शरीर में एटीपी की मुख्य भूमिका कई जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए ऊर्जा प्रदान करने से जुड़ी है। दो उच्च-ऊर्जा बांडों का वाहक होने के नाते, एटीपी कई ऊर्जा-खपत जैव रासायनिक और शारीरिक प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा के प्रत्यक्ष स्रोत के रूप में कार्य करता है। ये सभी शरीर में जटिल पदार्थों के संश्लेषण की प्रतिक्रियाएं हैं: जैविक झिल्ली के माध्यम से अणुओं के सक्रिय हस्तांतरण का कार्यान्वयन, जिसमें एक ट्रांसमेम्ब्रेन का निर्माण शामिल है। विद्युत क्षमता; मांसपेशियों के संकुचन का कार्यान्वयन।

जैसा कि आप जानते हैं, जीवों के जैव ऊर्जा में, दो मुख्य बिंदु महत्वपूर्ण हैं:

• ए) रासायनिक ऊर्जा एटीपी के गठन के माध्यम से संग्रहीत की जाती है, जो कार्बनिक सब्सट्रेट्स के ऑक्सीकरण की एक्सर्जोनिक कैटोबोलिक प्रतिक्रियाओं के साथ मिलती है;
• बी) रासायनिक ऊर्जा का उपयोग एटीपी को विभाजित करके किया जाता है, जो उपचय की एंडर्जोनिक प्रतिक्रियाओं और अन्य प्रक्रियाओं से जुड़ा होता है जिसमें ऊर्जा व्यय की आवश्यकता होती है।

सवाल उठता है कि एटीपी अणु बायोएनेरगेटिक्स में अपनी केंद्रीय भूमिका के अनुरूप क्यों है। इसे हल करने के लिए, ATP . की संरचना पर विचार करें एटीपी की संरचना - (पीएच 7.0 पर आयनों का टेट्राचार्ज).

एटीपी एक थर्मोडायनामिक रूप से अस्थिर यौगिक है। एटीपी की अस्थिरता निर्धारित की जाती है, सबसे पहले, एक ही नाम के नकारात्मक चार्ज के समूह के क्षेत्र में इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण द्वारा, जो पूरे अणु के वोल्टेज की ओर जाता है, लेकिन सबसे मजबूत बंधन पी - ओ - पी है, और दूसरी बात, एक विशिष्ट प्रतिध्वनि द्वारा। बाद वाले कारक के अनुसार, उनके बीच स्थित ऑक्सीजन परमाणु के अकेले मोबाइल इलेक्ट्रॉनों के लिए फॉस्फोरस परमाणुओं के बीच प्रतिस्पर्धा होती है, क्योंकि प्रत्येक फॉस्फोरस परमाणु में पी = ओ और पी के महत्वपूर्ण इलेक्ट्रॉन स्वीकार्य प्रभाव के कारण आंशिक सकारात्मक चार्ज होता है - ओ- समूह। इस प्रकार, एटीपी के अस्तित्व की संभावना पर्याप्त मात्रा की उपस्थिति से निर्धारित होती है रसायन ऊर्जाएक अणु में जो आपको इन भौतिक-रासायनिक तनावों की भरपाई करने की अनुमति देता है। एटीपी अणु में दो फॉस्फोएनहाइड्राइड (पाइरोफॉस्फेट) बंधन होते हैं, जिनमें से हाइड्रोलिसिस मुक्त ऊर्जा (पीएच 7.0 और 37 डिग्री सेल्सियस पर) में उल्लेखनीय कमी के साथ होता है।

एटीपी + एच 2 ओ \u003d एडीपी + एच 3 आरओ 4 जी0आई \u003d - 31.0 केजे / मोल।

ADP + H 2 O \u003d AMP + H 3 RO 4 G0I \u003d - 31.9 kJ / mol।

बायोएनेरगेटिक्स की केंद्रीय समस्याओं में से एक एटीपी का जैवसंश्लेषण है, जो वन्यजीवों में एडीपी फास्फारिलीकरण द्वारा होता है।

एडीपी का फास्फोराइलेशन एक अंतर्जात प्रक्रिया है और इसके लिए ऊर्जा स्रोत की आवश्यकता होती है। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, ऊर्जा के दो ऐसे स्रोत प्रकृति में प्रबल होते हैं - सौर ऊर्जा और कम की रासायनिक ऊर्जा कार्बनिक यौगिक. हरे पौधेऔर कुछ सूक्ष्मजीव अवशोषित प्रकाश क्वांटा की ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में बदलने में सक्षम हैं, जो प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण में एडीपी फास्फारिलीकरण पर खर्च की जाती है। एटीपी पुनर्जनन की इस प्रक्रिया को प्रकाश संश्लेषक फास्फारिलीकरण कहा जाता है। एरोबिक परिस्थितियों में कार्बनिक यौगिकों के ऑक्सीकरण की ऊर्जा का एटीपी के मैक्रोएनेरजेनिक बॉन्ड में परिवर्तन मुख्य रूप से ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण के माध्यम से होता है। एटीपी के निर्माण के लिए आवश्यक मुक्त ऊर्जा माइटोकोड्रिया की श्वसन ऑक्सीडेटिव श्रृंखला में उत्पन्न होती है।

