АТФ – це скорочена назва Аденозин Три-Фосфорної кислоти. Також можна зустріти назву Аденозинтрифосфат. Це нуклеоїд, який грає величезну роль обміні енергією в організмі. Аденозин Три-фосфорна кислота - це універсальне джерело енергії, що бере участь у всіх біохімічних процесах організму. Відкрито цю молекулу в 1929 році вченим Карлом Ломанном. А значимість її була підтверджена Фріцем Ліпманом у 1941 році.

Структура та формула АТФ

Якщо говорити про АТФ докладніше, то це молекула, яка дає енергію всім процесам, що відбуваються в організмі, у тому числі вона ж дає енергію для руху. При розщепленні молекули АТФ відбувається скорочення м'язового волокна, унаслідок чого виділяється енергія, що дозволяє відбутися скорочення. Синтезується аденозинтрифосфат з інозину – у живому організмі.

Щоб дати організму енергію Аденозинтрифосфату необхідно пройти кілька етапів. Спочатку відокремлюється один із фосфатів - за допомогою спеціального коензиму. Кожен із фосфатів дає десять калорій. У процесі виробляється енергія та виходить АДФ (аденозин дифосфат).

Якщо організму для дії потрібно більше енергіїто відокремлюється ще один фосфат. Тоді утворюється АМФ (аденозин монофосфат). Головне джерело для вироблення аденозинтрифосфату - це глюкоза, в клітці вона розщеплюється на піруват та цитозол. Аденозинтрифосфат насичує енергією довгі волокна, що містять протеїн – міозин. Саме він формує м'язові клітини.

У моменти, коли організм відпочиває, ланцюжок йде у зворотний бік, тобто формується аденозин три-фосфорна кислота. Знову ж таки з цією метою використовується глюкоза. Створені молекули аденозинтрифосфату будуть знову використовуватися, як тільки це буде необхідно. Коли енергія не потрібна, вона зберігається в організмі і вивільняється як тільки це буде потрібно.

Молекула АТФ складається з кількох, а точніше, трьох компонентів:

  1. Рибоза - це п'ятивуглецевий цукор, такий самий лежить в основі ДНК.
  2. Аденін – це об'єднані атоми азоту та вуглецю.
  3. Трифосфат.

У самому центрі молекули аденозинтрифосфату знаходиться молекула рибози, а її край є основною для аденозину. З іншого боку рибози розташований ланцюжок із трьох фосфатів.

Системи АТФ

При цьому потрібно розуміти, що запасів АТФ буде достатньо перші дві або три секунди рухової активності, після чого її рівень знижується. Але при цьому робота м'язів може здійснюватись лише за допомогою АТФ. Завдяки спеціальним системам у організмі постійно синтезуються нові молекули АТФ. Включення нових молекул відбувається залежно від тривалості навантаження.

Молекули АТФ синтезують три основні біохімічні системи:

  1. Фосфагенна система (креатин-фосфат).
  2. Система глікогену та молочної кислоти.
  3. Аеробне дихання.

Розглянемо кожну з них окремо.

Фосфагенна система- Якщо м'язи працюватимуть недовго, але дуже інтенсивно (близько 10 секунд), буде використовуватися фосфагенна система. У цьому випадку АДФ зв'язується з фосфатом креатин. Завдяки цій системі відбувається постійна циркуляція невеликої кількості аденозинтрифосфату в м'язових клітинах. Так як у самих м'язових клітинах теж є фосфат креатину, він використовується для відновлення рівня АТФ після високоінтенсивної короткої роботи. Але вже за десять секунд рівень креатин фосфату починає знижуватися - такої енергії вистачає на короткий забіг або інтенсивне силове навантаження в бодібілдингу.

Глікоген та молочна кислота- забезпечує енергією організм повільніше, ніж попередня. Вона синтезує АТФ, якої може вистачити півтори хвилини інтенсивної роботи. У процесі глюкоза в м'язових клітинах формується в молочну кислоту за рахунок анаеробного метаболізму.

Так як в анаеробному стані кисень організмом не використовується, то дана система дає енергію так само, як і в аеробній системі, але час економиться. В анаеробному режимі м'язи скорочуються дуже потужно і швидко. Така система може дозволити пробігти чотириста метрів спринту або більш тривале інтенсивне тренування у залі. Але довгий час працювати таким чином не дозволить болючість у м'язах, яка з'являється через надлишок молочної кислоти.

