атф

Біолог

2022

Ми пояснюємо, що таке АТФ, для чого він потрібен і як утворюється ця молекула. Також гліколіз, цикл Кребса та окисне фосфорилювання.

Молекула АТФ була відкрита німецьким біохіміком Карлом Ломаном у 1929 році.

Що таке АТФ?

Вбіохіміїабревіатура АТФ позначає аденозинтрифосфат або аденозинтрифосфат, органічну молекулу, що належить до групи нуклеотидів, основну для енергетичного метаболізму клітинка. АТФ є основним джерелом енергії, що використовується в більшості клітинних процесів і функцій, як в організмі людини, так і в організмі інших.живі істоти.

Назва АТФ походить від молекулярного складу цієї молекули, утвореної азотистою основою (аденін), пов'язаною затом вуглецевий одинмолекула пентозного цукру (також званого рибозою), а в свою чергу з тріонів фосфати, приєднані до іншого атома вуглецю. Все це узагальнено в молекулярній формулі АТФ: C10H16N5O13P3.

Молекула АТФ була вперше відкрита в 1929 році в м’язах людини в Сполучених Штатах Сайрусом Х. Фіске і Йеллапрагадою СуббаРоу, а незалежно в Німеччині – біохіміком Карлом Ломаном.

Хоча молекула АТФ була відкрита в 1929 році, не було жодних записів про її функціонування та значення в різнихпроцесів перенесення енергії клітини до 1941 р. завдяки дослідженням німецько-американського біохіміка Фріца Альберта Ліпмана (лауреат Нобелівської премії 1953 р. разом з Кребсом).

Дивіться також:Обмін речовин

Для чого потрібна АТФ?

Основна функція АТФ полягає в тому, щоб служити джерелом енергії в біохімічних реакціях, що відбуваються всередині клітини, тому ця молекула також відома як «енергетична валюта» організму.

АТФ є корисною молекулою для миттєвого утримання хімічна енергія виділяється під час метаболічних процесів розпадуїжа, і вивільняти його знову, коли це необхідно для стимулювання різних біологічних процесів організму, таких як транспортування клітин, стимулювання реакцій, які споживаютьЕнергія або навіть для здійснення механічних дій тіла, наприклад, ходьби.

Як утворюється АТФ?

Для синтезу АТФ необхідно вивільнити хімічну енергію, що зберігається в глюкозі.

У клітинах АТФ синтезується через клітинне дихання, процес, який відбувається в клітинах.мітохондрії клітини. Під час цього явища хімічна енергія, що зберігається в глюкозі, вивільняється через процесокислення що звільняєCO2, H2O та енергію у вигляді АТФ. Хоча субстратом цієї реакції є глюкоза, слід пояснити, щобілок і жири вони також можуть окислюватися до АТФ. Кожен з цих поживних речовин з годування Люди мають різні метаболічні шляхи, але вони сходяться на спільному метаболіті: ацетил-КоА, який запускає цикл Кребса і дозволяє процесу отримання хімічної енергії зближуватися, оскільки всі клітини споживають свою енергію у вигляді АТФ.

Процес клітинного дихання можна розділити на три фази або стадії: гліколіз (попередній шлях, який необхідний лише тоді, коли клітина використовує глюкозу як паливо), цикл Кребса та ланцюг транспортування електронів. На перших двох стадіях утворюється ацетил-КоА, СО2 і лише невелика кількість АТФ, тоді як під час третьої фази дихання він виробляється. H2O і більша частина АТФ через набір білків, які називаються «комплексною АТФ-синтазою».

Гліколіз

Як згадувалося, гліколіз - це шлях до клітинного дихання, під час якого для кожної глюкози (яка має 6 вуглецю) утворюються два пірувати (а складний утворений 3 вуглецю).

На відміну від двох інших стадій клітинного дихання, гліколіз відбувається в цитоплазма клітини. Піруват, що утворюється в результаті цього першого шляху, повинен увійти в мітохондрії, щоб продовжити свою трансформацію в ацетил-КоА і, таким чином, мати можливість використовуватися в циклі Кребса.

Цикл Кребса

Цикл Кребса є частиною процесу окислення вуглеводів, ліпідів і білків.