एक अन्य प्रकार के एटीपी संश्लेषण को सब्सट्रेट फास्फारिलीकरण कहा जाता है। इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण से जुड़े ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण के विपरीत, सक्रिय फॉस्फोरिल समूह (-पीओ 3 एच 2) के दाता, जो एटीपी पुनर्जनन के लिए आवश्यक हैं, ग्लाइकोलाइसिस और ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र की प्रक्रियाओं के मध्यवर्ती हैं। इन सभी मामलों में, ऑक्सीडेटिव प्रक्रियाएं उच्च-ऊर्जा यौगिकों के निर्माण की ओर ले जाती हैं: 1,3 - डिफॉस्फोग्लाइसेरेट (ग्लाइकोलिसिस), स्यूसिनिल - सीओए (ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र), जो उपयुक्त एंजाइमों की भागीदारी के साथ, एडीपी को फोलेट करने में सक्षम हैं और फॉर्म एटीपी। अवायवीय जीवों में एटीपी संश्लेषण के लिए सब्सट्रेट स्तर पर ऊर्जा परिवर्तन एकमात्र तरीका है। एटीपी संश्लेषण की यह प्रक्रिया आपको ऑक्सीजन भुखमरी की अवधि के दौरान कंकाल की मांसपेशियों के गहन कार्य को बनाए रखने की अनुमति देती है। यह याद रखना चाहिए कि यह माइटोकॉन्ड्रिया के बिना परिपक्व एरिथ्रोसाइट्स में एटीपी संश्लेषण का एकमात्र तरीका है।

विशेष रूप से महत्वपूर्ण भूमिकाएक एडेनिल न्यूक्लियोटाइड कोशिका के बायोएनेरगेटिक्स में खेलता है, और जिससे दो फॉस्फोरिक एसिड अवशेष जुड़े होते हैं। इस पदार्थ को एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) कहा जाता है। एटीपी अणु के फॉस्फोरिक एसिड के अवशेषों के बीच रासायनिक बंधनों में, ऊर्जा संग्रहित होती है, जो कार्बनिक फॉस्फोराइट के अलग होने पर निकलती है:

एटीपी \u003d एडीपी + पी + ई,

जहाँ F एक एंजाइम है, E एक मुक्त करने वाली ऊर्जा है। इस प्रतिक्रिया में, एडेनोसिन फॉस्फोरिक एसिड (एडीपी) बनता है - शेष एटीपी अणु और कार्बनिक फॉस्फेट। सभी कोशिकाएं जैवसंश्लेषण, गति, ऊष्मा के उत्पादन, तंत्रिका आवेगों, ल्यूमिनेसेंस (उदाहरण के लिए, ल्यूमिनसेंट बैक्टीरिया) की प्रक्रियाओं के लिए एटीपी की ऊर्जा का उपयोग करती हैं, अर्थात सभी जीवन प्रक्रियाओं के लिए।

एटीपी एक सार्वभौमिक जैविक ऊर्जा संचायक है। उपभोग किए गए भोजन में निहित प्रकाश ऊर्जा एटीपी अणुओं में संग्रहित होती है।

कोशिका में एटीपी की आपूर्ति कम होती है। तो, एक मांसपेशी में, एटीपी रिजर्व 20-30 संकुचन के लिए पर्याप्त है। बढ़े हुए, लेकिन अल्पकालिक काम के साथ, मांसपेशियां पूरी तरह से उनमें निहित एटीपी के विभाजन के कारण काम करती हैं। काम खत्म करने के बाद, एक व्यक्ति जोर से सांस लेता है - इस अवधि के दौरान, कार्बोहाइड्रेट और अन्य पदार्थों का टूटना होता है (ऊर्जा जमा होती है) और कोशिकाओं में एटीपी की आपूर्ति बहाल हो जाती है।

ऊर्जा एटीपी के अलावा, यह शरीर में कई अन्य समान रूप से महत्वपूर्ण कार्य करता है:

• · अन्य न्यूक्लियोसाइड ट्राइफॉस्फेट के साथ, एटीपी न्यूक्लिक एसिड के संश्लेषण में प्रारंभिक उत्पाद है।
• इसके अलावा, एटीपी जारी किया जाता है महत्वपूर्ण स्थानकई जैव रासायनिक प्रक्रियाओं के नियमन में। कई एंजाइमों का एलोस्टेरिक प्रभावक होने के नाते, एटीपी, अपने नियामक केंद्रों में शामिल होकर, उनकी गतिविधि को बढ़ाता या दबाता है।
• · एटीपी चक्रीय एडेनोसिन मोनोफॉस्फेट के संश्लेषण का एक प्रत्यक्ष अग्रदूत भी है, जो कोशिका में एक हार्मोनल संकेत के संचरण के लिए एक द्वितीयक संदेशवाहक है।

सिनेप्स में न्यूरोट्रांसमीटर के रूप में एटीपी की भूमिका के बारे में भी जाना जाता है।

हमारे शरीर की किसी भी कोशिका में लाखों जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं। वे विभिन्न प्रकार के एंजाइमों द्वारा उत्प्रेरित होते हैं जिन्हें अक्सर ऊर्जा की आवश्यकता होती है। सेल इसे कहाँ ले जाता है? इस प्रश्न का उत्तर दिया जा सकता है यदि हम एटीपी अणु की संरचना पर विचार करें - ऊर्जा के मुख्य स्रोतों में से एक।

एटीपी ऊर्जा का एक सार्वभौमिक स्रोत है

एटीपी का मतलब एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट, या एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट है। पदार्थ किसी भी कोशिका में ऊर्जा के दो सबसे महत्वपूर्ण स्रोतों में से एक है। एटीपी की संरचना और जैविक भूमिका निकट से संबंधित हैं। अधिकांश जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं केवल किसी पदार्थ के अणुओं की भागीदारी के साथ हो सकती हैं, विशेष रूप से यह लागू होती है। हालांकि, एटीपी शायद ही कभी सीधे प्रतिक्रिया में शामिल होता है: किसी भी प्रक्रिया के होने के लिए, ऊर्जा की आवश्यकता होती है जो ठीक एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट में निहित होती है।

पदार्थ के अणुओं की संरचना ऐसी होती है कि फॉस्फेट समूहों के बीच बनने वाले बंधों में भारी मात्रा में ऊर्जा होती है। इसलिए, ऐसे बंधनों को मैक्रोर्जिक या मैक्रोएनेरगेटिक (मैक्रो = कई, एक बड़ी संख्या की) यह शब्द सबसे पहले वैज्ञानिक एफ. लिपमैन द्वारा पेश किया गया था, और उन्होंने उन्हें नामित करने के लिए आइकन ̴ का उपयोग करने का भी सुझाव दिया था।

