Acide adénosine triphosphorique - ATP

Les nucléotides constituent la base structurelle d'un certain nombre de substances organiques importantes pour la vie, par exemple les composés à haute énergie.
L'ATP est la source universelle d'énergie de toutes les cellules. acide adénosine triphosphorique ou l'adénosine triphosphate.
L'ATP se trouve dans le cytoplasme, les mitochondries, les plastes et les noyaux cellulaires et constitue la source d'énergie la plus courante et la plus universelle pour la plupart des réactions biochimiques se produisant dans la cellule.
L'ATP fournit de l'énergie pour toutes les fonctions cellulaires : travail mécanique, biosynthèse de substances, division, etc. En moyenne, la teneur en ATP dans une cellule est d'environ 0,05 % de sa masse, mais dans les cellules où les coûts en ATP sont élevés (par exemple, dans les cellules du foie, les muscles striés), sa teneur peut atteindre jusqu'à 0,5 %.

Structure de l'ATP

L'ATP est un nucléotide constitué d'une base azotée - l'adénine, le glucide ribose et trois résidus d'acide phosphorique, dans deux desquels il est stocké. un grand nombre deénergie.

La liaison entre les résidus d'acide phosphorique est appelée macroergique(il est désigné par le symbole ~), car lorsqu'il se rompt, près de 4 fois plus d'énergie est libérée que lors de la rupture d'autres liaisons chimiques.

L'ATP est une structure instable et lorsqu'un résidu d'acide phosphorique est séparé, l'ATP se convertit en adénosine diphosphate (ADP) libérant 40 kJ d'énergie.

Autres dérivés nucléotidiques

Un groupe spécial de dérivés nucléotidiques sont les porteurs d'hydrogène. L'hydrogène moléculaire et atomique est hautement actif chimiquement et est libéré ou absorbé au cours de divers processus biochimiques. L'un des transporteurs d'hydrogène les plus répandus est phosphate de dinucléotide de nicotinamide(NADP).

La molécule NADP est capable de lier deux atomes ou une molécule d'hydrogène libre, se transformant en une forme réduite NADP H2 . Sous cette forme, l’hydrogène peut être utilisé dans diverses réactions biochimiques.
Les nucléotides peuvent également participer à la régulation des processus oxydatifs dans la cellule.

Vitamines

Vitamines (de lat. vita- vie) - bio complexe composés organiques, absolument nécessaire en petites quantités au fonctionnement normal des organismes vivants. Les vitamines diffèrent des autres substances organiques en ce sens qu’elles ne sont pas utilisées comme source d’énergie ou comme matériau de construction. Les organismes peuvent synthétiser eux-mêmes certaines vitamines (par exemple, les bactéries sont capables de synthétiser presque toutes les vitamines) ; d'autres vitamines pénètrent dans l'organisme avec la nourriture.
Les vitamines sont généralement désignées par des lettres de l’alphabet latin. La classification moderne des vitamines est basée sur leur capacité à se dissoudre dans l'eau et les graisses (elles sont divisées en deux groupes : soluble dans l'eau(B 1, B 2, B 5, B 6, B 12, PP, C) et liposoluble(A, D, E, K)).

Les vitamines sont impliquées dans presque tous les processus biochimiques et physiologiques qui composent le métabolisme. Une carence ou un excès de vitamines peuvent entraîner de graves perturbations dans de nombreuses fonctions physiologiques de l’organisme.

Sans aucun doute, la molécule la plus importante de notre corps en termes de production d'énergie est l'ATP (adénosine triphosphate : un nucléotide adényle contenant trois résidus d'acide phosphorique et produit dans les mitochondries).

