soluun epäorgaanisen fosfaatin (Pn) muodossa. Vapaan energian saanto tässä reaktiossa on 30,6 kJ per 1 mooli ATP:tä.

ADP:ltä ja fosfaatti, ATP voidaan syntetisoida uudelleen, mutta tämä vaatii 30,6 kJ energiaa per 1 mooli vasta muodostunutta ATP:tä.

Tässä reaktiossa, jota kutsutaan kondensaatioreaktioksi, vapautuu vettä. Fosfaatin lisäämistä ADP:hen kutsutaan fosforylaatioreaktioksi. Molemmat yllä olevat yhtälöt voidaan yhdistää:

Tätä palautuvaa reaktiota katalysoi entsyymi nimeltä ATPaasi.

Kaikki solut, kuten jo mainittiin, tarvitsevat energiaa työnsä suorittamiseen, ja minkä tahansa organismin kaikki solut tarvitsevat tämän energian lähteen toimii ATP:nä. Siksi ATP:tä kutsutaan solujen "universaaliksi energian kantajaksi" tai "energiavaluutaksi". Sähköakut ovat hyvä analogia. Muista, miksi emme käytä niitä. Niiden avulla voimme vastaanottaa yhdessä tapauksessa valoa, toisessa ääntä, joskus mekaanista liikettä ja joskus tarvitsemme niitä itse asiassa Sähköenergia. Akkujen mukavuus on, että voimme käyttää samaa energialähdettä - akkua - moneen tarkoitukseen riippuen siitä, mihin sen sijoitamme. Sama rooli pelataan ATP-solut. Se toimittaa energiaa sellaisille erilaisia ​​prosesseja, lihasten supistukseen, hermoimpulssien välittämiseen, aineiden aktiiviseen kuljetukseen tai proteiinisynteesiin ja kaikkeen muuhun solutoimintaan. Tätä varten se on yksinkertaisesti "yhdistettävä" solulaitteen sopivaan osaan.

Analogiaa voidaan jatkaa. Paristot on ensin valmistettava, ja jotkin niistä (ladattavat) voidaan ladata aivan kuten. Tehtaalla valmistettaessa akkuja niiden tulee sisältää (ja siten tehtaan käyttämät) tietty määrä energiaa. ATP-synteesi vaatii myös energiaa; sen lähde on orgaanisten aineiden hapettuminen hengitysprosessissa. Koska energiaa vapautuu ADP:n fosforyloimiseksi hapettumisen aikana, tätä fosforylaatiota kutsutaan oksidatiiviseksi fosforylaatioksi. Fotosynteesissä ATP:tä tuotetaan valoenergialla. Tätä prosessia kutsutaan fotofosforylaatioksi (katso kohta 7.6.2). Solussa on myös "tehtaita", jotka tuottavat suurimman osan ATP:stä. Nämä ovat mitokondrioita; ne sisältävät kemiallisia "kokoonpanolinjoja", jotka muodostavat ATP:tä aerobisen hengityksen aikana. Lopuksi myös tyhjentyneet "akut" latautuvat soluun: sen jälkeen kun ATP, vapauttanut sen sisältämän energian, muuttuu ADP:ksi ja Fn:ksi, se voidaan nopeasti syntetisoida uudelleen ADP:stä ja Fn:stä johtuen prosessissa vastaanotetusta energiasta. hengitys uusien orgaanisen aineen osien hapettumisesta.

ATP:n määrä solussa kulloinkin on hyvin pieni. Siksi ATP:ssä pitäisi nähdä vain energian kantaja, ei sen varastoa. Pitkäaikaiseen energian varastointiin käytetään aineita, kuten rasvoja tai glykogeenia. Solut ovat erittäin herkkiä ATP-tasolle. Heti kun sen käyttönopeus kasvaa, myös tämän tason ylläpitävän hengitysprosessin nopeus kasvaa.

ATP:n rooli linkkinä soluhengityksen ja energiaa kuluttavien prosessien välillä voidaan nähdä kuvasta Tämä kaavio näyttää yksinkertaiselta, mutta se havainnollistaa erittäin tärkeää kuviota.