कोशिका के लिए एडेनोसाइन ट्राइफॉस्फेट के निरंतर स्तर को बनाए रखना बहुत महत्वपूर्ण है। यह मांसपेशियों के ऊतकों और तंत्रिका तंतुओं की कोशिकाओं के लिए विशेष रूप से सच है, क्योंकि वे सबसे अधिक ऊर्जा पर निर्भर हैं और अपने कार्यों को करने के लिए एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट की उच्च सामग्री की आवश्यकता होती है।

एटीपी अणु की संरचना

एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट तीन तत्वों से बना होता है: राइबोज, एडेनिन, और

राइबोज़- एक कार्बोहाइड्रेट जो पेंटोस के समूह से संबंधित है। इसका मतलब है कि राइबोज में 5 कार्बन परमाणु होते हैं, जो एक चक्र में संलग्न होते हैं। राइबोज पहले कार्बन परमाणु पर β-N-ग्लाइकोसिडिक बंधन द्वारा एडेनिन से जुड़ा होता है। साथ ही, पांचवें कार्बन परमाणु पर फॉस्फोरिक एसिड के अवशेष पेंटोस से जुड़े होते हैं।

एडेनिन एक नाइट्रोजनयुक्त क्षार है।इसके आधार पर राइबोज से नाइट्रोजनस बेस जुड़ा होता है, जीटीपी (ग्वानोसिन ट्राइफॉस्फेट), टीटीपी (थाइमिडीन ट्राइफॉस्फेट), सीटीपी (साइटिडाइन ट्राइफॉस्फेट) और यूटीपी (यूरिडीन ट्राइफॉस्फेट) को भी अलग किया जाता है। ये सभी पदार्थ एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट की संरचना में समान हैं और लगभग समान कार्य करते हैं, लेकिन वे कोशिका में बहुत कम आम हैं।

फॉस्फोरिक एसिड के अवशेष. एक राइबोज से अधिकतम तीन फॉस्फोरिक एसिड अवशेष जोड़े जा सकते हैं। यदि उनमें से दो या केवल एक हैं, तो, पदार्थ को क्रमशः एडीपी (डाइफॉस्फेट) या एएमपी (मोनोफॉस्फेट) कहा जाता है। यह फॉस्फोरस अवशेषों के बीच है कि मैक्रोएनेरजेनिक बॉन्ड समाप्त हो जाते हैं, जिसके टूटने के बाद 40 से 60 kJ ऊर्जा निकलती है। यदि दो बंधन टूट जाते हैं, तो 80, कम बार - 120 kJ ऊर्जा निकलती है। जब राइबोज और फास्फोरस अवशेषों के बीच का बंधन टूट जाता है, तो केवल 13.8 kJ निकलता है, इसलिए ट्राइफॉस्फेट अणु (P ̴ P ̴ P) में केवल दो उच्च-ऊर्जा बंधन होते हैं, और एक ADP अणु (P ̴) में होता है। पी)।

एटीपी की संरचनात्मक विशेषताएं क्या हैं। इस तथ्य के कारण कि फॉस्फोरिक एसिड अवशेषों के बीच एक मैक्रोएनेरजेनिक बंधन बनता है, एटीपी की संरचना और कार्य परस्पर जुड़े हुए हैं।

एटीपी की संरचना और अणु की जैविक भूमिका। एडीनोसिन ट्राइफॉस्फेट के अतिरिक्त कार्य

ऊर्जा के अलावा, एटीपी कोशिका में कई अन्य कार्य कर सकता है। अन्य न्यूक्लियोटाइड ट्राइफॉस्फेट के साथ, ट्राइफॉस्फेट निर्माण में शामिल है न्यूक्लिक अम्ल. इस मामले में, एटीपी, जीटीपी, टीटीपी, सीटीपी और यूटीपी नाइट्रोजनस बेस के आपूर्तिकर्ता हैं। इस संपत्ति का उपयोग प्रक्रियाओं और प्रतिलेखन में किया जाता है।

आयन चैनलों के संचालन के लिए एटीपी की भी आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, Na-K चैनल सेल से सोडियम के 3 अणुओं को पंप करता है और पोटेशियम के 2 अणुओं को सेल में पंप करता है। झिल्ली की बाहरी सतह पर एक सकारात्मक चार्ज बनाए रखने के लिए इस तरह के आयन करंट की आवश्यकता होती है, और केवल एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट की मदद से ही चैनल कार्य कर सकता है। यही बात प्रोटॉन और कैल्शियम चैनलों पर भी लागू होती है।

एटीपी दूसरे मैसेंजर सीएमपी (चक्रीय एडेनोसिन मोनोफॉस्फेट) का अग्रदूत है - सीएमपी न केवल कोशिका झिल्ली रिसेप्टर्स द्वारा प्राप्त संकेत को प्रसारित करता है, बल्कि एक एलोस्टेरिक प्रभावकारक भी है। एलोस्टेरिक प्रभावकारक ऐसे पदार्थ हैं जो एंजाइमी प्रतिक्रियाओं को तेज या धीमा करते हैं। तो, चक्रीय एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट एक एंजाइम के संश्लेषण को रोकता है जो बैक्टीरिया कोशिकाओं में लैक्टोज के टूटने को उत्प्रेरित करता है।

एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट अणु स्वयं भी एक एलोस्टेरिक प्रभावकारक हो सकता है। इसके अलावा, ऐसी प्रक्रियाओं में, एडीपी एटीपी विरोधी के रूप में कार्य करता है: यदि ट्राइफॉस्फेट प्रतिक्रिया को तेज करता है, तो डिफॉस्फेट धीमा हो जाता है, और इसके विपरीत। ये एटीपी के कार्य और संरचना हैं।

