Структура АТФ. Значение АТФ.

АТФ (аденозинтрифосфат) представляет собой органическую молекулу с высокоэнергетическими связями, состоящими из аденинового кольца, рибозы и трех фосфатных групп. Он играет фундаментальную роль в обмене веществ, так как он транспортирует необходимую энергию для эффективного функционирования ряда клеточных процессов..

Он широко известен под термином «энергетическая валюта», поскольку его образование и использование происходит легко, что позволяет быстро «оплачивать» химические реакции, требующие энергии..

Структура АТФ. Значение АТФ.

Хотя молекула невооруженным глазом мала и проста, она сохраняет значительное количество энергии в своих звеньях. Фосфатные группы имеют отрицательные заряды, которые находятся в постоянном отталкивании, что делает его лабильным и легко разрушаемым звеном..

Гидролиз АТФ — это распад молекулы в присутствии воды. Благодаря этому процессу выделяемая энергия высвобождается.

Существует два основных источника АТФ: фосфорилирование на уровне субстрата и окислительное фосфорилирование, причем последний является наиболее важным и наиболее используемым клеткой..

Окислительное фосфорилирование сочетает окисление FADH2 и NADH + H+ в митохондриях и фосфорилирования на уровне субстрата происходит вне цепи переноса электронов, в таких маршрутах, как гликолиз и цикл трикарбоновых кислот.

Эта молекула отвечает за обеспечение энергии, необходимой для большинства процессов, происходящих внутри клетки, от синтеза белка до локомоции. Кроме того, он обеспечивает прохождение молекул через мембраны и воздействует на передачу сигналов клетками..

индекс

  • 1 структура
  • 2 функции
    • 2.1 Энергоснабжение для транспорта натрия и калия через мембрану
    • 2.2 Участие в синтезе белка
    • 2.3 Обеспечение энергией для передвижения
  • 3 Гидролиз
    • 3.1 Почему происходит это высвобождение энергии?
  • 4 Получение АТФ
    • 4.1 Окислительное фосфорилирование
    • 4.2 Фосфорилирование на уровне субстрата
  • 5 АТФ цикл
  • 6 Другие энергетические молекулы
  • 7 ссылок

структура

АТФ, как следует из его названия, является нуклеотидом с тремя фосфатами. Его особая структура, особенно две пирофосфатные связи, делают его энергетически богатым соединением. Он состоит из следующих элементов:

— Азотистое основание, аденин. Азотистые основания представляют собой циклические соединения, которые содержат в своей структуре один или несколько атомов азота. Мы также находим их в качестве компонентов в нуклеиновых кислотах, ДНК и РНК.

— Рибоза находится в центре молекулы. Это сахар пентозного типа, поскольку в нем пять атомов углерода. Его химическая формула C5H10О5. Углерод 1 рибозы присоединен к адениновому кольцу.

— Три фосфатных радикала. Последние два являются «звеньями высокой энергии» и представлены в графических структурах символом virgulilla: ~. Фосфатная группа является одной из наиболее важных в биологических системах. Три группы называются альфа, бета и гамма, от ближайшего к дальнему.

Эта связь очень лабильна, поэтому она разделяется быстро, легко и спонтанно, когда этого требуют физиологические условия организма. Это происходит потому, что отрицательные заряды трех фосфатных групп пытаются постоянно отходить друг от друга..

функции

АТФ играет незаменимую роль в энергетическом обмене практически всех живых организмов. По этой причине его часто называют энергетической валютой, поскольку его можно постоянно тратить и пополнять всего за несколько минут..

Прямой или косвенный, АТФ обеспечивает энергию для сотен процессов, в дополнение к действию в качестве донора фосфата.

В общем, АТФ действует как сигнальная молекула в процессах, происходящих внутри клетки, необходимо синтезировать компоненты ДНК и РНК и для синтеза других биомолекул участвует в трафике через мембраны, среди других.

Использование АТФ можно разделить на основные категории: транспорт молекул через биологические мембраны, синтез различных соединений и, наконец, механическая работа..

Функции СПС очень широки. Кроме того, он вовлечен в так много реакций, что было бы невозможно назвать их всех. Поэтому мы обсудим три конкретных примера, иллюстрирующих каждое из трех упомянутых применений..

Энергоснабжение для транспорта натрия и калия через мембрану

Ячейка является чрезвычайно динамичной средой, которая требует поддержания определенных концентраций. Большинство молекул не попадают в клетку случайно или случайно. Для того чтобы молекула или вещество могли проникнуть внутрь, оно должно делать это посредством своего конкретного переносчика..

Транспортеры — это белки, которые пересекают мембрану и функционируют как клеточные «привратники», контролирующие поток материалов. Следовательно, мембрана является полупроницаемой: она позволяет некоторым соединениям проникать, а другим — нет..

Одним из самых известных видов транспорта является натриево-калиевый насос. Этот механизм классифицируется как активный транспорт, так как движение ионов происходит против их концентрации, и единственный способ выполнить это движение — ввести энергию в систему в форме АТФ..

Подсчитано, что одна треть АТФ, образующегося в клетке, используется для поддержания работы насоса. Ионы натрия постоянно перекачиваются на поверхность клетки, а ионы калия — наоборот.

Логично, что использование АТФ не ограничивается транспортировкой натрия и калия. Есть другие ионы, такие как кальций, магний и другие, которые нуждаются в этой энергетической валюте, чтобы войти.

