Adenozin-trifoszforsav - ATP

A nukleotidok a szerkezeti alapjai számos, az élethez fontos szerves anyagnak, például a nagy energiájú vegyületeknek.
Az ATP az univerzális energiaforrás minden sejtben. adenozin-trifoszforsav vagy adenozin-trifoszfát.
Az ATP a citoplazmában, a mitokondriumokban, a plasztidokban és a sejtmagokban található, és a sejtben végbemenő legtöbb biokémiai reakcióhoz a leggyakoribb és univerzális energiaforrás.
Az ATP energiát biztosít minden sejtfunkcióhoz: gépészeti munka, anyagok bioszintézise, ​​osztódás stb. Egy sejtben az ATP-tartalom átlagosan a tömegének körülbelül 0,05%-a, de azokban a sejtekben, ahol magas az ATP-költség (például májsejtekben, harántcsíkolt izmokban), a tartalma elérheti a 0,5%-ot is.

ATP szerkezete

Az ATP egy nitrogéntartalmú bázisból - adeninből, szénhidrát-ribózból és három foszforsav-maradékból álló nukleotid, amelyek közül kettőben tárolódik. nagyszámú energia.

A foszforsavmaradékok közötti kötést ún makroergikus(a ~ jellel jelöljük), hiszen amikor elszakad, majdnem 4-szer több energia szabadul fel, mint más kémiai kötések felhasadásakor.

Az ATP instabil szerkezet, és ha egy foszforsavmaradékot leválasztunk, az ATP adenozin-difoszfáttá (ADP) alakul, amely 40 kJ energiát szabadít fel.

Egyéb nukleotid-származékok

A nukleotid-származékok egy speciális csoportja a hidrogénhordozók. A molekuláris és atomi hidrogén rendkívül kémiailag aktív, és különféle biokémiai folyamatok során szabadul fel vagy szívódik fel. Az egyik legelterjedtebb hidrogénhordozó az nikotinamid-dinukleotid-foszfát(NADP).

A NADP molekula két atomot vagy egy molekula szabad hidrogént képes összekapcsolni, redukált formává alakulva NADP H2 . Ebben a formában a hidrogén felhasználható különféle biokémiai reakciókban.
A nukleotidok részt vehetnek a sejt oxidatív folyamatainak szabályozásában is.

Vitaminok

Vitaminok (a lat. vita- élet) - összetett bio szerves vegyületek, kis mennyiségben feltétlenül szükséges az élő szervezetek normális működéséhez. A vitaminok abban különböznek más szerves anyagoktól, hogy nem használják energiaforrásként vagy építőanyagként. A szervezetek bizonyos vitaminokat maguk is képesek szintetizálni (például a baktériumok szinte az összes vitamint képesek szintetizálni), más vitaminok táplálékkal kerülnek a szervezetbe.
A vitaminokat általában a latin ábécé betűivel jelölik. A vitaminok modern osztályozása a vízben és zsírokban való oldódási képességükön alapul (két csoportra oszthatók: vízben oldódó(B 1, B 2, B 5, B 6, B 12, PP, C) és zsírban oldódó(A, D, E, K)).

A vitaminok szinte minden biokémiai és élettani folyamatban részt vesznek, amelyek együtt alkotják az anyagcserét. Mind a vitaminhiány, mind a felesleg a szervezet számos élettani funkciójában súlyos zavarokhoz vezethet.

Az energiatermelés szempontjából kétségtelenül a legfontosabb molekula szervezetünkben az ATP (adenozin-trifoszfát: három foszforsav-maradékot tartalmazó adenil-nukleotid, amely mitokondriumokban termelődik).