कोशिका में ATP कैसे बनता है

एटीपी के कार्य और संरचना ऐसी है कि पदार्थ के अणु जल्दी से उपयोग और नष्ट हो जाते हैं। इसलिए, ट्राइफॉस्फेट का संश्लेषण होता है महत्वपूर्ण प्रक्रियासेल में ऊर्जा का उत्पादन।

सबसे तीन हैं महत्वपूर्ण तरीकेएडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट संश्लेषण:

1. सब्सट्रेट फास्फारिलीकरण।

2. ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण।

3. फोटोफॉस्फोराइलेशन।

सब्सट्रेट फॉस्फोराइलेशन कोशिका के कोशिका द्रव्य में होने वाली कई प्रतिक्रियाओं पर आधारित होता है। इन प्रतिक्रियाओं को ग्लाइकोलाइसिस - एनारोबिक चरण कहा जाता है। 1 ग्लाइकोलाइसिस चक्र के परिणामस्वरूप, 1 ग्लूकोज अणु से दो अणुओं को संश्लेषित किया जाता है, जो आगे ऊर्जा उत्पादन के लिए उपयोग किए जाते हैं, और दो एटीपी भी संश्लेषित होते हैं।

• सी 6 एच 12 ओ 6 + 2 एडीपी + 2 एफएन -> 2 सी 3 एच 4 ओ 3 + 2 एटीपी + 4 एच।

कोशिका श्वसन

ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण झिल्ली के इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के साथ इलेक्ट्रॉनों के हस्तांतरण द्वारा एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट का निर्माण है। इस स्थानांतरण के परिणामस्वरूप, झिल्ली के एक तरफ एक प्रोटॉन ढाल का निर्माण होता है, और एटीपी सिंथेज़ के प्रोटीन इंटीग्रल सेट की मदद से अणुओं का निर्माण होता है। प्रक्रिया माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली पर होती है।

माइटोकॉन्ड्रिया में ग्लाइकोलाइसिस और ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण के चरणों का क्रम है सामान्य प्रक्रियासांस कहा जाता है। बाद में पूरा चक्रएक सेल में 1 ग्लूकोज अणु से 36 एटीपी अणु बनते हैं।

Photophosphorylation

फोटोफॉस्फोराइलेशन की प्रक्रिया समान है ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरणकेवल एक अंतर के साथ: प्रकाश की क्रिया के तहत कोशिका के क्लोरोप्लास्ट में फोटोफॉस्फोराइलेशन प्रतिक्रियाएं होती हैं। प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण के दौरान एटीपी का उत्पादन होता है, हरे पौधों, शैवाल और कुछ बैक्टीरिया में मुख्य ऊर्जा-उत्पादन प्रक्रिया।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में, इलेक्ट्रॉन एक ही इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला से गुजरते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक प्रोटॉन ढाल का निर्माण होता है। झिल्ली के एक तरफ प्रोटॉन की सांद्रता एटीपी संश्लेषण का स्रोत है। अणुओं का संयोजन एंजाइम एटीपी सिंथेज़ द्वारा किया जाता है।

औसत कोशिका में कुल द्रव्यमान का 0.04% एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट होता है। हालांकि, सबसे बडा महत्वमांसपेशी कोशिकाओं में मनाया गया: 0.2-0.5%।

एक कोशिका में लगभग 1 बिलियन एटीपी अणु होते हैं।

प्रत्येक अणु 1 मिनट से अधिक नहीं रहता है।

एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट का एक अणु दिन में 2000-3000 बार नवीनीकृत होता है।

कुल मिलाकर, मानव शरीर प्रति दिन 40 किलोग्राम एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट का संश्लेषण करता है, और हर समय एटीपी की आपूर्ति 250 ग्राम होती है।

निष्कर्ष

एटीपी की संरचना और इसके अणुओं की जैविक भूमिका निकट से संबंधित हैं। पदार्थ जीवन प्रक्रियाओं में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, क्योंकि फॉस्फेट अवशेषों के बीच मैक्रोर्जिक बांड में भारी मात्रा में ऊर्जा होती है। एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट कोशिका में कई कार्य करता है, और इसलिए पदार्थ की निरंतर एकाग्रता बनाए रखना महत्वपूर्ण है। क्षय और संश्लेषण तेज गति से आगे बढ़ते हैं, क्योंकि जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं में बांड की ऊर्जा का लगातार उपयोग किया जाता है। यह शरीर की किसी भी कोशिका का एक अनिवार्य पदार्थ है। एटीपी की संरचना के बारे में शायद यही कहा जा सकता है।

मुख्य कोशिका के लिए ऊर्जा का स्रोतपोषक तत्व हैं: कार्बोहाइड्रेट, वसा और प्रोटीन, जो ऑक्सीजन की मदद से ऑक्सीकृत होते हैं। लगभग सभी कार्बोहाइड्रेट, शरीर की कोशिकाओं तक पहुँचने से पहले, काम के लिए धन्यवाद जठरांत्र पथऔर लीवर ग्लूकोज में बदल जाता है। कार्बोहाइड्रेट के साथ, प्रोटीन भी टूट जाते हैं - अमीनो एसिड और लिपिड - फैटी एसिड के लिए। कोशिका में, पोषक तत्वों को ऑक्सीजन की क्रिया के तहत और एंजाइमों की भागीदारी के साथ ऑक्सीकरण किया जाता है जो ऊर्जा रिलीज और इसके उपयोग की प्रतिक्रियाओं को नियंत्रित करते हैं।

लगभग सब ऑक्सीडेटिव प्रतिक्रियाएं माइटोकॉन्ड्रिया में होता है, और जारी ऊर्जा एक मैक्रोर्जिक यौगिक - एटीपी के रूप में संग्रहीत होती है। भविष्य में, यह एटीपी है, न कि पोषक तत्व, जिसका उपयोग इंट्रासेल्युलर चयापचय प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा प्रदान करने के लिए किया जाता है।