Участие в синтезе белка

Молекулы белка образованы аминокислотами, связанными между собой пептидными связями. Для их формирования требуется разрыв четырех высокоэнергетических связей. Другими словами, для образования белка средней длины необходимо гидролизовать значительное количество молекул АТФ..

Синтез белков происходит в структурах, называемых рибосомами. Они способны интерпретировать код, которым обладает РНК-мессенджер, и транслировать его в аминокислотную последовательность, АТФ-зависимый процесс.

В наиболее активных клетках синтез белка может направлять до 75% АТФ, синтезированного в этой важной работе.

С другой стороны, клетка не только синтезирует белки, она также нуждается в липидах, холестерине и других необходимых веществах, и для этого требуется энергия, содержащаяся в связях АТФ..

Обеспечить энергию для передвижения

Механическая работа является одной из важнейших функций СПС. Например, чтобы наше тело могло выполнять сокращение мышечных волокон, необходимо наличие большого количества энергии..

В мышцах химическая энергия может быть преобразована в механическую энергию благодаря реорганизации протеинов с сокращающей способностью, которые ее формируют. Длина этих структур изменена, укорочена, что создает напряжение, которое приводит к генерации движения.

У других организмов движение клеток также происходит благодаря наличию АТФ. Например, движение ресничек и жгутиков, которое позволяет перемещать определенные одноклеточные организмы, происходит посредством использования АТФ.

Другое конкретное движение — амебное, которое включает в себя выпячивание псевдоподы на концах клетки. Несколько типов клеток используют этот механизм локомоции, включая лейкоциты и фибробласты.

В случае половых клеток локомоция необходима для эффективного развития эмбриона. Эмбриональные клетки перемещаются на значительные расстояния от места их происхождения до региона, в котором они должны создавать специфические структуры..

гидролиз

Гидролиз АТФ — это реакция, которая включает распад молекулы в присутствии воды. Реакция представляется следующим образом:

АТФ + Вода ⇋ АДФ + ПЯ + энергия. Где, термин PЯ оно относится к группе неорганических фосфатов, а ADP представляет собой аденозиндифосфат. Обратите внимание, что реакция обратима.

гидролиз АТФ это явление, которое включает высвобождение огромной энергии суммы. Разрывная любые ссылки пирофосфаты результаты в выпуске 7 ккал на моль — в частности 7.3 АТФ в АДФ и 8.2 для получения аденозин монофосфат (АМФ) из АТФ. Это соответствует 12000 калорий на моль АТФ.

Почему происходит это высвобождение энергии??

Поскольку продукты гидролиза намного более стабильны, чем исходное соединение, то есть АТФ.

Необходимо отметить, что только гидролиз, который происходит на пирофосфатных связях с образованием АДФ или АМФ, приводит к выработке энергии в важных количествах..

Гидролиз других связей в молекуле не обеспечивает столько энергии, за исключением гидролиза неорганического пирофосфата, который имеет большое количество энергии.

Выделение энергии из этих реакций используется для проведения метаболических реакций внутри клетки, поскольку многие из этих процессов требуют энергии для функционирования, как на начальных этапах путей деградации, так и в биосинтезе соединений..

Например, при метаболизме глюкозы начальные стадии включают фосфорилирование молекулы. На следующих шагах генерируется новый ATP, чтобы получить положительный чистый доход.

С энергетической точки зрения, существуют другие молекулы, у которых высвобождение энергии больше, чем у АТФ, включая 1,3-бифосфоглицерат, карбамилфосфат, креатининфосфат и фосфоенолпируват..

Получение АТФ

АТФ может быть получен двумя путями: окислительное фосфорилирование и фосфорилирование на уровне субстрата. Первый требует кислорода, а второй не нуждается в нем. Примерно 95% образовавшегося АТФ происходит в митохондриях.

Окислительное фосфорилирование

Окислительное фосфорилирование включает процесс окисления питательных веществ в две фазы: получение восстановленных коферментов NADH и FADH2 производные витаминов.

Восстановление этих молекул требует использования водорода из питательных веществ. У жиров выработка коэнзимов замечательна благодаря огромному количеству водородов, которые они имеют в своей структуре, по сравнению с пептидами или углеводами..

Хотя есть несколько способов получения коферментов, наиболее важный путь — цикл Кребса. Впоследствии восстановленные коферменты концентрируются в дыхательных цепях, расположенных в митохондриях, которые переносят электроны к кислороду.

Цепь переноса электронов образована серией белков, связанных с мембраной, которые накачивают протоны (H +) наружу (см. Изображение). Эти протоны снова проникают через мембрану через другой белок, АТФ-синтазу, отвечающую за синтез АТФ..

Другими словами, мы должны уменьшить коферменты, больше АДФ и кислорода вырабатывают воду и АТФ.

Читайте также:  Паращитовидные железы. Развитие паращитовидных желез. Сосуды (кровоснабжение), нервы (иннервация) паращитовидных желез

Структура АТФ. Значение АТФ.

Фосфорилирование на уровне субстрата

Фосфорилирование на уровне субстрата не так важно, как механизм, описанный выше, и, поскольку оно не требует молекул кислорода, оно обычно связано с ферментацией. Таким образом, несмотря на то, что он очень быстрый, он извлекает мало энергии, если сравнить его с процессом окисления, он будет примерно в 15 раз меньше.