Valójában testünk minden sejtje az ATP-n keresztül energiát tárol és használ fel biokémiai reakciókhoz, így az ATP a biológiai energia univerzális pénznemének tekinthető. Minden élőlénynek folyamatos energiaellátásra van szüksége a fehérje- és DNS-szintézis, a különféle ionok és molekulák anyagcseréjének és szállításának támogatásához, valamint a szervezet létfontosságú funkcióinak fenntartásához. Az izomrostok az erősítő edzés során szintén könnyen elérhető energiát igényelnek. Mint már említettük, az ATP biztosítja mindezen folyamatok energiáját. Az ATP képzéséhez azonban sejtjeink nyersanyagot igényelnek. Az emberek ezeket a nyersanyagokat kalóriákon keresztül jutnak hozzá az elfogyasztott élelmiszer oxidációjával. Az energia megszerzéséhez ezt az élelmiszert először egy könnyen használható molekulává - ATP-vé - kell feldolgozni.

Az ATP-molekulának több fázison kell keresztülmennie használat előtt.

Először is, egy speciális koenzimet használnak a három foszfát egyikének elválasztására (mindegyik tíz kalóriányi energiát tartalmaz), nagy mennyiségű energiát szabadítva fel, és az adenozin-difoszfát (ADP) reakcióterméket képezi. Ha több energiára van szükség, a következő foszfátcsoport elválik, és adenozin-monofoszfát (AMP) keletkezik.

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

Ha nincs szükség gyors energiatermelésre, fordított reakció lép fel - ADP, foszfagén és glikogén segítségével a foszfátcsoport visszakapcsolódik a molekulához, ami ATP képződését eredményezi. Ez a folyamat magában foglalja a szabad foszfátok átvitelét az izmokban található egyéb anyagokba, amelyek közé tartozik és. Ugyanakkor a glükózt a glikogéntartalékokból veszik és lebontják.

Az ebből a glükózból nyert energia segít a glükóz visszaállításában az eredeti formájába, ami után a szabad foszfátok ismét az ADP-hez kapcsolódhatnak, új ATP-t képezve. A ciklus befejeztével az újonnan létrehozott ATP készen áll a következő felhasználásra.

Lényegében az ATP úgy működik, mint egy molekuláris akkumulátor, energiát tárol, amikor nincs rá szükség, és felszabadítja, amikor szükség van rá. Valójában az ATP olyan, mint egy teljesen újratölthető akkumulátor.

ATP szerkezete

Az ATP molekula három komponensből áll:

• Ribóz (ugyanaz az öt szénatomos cukor, amely a DNS gerincét képezi)
• Adenin (kapcsolt szén- és nitrogénatomok)
• Trifoszfát

A ribózmolekula az ATP-molekula közepén helyezkedik el, melynek széle az adenozin bázisaként szolgál.
A ribózmolekula másik oldalán három foszfátból álló lánc található. Az ATP telíti a miozin fehérjét tartalmazó hosszú, vékony rostokat, amelyek izomsejtjeink alapját képezik.

ATP-visszatartás

Egy átlagos felnőtt szervezete körülbelül 200-300 mól ATP-t használ fel naponta (a mól a kémiai kifejezés az anyag mennyiségére egy olyan rendszerben, amely ennyit tartalmaz elemi részecskék, hány szénatomot tartalmaz 0,012 kg szén-12 izotóp). Az ATP teljes mennyisége a szervezetben egy adott pillanatban 0,1 mol. Ez azt jelenti, hogy az ATP-t 2000-3000 alkalommal kell újra felhasználni a nap folyamán. Az ATP nem tárolható, így szintézise szinte megegyezik a fogyasztás szintjével.

ATP rendszerek

Az ATP energetikai fontossága, valamint széleskörű felhasználása miatt a szervezet különböző módokon ATP termelés. Ez három különböző biokémiai rendszer. Nézzük őket sorban:

Amikor az izmok rövid, de intenzív aktivitási periódussal rendelkeznek (körülbelül 8-10 másodperc), a foszfagénrendszert használják - az ATP kreatin-foszfáttal kombinálódik. A foszfagén rendszer biztosítja, hogy kis mennyiségű ATP folyamatosan keringjen izomsejteinkben.