Voidaan siis sanoa, että kaiken kaikkiaan hengityksen tehtävänä on tuottaa ATP:tä.

Tehdään yhteenveto yllä olevasta.
1. ATP:n synteesi ADP:stä ja epäorgaanisesta fosfaatista vaatii 30,6 kJ energiaa yhtä ATP-moolia kohden.
2. ATP:tä on kaikissa elävissä soluissa ja se on siksi universaali energian kantaja. Muita energiankantajia ei käytetä. Tämä yksinkertaistaa asiaa - tarvittava solukkolaitteisto voi olla yksinkertaisempi ja toimia tehokkaammin ja taloudellisemmin.
3. ATP toimittaa helposti energiaa mihin tahansa solun osaan mihin tahansa prosessiin, joka tarvitsee energiaa.
4. ATP vapauttaa nopeasti energiaa. Tämä vaatii vain yhden reaktion - hydrolyysin.
5. ATP:n lisääntymisnopeus ADP:stä ja epäorgaanisesta fosfaatista (hengitysprosessin nopeus) on helposti säädettävissä tarpeiden mukaan.
6. ATP syntetisoituu hengityksen aikana orgaanisten aineiden, kuten glukoosin, hapettumisen aikana vapautuvan kemiallisen energian vuoksi ja fotosynteesin aikana - johtuen aurinkoenergia. ATP:n muodostumista ADP:stä ja epäorgaanisesta fosfaatista kutsutaan fosforylaatioreaktioksi. Jos fosforylaatioenergia toimitetaan hapettamalla, puhutaan oksidatiivisesta fosforylaatiosta (tämä prosessi tapahtuu hengityksen aikana), mutta jos valoenergiaa käytetään fosforylaatioon, prosessia kutsutaan fotofosforylaatioksi (tämä tapahtuu fotosynteesin aikana).

Tärkein aine elävien organismien soluissa on adenosiinitrifosfaatti tai adenosiinitrifosfaatti. Jos kirjoitamme tämän nimen lyhenteen, saamme ATP (eng. ATP). Tämä aine kuuluu nukleosiditrifosfaattien ryhmään ja sillä on johtava rooli elävien solujen aineenvaihduntaprosesseissa, koska se on niille välttämätön energianlähde.

ATP:n löytäjät olivat Harvardin trooppisen lääketieteen koulun biokemistit - Yellapragada Subbarao, Karl Loman ja Cyrus Fiske. Löytö tapahtui vuonna 1929, ja siitä tuli merkittävä virstanpylväs elävien järjestelmien biologiassa. Myöhemmin, vuonna 1941, saksalainen biokemisti Fritz Lipmann havaitsi, että soluissa oleva ATP on tärkein energian kantaja.

ATP:n rakenne

Tällä molekyylillä on systemaattinen nimi, joka kirjoitetaan seuraavasti: 9-β-D-ribofuranosyyliadeniini-5'-trifosfaatti tai 9-β-D-ribofuranosyyli-6-amino-puriini-5'-trifosfaatti. Mitä yhdisteitä ATP:ssä on? Kemiallisesti se on adenosiinin trifosfaattiesteri - adeniinin ja riboosin johdannainen. Tämä aine muodostuu yhdistämällä adeniini, joka on puriinityppipitoinen emäs, riboosin 1'-hiileen käyttämällä β-N-glykosidisidosta. Fosforihapon α-, β- ja y-molekyylit kiinnittyvät sitten peräkkäin riboosin 5'-hiileen.

Siten ATP-molekyyli sisältää yhdisteitä, kuten adeniinia, riboosia ja kolmea fosforihappotähdettä. ATP on erityinen yhdiste, joka sisältää sidoksia, jotka vapauttavat suuren määrän energiaa. Tällaisia ​​sidoksia ja aineita kutsutaan makroergisiksi. Näiden ATP-molekyylin sidosten hydrolyysin aikana vapautuu 40 - 60 kJ / mol energiaa, kun taas tähän prosessiin liittyy yhden tai kahden fosforihappojäämän eliminointi.