एटीपी अणुशामिल हैं: (1) नाइट्रोजनस बेस एडेनिन; (2) पेन्टोज कार्बोहाइड्रेट राइबोज, (3) तीन फॉस्फोरिक एसिड अवशेष। अंतिम दो फॉस्फेट मैक्रोर्जिक फॉस्फेट बॉन्ड द्वारा एक दूसरे से और शेष अणु से जुड़े होते हैं, जिसे एटीपी सूत्र में प्रतीक ~ द्वारा दर्शाया गया है। भौतिक और के अधीन रासायनिक स्थितियांऐसे प्रत्येक बंधन की ऊर्जा एटीपी के प्रति 1 मोल में 12,000 कैलोरी होती है, जो एक साधारण रासायनिक बंधन की ऊर्जा से कई गुना अधिक होती है, यही कारण है कि फॉस्फेट बांड को मैक्रोर्जिक कहा जाता है। इसके अलावा, ये बंधन आसानी से नष्ट हो जाते हैं, जरूरत पड़ने पर ऊर्जा के साथ इंट्रासेल्युलर प्रक्रियाएं प्रदान करते हैं।

रिहा होने पर एटीपी ऊर्जाएक फॉस्फेट समूह दान करता है और एडीनोसिन डाइफॉस्फेट में परिवर्तित हो जाता है। जारी ऊर्जा का उपयोग लगभग सभी सेलुलर प्रक्रियाओं के लिए किया जाता है, उदाहरण के लिए, जैवसंश्लेषण प्रतिक्रियाओं में और मांसपेशियों के संकुचन के दौरान।

एटीपी भंडार की पुनःपूर्तिऊर्जा की कीमत पर एडीपी को फॉस्फोरिक एसिड अवशेषों के साथ पुनर्संयोजित करके होता है पोषक तत्त्व. यह प्रक्रिया बार-बार दोहराई जाती है। एटीपी का लगातार उपभोग और संचय होता रहता है, यही वजह है कि इसे कोशिका की ऊर्जा मुद्रा कहा जाता है। एटीपी का टर्नओवर समय केवल कुछ मिनट है।

एटीपी गठन की रासायनिक प्रतिक्रियाओं में माइटोकॉन्ड्रिया की भूमिका. जब ग्लूकोज कोशिका में प्रवेश करता है, तो साइटोप्लाज्मिक एंजाइम की क्रिया के तहत यह पाइरुविक एसिड में बदल जाता है (इस प्रक्रिया को ग्लाइकोलाइसिस कहा जाता है)। इस प्रक्रिया में जारी ऊर्जा का उपयोग एडीपी की एक छोटी मात्रा को एटीपी में बदलने के लिए किया जाता है, जो कुल ऊर्जा भंडार का 5% से कम है।

माइटोकॉन्ड्रिया में 95% किया जाता है। पाइरुविक एसिड, फैटी एसिड और अमीनो एसिड, जो क्रमशः कार्बोहाइड्रेट, वसा और प्रोटीन से बनते हैं, अंततः माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स में एसिटाइल-सीओए नामक यौगिक में परिवर्तित हो जाते हैं। यह यौगिक, बदले में, अपनी ऊर्जा छोड़ने के लिए, एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला में प्रवेश करता है, जिसे सामूहिक रूप से ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड चक्र या क्रेब्स चक्र के रूप में जाना जाता है।

एक लूप में ट्राइकारबॉक्सिलिक एसिड एसिटाइल-सीओएहाइड्रोजन परमाणुओं और कार्बन डाइऑक्साइड अणुओं में विभाजित हो जाता है। कार्बन डाइऑक्साइड को माइटोकॉन्ड्रिया से हटा दिया जाता है, फिर कोशिका से विसरण द्वारा और फेफड़ों के माध्यम से शरीर से उत्सर्जित किया जाता है।

हाइड्रोजन परमाणुरासायनिक रूप से बहुत सक्रिय हैं और इसलिए माइटोकॉन्ड्रिया में फैलने वाली ऑक्सीजन के साथ तुरंत प्रतिक्रिया करते हैं। इस प्रतिक्रिया में जारी ऊर्जा की बड़ी मात्रा का उपयोग कई एडीपी अणुओं को एटीपी में बदलने के लिए किया जाता है। ये प्रतिक्रियाएं काफी जटिल हैं और बड़ी संख्या में एंजाइमों की भागीदारी की आवश्यकता होती है जो माइटोकॉन्ड्रियल क्राइस्ट बनाते हैं। प्रारंभिक चरण में, एक इलेक्ट्रॉन हाइड्रोजन परमाणु से अलग हो जाता है, और परमाणु हाइड्रोजन आयन में बदल जाता है। ऑक्सीजन में हाइड्रोजन आयनों के जुड़ने के साथ प्रक्रिया समाप्त होती है। इस प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, पानी और बड़ी मात्रा में ऊर्जा का निर्माण होता है जो एटीपी सिंथेटेस के संचालन के लिए आवश्यक होते हैं, एक बड़ा गोलाकार प्रोटीन जो माइटोकॉन्ड्रियल क्राइस्ट की सतह पर ट्यूबरकल के रूप में कार्य करता है। इस एंजाइम की क्रिया के तहत, जो हाइड्रोजन आयनों की ऊर्जा का उपयोग करता है, एडीपी एटीपी में परिवर्तित हो जाता है। नए एटीपी अणु माइटोकॉन्ड्रिया से नाभिक सहित कोशिका के सभी भागों में भेजे जाते हैं, जहाँ इस यौगिक की ऊर्जा का उपयोग विभिन्न प्रकार के कार्य प्रदान करने के लिए किया जाता है।
यह प्रोसेस एटीपी संश्लेषणआम तौर पर एटीपी गठन के रसायनयुक्त तंत्र कहा जाता है।