Az izomsejtek egy nagy energiájú foszfátot, kreatin-foszfátot is tartalmaznak, amelyet az ATP-szint helyreállítására használnak rövid távú, nagy intenzitású tevékenység után. A kreatin-kináz enzim kiveszi a foszfátcsoportot a kreatin-foszfátból, és gyorsan átviszi az ADP-be, hogy ATP-t képezzen. Tehát az izomsejt az ATP-t ADP-vé alakítja, a foszfagén pedig gyorsan redukálja az ADP-t ATP-vé. A kreatin-foszfát szintje már 10 másodperces nagy intenzitású tevékenység után csökkenni kezd, és az energiaszint csökken. A foszfagénrendszer működésére példa például a 100 méteres sprint.

A glikogén-tejsav rendszer lassabb ütemben látja el energiával a szervezetet, mint a foszfagén rendszer, bár viszonylag gyorsan működik, és körülbelül 90 másodpercig elegendő ATP-t biztosít a nagy intenzitású tevékenységhez. Ebben a rendszerben a tejsavat az izomsejtek glükózából állítják elő anaerob anyagcsere útján.

Tekintettel arra, hogy anaerob állapotban a szervezet nem használ oxigént, ez a rendszer rövid távú energiát biztosít anélkül, hogy az aerob rendszerhez hasonlóan aktiválná a szív- és légzőrendszert, de időmegtakarítással. Ezenkívül anaerob üzemmódban az izmok gyorsan dolgoznak, erőteljesen összehúzódnak, blokkolják az oxigénellátást, mivel az erek összenyomódnak.

Ezt a rendszert néha anaerob légzésnek is nevezik, erre jó példa a 400 méteres sprint.

Ha a fizikai aktivitás néhány percnél tovább tart, akkor az aerob rendszer lép működésbe, és az izmok először ATP-t kapnak, majd zsírokból és végül aminosavakból (). A fehérjét főleg éhínség (néhány esetben diéta) körülményei között használják fel energiának.

Az aerob légzés termeli a leglassabb mennyiségű ATP-t, de elegendő energiát termel több órán keresztüli fizikai aktivitás fenntartásához. Ez azért következik be, mert az aerob légzés során a glükóz szén-dioxiddá és vízzé bomlik anélkül, hogy a glikogén-tejsav rendszerben a tejsav ellensúlyozná. Az aerob légzés során a glikogén (a glükóz tárolt formája) három forrásból származik:

1. A glükóz felszívódása a táplálékból a gyomor-bél traktusban, amely a keringési rendszeren keresztül jut be az izmokba.
2. Glükóz maradványok az izmokban
3. A máj glikogénjének lebontása glükózzá, amely a keringési rendszeren keresztül jut be az izmokba.

Következtetés

Ha valaha is azon töprengett, honnan van energiánk a különféle tevékenységek végzéséhez... különböző feltételek, akkor az lesz a válasz – főleg az ATP miatt. Ez összetett molekula segít a különféle élelmiszer-összetevők könnyen felhasználható energiává alakításában.

ATP nélkül szervezetünk egyszerűen nem tudna működni. Így az ATP szerepe az energiatermelésben sokrétű, ugyanakkor egyszerű.

Történetek a bioenergiáról Skulachev Vladimir Petrovich

Hol és hogyan képződik az ATP?

Hol és hogyan képződik az ATP?

Az első rendszer, amelynél felfedezték az ATP képződésének mechanizmusát, a glikolízis volt, az energiaellátás egy kiegészítő típusa, amely oxigénhiányos körülmények között kapcsol be. A glikolízis során a glükózmolekula kettéhasad, és a keletkező fragmentumok tejsavvá oxidálódnak.

Az ilyen oxidáció a glükózmolekula egyes fragmenseihez foszforsav hozzáadásával, azaz azok foszforilezésével jár. Az ezt követő foszfátmaradékok glükózrészekről ADP-re történő átvitele ATP-t termel.