En fait, chaque cellule de notre corps stocke et utilise de l’énergie pour des réactions biochimiques via l’ATP. L’ATP peut donc être considérée comme la monnaie universelle de l’énergie biologique. Tous les êtres vivants ont besoin d’un apport continu d’énergie pour soutenir la synthèse des protéines et de l’ADN, le métabolisme et le transport de divers ions et molécules, et maintenir les fonctions vitales du corps. Les fibres musculaires pendant l’entraînement en force nécessitent également de l’énergie facilement disponible. Comme déjà mentionné, l’ATP fournit l’énergie nécessaire à tous ces processus. Cependant, pour former de l’ATP, nos cellules ont besoin de matières premières. Les humains obtiennent ces matières premières sous forme de calories provenant de l’oxydation des aliments consommés. Pour obtenir de l’énergie, cet aliment doit d’abord être transformé en une molécule facilement utilisable : l’ATP.

La molécule d'ATP doit passer par plusieurs phases avant d'être utilisée.

Tout d’abord, un coenzyme spécial est utilisé pour séparer l’un des trois phosphates (contenant chacun dix calories d’énergie), libérant ainsi de grandes quantités d’énergie et formant le produit de réaction adénosine diphosphate (ADP). Si plus d'énergie est nécessaire, le groupe phosphate suivant est séparé, formant de l'adénosine monophosphate (AMP).

ATP + H 2 O → ADP + H 3 PO 4 + énergie
ATP + H 2 O → AMP + H 4 P 2 O 7 + énergie

Lorsqu'une production d'énergie rapide n'est pas nécessaire, la réaction inverse se produit : avec l'aide de l'ADP, du phosphagène et du glycogène, le groupe phosphate est rattaché à la molécule, entraînant la formation d'ATP. Ce processus implique le transfert de phosphates libres vers d'autres substances contenues dans les muscles, notamment et. Dans le même temps, le glucose est extrait des réserves de glycogène et décomposé.

L'énergie obtenue à partir de ce glucose aide à reconvertir le glucose dans sa forme originale, après quoi les phosphates libres peuvent à nouveau être attachés à l'ADP pour former un nouvel ATP. Une fois le cycle terminé, l’ATP nouvellement créé est prêt pour la prochaine utilisation.

Essentiellement, l’ATP fonctionne comme une batterie moléculaire, stockant l’énergie lorsqu’elle n’est pas nécessaire et la libérant lorsqu’elle est nécessaire. En effet, l’ATP est comme une batterie entièrement rechargeable.

Structure de l'ATP

La molécule ATP est composée de trois composants :

• Ribose (le même sucre à cinq carbones qui forme l'épine dorsale de l'ADN)
• Adénine (atomes de carbone et d'azote connectés)
• Triphosphate

La molécule de ribose est située au centre de la molécule d'ATP dont le bord sert de base à l'adénosine.
Une chaîne de trois phosphates est située de l’autre côté de la molécule de ribose. L'ATP sature les fibres longues et fines contenant la protéine myosine, qui constitue la base de nos cellules musculaires.

Rétention d'ATP

Le corps d'un adulte moyen utilise environ 200 à 300 moles d'ATP par jour (une taupe est le terme chimique désignant la quantité de substance dans un système qui en contient autant). particules élémentaires, combien d'atomes de carbone sont contenus dans 0,012 kg d'isotope carbone-12). La quantité totale d’ATP présente dans le corps à un moment donné est de 0,1 mole. Cela signifie que l’ATP doit être réutilisé 2 000 à 3 000 fois au cours de la journée. L'ATP ne peut pas être stocké, donc le niveau de sa synthèse correspond presque au niveau de consommation.

Systèmes ATP

En raison de l'importance de l'ATP d'un point de vue énergétique, mais aussi de son utilisation répandue, l'organisme a différentes manières Production d'ATP. Ce sont trois systèmes biochimiques différents. Regardons-les dans l'ordre :

Lorsque les muscles ont une période d'activité courte mais intense (environ 8 à 10 secondes), le système phosphagène est utilisé - l'ATP se combine avec la créatine phosphate. Le système phosphagène garantit que de petites quantités d’ATP circulent constamment dans nos cellules musculaires.