В нашем организме ферментативные процессы происходят на мышечном уровне. Эта ткань может функционировать без кислорода, поэтому вполне возможно, что молекула глюкозы разлагается до молочной кислоты (например, когда мы занимаемся спортом)..

В ферментации конечный продукт все еще обладает энергетическим потенциалом, который можно извлечь. В случае ферментации в мышцах содержание углерода в молочной кислоте находится на том же уровне восстановления, что и в исходной молекуле: глюкоза.

Таким образом, производство энергии происходит путем образования молекул, которые имеют высокоэнергетические связи, в том числе 1,3-бифосфоглират и фосфоенолпируват.

Например, в гликолизе гидролиз этих соединений связан с образованием молекул АТФ, отсюда и термин «на уровне субстрата»..

Цикл АТФ

АТФ никогда не сохраняется. Он находится в непрерывном цикле использования и синтеза. Таким образом, создается баланс между образованным АТФ и его гидролизованным продуктом, АДФ..

Структура АТФ. Значение АТФ.

Другие энергетические молекулы

АТФ не единственная молекула, состоящая из нуклеозид-бифосфата, который существует в клеточном метаболизме. Существует ряд молекул со структурами, похожими на АТФ, которые имеют сравнимое энергетическое поведение, хотя они не так популярны, как АТФ.

Наиболее ярким примером является ГТФ, трифосфат гуанозина, который используется в известном цикле Кребса и в глюконеогенном пути. Другие менее используемые CTP, TTP и UTP.

ссылки

  1. Guyton, A.C., & Hall, J.E. (2000). Учебник физиологии человека.
  2. Холл, J.E. (2017). Трактат Гайтона Э Холла по медицинской физиологии. Остальное Бразилия.
  3. Эрнандес, А. Г. Д. (2010). Договор о питании: состав и качество пищевых продуктов. Ed. Panamericana Medical.
  4. Лим, М. Я. (2010). Основы обмена веществ и питания. Elsevier.
  5. Pratt, C. W. & Kathleen, C. (2012). биохимия. Редакция Современное руководство.
  6. Voet, D., Voet, J.G. & Pratt, C.W. (2007). Основы биохимии. Медицинская Редакция Panamericana.

Атф и другие органические соединения клетки — урок. биология, 9 класс

Аденозинтрифосфорная кислота — АТФ

АТФ аденозинтрифосфорная кислота, или аденозинтрифосфат. Это вещество — своеобразный аккумулятор, без которого невозможно существование клетки.

АТФ находится в цитоплазме, в ядре, в двухмембранных органоидах (пластидах и митохондриях). Это основной и универсальный источник энергии, используемый клеткой для осуществления всех жизненных процессов. Благодаря расщеплению АТФ клетки могут осуществлять активный транспорт, синтезировать необходимые вещества, делиться и т. д. 

Количество АТФ определяется выполняемыми функциями — обычно в клетке содержится приблизительно (0,05) % АТФ от её массы. Но в активно функционирующих клетках (например, в мышцах) может быть и до (0,5) %.

Строение АТФ

АТФ — это нуклеотид, состоящий из аденина, рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты. Остатки фосфорной кислоты в молекуле АТФ соединены друг с другом высокоэнергетическими (макроэргическими) связями. При разрыве такой связи выделяется почти в (4) раза больше энергии, чем при разрыве других связей. Обычно макроэргические связи обозначают символом ∼.

При гидролизе молекулы АТФ происходит отделение одного остатка фосфорной кислоты и образуется аденозиндифосфат (АДФ). При этом высвобождается (40) кДж/моль энергии.

Структура АТФ. Значение АТФ.Рис. (1). Превращение АТФ в АДФ

Другие производные нуклеотидов

Важную роль в процессах обмена веществ играют производные нуклеотидов, которые являются переносчиками водорода в разных биохимических процессах (например, в фотосинтезе и клеточном дыхании). Одним из таких веществ служит никотинамиддинуклеотидфосфат (НАДФ).

Структура АТФ. Значение АТФ.

Рис. (2). Модель молекулы НАДФ 

В световую фазу фотосинтеза молекула НАДФ присоединяет водород и переходит в восстановленную форму НАДФ·H2, служащую источником атомов водорода в реакциях темновой фазы.

Витамины

Витамины — сложные органические соединения, которые в незначительных количествах требуются живым организмам для нормального протекания биохимических процессов. В отличии от других органических соединений витамины не являются источником энергии.

Большинство витаминов поступает с пищей, но некоторые могут синтезироваться и в самом организме. 

Витамины обычно называют буквами латинского алфавита. Их делят на две группы: водорастворимые (B1, B2, B5, B6, B12, PP, C) и жирорастворимые (A, D, E, K).

Витамины принимают участие в обмене веществ преимущественно как составная часть сложных ферментов. Их отсутствие или недостаток приводит к тяжёлым нарушениям жизнедеятельности организма.

Источники:

Рис. 1. Превращение АТФ в АДФ https://image.shutterstock.com/image-illustration/atp-energy-currency-cell-600w-1509423494.jpg

Рис. 2. Модель молекулы НАДФ Benjah-bmm27 — собственная работа, Общественное достояние, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1884538. 11.09.2021. 

Атф (аденозинтрифосфат)

Дано определение АТФ, описана история открытия АТФ, содержание АТФ в мышечных волокнах, приведена структура АТФ, описаны реакции гидролиза и ресинтеза АТФ в мышечных волокнах

Структура АТФ. Значение АТФ.