आंकड़ा दो तरह से दिखाता है एटीपी संरचना चित्र. एडेनोसिन मोनोफॉस्फेट (एएमपी), एडेनोसिन डिफॉस्फेट (एडीपी), और एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) न्यूक्लियोसाइड नामक यौगिकों के एक वर्ग से संबंधित हैं। एक न्यूक्लियोटाइड अणु में पांच कार्बन चीनी, एक नाइट्रोजनस बेस और फॉस्फोरिक एसिड होता है। एएमपी अणु में, चीनी को राइबोज द्वारा दर्शाया जाता है, और आधार को एडेनिन द्वारा दर्शाया जाता है। एडीपी में दो फॉस्फेट समूह होते हैं, जबकि एटीपी में तीन होते हैं।

एटीपी मूल्य

जब ATP ADP में टूट जाता हैऔर अकार्बनिक फॉस्फेट (एफएन) ऊर्जा जारी की जाती है:

प्रतिक्रिया पानी के अवशोषण के साथ आगे बढ़ती है, यानी, यह हाइड्रोलिसिस है (हमारे लेख में हम इस बहुत ही सामान्य प्रकार की जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं के साथ कई बार मिले हैं)। एटीपी से विभाजित तीसरा फॉस्फेट समूह अकार्बनिक फॉस्फेट (पीएन) के रूप में कोशिका में रहता है। इस प्रतिक्रिया में मुक्त ऊर्जा की उपज एटीपी के 1 मोल प्रति 30.6 kJ है।

एडीपी . सेऔर फॉस्फेट, एटीपी को फिर से संश्लेषित किया जा सकता है, लेकिन इसके लिए नवगठित एटीपी के प्रति 1 मोल में 30.6 kJ ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

इस प्रतिक्रिया मेंसंघनन प्रतिक्रिया कहा जाता है, पानी छोड़ा जाता है। एडीपी में फॉस्फेट के जुड़ने को फास्फारिलीकरण प्रतिक्रिया कहा जाता है। उपरोक्त दोनों समीकरणों को जोड़ा जा सकता है:

यह उत्क्रमणीय प्रतिक्रिया एक एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होती है जिसे कहा जाता है ATPase के सक्रियण.

जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, सभी कोशिकाओं को अपना कार्य करने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है, और किसी भी जीव की सभी कोशिकाओं के लिए, इस ऊर्जा का स्रोत ATP . के रूप में कार्य करता है. इसलिए, एटीपी को कोशिकाओं की "सार्वभौमिक ऊर्जा वाहक" या "ऊर्जा मुद्रा" कहा जाता है। इलेक्ट्रिक बैटरी एक अच्छा सादृश्य है। याद रखें कि हम उनका उपयोग क्यों नहीं करते। उनकी मदद से, हम एक मामले में प्रकाश प्राप्त कर सकते हैं, दूसरे में ध्वनि, कभी-कभी यांत्रिक गति, और कभी-कभी हमें वास्तव में उनसे आवश्यकता होती है विद्युत ऊर्जा. बैटरियों की सुविधा यह है कि हम ऊर्जा के एक ही स्रोत - एक बैटरी - का उपयोग विभिन्न उद्देश्यों के लिए कर सकते हैं, यह इस बात पर निर्भर करता है कि हम इसे कहाँ रखते हैं। में एक ही भूमिका निभाई जाती है एटीपी कोशिकाएं. यह ऐसे . के लिए ऊर्जा की आपूर्ति करता है विभिन्न प्रक्रियाएं, मांसपेशियों के संकुचन के रूप में, तंत्रिका आवेगों का संचरण, पदार्थों का सक्रिय परिवहन या प्रोटीन संश्लेषण, और अन्य सभी प्रकार की कोशिकीय गतिविधि के लिए। ऐसा करने के लिए, इसे केवल सेल तंत्र के उपयुक्त भाग से "जुड़ा" होना चाहिए।

सादृश्य जारी रखा जा सकता है। बैटरियों को पहले बनाया जाना चाहिए, और उनमें से कुछ (रिचार्जेबल) को वैसे ही रिचार्ज किया जा सकता है। कारखाने में बैटरियों का निर्माण करते समय, उनमें होना चाहिए (और इस प्रकार कारखाने द्वारा उपयोग किया जाता है) एक निश्चित मात्राऊर्जा। एटीपी संश्लेषण को भी ऊर्जा की आवश्यकता होती है; इसका स्रोत श्वसन की प्रक्रिया में कार्बनिक पदार्थों का ऑक्सीकरण है। चूंकि ऑक्सीकरण के दौरान एडीपी को फॉस्फोराइलेट करने के लिए ऊर्जा जारी की जाती है, इसलिए इस फॉस्फोराइलेशन को ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण कहा जाता है। प्रकाश संश्लेषण में, प्रकाश ऊर्जा का उपयोग करके एटीपी का उत्पादन किया जाता है। इस प्रक्रिया को फोटोफॉस्फोराइलेशन कहा जाता है (देखें खंड 7.6.2)। सेल में "कारखाने" भी होते हैं जो अधिकांश एटीपी का उत्पादन करते हैं। ये माइटोकॉन्ड्रिया हैं; वे रासायनिक "असेंबली लाइन्स" रखते हैं जो एरोबिक श्वसन के दौरान एटीपी बनाते हैं। अंत में, डिस्चार्ज किए गए "संचयकों" को भी सेल में रिचार्ज किया जाता है: एटीपी के बाद, इसमें निहित ऊर्जा को छोड़ने के बाद, एडीपी और एफएन में बदल जाता है, इस प्रक्रिया में प्राप्त ऊर्जा के कारण इसे एडीपी और एफएन से फिर से जल्दी से संश्लेषित किया जा सकता है। कार्बनिक पदार्थों के नए भागों के ऑक्सीकरण से श्वसन।