Les cellules musculaires contiennent également un phosphate de haute énergie, la créatine phosphate, qui est utilisée pour restaurer les niveaux d'ATP après une activité de courte durée et de haute intensité. L'enzyme créatine kinase prend le groupe phosphate de la créatine phosphate et le transfère rapidement à l'ADP pour former l'ATP. Ainsi, la cellule musculaire convertit l’ATP en ADP et le phosphagène réduit rapidement l’ADP en ATP. Les niveaux de créatine phosphate commencent à diminuer après seulement 10 secondes d’activité de haute intensité, et les niveaux d’énergie chutent. Un exemple du fonctionnement du système phosphagène est, par exemple, le sprint de 100 mètres.

Le système glycogène-acide lactique fournit de l’énergie au corps à un rythme plus lent que le système phosphagène, bien qu’il fonctionne relativement rapidement et fournisse suffisamment d’ATP pour environ 90 secondes d’activité de haute intensité. Dans ce système, l’acide lactique est produit à partir du glucose dans les cellules musculaires par métabolisme anaérobie.

Étant donné qu'en état anaérobie le corps n'utilise pas d'oxygène, ce système fournit de l'énergie à court terme sans activer le système cardiorespiratoire de la même manière que le système aérobie, mais avec un gain de temps. De plus, en mode anaérobie, les muscles travaillent rapidement, se contractent puissamment, ils bloquent l'apport d'oxygène car les vaisseaux sont comprimés.

Ce système est aussi parfois appelé respiration anaérobie, et un bon exemple dans ce cas est le sprint de 400 mètres.

Si l'activité physique dure plus de quelques minutes, le système aérobie entre en jeu et les muscles reçoivent de l'ATP d'abord, puis des graisses et enfin des acides aminés (). Les protéines sont utilisées comme énergie principalement dans des conditions de famine (régime dans certains cas).

La respiration aérobie produit la quantité d'ATP la plus lente, mais produit suffisamment d'énergie pour maintenir une activité physique pendant plusieurs heures. Cela se produit parce que pendant la respiration aérobie, le glucose est décomposé en dioxyde de carbone et en eau sans être neutralisé par l'acide lactique dans le système glycogène-acide lactique. Le glycogène (la forme stockée du glucose) pendant la respiration aérobie est fourni par trois sources :

1. Absorption du glucose provenant des aliments dans le tractus gastro-intestinal, qui pénètre dans les muscles par le système circulatoire.
2. Résidus de glucose dans les muscles
3. La dégradation du glycogène hépatique en glucose, qui pénètre dans les muscles par le système circulatoire.

Conclusion

Si vous vous êtes déjà demandé d'où nous puisons l'énergie nécessaire pour réaliser les différentes activités que nous réalisons... conditions différentes, alors la réponse sera - principalement à cause de l'ATP. Ce molécule complexe aide à convertir divers composants alimentaires en énergie facilement utilisable.

Sans ATP, notre corps ne pourrait tout simplement pas fonctionner. Ainsi, le rôle de l'ATP dans la production d'énergie est multiforme, mais en même temps simple.

Histoires sur la bioénergie Skulachev Vladimir Petrovich

Où et comment se forme l’ATP ?

Où et comment se forme l’ATP ?

Le premier système pour lequel le mécanisme de formation de l'ATP a été découvert était la glycolyse, un type d'approvisionnement en énergie auxiliaire qui s'active dans des conditions de manque d'oxygène. Lors de la glycolyse, la molécule de glucose est divisée en deux et les fragments résultants sont oxydés en acide lactique.

Une telle oxydation est associée à l'ajout d'acide phosphorique à chacun des fragments de la molécule de glucose, c'est-à-dire à leur phosphorylation. Le transfert ultérieur des résidus phosphate des fractions glucose vers l'ADP produit de l'ATP.