Az intracelluláris légzés és fotoszintézis során az ATP képződésének mechanizmusa sokáig teljesen tisztázatlan maradt. Csak azt tudták, hogy az ezeket a folyamatokat katalizáló enzimek biológiai membránokba - fehérjékből és foszforilált zsírszerű anyagokból - foszfolipidekből álló vékony (kb. egy milliomod centiméter vastagságú) filmekbe épülnek.

A membránok a legfontosabbak szerkezeti komponens bármely élő sejt. A sejt külső membránja elválasztja a protoplazmát a sejtet körülvevő környezettől. A sejtmagot két membrán veszi körül, amelyek a nukleáris burkot képezik - gátat képeznek a sejtmag belső tartalma (nukleoplazma) és a sejt többi része (citoplazma) között. Az állati és növényi sejtekben a magon kívül számos más, membránnal körülvett struktúra is megtalálható. Ez az endoplazmatikus retikulum - apró csövek és lapos ciszternák rendszere, amelyek falát membránok alkotják. Végül ezek a mitokondriumok - gömb alakú vagy hosszúkás hólyagok, amelyek kisebbek, mint a mag, de nagyobbak, mint az endoplazmatikus retikulum összetevői. A mitokondrium átmérője általában körülbelül egy mikron, bár néha a mitokondriumok több tíz mikron hosszúságú elágazást és hálózati struktúrákat alkotnak.

A zöld növények sejtjeiben a magon, az endoplazmatikus retikulumon és a mitokondriumokon kívül kloroplasztok is találhatók - a mitokondriumoknál nagyobb membránvezikulák.

Ezen struktúrák mindegyike ellátja a saját specifikus biológiai funkcióját. Tehát a mag a DNS székhelye. Itt zajlanak a mögöttes folyamatok. genetikai funkció sejteket, és folyamatok bonyolult láncolata indul be, amely végül fehérjeszintézishez vezet. Ez a szintézis a legkisebb szemcsékben - riboszómákban - fejeződik be, amelyek többsége az endoplazmatikus retikulummal kapcsolódik. A mitokondriumokban fordul elő oxidatív reakciók, melynek összességét intracelluláris légzésnek nevezzük. A kloroplasztok felelősek a fotoszintézisért.

A baktériumsejtek egyszerűbbek. Általában csak két membránjuk van - külső és belső. A baktérium olyan, mint egy zacskó a zacskóban, vagy inkább egy nagyon kicsi, dupla falú buborék. Nincs sejtmag, mitokondriumok, kloroplasztiszok.

Van egy hipotézis, hogy a mitokondriumok és a kloroplasztiszok egy nagyobb és jobban szervezett lény sejtje által elfogott baktériumokból származnak. Valójában a mitokondriumok és a kloroplasztiszok biokémiája sok tekintetben hasonlít a baktériumokéhoz. Morfológiailag a mitokondriumok és a kloroplasztiszok is bizonyos értelemben hasonlítanak a baktériumokhoz: két membrán veszi körül őket. Mindhárom esetben: baktériumokban, mitokondriumokban és kloroplasztiszokban - ATP szintézis a belső membránban fordul elő.

Sokáig azt hitték, hogy az ATP képződése a légzés és a fotoszintézis során hasonlóan megy végbe, mint a glikolízis során már ismert energiakonverzió (a lebomló anyag foszforilációja, oxidációja és egy foszforsavmaradék átvitele ADP-be). Ennek a rendszernek a kísérleti bizonyítására tett kísérletei azonban kudarccal végződtek.

Adenozin-trifoszforsav-ATP- minden élő sejt alapvető energiakomponense. Az ATP is egy nukleotid, amely a nitrogéntartalmú adenin bázisból, a cukor-ribózból és három foszforsavmolekula-maradékból áll. Ez egy instabil szerkezet. Az anyagcsere-folyamatokban a foszforsavmaradékok egymás után leválanak róla energiában gazdag, hanem gyenge kötés a második és harmadik foszforsavmaradék között. Egy foszforsavmolekula leválása körülbelül 40 kJ energia felszabadulásával jár. Ebben az esetben az ATP adenozin-difoszforsavvá (ADP) alakul, és a foszforsavmaradék további lehasadásával az ADP-ből adenozin-monofoszforsav (AMP) keletkezik.