Атф (аденозинтрифосфорная кислота)

Что такое АТФ?

АТФ (аденозинтрифосфат, аденозинтрифосфорная кислота) – основное макроэргическое соединение организма[1]. Состоит из аденина (азотистого основания), рибозы (углевод) и трех последовательно расположенных фосфатных остатков, причем второй и третий фосфатные остатки присоединяются макроэргической связью. Структура АТФ выглядит следующим образом (рис.1).

Структура АТФ. Значение АТФ.

Рис. 1. Структура АТФ

История открытия АТФ

АТФ был открыт(а) в 1929 году немецким биохимиком Карлом Ломаном (Karl Lohmann) и, независимо  Сайрусом Фиске (Cyrus Fiske) и Йеллапрагада Субба Рао (Yellapragada Subba Rao) из Гарвардской медицинской школы. Однако структура АТФ была установлена только спустя несколько лет.

Владимир Александрович Энгельгардт в 1935 году показал, что для сокращения мышц необходимо присутствие АТФ. В 1939 году В. А. Энгельгардт совместно со своей женой  М. Н. Любимовой предъявили доказательства, что  миозин проявляет  ферментную активность при этом расщепляется АТФ и высвобождается энергия.

Фриц Альберт Липманн (Fritz Albert Lipmann) в 1941 году показал, что АТФ является основным переносчиком энергии в клетке. Ему принадлежит фраза «богатые энергией фосфатные связи». В 1948 году Александр Тодд (Alexander Todd) (Великобритания) синтезировал АТФ.  В 1997 году Пол Д. Бойер (Paul D. Boyer) и Джон Э. Уокер (John E.

Walker) получили Нобелевскую премию по химии за разъяснение ферментативного механизма, лежащего в основе синтеза АТФ.

Содержание АТФ в мышечных волокнах

Количество АТФ в тканях организма человека относительно невелико, поскольку он (она) в тканях не запасается. В мышечных волокнах содержится  5 ммоль на кг сырой ткани или 25 ммоль на кг сухой мышечной ткани.

Гидролиз АТФ

Непосредственным источником энергии при мышечной деятельности является АТФ, который (ая) находится в саркоплазме мышечных волокон. Освобождение энергии происходит в результате реакции гидролиза АТФ.

Гидролиз АТФ – реакция, протекающая в мышечных волокнах, при которой АТФ, взаимодействуя с водой распадается на АДФ и фосфорную кислоту (Н3РО4). При этом выделяется энергия. Гидролиз АТФ ускоряется ферментом АТФ-азой. Этот фермент находится на каждой миозиновой головке толстого филамента.

Реакция гидролиза АТФ имеет следующий вид:

АТФ+Н2О→АДФ+Н3РО4 + энергия

В результате гидролиза 1 моль АТФ выделяется энергия, равная 42-50 кДж (10-12 ккал).  Скорость протекания реакции гидролиза повышают ионы кальция. Следует отметить, что АДФ (аденозиндифосфат) в мышечных волокнах выполняет роль универсального акцептора (приёмника) высокоэнергетического фосфата и используется для образования АТФ.

Фосфорная кислота (Н3РО4) в саркоплазме мышечных волокон достаточно быстро диссоциирует на ионы водорода и остаток фосфорной кислоты. В настоящее время доказано, что именно реакция гидролиза АТФ приводит к ацидозу, то есть закислению мышцы, а не гликолиз АТФ, в результате которого образуется молочная кислота (или более точно — лактат).

Фермент АТФ-аза

Фермент АТФ-аза расположен на миозиновых головках, что играет существенную роль в сокращении мышечных волокон. Активность фермента АТФ-азы лежит в основе классификации мышечных волокон на медленные (I тип), промежуточные (IIA тип) и быстрые (IIB тип).

Химическая энергия, выделяемая в результате гидролиза в мышечных волокнах, расходуется на: сокращение мышечных волокон (взаимодействие белков актина и миозина) и на их расслабление (работу кальциевого и натрий-калиевого насосов). При взаимодействии с актином одна молекула миозина за одну секунду гидролизует 10 молекул АТФ.

Запасы АТФ в мышечных волокнах невелики и могут обеспечить выполнение интенсивной работы в течение 1-2 с. Дальнейшая мышечная деятельность осуществляется благодаря быстрому восстановлению (ресинтезу) АТФ, поэтому при сокращении мышечных волокон в них одновременно протекают два процесса: гидролиз АТФ, дающий необходимую энергию и ресинтез АТФ, восполняющий запасы АТФ в мышечных волокнах.

Ресинтез АТФ

  • Ресинтез АТФ – синтез АТФ в мышечных волокнах из различных энергетических субстратов во время физической работы. Его формула выглядит следующим образом:
  • АДФ+фосфат+энергия → АТФ
  • Ресинтез АТФ может осуществляться двумя путями:
  • без участия кислорода (анаэробный путь);
  • с участием кислорода (аэробный путь).

Если в саркоплазме мышечных волокон недостаточно АТФ, то затрудняется процесс их расслабления. Возникают судороги.