एटीपी राशिकिसी भी क्षण किसी कोशिका में बहुत छोटा होता है। अत: ATP . मेंव्यक्ति को केवल ऊर्जा का वाहक देखना चाहिए, उसके डिपो को नहीं। लंबे समय तक ऊर्जा भंडारण के लिए वसा या ग्लाइकोजन जैसे पदार्थों का उपयोग किया जाता है। कोशिकाएं एटीपी के स्तर के प्रति बहुत संवेदनशील होती हैं। जैसे ही इसके उपयोग की दर बढ़ती है, इस स्तर को बनाए रखने वाली श्वास प्रक्रिया की दर भी बढ़ जाती है।

एटीपी . की भूमिकासेलुलर श्वसन और ऊर्जा-खपत प्रक्रियाओं के बीच एक कड़ी के रूप में चित्र से देखा जा सकता है। यह चित्र सरल दिखता है, लेकिन यह एक बहुत ही महत्वपूर्ण पैटर्न को दर्शाता है।

इस प्रकार यह कहा जा सकता है कि कुल मिलाकर श्वसन का कार्य है एटीपी का उत्पादन करें.

आइए उपरोक्त को संक्षेप में प्रस्तुत करें।
1. एडीपी और अकार्बनिक फॉस्फेट से एटीपी के संश्लेषण के लिए एटीपी के प्रति 1 मोल में 30.6 kJ ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
2. एटीपी सभी जीवित कोशिकाओं में मौजूद है और इसलिए, एक सार्वभौमिक ऊर्जा वाहक है। अन्य ऊर्जा वाहक का उपयोग नहीं किया जाता है। यह मामले को सरल करता है - आवश्यक सेलुलर उपकरण सरल हो सकता है और अधिक कुशलता और आर्थिक रूप से काम कर सकता है।
3. एटीपी आसानी से सेल के किसी भी हिस्से में किसी भी प्रक्रिया के लिए ऊर्जा प्रदान करता है जिसमें ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
4. एटीपी जल्दी से ऊर्जा छोड़ता है। इसके लिए केवल एक प्रतिक्रिया की आवश्यकता होती है - हाइड्रोलिसिस।
5. एडीपी और अकार्बनिक फॉस्फेट (श्वसन प्रक्रिया की दर) से एटीपी के प्रजनन की दर आसानी से जरूरतों के अनुसार समायोजित की जाती है।
6. ग्लूकोज जैसे कार्बनिक पदार्थों के ऑक्सीकरण के दौरान और प्रकाश संश्लेषण के दौरान निकलने वाली रासायनिक ऊर्जा के कारण श्वसन के दौरान एटीपी का संश्लेषण होता है - किसके कारण सौर ऊर्जा. ADP और अकार्बनिक फॉस्फेट से ATP का बनना फॉस्फोराइलेशन प्रतिक्रिया कहलाता है। यदि फॉस्फोराइलेशन के लिए ऊर्जा ऑक्सीकरण द्वारा आपूर्ति की जाती है, तो वे ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण (यह प्रक्रिया श्वसन के दौरान होती है) की बात करते हैं, लेकिन यदि प्रकाश ऊर्जा का उपयोग फास्फोरिलीकरण के लिए किया जाता है, तो प्रक्रिया को फोटोफॉस्फोराइलेशन कहा जाता है (यह प्रकाश संश्लेषण के दौरान होता है)।

जीवित जीवों की कोशिकाओं में सबसे महत्वपूर्ण पदार्थ एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट या एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट है। यदि हम इस नाम का संक्षिप्त नाम दर्ज करते हैं, तो हमें एटीपी (इंग्लैंड। एटीपी) मिलता है। यह पदार्थ न्यूक्लियोसाइड ट्राइफॉस्फेट के समूह से संबंधित है और जीवित कोशिकाओं में चयापचय प्रक्रियाओं में एक प्रमुख भूमिका निभाता है, जो उनके लिए ऊर्जा का एक अनिवार्य स्रोत है।

एटीपी के खोजकर्ता हार्वर्ड स्कूल ऑफ ट्रॉपिकल मेडिसिन के बायोकेमिस्ट थे - येलप्रगदा सुब्बाराव, कार्ल लोमन और साइरस फिस्के। खोज 1929 में हुई और जीवित प्रणालियों के जीव विज्ञान में एक प्रमुख मील का पत्थर बन गई। बाद में, 1941 में, जर्मन बायोकेमिस्ट फ्रिट्ज लिपमैन ने पाया कि कोशिकाओं में एटीपी मुख्य ऊर्जा वाहक है।

एटीपी . की संरचना

इस अणु का एक व्यवस्थित नाम है, जो इस प्रकार लिखा गया है: 9-β-D-ribofuranosyladenine-5'-triphosphate, या 9-β-D-ribofuranosyl-6-amino-purine-5'-triphosphate। एटीपी में कौन से यौगिक होते हैं? रासायनिक दृष्टि से यह एडीनोसिन का ट्राइफॉस्फेट एस्टर है - एडेनिन और राइबोज का व्युत्पन्न. यह पदार्थ एडेनिन के कनेक्शन से बनता है, जो एक प्यूरीन नाइट्रोजनस बेस है, जिसमें β-N-ग्लाइकोसिडिक बॉन्ड का उपयोग करके राइबोज का 1'-कार्बन होता है। फॉस्फोरिक एसिड के α-, β-, और γ-अणु क्रमिक रूप से राइबोज के 5'-कार्बन से जुड़े होते हैं।

इस प्रकार, एटीपी अणु में एडेनिन, राइबोज और तीन फॉस्फोरिक एसिड अवशेष जैसे यौगिक होते हैं। एटीपी एक विशेष यौगिक है जिसमें बांड होते हैं जो बड़ी मात्रा में ऊर्जा छोड़ते हैं। ऐसे बंधनों और पदार्थों को मैक्रोर्जिक कहा जाता है। एटीपी अणु के इन बंधों के हाइड्रोलिसिस के दौरान, 40 से 60 kJ / mol तक ऊर्जा की मात्रा जारी की जाती है, जबकि यह प्रक्रिया एक या दो फॉस्फोरिक एसिड अवशेषों के उन्मूलन के साथ होती है।