Цикл Кребса (також цикл лимонної кислоти або цикл трикарбонової кислоти) є фундаментальним процесом, який відбувається в матриксі клітинних мітохондрій і складається з послідовності хімічні реакції що має якоб'єктивний вивільнення хімічної енергії, що міститься в ацетил-КоА, отриманої в результаті переробки різних харчових речовин живої істоти, а також отримання попередників інших амінокислот, необхідних для біохімічних реакцій іншої природи.

Цей цикл є частиною набагато більшого процесу, який є окисленням вуглеводів, ліпідів і білків, його проміжною стадією є: після утворення ацетил-КоА з вуглецю зазначених органічних сполук і до окисного фосфорилювання. де АТФ є " зібраний» у реакції, що каталізується афермент називається АТФ-синтетазою або АТФ-синтазою.

Цикл Кребса працює завдяки кільком різним ферментам, які повністю окислюють ацетил-КоА і вивільняють два різних з кожної окисленої молекули: CO2 (вуглекислий газ) і H2O (вода). Крім того, під час циклу Кребса генерується мінімальна кількість GTP (подібний до АТФ) і відновлюється потужність у вигляді NADH і FADH2, які будуть використовуватися для синтезу АТФ на наступній стадії клітинного дихання.

Цикл починається зі злиття молекули ацетил-КоА з молекулою оксалоацетату. Це об’єднання дає початок шестивуглецевій молекулі: цитрату. Таким чином, вивільняється коензим А. Фактично він багато разів використовується повторно. Якщо в клітині занадто багато АТФ, цей етап гальмується.

Згодом цитрат або лимонна кислота зазнають серії послідовних перетворень, у результаті яких знову утворюватимуться ізоцитрат, кетоглутарат, сукциніл-КоА, сукцинат, фумарат, малат і оксалоацетат. Разом з цими продуктами виробляється мінімальна кількість GTP для кожного повного циклу Кребса, зменшуючи потужність у вигляді NADH, FADH2 і CO2.

Ланцюг транспортування електронів і окисне фосфорилювання

Молекули NADH і FADH2 здатні віддавати електрони в циклі Кребса.

Останній етап ланцюга збирання поживних речовин використовує кисень і сполуки, що утворюються під час циклу Кребса, для виробництва АТФ у процесі, який називається окисним фосфорилюванням. Під час цього процесу, який відбувається у внутрішній мітохондріальній мембрані, NADH і FADH2 віддають електрони підведення їх до енергетично нижчого рівня. Ці електрони остаточно сприймаються киснем (який при з’єднанні з протонами призводить до утворення молекул води).

Зв’язок між електронним ланцюгом і окисним фосфорилюванням діє на основі двох протилежних реакцій: одна, яка вивільняє енергію, а інша використовує цю вивільнену енергію для виробництва молекул АТФ завдяки втручанню АТФ-синтетази. Оскільки електрони «подорожують» по ланцюжку в ряді окислювально-відновні реакції, вивільнена енергія використовується для прокачування протонів через мембрану. Коли ці протони дифундують назад через АТФ-синтетазу, їхня енергія використовується для зв’язування додаткової фосфатної групи з молекулою АДФ (аденозиндифосфату), що призводить до утворення АТФ.

Значення АТФ

АТФ є основною молекулою для процесів життєдіяльності живих організмів, як передавач хімічної енергії для різних реакцій, що відбуваються в клітині, наприклад, синтезу макромолекул складні та фундаментальні, такі як уДНК, РНК або для синтезу білка, який відбувається всередині клітини. Таким чином, АТФ забезпечує енергію, необхідну для забезпечення більшості реакцій, що відбуваються в організмі.

Корисність АТФ як молекули «донора енергії» пояснюється наявністю фосфатних зв’язків, багатих енергією. Ці самі зв’язки можуть вивільняти велику кількість енергії, «розриваючись», коли АТФ гідролізується до АДФ, тобто коли він втрачає фосфатну групу внаслідок дії води. Реакція гідроліз АТФ виглядає наступним чином:

АТФ необхідний, наприклад, для скорочення м’язів.

АТФ є ключовим для транспорту макромолекул черезплазматична мембрана (екзоцитоз і клітинний ендоцитоз), а також для синаптичного зв'язку міжнейрони, тому необхідний його безперервний синтез з глюкози, отриманої з їжею. Таке його значення для життя, що прийом деяких токсичних елементів, які пригнічують процеси АТФ, таких як миш'як або ціанід, є смертельним і спричиняє блискавичну загибель організму.

!-- GDPR -->