Näin nämä kemialliset reaktiot on kirjoitettu:

• yksi). ATP + vesi → ADP + fosforihappo + energia;
• 2). ADP + vesi → AMP + fosforihappo + energia.

Näissä reaktioissa vapautuva energia käytetään muihin biokemiallisiin prosesseihin, jotka vaativat tiettyjä energiapanoksia.

ATP:n rooli elävässä organismissa. Sen toiminnot

Mikä on ATP:n tehtävä? Ensinnäkin energiaa. Kuten edellä mainittiin, adenosiinitrifosfaatin päärooli on elävän organismin biokemiallisten prosessien energiahuolto. Tämä rooli johtuu siitä, että kahden korkeaenergisen sidoksen läsnäolon ansiosta ATP toimii energialähteenä monille fysiologisille ja biokemiallisille prosesseille, jotka vaativat suuria energiakustannuksia. Tällaiset prosessit ovat kaikki monimutkaisten aineiden synteesin reaktioita kehossa. Tämä on ennen kaikkea molekyylien aktiivista siirtoa solukalvojen läpi, mukaan lukien osallistuminen kalvojen välisen sähköpotentiaalin luomiseen ja lihasten supistumisen toteuttamiseen.

Yllämainittujen lisäksi luetellaan muutamia muita, ATP:n yhtä tärkeitä tehtäviä, kuten:

Miten ATP muodostuu elimistössä?

Adenosiinitrifosforihapon synteesi on käynnissä, koska keho tarvitsee aina energiaa normaaliin elämään. Kullekin hetkellä tätä ainetta on hyvin vähän - noin 250 grammaa, mikä on "hätävaraus" "sadepäivälle". Sairauden aikana tämän hapon synteesi tapahtuu intensiivisesti, koska immuuni- ja eritysjärjestelmän sekä kehon lämmönsäätelyjärjestelmän toimintaan tarvitaan paljon energiaa. tehokas taistelu sairauden alkaessa.

Missä solussa on eniten ATP:tä? Nämä ovat lihas- ja hermokudossoluja, koska energianvaihtoprosessit ovat niissä voimakkaimpia. Ja tämä on ilmeistä, koska lihakset ovat mukana liikkeessä, joka vaatii lihaskuitujen supistumista, ja hermosolut välittävät sähköimpulsseja, joita ilman kaikkien kehon järjestelmien työ on mahdotonta. Siksi on niin tärkeää, että solu säilyttää muuttumattomana ja korkeatasoinen adenosiinitrifosfaatti.

Kuinkaä voi muodostua kehossa? Ne muodostuvat ns ADP:n (adenosiinidifosfaatin) fosforylaatio. Tämä kemiallinen reaktio seuraavasti:

ADP + fosforihappo + energia → ATP + vesi.

ADP:n fosforylaatio tapahtuu katalyyttien, kuten entsyymien ja valon, osallistuessa, ja sen suorittaa jokin kolmella tavalla:

Sekä oksidatiivinen että substraattifosforylaatio käyttävät sellaisen synteesin aikana hapettuneiden aineiden energiaa.

Lähtö

Adenosiinitrifosforihappo on kehon useimmin päivittyvä aine. Kuinka kauan adenosiinitrifosfaattimolekyyli elää keskimäärin? Esimerkiksi ihmiskehossa sen elinikä on alle minuutti, joten yksi molekyyli tällaista ainetta syntyy ja hajoaa jopa 3000 kertaa vuorokaudessa. Hämmästyttävää, mutta päivän aikana ihmiskehon syntetisoi noin 40 kg tätä ainetta! Niin suuri tarve tälle "sisäiselle energialle" on meille!

Koko synteesisykli ja jatkokäyttöön ATP energiapolttoaineena aineenvaihduntaprosesseihin elävän olennon kehossa on tämän kehon energia-aineenvaihdunnan ydin. Siten adenosiinitrifosfaatti on eräänlainen "akku", joka varmistaa elävän organismin kaikkien solujen normaalin toiminnan.