इन रासायनिक अभिक्रियाओं को इस प्रकार लिखा जाता है:

• एक)। एटीपी + पानी → एडीपी + फॉस्फोरिक एसिड + ऊर्जा;
• 2))। एडीपी + पानी → एएमपी + फॉस्फोरिक एसिड + ऊर्जा।

इन प्रतिक्रियाओं के दौरान जारी ऊर्जा का उपयोग आगे की जैव रासायनिक प्रक्रियाओं में किया जाता है जिसके लिए कुछ ऊर्जा इनपुट की आवश्यकता होती है।

एक जीवित जीव में एटीपी की भूमिका। इसके कार्य

एटीपी का कार्य क्या है?सबसे पहले, ऊर्जा। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट की मुख्य भूमिका एक जीवित जीव में जैव रासायनिक प्रक्रियाओं की ऊर्जा आपूर्ति है। यह भूमिका इस तथ्य के कारण है कि, दो उच्च-ऊर्जा बांडों की उपस्थिति के कारण, एटीपी कई शारीरिक और जैव रासायनिक प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा स्रोत के रूप में कार्य करता है जिसके लिए बड़ी ऊर्जा लागत की आवश्यकता होती है। ऐसी प्रक्रियाएं शरीर में जटिल पदार्थों के संश्लेषण की सभी प्रतिक्रियाएं हैं। यह, सबसे पहले, कोशिका झिल्ली के माध्यम से अणुओं का सक्रिय स्थानांतरण है, जिसमें एक इंटरमेम्ब्रेन विद्युत क्षमता के निर्माण में भागीदारी और मांसपेशियों के संकुचन का कार्यान्वयन शामिल है।

उपरोक्त के अलावा, हम कुछ और सूचीबद्ध करते हैं, एटीपी के कम महत्वपूर्ण कार्य नहीं, जैसे कि:

शरीर में एटीपी कैसे बनता है?

एडेनोसिन ट्राइफॉस्फोरिक एसिड का संश्लेषण जारी हैक्योंकि सामान्य जीवन के लिए शरीर को हमेशा ऊर्जा की आवश्यकता होती है। किसी भी समय, इस पदार्थ की बहुत कम मात्रा होती है - लगभग 250 ग्राम, जो "बरसात के दिन" के लिए "आपातकालीन भंडार" होते हैं। बीमारी के दौरान, इस एसिड का एक गहन संश्लेषण होता है, क्योंकि प्रतिरक्षा और उत्सर्जन प्रणाली के कामकाज के साथ-साथ शरीर के थर्मोरेग्यूलेशन सिस्टम के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जो कि आवश्यक है प्रभावी लड़ाईबीमारी की शुरुआत के साथ।

किस कोशिका में सबसे अधिक एटीपी होता है? ये पेशीय और तंत्रिका ऊतकों की कोशिकाएँ हैं, क्योंकि इनमें ऊर्जा विनिमय प्रक्रियाएँ सबसे अधिक गहन होती हैं। और यह स्पष्ट है, क्योंकि मांसपेशियां आंदोलन में शामिल होती हैं, जिसके लिए मांसपेशी फाइबर के संकुचन की आवश्यकता होती है, और न्यूरॉन्स विद्युत आवेगों को प्रसारित करते हैं, जिसके बिना सभी शरीर प्रणालियों का काम असंभव है। इसलिए, सेल के लिए एक अपरिवर्तित बनाए रखना बहुत महत्वपूर्ण है और ऊँचा स्तरएडेनोसाइन ट्रायफ़ोस्फेट।

शरीर में एडीनोसिन ट्राइफॉस्फेट अणु कैसे बन सकते हैं? वे तथाकथित . द्वारा बनते हैं एडीपी (एडेनोसिन डिपोस्फेट) का फास्फारिलीकरण. यह रासायनिक प्रतिक्रियानिम्नलिखित नुसार:

एडीपी + फॉस्फोरिक एसिड + ऊर्जा → एटीपी + पानी।

एडीपी का फास्फोराइलेशन एंजाइम और प्रकाश जैसे उत्प्रेरकों की भागीदारी के साथ होता है, और इनमें से एक द्वारा किया जाता है तीन तरीके से:

ऑक्सीडेटिव और सब्सट्रेट फॉस्फोराइलेशन दोनों ऐसे संश्लेषण की प्रक्रिया में ऑक्सीकृत पदार्थों की ऊर्जा का उपयोग करते हैं।

निष्कर्ष

एडेनोसिन ट्राइफॉस्फोरिक एसिडशरीर में सबसे अधिक बार अद्यतन होने वाला पदार्थ है। एडेनोसाइन ट्राइफॉस्फेट अणु औसतन कितने समय तक जीवित रहता है? मानव शरीर में, उदाहरण के लिए, इसका जीवन काल एक मिनट से भी कम होता है, इसलिए ऐसे पदार्थ का एक अणु पैदा होता है और दिन में 3000 बार तक क्षय होता है। अद्भुत लेकिन दिन के दौरान मानव शरीरइस पदार्थ का लगभग 40 किलो संश्लेषित करता है! हमारे लिए इस "आंतरिक ऊर्जा" की इतनी बड़ी आवश्यकता है!

संश्लेषण का पूरा चक्र और आगे उपयोगएक जीवित प्राणी के शरीर में चयापचय प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा ईंधन के रूप में एटीपी इस शरीर में ऊर्जा चयापचय का सार है। इस प्रकार, एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट एक प्रकार की "बैटरी" है जो एक जीवित जीव की सभी कोशिकाओं के सामान्य कामकाज को सुनिश्चित करता है।