Видео про гидролиз и ресинтез АТФ

Литература

  1. Михайлов С.С. Спортивная биохимия. – М.: Советский спорт, 2009.– 348 с.
  2. Волков Н.И., Несен Э.Н., Осипенко А.А., Корсун С.Н. Биохимия мышечной деятельности.- Киев: Олимпийская литература, 2000.- 504 с.
Читайте также:  Неотложная помощь при эпилептическом припадке (судорогах). Первая помощь при эпилептическом статусе (эпистатусе, судорогах).

С уважением, А.В.Самсонова

[1] Макроэргические соединения – химические соединения, содержащие связи, при гидролизе которых происходит освобождение значительного количества энергии.

Атф — главный энергетический спонсор клетки. или где взять энергию? митохондриальные дисфункции

Мурзаева Ирина Юрьевна

Эндокринолог, Врач превентивной медицины

1 октября 2018

Сегодня внедряемся в научные изыскания. Статья будет сложной для прочтения. Я максимально упрощала материал, но проще — некуда.

На написание меня как всегда «вдохновила» всеобщая бесконечная жалоба — «слабость, ничего не помогает, ваших капельниц, таблеток хватило на 2 недели….». Сегодня рассмотрим самый сложный случай дефицита Энергии — дисфункция Митохондрий.

Это еще малоизученная и сложная часть медицинской науки. Дисфункция митохондрий может быть врожденная и в нашем (рассматриваемом случае) — приобретенная.

Энергия в нашем организме представлена в следующем виде — молекула АТФ.

АТФ-аденозинтрифосфат, является основным источником энергии для клеток в частности и организма в целом. Представляет собой — эфир аденозина (пурин).

Кроме того, является источником синтеза нуклеиновых кислот, для образования структуры ДНК!(наш генетический код)и посредником передачи в клетку гормонально сигнала! Вывод: нехватка АТФ — чревата извращение/недостатком гормонального ответа и не только.

АТФ образуется в митохондриях (это маленькие структурные компоненты любой клетки, митохондрия имеет собственную ДНК!, как и ядро клетки!!,это высокоорганизованная структура ). Вот почему заболевания с нарушением синтеза АТФ — называются митохондриальные дисфункции.

В сутки в организме образуется 40 кг АТФ. Органы с максимальной выработкой АТФ: мозг 22%, печень 22%, мышцы 22 %, сердце 9%, жировая ткань всего — 4%, заметьте — ЩЖ с в этот перечень даже не вошла… Мозг и печень лидеры !

Теперь о самом процессе образования энергии. Смотрим на картинку.

Структура АТФ. Значение АТФ.

Процесс образования энергии можно разделить на 3 этапа.

1 этап — это получение более простых молекул( в цикл образования энергии) из углеводов(У), жиров(Ж) и белков пищи(Б). Углеводы расщепляются до моносахаров(глюкоза,фруктоза), жиры до жирных кислот, белки до аминокислот.

«Расщепление» Б,Ж,У происходит как к кислородной среде(аэробной), так и в бескислородной(анаэробной) среде.

Это крайне важно! Так как из анаэробного гликолиза 1 молекулы глюкозы образуется — 2 молекулы АТФ, из аэробного (кислородного) гликолиза 1 молекулы глюкозы — образуются 36 молекул АТФ, из аэробного окисления 1 молекулы жирной кислоты — 146 молекул АТФ, ( жиры и белки в бескислородной среде вообще не расщепляются!, вывод — например, при нелеченной анемии(дефицитО2) снижение веса почти невозможно). Так, и усвоение 1 молекулы глюкозы требует 6 молекул О2, а 1 молекулы жирных кислот -23 молекулы О2. Вывод — жиры основной источник энергии, и всем нужен О2!!! 

2 этапом — образуется из всех молекул У, Ж, Б — АцетилКоА — промежуточный метаболит. Суть этого этапа, что кол-во выработанного АцетилКоА зависит от уровня многих витаминов и микроэлементов (витамина С, группы В, цинка, меди, железа и др). Почему так важно для образования энергии — восполнение дефицита этих элементов!

3 этап — этот самый АцетилКоА поступает в 2 основных биохимических пути выработки АТФ — это цикл Кребса( лимонной кислоты) и цикл окислительного фосфорилирования ( передачи электронов, «дыхательная цепь»;), происходит образование НАД- и НАДН+. Связь между этими двумя б/х циклами — и «есть узкое горлышко», «слабое место» в образовании АТФ. И зависит от рН среды клетки — при развитии в/клеточной гипоксии = в/клеточного ацидоза и ухудшается процесс образования АТФ — организм захлебывается в избытке НАДН, а НАДН сопряжен с «утечкой кислорода из клетки»( механизм не буду расшифровывать) и образованием активных(агрессивных) форм кислорода ( свободных радикалов) — а это повреждающие агенты для клетки при образовании в избыточном количестве.

Метаболический ацидоз — это следствие первичного дефицита О2 в организме (сам ацидоз становится причиной вторичного дефицита О2-утечки кислорода).

Ацидоз выражается накоплением промежуточного продукта обмена — лактата, избытком Н+(иона водорода), митохондрии «начинают задыхаться и стареть и гибнуть»! А в месте со старением митохондрий — стареет организм, вот почему так молодеют некоторые заболевания — раньше развиваются атеросклероз, б-нь Альцгеймера, сахарный диабет (да-да , это митохондриальное заболевание), рак, артериальная гипертензия, АИТ, синдром хр усталости, даже НЯК и болезнь Крона (как одна из теорий) и др.