Аеробне дихання- ця система включається, якщо тренування триває понад дві хвилини. Тоді м'язи починають отримувати аденозинтрифосфат з вуглеводів, жирів та протеїнів. У цьому випадку АТФ синтезується повільно, проте енергії вистачає надовго — фізична активність може тривати кілька годин. Це відбувається завдяки тому, що глюкоза розпадається без перешкод, у неї немає жодних протидії, що перешкоджають з боку – як перешкоджає молочна кислота в анаеробному процесі.

Роль АТФ в організмі

З попереднього опису зрозуміло, що основна роль аденозинтрифосфату в організмі - забезпечення енергією всіх численних біохімічних процесів і реакцій в організмі. Більшість енерговитратних процесів у живих істот відбувається завдяки АТФ.

Але крім цієї головної функції аденозинтрифосфат виконує й інші:

Роль АТФ в організмі та житті людинидобре відома не лише вченим, а й багатьом спортсменам та бодібілдерам, тому що її розуміння допомагає зробити тренування більш ефективними та правильно розраховувати навантаження. Для людей, які займаються силовими тренуваннями в залі, спринтерськими забігами та іншими видами спорту дуже важливо розуміти, які вправи потрібно виконувати в той чи інший момент часу. Завдяки цьому можна сформувати бажану будову тіла, опрацювати м'язову структуру, знизити зайву вагу та досягти інших бажаних результатів.

На малюнку представлені два способи зображення структури АТФ. Аденозинмонофосфат (АМФ), аденозиндифосфат (АДФ) та аденозинтрифосфат (АТФ) відносяться до класу сполук, званих нуклеогідами. Молекула нук-леотиду складається з п'ятивуглецевого цукру, азотистої основи та фосфорної кислоти. У молекулі АМФ цукор представлений рибозою, а основа - аденіном. У молекулі АДФ дві фосфатні групи, а молекулі АТФ - три.

Значення АТФ

При розщепленні АТФ на АДФта неорганічний фосфат (Фн) вивільняється енергія:

Реакція йде із поглинанням води, Т. е. являє собою гідроліз (у нашій статті ми багато разів зустрічалися з цим дуже поширеним типом біохімічних реакцій). Третя фосфатна група, що відщепилася від АТФ, залишається в клітині у вигляді неорганічного фосфату (Фн). Вихід вільної енергії за цієї реакції становить 30,6 кДж на 1 моль АТФ.

З АДФі фосфату може бути знову синтезований АТФ, але для цього потрібно витратити 30,6 кДж енергії на 1 моль новоствореного АТФ.

У цій реакціїЯк називається реакцією конденсації, вода виділяється. Приєднання фосфату до АДФ називається реакцією фосфорилювання. Обидва наведені вище рівняння можна об'єднати:


Каталізує цю оборотну реакцію фермент, званий АТФазою.

Всім клітинам, як було зазначено, до виконання їх роботи необхідна енергія і всім клітин будь-якого організму джерелом цієї енергії служить АТФ. Тому АТФ називають "універсальним носієм енергії" або "енергетичною валютою" клітин. Відповідною аналогією є електричні батарейки. Згадайте, навіщо тільки ми їх не використовуємо. Ми можемо отримувати з їхньою допомогою в одному випадку світло, в іншому звук, іноді механічний рух, а іноді нам потрібна від них власне електрична енергія. Зручність батарейок у тому, що те саме джерело енергії - батарейку - ми можемо використовувати для різних цілей залежно від того, куди ми її помістимо. Цю роль грає у клітинах АТФ. Він постачає енергію для таких різних процесів, як м'язове скорочення, передача нервових імпульсів, активний транспорт речовин або синтез білків, та всіх інших видів клітинної активності. Для цього він має бути просто «підключений» до відповідної частини апарату клітини.

Аналогію можна продовжити. Батарейки потрібно спочатку виготовити, а деякі (акумуляторні) так само, як і , можна перезарядити. При виготовленні батарейок на фабриці в них має бути закладена (і тим самим витрачена фабрикою) певну кількість енергії. Для синтезу АТФ також потрібна енергія; джерелом її є окислення органічних речовину процесі дихання. Оскільки для фосфорилювання АДФ енергія вивільняється у процесі окислення, таке фосфорилювання називають окислювальним. При фотосинтезі АТФ утворюється з допомогою світлової енергії. Цей процес називають фотофос-форилуванням (див. Розд. 7.6.2). Є в клітині і «фабрики», які виробляють більшу частину АТФ. Це мітохондрії; у них розмішаються хімічні «складальні лінії», у яких утворюється АТФ у процесі аеробного дихання. Нарешті, в клітці відбувається і перезарядка «акумуляторів», що розрядилися: після того як АТФ, вивільнивши укладену в ньому енергію, перетвориться на АДФ і Фн, він може бути знову швидко синтезований з АДФ і Фн за рахунок енергії, отриманої в процесі дихання від окислення нової порції органічних речовин.

Кількість АТФв клітці будь-який момент дуже невелико. Тому в АТФслід бачити лише носія енергії, а чи не її депо. Для тривалого зберігання енергії є такі речовини, як жири або глікоген. Клітини дуже чутливі до рівня АТФ. Як тільки швидкість його використання зростає, одночасно зростає швидкість процесу дихання, що підтримує цей рівень.

Роль АТФяк сполучна ланка між клітинним диханнямі процесами, що йдуть із споживанням енергії, видно з малюнка Схема ця виглядає простою, але вона ілюструє дуже важливу закономірність.

Можна, таким чином, сказати, що в цілому функція дихання полягає в тому, щоб виробляти АТФ.


Підсумовуємо коротко сказане вище.
1. Для синтезу АТФ з АДФ та неорганічного фосфату потрібно 30,6 кДж енергії на 1 моль АТФ.
2. АТФ є у всіх живих клітинах і є, отже, універсальним носієм енергії. Інші носії енергії не використовуються. Це спрощує справу - необхідний клітинний апарат може бути простішим і працювати більш ефективно та економно.
3. АТФ легко доставляє енергію в будь-яку частину клітини до будь-якого процесу, що потребує енергії.
4. АТФ швидко вивільняє енергію. Для цього потрібно лише одна реакція - гідроліз.
5. Швидкість відтворення АТФ з АДФ та неорганічного фосфату (швидкість процесу дихання) легко регулюється відповідно до потреб.
6. АТФ синтезується під час дихання за рахунок хімічної енергії, що вивільняється при окисленні таких органічних речовин, як глюкоза, та під час фотосинтезу – за рахунок сонячної енергії. Утворення АТФ з АДФ та неорганічного фосфату називають реакцією фосфорилювання. Якщо енергію для фосфорилювання постачає окислення, то говорять про окисне фосфорилування (цей процес протікає при диханні), якщо ж для фосфорилювання використовується світлова енергія, то процес називають фотофосфорилуванням (це має місце при фотосинтезі).

У будь-якій клітині нашого організму протікають мільйони біохімічних реакцій. Вони каталізуються безліччю ферментів, які найчастіше вимагають витрат енергії. Де ж клітка її бере? На це можна відповісти, якщо розглянути будову молекули АТФ - одного з основних джерел енергії.

АТФ – універсальне джерело енергії

АТФ розшифровується як аденозинтрифосфат або аденозинтрифосфорна кислота. Речовина є одним з двох найбільш важливих джереленергії у будь-якій клітині. Будова АТФ та біологічна роль тісно пов'язані. Більшість біохімічних реакцій може протікати тільки за участю молекул речовини, особливо це стосується. Проте АТФ рідко безпосередньо бере участь у реакції: для протікання будь-якого процесу потрібна енергія, укладена саме в аденозинтрифосфат.

Будова молекул речовини така, що зв'язки, що утворюються між фосфатними групами несуть величезну кількість енергії. Тому такі зв'язки також називаються макроергічними, або макроенергетичними (макро=багато, велика кількість). Термін вперше ввів учений Ф. Ліпман, і він запропонував використовувати значок для їх позначення.

Дуже важливо для клітин підтримувати постійний рівень вмісту аденозинтрифосфату. Особливо це характерно для клітин м'язової тканини та нервових волокон, тому що вони найбільш енергозалежні і для виконання своїх функцій потребують високого вмісту аденозинтрифосфату.

Будова молекули АТФ

Аденозинтрифосфат складається з трьох елементів: рибози, аденіну та залишків

Рибоза- Вуглевод, який відноситься до групи пентоз. Це означає, що у складі рибози 5 атомів вуглецю, які у цикл. Рибоза з'єднується з аденіном β-N-глікозидний зв'язок на 1-му атомі вуглецю. Також до пентози приєднуються залишки фосфорної кислоти на 5-му атомі вуглецю.

Аденін - азотна основа.Залежно від того, яку азотисту основу приєднується до рибози, виділяють також ГТФ (гуанозинтрифосфат), ТТФ (тимідінтріфосфат), ЦТФ (цитидинтрифосфат) і УТФ (урідінтріфосфат). Всі ці речовини схожі будовою з аденозинтрифосфатом і виконують приблизно такі ж функції, проте вони зустрічаються в клітині набагато рідше.

Залишки фосфорної кислоти. До рибоз може приєднатися максимально три залишки фосфорної кислоти. Якщо їх два або лише один, то речовина називається відповідно АДФ (дифосфат) або АМФ (монофосфат). Саме між фосфорними залишками укладено макроенергетичні зв'язки, після розриву яких вивільняється від 40 до 60 кДж енергії. Якщо розриваються два зв'язки, виділяється 80, рідше – 120 кДж енергії. При розриві зв'язку між рибозою і фосфорним залишком виділяється всього лише 13,8 кДж, тому в молекулі трифосфату тільки два макроергічні зв'язки (Р - Р - Р), а в молекулі АДФ - одна (Р - Р).

Ось які особливості будови АТФ. Через те, що між залишками фосфорної кислоти утворюється макроенергетичний зв'язок, будова та функції АТФ пов'язані між собою.

Будова АТФ та біологічна роль молекули. Додаткові функції аденозинтрифосфату

Крім енергетичної, АТФ може виконувати безліч інших функцій у клітині. Поряд з іншими нуклеотидтрифосфатами трифосфат бере участь у побудові нуклеїнових кислот. І тут АТФ, ГТФ, ТТФ, ЦТФ і УТФ є постачальниками азотистих підстав. Ця властивість використовується в процесах та транскрипції.

Також АТФ необхідний роботи іонних каналів. Наприклад, Na-K канал викачує 3 молекули натрію з клітини і вкачує 2 молекули калію клітину. Такий струм іонів необхідний підтримки позитивного заряду на зовнішній поверхні мембрани, і лише з допомогою аденозинтрифосфата канал може функціонувати. Те саме стосується протонних та кальцієвих каналів.

АТФ є попередником вторинного месенжера цАМФ (циклічний аденозинмонофосфат) – цАМФ не тільки передає сигнал, отриманий рецепторами мембрани клітини, але і є алостеричним ефектором. Алостеричні ефектори - це речовини, які прискорюють або уповільнюють ферментативні реакції. Так, циклічний аденозинтрифосфат пригнічує синтез ферменту, який каталізує розщеплення лактози в клітинах бактерії.

Сама молекула аденозинтрифосфату також може бути алостеричним ефектором. Причому у подібних процесах антагоністом АТФ виступає АДФ: якщо трифосфат прискорює реакцію, то дифосфат загальмовує і навпаки. Такі функції та будова АТФ.

Як утворюється АТФ у клітині

Функції та будова АТФ такі, що молекули речовини швидко використовуються та руйнуються. Тому синтез трифосфату – це важливий процес утворення енергії у клітині.

Виділяють три найбільш важливі способи синтезу аденозинтрифосфату:

1. Субстратне фосфорилювання.

2. Окисне фосфорилювання.

3. Фотофосфорилювання.

Субстратне фосфорилювання засноване на багатьох реакціях, що протікають у цитоплазмі клітини. Ці реакції отримали назву гліколізу - анаеробний етап В результаті 1 циклу гліколізу з 1 молекули глюкози синтезується дві молекули, які далі використовуються для отримання енергії, і також синтезуються два АТФ.

  • З 6 Н 12 О 6 + 2АДФ + 2Фн -> 2С 3 Н 4 O 3 + 2АТФ + 4Н.

Дихання клітини

Окислювальне фосфорилювання - це утворення аденозинтрифосфату шляхом передачі електронів електронно-транспортним ланцюгом мембрани. В результаті такої передачі формується градієнт протонів на одній із сторін мембрани та за допомогою білкового інтегрального комплекту АТФ-синтази йде побудова молекул. Процес протікає на мембрані мітохондрій.

Послідовність стадій гліколізу та окисного фосфорилювання у мітохондріях становить загальний процеспід назвою дихання. Після повного циклу з 1 молекули глюкози у клітині утворюється 36 молекул АТФ.

Фотофосфорилювання

Процес фотофосфорилювання - це те ж окисне фосфорилювання лише з однією відмінністю: реакції фотофосфорилювання протікають у хлоропластах клітини під дією світла. АТФ утворюється під час світлової стадії фотосинтезу – основного процесу отримання енергії у зелених рослин, водоростей та деяких бактерій.

У процесі фотосинтезу по тому ж електронно-транспортного ланцюга проходять електрони, у результаті формується протонний градієнт. Концентрація протонів однією зі сторін мембрани є джерелом синтезу АТФ. Складання молекул здійснюється за допомогою ферменту АТФ-синтази.

У середньостатистичній клітині міститься 0,04% аденозинтрифосфату від усієї маси. Однак саме велике значенняспостерігається у м'язових клітинах: 0,2-0,5%.

У клітині близько 1 млрд молекул АТФ.

Кожна молекула живе трохи більше 1 хвилини.

Одна молекула аденозинтрифосфату оновлюється щодня 2000-3000 раз.

У сумі за добу організм людини синтезує 40 кг аденозинтрифосфату, і в кожний момент запас АТФ становить 250 г.

Висновок

Будова АТФ та біологічна роль його молекул тісно пов'язані. Речовина відіграє ключову роль у процесах життєдіяльності, адже в макроергічних зв'язках між фосфатними залишками міститься величезна кількість енергії. Аденозинтрифосфат виконує багато функцій у клітині, і тому важливо підтримувати постійну концентрацію речовини. Розпад і синтез йдуть з великою швидкістю, тому що енергія зв'язків постійно використовується в біохімічних реакціях. Це незамінна речовина будь-якої клітини організму. Ось, мабуть, і все, що можна сказати про те, яку будову має АТФ.

Синтез пуринових основ відбувається у всіх клітинах організму, головним чином у печінці. Виняток становлять еритроцити, поліморфноядерні лейкоцити, лімфоцити.

Умовно всі реакції синтезу можна поділити на 4 етапи:

1. Синтез 5"-фосфорибозиламіну

Перша реакціясинтез пуринів полягає в активації вуглецю в положенні С 1 рибозо-5-фосфату, це досягається синтезом 5-фосфорибозил-1-дифосфату(ФРДФ). Рибозо-5-фосфат є тим якорем, на основі якого синтезується складний пуриновий цикл.

Друга реакція– це перенесення NH 2 -групи глутаміну на активований атом С 1 рибозо-5-фосфату з утворенням 5"-фосфорибозиламіну. Зазначена NH 2 -група фосфорибозиламіну вже належить майбутньому пуриновому кільцю та її азот буде атомом номер 9.

Реакції синтезу 5"-фосфорибозиламіну

Паралельно фофорибозилдифосфат використовується при синтезі піримідинових нуклеотидів. Він реагує з оротової кислотою і рибозо-5-фосфат зв'язується з нею, утворюючи оротиділмонофосфат.

2. Синтез інозинмонофосфату

5-фосфорибозиламін залучається до дев'яти реакцій, і в результаті утворюється перший пуриновий нуклеотид - інозинмонофосфорна кислота(ІМФ). У цих реакціях джерелами атомів пуринового кільця є гліцин, аспартатще одна молекула глутаміну, вуглекислий газта похідні тетрагідрофолієвої кислоти(ТДФК). У цілому нині на синтез пуринового кільця витрачається енергія 6 молекул АТФ.

3. Синтез аденозинмонофосфату та гуанозинмонофосфату

  1. Гуанозінмонофосфат(ГМФ) утворюється у двох реакціях – спочатку ІМФ окислюється ІМФ-дегідрогеназоюдо ксантозилмонофосфату, джерелом кисню є вода, акцептор водню - НАД. Після цього працює ГМФ-синтетаза, вона використовує універсальний клітинний донор NH 2 -груп - глутамін, джерелом енергії для реакції служить АТФ.
  2. Аденозинмонофосфат(АМФ) також утворюється у двох реакціях, але як донора NH 2 -групи виступає аспарагінова кислота. У першій, аденілосукцинат-синтетазний, реакції на приєднання аспартату використовується енергія розпаду ГТФ, у другій реакції аденілосукцинат-ліазаздійснює видалення частини аспарагінової кислоти у вигляді фумарату.

Реакції синтезу АМФ та ГМФ

4. Утворення нуклеозидтрифосфатів АТФ та ГТФ.

Синтез ГТФ здійснюється на 2 стадії за допомогою перенесення макроергічних фосфатних груп від АТФ. Синтез АТФ відбувається дещо інакше. АДФ з АМФ утворюється також з допомогою макроергічних зв'язків АТФ. Для синтезу ж АТФ з АДФ у мітохондріях є фермент АТФ-синтазу, що утворює АТФ у реакціях

У біології АТФ – це джерело енергії та основа життя. АТФ – аденозинтрифосфат – бере участь у процесах метаболізму та регулює біохімічні реакції в організмі.

Що це?

Зрозуміти, що таке АТФ допоможе хімія. Хімічна формуламолекули АТФ – C10H16N5O13P3. Запам'ятати повну назву нескладно, якщо розбити її на складові. Аденозинтрифосфат або аденозинтрифосфорна кислота - нуклеотид, що складається з трьох частин:

  • аденіна - пуринової азотистої основи;
  • рибози - моносахарида, що відноситься до пентоз;
  • трьох залишків фосфорної кислоти

Мал. 1. Будова молекули АТФ.

Більш детальна розшифровка АТФ представлена ​​таблиці.

АТФ вперше виявили гарвардські біохіміки Суббарао, Ломан, Фіске у 1929 році. 1941 року німецький біохімік Фріц Ліпман встановив, що АТФ є джерелом енергії живого організму.

Освіта енергії

Фосфатні групи з'єднані між собою високоенергетичними зв'язками, які легко руйнуються. При гідролізі (взаємодії з водою) зв'язки фосфатної групи розпадаються, вивільняючи велику кількість енергії, а АТФ перетворюється на АДФ (аденозиндифосфорну кислоту).

Умовно хімічна реакціявиглядає наступним чином:

ТОП-4 статтіякі читають разом з цією

АТФ + Н2О → АДФ + Н3РО4 + енергія

Мал. 2. Гідроліз АТФ.

Частина енергії, що вивільнилася (близько 40 кДж/моль) бере участь в анаболізмі (асиміляції, пластичному обміні), частина - розсіюється у вигляді тепла для підтримки температури тіла. За подальшого гідролізу АДФ відщеплюється ще одна фосфатна група з вивільненням енергії та утворенням АМФ (аденозин-монофосфату). АМФ гідролізу не піддається.

Синтез АТФ

АТФ розташовується в цитоплазмі, ядрі, хлоропластах, мітохондріях. Синтез АТФ у тваринній клітині відбувається в мітохондріях, а в рослинній - у мітохондріях та хлоропластах.

АТФ утворюється з АДФ та фосфату з витратою енергії. Такий процес називається фосфорилюванням:

АДФ + Н3РО4 + енергія → АТФ + Н2О

Мал. 3. Утворення АТФ із АДФ.

У рослинних клітинах фосфорилювання відбувається при фотосинтезі і називається фотофосфорилуванням. У тварин процес протікає при диханні і називається окисним фосфорилуванням.

У тваринних клітинах синтез АТФ відбувається у процесі катаболізму (дисиміляції, енергетичного обміну) при розщепленні білків, жирів, вуглеводів.

Функції

З визначення АТФ відомо, що ця молекула здатна давати енергію. Крім енергетичної аденозинтрифосфорна кислота виконує інші функції:

  • є матеріалом для синтезу нуклеїнових кислот;
  • є частиною ферментів та регулює хімічні процеси, прискорюючи або уповільнюючи їх перебіг;
  • є медіатором – передає сигнал синапсам (місцям контакту двох клітинних мембран).