Az ATP szerkezetének és ADP-vé való átalakulásának sémája ( T.A. Kozlova, V.S. Kucsmenko. Biológia táblázatokban. M., 2000 )

Következésképpen az ATP egyfajta energiatároló a sejtben, amely lebomlása során „kisül”. Az ATP lebomlása a fehérjék, zsírok, szénhidrátok szintézisének reakciói és a sejtek bármely más létfontosságú funkciója során következik be. Ezek a reakciók az anyagok lebontása során nyert energia elnyelésével járnak.

Az ATP szintetizálódik a mitokondriumokban több szakaszban. Az első az előkészítő - szakaszokban halad, minden szakaszban specifikus enzimek bevonásával. Ebben az esetben az összetett szerves vegyületek monomerekre bomlanak: a fehérjék aminosavakká, a szénhidrátok glükózzá, a nukleinsavak nukleotidokká stb. Ezekben az anyagokban a kötések felbomlása kis mennyiségű energia felszabadulásával jár. A keletkező monomerek más enzimek hatására tovább bomlhatnak, és további enzimek keletkezhetnek egyszerű anyagok egészen a szén-dioxidig és a vízig.

Rendszer ATP szintézis a sejt mtokondriumában

MAGYARÁZATOK AZ ANYAGOK ÉS ENERGIA ÁTALAKÍTÁSÁNAK DIAGRAMJÁHOZ A DISSZIMILIÁCIÓS FOLYAMATBAN

I. szakasz - előkészítő: komplex szerves anyag emésztőenzimek hatására egyszerűekké bomlanak, csak hőenergiát szabadítanak fel.
Fehérjék -> aminosavak
Zsírok- > glicerin és zsírsavak
Keményítő -> glükóz

II. szakasz - glikolízis (oxigénmentes): a hialoplazmában történik, nem kapcsolódik membránokhoz; enzimeket tartalmaz; A glükóz lebomlik:

Az élesztőgombákban egy glükózmolekula oxigén részvétele nélkül alakul át etanolés szén-dioxid (alkoholos fermentáció):

Más mikroorganizmusokban a glikolízis aceton, ecetsav stb. képződését eredményezheti. Minden esetben egy glükózmolekula lebomlását két ATP molekula képződése kíséri. A glükóz oxigénmentes lebontása során a formában kémiai kötés Az ATP-molekulában az anergia 40%-a megmarad, a többi pedig hőként disszipálódik.

III. szakasz - hidrolízis (oxigén): mitokondriumban történik, a mitokondriális mátrixhoz és a belső membránhoz kapcsolódik, enzimek vesznek részt benne, a tejsav lebontáson megy keresztül: C3H6O3 + 3H20 --> 3CO2+ 12H. CO2 (szén-dioxid) szabadul fel a mitokondriumokból környezet. A hidrogénatom egy reakcióláncban vesz részt, melynek végeredménye az ATP szintézise. Ezek a reakciók a következő sorrendben fordulnak elő:

1. A H hidrogénatom hordozó enzimek segítségével bejut a mitokondriumok belső membránjába, kristályokat képezve, ahol oxidálódik: H-e--> H+

2. Hidrogén proton H+(kation) a hordozók a cristae membrán külső felületére viszik. Ez a membrán áthatolhatatlan a protonok számára, így azok a membránközi térben felhalmozódnak, protontárolót képezve.

3. Hidrogén elektronok eátkerülnek a cristae membrán belső felületére, és az oxidáz enzim segítségével azonnal az oxigénhez kapcsolódnak, negatív töltésű aktív oxigént (aniont) képezve: O2 + e--> O2-

4. A kationok és anionok a membrán mindkét oldalán ellentétes töltésű elektromos teret hoznak létre, és amikor a potenciálkülönbség eléri a 200 mV-ot, a protoncsatorna működésbe lép. Az ATP szintetáz enzimek molekuláiban fordul elő, amelyek a cristae-t alkotó belső membránba vannak beágyazva.