Как цикл лимонной кислоты (цикл Кребса) , например, связан с ожирением? — активное поступления с пищей жирных кислот- приводят к истощению транспортных карнитиновых (всем известен для сравнения Карнитин для спорт -питания) систем( переносчиков жирных кислот, их и так немного) и снижения активности работы «дыхательной цепи» , снижается чувствительность тканей к инсулину- развивается многим известная инсулинорезистентость! Исход — метаболическая печалька — метаболический синдром.

Соответственно: причинами снижения синтеза АТФ прежде всего являются дефицит О2!(как бывает в больших городах, где мало зелени!!, загазованность — продукт сгорания бензина это не О2-а СО2 !!!!, люди не выходят из помещений, мало двигаются — «мелкие сосуды закрыты для доступа О2», причинами могут быть болезни органов дыхания и сердечно-сосудистые патологии), ацидоз = «закисление организма» (накопление лактата, избыток Н+), полидефицит витаминов и микроэлементов для улучшения усвоения Ж, Б, У. Для лечение дефицита О2 даже был придуман аппарат — в основе которого интервальная гипоксическая тренировка. Это новая эра в лечении многих патологий.

Как же заподозрить митохондриальные проблемы? Они сложны как для понятия, так и для диагностики.

Из «простых анализов», которые можно набрать любой лаборатории — снижение рН крови, О2, повышение: лактата, СРБ, фибриногена, холестерина, ЛПНП, триглицеридов, гомоцистеина, мочевой кислоты, (клинически — повышение Ад, учащение ЧСС в покое, одышка в покое), снижение ферритина, из редких — снижение глутатиона, витаминов крови, снижение Q10, нарушение в системе антиоксидантов (по крови).

Из более редких , но все же доступных анализов (более специфических) — органические кислоты мочи ( благодаря этому анализу можно определить примерно на каком уровне идет нарушение и чем его скорректировать).Если патология так сложно выявляемая — «как это лечить?»,- спросите вы

Лечить можно.

Прежде всего меняем образ жизни — улучшаем доставку О2!, бросаем курить! чаще дышим в парке и не только..

Лечим и приводим в ремиссию хронические дыхательные заболевания , восполняем дефицит витаминов и минералов!, добавляем антиоксиданты, сосудистые препараты(!) очень важно улучшить кровоток (слабость всегда сопровождается рассеянностью, снижением памяти и внимания, — правильно, максимальная сосудистая сеть в головном мозге!!), реже добавляем «энергетики» — янтарная кислота, Q10, карнитин, НАДН и др. Я не говорю здесь про врожденные митохондриальные дисфункции — это следствие генетической поломки,а мы говорим сейчас больше о приобретенных причинах. Будем ждать новых научных материалов по этой теме…

Атф — это… что такое атф?

АТФ

Аденозинтрифосфа́т (сокр. АТФ, англ.

АТР) — нуклеотид, играет исключительно важную роль в обмене энергии и веществ в организмах; в первую очередь соединение известно как универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах. АТФ был открыт в 1929 году Карлом Ломанном[1], а в 1941 году Фриц Липман показал, что АТФ является основным переносчиком энергии в клетке[2].

Химические свойства

Структура АТФ. Значение АТФ.
Структура аденозинтрифосфорной кислоты

Систематическое наименование АТФ:

9-β-D-рибофуранозиладенин-5'-трифосфат, или
9-β-D-рибофуранозил-6-амино-пурин-5'-трифосфат.

Химически АТФ представляет собой трифосфорный эфир аденозина, который является производным аденина и рибозы.

Пуриновое азотистое основание — аденин — соединяется β-N-гликозидной связью с 1'-углеродом рибозы. К 5'-углероду рибозы последовательно присоединяются три молекулы фосфорной кислоты, обозначаемые соответственно буквами: α, β и γ.

АТФ относится к так называемым макроэргическим соединениям, то есть к химическим соединениям, содержащим связи, при гидролизе которых происходит освобождение значительного количества энергии. Гидролиз макроэргических связей молекулы АТФ, сопровождаемый отщеплением 1 или 2 остатков фосфорной кислоты, приводит к выделению, по различным данным, от 40 до 60 кДж/моль.

АТФ + H2O → АДФ + H3PO4 + энергия
АТФ + H2O → АМФ + H4P2O7 + энергия

Высвобожденная энергия используется в разнообразных процессах, протекающих с затратой энергии.

Роль в организме

Главная роль АТФ в организме связана с обеспечением энергией многочисленных биохимических реакций.

Являясь носителем двух высокоэнергетических связей, АТФ служит непосредственным источником энергии для множества энергозатратных биохимических и физиологических процессов.

Все это реакции синтеза сложных веществ в организме: осуществление активного переноса молекул через биологические мембраны, в том числе и для создания трансмембранного электрического потенциала; осуществления мышечного сокращения.

Помимо энергетической АТФ выполняет в организме ещё ряд других не менее важных функций:

  • Вместе с другими нуклеозидтрифосфатами АТФ является исходным продуктом при синтезе нуклеиновых кислот.
  • Кроме того, АТФ отводится важное место в регуляции множества биохимических процессов. Являясь аллостерическим эффектором ряда ферментов, АТФ, присоединяясь к их регуляторным центрам, усиливает или подавляет их активность.
  • АТФ является также непосредственным предшественником синтеза циклического аденозинмонофосфата — вторичного посредника передачи в клетку гормонального сигнала.
  • Также известна роль АТФ в качестве медиатора в синапсах
Читайте также:  Ткани с опорно-механической функцией. Плотные волокнистые соединительные ткани.