Le mécanisme de formation de l’ATP au cours de la respiration intracellulaire et de la photosynthèse est resté longtemps flou. On savait seulement que les enzymes qui catalysent ces processus sont intégrées dans des membranes biologiques - des films minces (environ un millionième de centimètre d'épaisseur) constitués de protéines et de substances grasses phosphorylées - des phospholipides.

Les membranes sont les plus importantes composant structurel n'importe quelle cellule vivante. La membrane externe de la cellule sépare le protoplasme de l'environnement entourant la cellule. Le noyau cellulaire est entouré de deux membranes qui forment l'enveloppe nucléaire, une barrière entre le contenu interne du noyau (nucléoplasme) et le reste de la cellule (cytoplasme). En plus du noyau, plusieurs autres structures entourées de membranes se trouvent dans les cellules animales et végétales. Il s'agit du réticulum endoplasmique - un système de minuscules tubes et de citernes plates dont les parois sont formées de membranes. Ce sont enfin les mitochondries - des vésicules sphériques ou allongées plus petites que le noyau, mais plus grandes que les composants du réticulum endoplasmique. Le diamètre d'une mitochondrie est généralement d'environ un micron, bien que parfois les mitochondries forment des structures de ramification et de réseau de plusieurs dizaines de microns de longueur.

Dans les cellules des plantes vertes, en plus du noyau, du réticulum endoplasmique et des mitochondries, on trouve également des chloroplastes - des vésicules membranaires plus grandes que les mitochondries.

Chacune de ces structures remplit sa propre fonction biologique spécifique. Le noyau est donc le siège de l’ADN. C’est là que se déroulent les processus sous-jacents. fonction génétique cellules, et une chaîne complexe de processus commence, conduisant finalement à la synthèse des protéines. Cette synthèse s'effectue dans les plus petits granules - les ribosomes, dont la plupart sont associés au réticulum endoplasmique. Se produit dans les mitochondries réactions oxydatives, dont la totalité est appelée respiration intracellulaire. Les chloroplastes sont responsables de la photosynthèse.

Les cellules bactériennes sont plus simples. Habituellement, ils n'ont que deux membranes - externe et interne. Une bactérie est comme un sac dans un sac, ou plutôt une toute petite bulle à double paroi. Il n’y a ni noyau, ni mitochondrie, ni chloroplaste.

Il existe une hypothèse selon laquelle les mitochondries et les chloroplastes proviendraient de bactéries capturées par la cellule d'une créature plus grande et mieux organisée. En effet, la biochimie des mitochondries et des chloroplastes est à bien des égards similaire à celle des bactéries. Morphologiquement, les mitochondries et les chloroplastes ressemblent aussi dans un certain sens aux bactéries : ils sont entourés de deux membranes. Dans les trois cas : chez les bactéries, les mitochondries et les chloroplastes - Synthèse d'ATP se produit dans la membrane interne.

Pendant longtemps, on a cru que la formation d'ATP lors de la respiration et de la photosynthèse se déroulait de manière similaire à la conversion d'énergie déjà connue lors de la glycolyse (phosphorylation de la substance en cours de dégradation, son oxydation et transfert d'un résidu d'acide phosphorique en ADP). Cependant, toutes les tentatives visant à prouver expérimentalement ce schéma se sont soldées par un échec.

Acide adénosine triphosphorique-ATP- un composant énergétique essentiel de toute cellule vivante. L'ATP est également un nucléotide constitué de la base azotée adénine, du sucre ribose et de trois résidus de molécules d'acide phosphorique. Il s'agit d'une structure instable. Dans les processus métaboliques, les résidus d'acide phosphorique en sont successivement séparés en brisant riche en énergie, mais une liaison faible entre les deuxième et troisième résidus d'acide phosphorique. Le détachement d'une molécule d'acide phosphorique s'accompagne de la libération d'environ 40 kJ d'énergie. Dans ce cas, l'ATP est converti en acide adénosine diphosphorique (ADP), et avec la poursuite du clivage du résidu d'acide phosphorique de l'ADP, de l'acide adénosine monophosphorique (AMP) est formé.