5. A hidrogén protonok áthaladnak a protoncsatornán H+ berohan a mitokondriumokba, létrehozva magas szint energia, melynek nagy része az ATP szintézisére megy el ADP-ből és Ph-ből (ADP+P-->ATP), valamint protonokból H+ kölcsönhatásba lép az aktív oxigénnel, vizet és molekuláris 02-t képezve:
(4Н++202- -->2Н20+02)

Így a szervezet légzési folyamata során a mitokondriumokba jutó O2 szükséges a H hidrogén protonok hozzáadásához. Ennek hiányában a mitokondriumban a teljes folyamat leáll, mivel az elektrontranszport lánc működése megszűnik. A III. szakasz általános reakciója:

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

Egy glükózmolekula lebomlása következtében 38 ATP molekula képződik: a II. szakaszban - 2 ATP és a III. szakaszban - 36 ATP. Az így létrejövő ATP-molekulák túlmutatnak a mitokondriumokon, és részt vesznek minden olyan sejtfolyamatban, ahol energiára van szükség. Hasadáskor az ATP energiát szabadít fel (egy foszfátkötés 40 kJ-t tartalmaz), és ADP és P (foszfát) formájában visszatér a mitokondriumokba.

Az ATP vagy az adenozin-trifoszforsav teljes egészében az energia „akkumulátora” a szervezet sejtjeiben. Egyetlen biokémiai reakció sem megy végbe az ATP részvétele nélkül. Az ATP-molekulák a DNS-ben és az RNS-ben találhatók.

ATP összetétele

Az ATP molekula három összetevőből áll: három foszforsav-maradék, adenin és ribóz. Vagyis az ATP nukleotid szerkezetű, és a nukleinsavak közé tartozik. A ribóz egy szénhidrát, az adenin pedig egy nitrogéntartalmú bázis. A savmaradékokat instabil energetikai kötések egyesítik egymással. Az energia akkor jelenik meg, amikor a savmolekulák letörnek. Az elválasztás a biokatalizátoroknak köszönhető. A leválás után az ATP-molekula már átalakul ADP-vé (ha egy molekula leszakadt) vagy AMP-vé (ha két savmolekula leszakadt). Ha egy molekula foszforsav elválik, 40 kJ energia szabadul fel.

Szerep a testben

Az ATP nemcsak energetikai szerepet játszik a szervezetben, hanem számos más szerepet is betölt:

• nukleinsavak szintézisének eredménye.
• számos biokémiai folyamat szabályozása.
• jelzőanyag más sejtkölcsönhatásokban.

ATP szintézis

Az ATP-termelés a kloroplasztiszokban és a mitokondriumokban megy végbe. Az ATP-molekulák szintézisének legfontosabb folyamata a disszimiláció. A disszimiláció a komplexum egyszerűbbé való lerombolása.

Az ATP szintézise nem egy szakaszban, hanem három szakaszban történik:

1. Az első szakasz előkészítő. Az emésztésben az enzimek hatására megtörténik az általunk felvett anyag lebontása. Ilyenkor a zsírok glicerinné bomlanak és zsírsavak, a fehérjéket aminosavakra, a keményítőt pedig a glükózra. Vagyis minden fel van készítve a további használatra. Felszabaduló hőenergia
2. A második szakasz a glikolízis (oxigénmentes). A bomlás ismét megtörténik, de itt a glükóz is bomláson megy keresztül. Az enzimek is részt vesznek. De az energia 40%-a az ATP-ben marad, a többit hőként fogyasztják el.
3. A harmadik szakasz a hidrolízis (oxigén). Már magukban a mitokondriumokban is előfordul. Az általunk belélegzett oxigén és az enzimek egyaránt részt vesznek itt. A teljes disszimiláció után energia szabadul fel az ATP képződéséhez.