Пути синтеза

В организме АТФ синтезируется из АДФ, используя энергию окисляющихся веществ:

АДФ + H3PO4 + энергия → АТФ + H2O.

Фосфорилирование АДФ возможно двумя способами: субстратное фосфорилирование и окислительное фосфорилирование.

Основная масса АТФ образуется на мембранах митохондрий в ходе окислительного фосфорилирования H-зависимой АТФ-синтазой.

Субстратное фосфорилирование АТФ не требует участия мембранных ферментов, оно происходит в процессе гликолиза или путём переноса фосфатной группы с других макроэргических соединений.

Реакции фосфорилирования АДФ и последующего использования АТФ в качестве источника энергии образуют циклический процесс, составляющий суть энергетического обмена.

В организме АТФ является одним из самых часто обновляемых веществ, так у человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ менее 1 мин.

В течение суток одна молекула АТФ проходит в среднем 2000—3000 циклов ресинтеза (человеческий организм синтезирует около 40 кг АТФ в день), то есть запаса АТФ в организме практически не создаётся, и для нормальной жизнедеятельности необходимо постоянно синтезировать новые молекулы АТФ.

Примечания

  1. Lohmann, K. (1929) Über die Pyrophosphatfraktion im Muskel. Naturwissenschaften 17, 624–625.
  2. Lipmann F. (1941) Adv. Enzymol. 1, 99–162.

Ссылки

  1. Biochemistry Vol 1 3rd ed.. — Wiley: Hoboken, NJ.. — ISBN 978-0-471-19350-0
  2. Molecular Cell Biology, 5th ed.. — New York: WH Freeman, 2004. — ISBN 9780716743668

См. также

  • Окислительное фосфорилирование
  • Гликолиз
  • Цикл Кребса

Wikimedia Foundation. 2010.

Строение и функции АТФ, роль в жизнедеятельности клетки

feniks.help — Скорая помощь студентам

АТФ — в расшифровке аденозинтрифосфорная кислота или аденозинтрифосфат — это нуклеозидтрифосфат, многофункциональный источник энергии. Для протекания любого биохимического процесса в живой клетке требуется энергия, заключенная в химических связях АТФ.

Молекула была обнаружена в 1929 году Карлом Ломаном, Сайрусом Фиске и Йеллапрагадой Суббарао — учёными Гарвардской медицинской школы. В области биологии это открытие стало ключевым. В 1941 году немецко-американский биохимик Фриц Липман доказал, что АТФ — главный проводник энергии в клетке.

Строение аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ)

Систематическое наименование

9-β-D-рибофуранозиладенин-5'-трифосфат, или9-β-D-рибофуранозил-6-амино-пурин-5'-трифосфат

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Структура и состав

  • аденин (составная часть множества необходимых для жизни нуклеотидов, не растворим в воде);
  • рибоза (пятиуглеродный сахар, составляющее важных нуклеотидов, например РНК);
  • три остатка фосфорной кислоты (неорганическая кислота, хорошо растворима в воде).

Структурная формула АТФ. Источник: obrazovaka.ru

Роль и функции АТФ в организме

  1. Энергообеспечение биохимических процессов. Все биохимические реакции в клетках, для которых необходимы траты энергии, получают её с помощью АТФ.
  2. Является медиатором, т.е. передает сигнал синапсам. Синапс — место соприкосновения двух клеточных мембран.

  3. Регуляция биохимических процессов. АТФ входит в состав ферментов и может замедлять или ускорять протекание реакций.
  4. Участие в синтезе АМФ и АДФ. К рибозе в строении АТФ могут присоединиться до трёх остатков фосфорной кислоты.

    Если их менее трёх, то образуются следующие вещества: АМФ (аденозин-монофосфат) при одном остатке фосфорной кислоты и АДФ (аденозин-дифосфат) при двух.

  5. Участие в синтезе нуклеиновых кислот.

    Использование АТФ, вместе с другими нуклеотидтрифосфатами, как поставщиков азотистых оснований для строительства нуклеиновых кислот.

Значение АТФ для жизнедеятельности клетки

  • поставка энергии для биохимических процессов;
  • очищение клетки от отходов;
  • транспортировка веществ.

Синтез АТФ в организме

Синтез АТФ протекает в митохондриях в три этапа:

  1. Подготовительный. Распад сложных органических веществ под действием пищеварительных ферментов, выделение энергии в виде тепла.
  2. Гликолиз. Без кислорода. Расщепление глюкозы с помощью ферментов.
  3. Гидролиз. С участием кислорода. Расщепление молочной кислоты с помощью ферментов. На этом этапе запускается цепь химических реакций с водородом. Их конечный результат — синтез АТФ.

Насколько полезной была для вас статья?

Роль АТФ

Определение 1

АТФ – это аденозинтрифосфорная кислота, которая является основным источником клеточной энергии.

АТФ является важнейшим клеточным веществом также и потому, что относится к группе нуклеозидтрифосфатов, обеспечивая метаболизм живых клеток.

Первооткрывателем АТФ в клетке являются ученые-биохимики Суббарао, Ломан и Фиске. АТФ была открыта в 1929 году и ее исследования стали революционными в развитии биологии живых систем. Немного позднее в 1941 году Ф. Липман установил энергетическую функцию АТФ.