Schéma de la structure de l'ATP et de sa conversion en ADP ( T.A. Kozlova, V.S. Koutchmenko. La biologie en tableaux. M., 2000 )

Par conséquent, l’ATP est une sorte d’accumulateur d’énergie dans la cellule, qui se « décharge » lorsqu’elle est en panne. La dégradation de l'ATP se produit lors des réactions de synthèse des protéines, des graisses, des glucides et de toute autre fonction vitale des cellules. Ces réactions impliquent l’absorption d’énergie, qui est extraite lors de la dégradation des substances.

L'ATP est synthétisé dans les mitochondries en plusieurs étapes. Le premier est préparatoire - se déroule par étapes, avec la participation d'enzymes spécifiques à chaque étape. Dans ce cas, les composés organiques complexes sont décomposés en monomères : les protéines en acides aminés, les glucides en glucose, les acides nucléiques en nucléotides, etc. La rupture des liaisons dans ces substances s'accompagne de la libération d'une petite quantité d'énergie. Les monomères résultants, sous l'influence d'autres enzymes, peuvent subir une décomposition supplémentaire avec formation de plus substances simples jusqu'au dioxyde de carbone et à l'eau.

Schème Synthèse d'ATP dans les mtochondries cellulaires

EXPLICATIONS SUR LE SCHÉMA DE TRANSFORMATION DES SUBSTANCES ET DE L'ÉNERGIE DANS LE PROCESSUS DE DISSIMILIATION

Étape I - préparatoire : complexe matière organique sous l'influence d'enzymes digestives, ils se décomposent en enzymes simples, libérant uniquement de l'énergie thermique.
Protéines ->acides aminés
Graisses- > glycérol et acides gras
Amidon ->glucose

Stade II - glycolyse (sans oxygène) : réalisée dans le hyaloplasme, non associée aux membranes ; cela implique des enzymes ; Le glucose est décomposé :

Dans les levures, une molécule de glucose sans la participation d'oxygène est convertie en éthanol et dioxyde de carbone (fermentation alcoolique) :

Chez d'autres micro-organismes, la glycolyse peut entraîner la formation d'acétone, d'acide acétique, etc. Dans tous les cas, la dégradation d'une molécule de glucose s'accompagne de la formation de deux molécules d'ATP. Lors de la dégradation sans oxygène du glucose sous forme liaison chimique Dans la molécule d’ATP, 40 % de l’anergie est retenue et le reste est dissipé sous forme de chaleur.

Stade III - hydrolyse (oxygène) : réalisée dans les mitochondries, associée à la matrice mitochondriale et à la membrane interne, des enzymes y participent, l'acide lactique subit une dégradation : C3H6O3 + 3H20 --> 3CO2+ 12H. Le CO2 (dioxyde de carbone) est libéré par les mitochondries dans environnement. L'atome d'hydrogène est inclus dans une chaîne de réactions dont le résultat final est la synthèse de l'ATP. Ces réactions se produisent dans l’ordre suivant :

1. L'atome d'hydrogène H, à l'aide d'enzymes porteuses, pénètre dans la membrane interne des mitochondries, formant des crêtes, où il est oxydé : H-e--> H+

2. Proton d'hydrogène H+(cation) est transporté par des porteurs vers la surface externe de la membrane des crêtes. Cette membrane est imperméable aux protons, ils s'accumulent donc dans l'espace intermembranaire, formant un réservoir de protons.

3. Électrons d'hydrogène e sont transférés à la surface interne de la membrane des crêtes et se fixent immédiatement à l'oxygène à l'aide de l'enzyme oxydase, formant de l'oxygène actif (anion) chargé négativement : O2 + e--> O2-

4. Les cations et les anions des deux côtés de la membrane créent un champ électrique de charge opposée et lorsque la différence de potentiel atteint 200 mV, le canal protonique commence à fonctionner. Il se produit dans les molécules des enzymes ATP synthétases, qui sont intégrées dans la membrane interne qui forme les crêtes.

5. Les protons d’hydrogène traversent le canal protonique H+ se précipiter dans les mitochondries, créant haut niveauénergie, dont la majeure partie va à la synthèse de l'ATP à partir de l'ADP et du Ph (ADP+P-->ATP), et des protons H+ interagir avec l'oxygène actif, formant de l'eau et du 02 moléculaire :
(4Н++202- -->2Н20+02)

Ainsi, l’O2, qui pénètre dans les mitochondries pendant le processus de respiration du corps, est nécessaire à l’ajout de protons d’hydrogène H. En son absence, tout le processus dans les mitochondries s’arrête, puisque la chaîne de transport d’électrons cesse de fonctionner. Réaction générale du stade III :

(2C3NbOz + 6Oz + 36ADP + 36F ---> 6C02 + 36ATP + +42H20)

À la suite de la dégradation d'une molécule de glucose, 38 molécules d'ATP se forment : au stade II - 2 ATP et au stade III - 36 ATP. Les molécules d'ATP qui en résultent vont au-delà des mitochondries et participent à tous les processus cellulaires nécessitant de l'énergie. Lors de sa division, l'ATP libère de l'énergie (une liaison phosphate contient 40 kJ) et retourne aux mitochondries sous forme d'ADP et de P (phosphate).

L’ATP, ou acide adénosine triphosphorique au complet, est un « accumulateur » d’énergie dans les cellules du corps. Aucune réaction biochimique n'a lieu sans la participation de l'ATP. Les molécules d'ATP se trouvent dans l'ADN et l'ARN.

Composition de l'ATP

La molécule ATP comporte trois composants : trois résidus d'acide phosphorique, l'adénine et le ribose. Autrement dit, l'ATP a la structure d'un nucléotide et appartient aux acides nucléiques. Le ribose est un glucide et l'adénine est une base azotée. Les résidus acides sont unis entre eux par des liaisons énergétiques instables. L'énergie apparaît lorsque les molécules d'acide sont brisées. La séparation se produit grâce à des biocatalyseurs. Après le détachement, la molécule d'ATP est déjà convertie en ADP (si une molécule a été séparée) ou en AMP (si deux molécules d'acide ont été séparées). Lorsqu'une molécule d'acide phosphorique est séparée, 40 kJ d'énergie sont libérées.

Rôle dans le corps

L’ATP joue non seulement un rôle énergétique dans l’organisme, mais aussi plusieurs autres :

• est le résultat de la synthèse des acides nucléiques.
• régulation de nombreux processus biochimiques.
• substance de signalisation dans d’autres interactions cellulaires.

Synthèse d'ATP

La production d'ATP a lieu dans les chloroplastes et les mitochondries. Le processus le plus important dans la synthèse des molécules d’ATP est la dissimilation. La dissimilation est la destruction du complexe en un complexe plus simple.

La synthèse de l'ATP ne se déroule pas en une seule étape, mais en trois étapes :

1. La première étape est préparatoire. Sous l’action des enzymes de la digestion, se produit la dégradation de ce que nous avons absorbé. Dans ce cas, les graisses sont décomposées en glycérol et Les acides gras, les protéines en acides aminés et l'amidon en glucose. Autrement dit, tout est préparé pour une utilisation ultérieure. Énergie thermique libérée
2. La deuxième étape est la glycolyse (sans oxygène). La dégradation se produit à nouveau, mais ici le glucose subit également une dégradation. Les enzymes sont également impliquées. Mais 40 % de l’énergie reste dans l’ATP et le reste est consommé sous forme de chaleur.
3. La troisième étape est l'hydrolyse (oxygène). Cela se produit déjà dans les mitochondries elles-mêmes. L’oxygène que nous inhalons et les enzymes y participent. Après dissimilation complète, de l’énergie est libérée pour la formation d’ATP.