АТФ обладает определенными чертами строения:

  • представляет собой трифосфорный эфир аденозина;
  • образуется путём соединения аденина, являющегося пуриновым азотистым основанием;
  • соединяется с 1′-углеродом рибозы при помощи β-N-гликозидной связи.

Тем самым АТФ представляет собой такое соединение, которое содержит связи, гидролиз которых высвобождает колоссальное количество энергии. Подобные связи называют макроэргическими.

Образуется количество энергии, равное 40 и 60-ти кДж / моль. Также в ходе этого процесса отщепляется один или два остатка фосфорной кислоты.

Весь «химизм» описанных выше реакций можно представить следующим образом:

  • АТФ + вода → АДФ + фосфорная кислота + энергия;
  • АДФ + вода → АМФ + фосфорная кислота + энергия.

Общеизвестно, что в биоэнергетическом обмене веществ живых организмов важным является наличие двух основных моментов:

  • химическая энергия запасается путем образования АТФ при протекании катаболических реакций окисления органических субстратов;
  • химическая энергия утилизируется путем расщепления АТФ. Этот процесс сопряжен с эндергоническими реакциями анаболизма, а также другими процессами, которые также требуют энергетических затрат.

Выделяют три основных способа образования АТФ в клетке. А именно:

  • субстратное фосфорилирование, протекающее в цитоплазме клетке. Такие реакции получили название гликолиза или анаэробного этапа аэробного дыхания;
  • окислительное фосфорилирование;
  • фотофосфорилирование.

Роль АТФ в клетке

Замечание 1

Процесс фотофосфорилирования — это то же окислительное фосфорилирование лишь с одним отличием: реакции фотофосфорилирования протекают в хлоропластах клетки под действием света.

АТФ образуется во время световой стадии фотосинтеза – основного процесса получения энергии у зеленых растений, водорослей и некоторых бактерий.

Как уже отмечалось ранее, АТФ выполняет в клетке, прежде всего, энергетическую функции. Это обусловлено тем, что подобная молекула содержит две высокоэнергетические связи и обеспечивает многие физиологические и биохимические процессы. К подобным процессам можно отнести все реакции синтеза веществ в организме.

Реакции синтеза – это комплекс химических реакций, направленных на создание вещества с определенной степенью затраты энергии. При этом отмечается активный перенос молекул через клеточную мембрану, включая участие в создании межмембранного электрического потенциала. Также АТФ необходима для обеспечения процесса сокращения мышц.

Также к достаточно важным функциям АТФ, иллюстрирующим ее роль в клетке относят:

  • может являться медиатором в синапсах, сигнальным веществом в других клеточных взаимодействиях. Например, при пуринергической передаче сигнала;
  • АТФ регулирует биохимические процессы. Например, при участии АТФ происходит усиление и подавление активности некоторых ферментов с помощью присоединения к их регуляторным центрам молекулы;
  • участвует в создании циклического аденозинмонофосфата, который, в свою очередь, выступает посредником передачи гормональных сигналов в клетки;
  • наконец, АТФ участвует в синтезе нуклеиновых кислот (ДНК и РНК);
  • АТФ отвечает за обеспечение всех двигательных реакций организма, а именно от ее наличия зависит работа всех элементов опорно – двигательного аппарата.

Любая функция АТФ обусловлена тем, что ее используют для реализации жизненных клеточных процессов. Если АТФ не участвует в нем напрямую, то каким – либо образом обуславливает деятельность организма.

Замечание 2

Синтез АТФ в клетке фактически происходит непрерывно, поскольку организму требуется энергия абсолютно на все процессы жизнедеятельности. Своеобразным «неприкосновенным» запасом АТФ в клетке является 250 граммов данного вещества.

Во время нарушения жизнедеятельности организма, при перенесении человеком каких-либо болезней синтез АТФ происходит намного активнее, поскольку необходимо «покрывать» затраты иммунной системы. Также активизируется система терморегуляции организма, на обеспечение работы которой также требуется большое количество энергии.

Больше всего АТФ содержат такие клетки, как мышцы и нервная ткань, энергообмен в которых протекает особенно быстро. Неизменный уровень АТФ в клетках достаточно важно поддерживать, поскольку при минимальном недостатке данного вещества происходят серьёзные нарушения любого физиологического процесса.

Другими словами, АТФ является маркером стабильности развития организма человека и многих высокоорганизованных животных.

К наиболее интересным фактам, касательно АТФ можно отнести следующие:

  • в клетке около 1 млрд молекул АТФ;
  • срок жизни молекул АТФ очень короткий;
  • синтез АТФ протекает достаточно быстро.

Подводя итог всему вышесказанному, можно сделать вывод о том, что АТФ является часто обновляемым веществом организма человека. Продолжительность жизни молекулы АТФ составляет менее одной минуты, поэтому одна молекула АТФ может зарождаться и распадаться до трех тысяч раз за сутки. В течение дня организм человека создает около 40 кг данного вещества.

На примере цикла синтеза АТФ и ее дальнейшего использования в качестве клеточного топлива рассматривают саму суть энергетического обмена внутри живого организма. Поэтому аденозинтрифосфорная кислота выполняет функцию «батарейки», которая обеспечивает нормальную жизнедеятельность клетки.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector