Энергетическая функция атф

Энергетическая функция атф

Автор текста – Анисимова Елена Сергеевна.
Авторские права защищены. Продавать текст нельзя.
Курсив не зубрить.

Замечания можно присылать по почте: exam_bch@mail.ru
https://vk.com/bch_5

ПАРАГРАФ 24:
Функции АТФ, пути его использования.

АТФ – это нуклеоТид (п.70).
Он состоит из трех фосфатов (ТФ) и нуклеоЗида аденозина (А),
аденозин (нуклеоЗид) состоит из аденина и рибозы. П. 70.

Без АТФ клетка не живет.
Если [АТФ] в клетке сильно снижается, клетка погибает.

Неприятные ощущении, возникающие при неспособности дышать,
связаны со снижением [АТФ] в клетках.
При нарушении дыхания клетки не получают кислород,
без него не работает ДЦ, без ДЦ снижается синтеза АТФ.

Многие факторы, приводящие к смерти,
убивают потому, что снижают [АТФ] в клетках:
например, цианистый калий ядовит потому,
что снижает [АТФ] (блокируя ДЦ).

Поэтому [АТФ] всегда должна поддерживаться на необходимом уровне
за счет синтеза из АДФ и фосфата (фосфорилирования АДФ) – см. п. 22 и 23.

Для всех клеток, кроме эритроцитов, необходим синтез АТФ путем ОФ, то есть за счет ДЦ.
Поэтому [АТФ] снижает все, что прекращает работу ДЦ:
1) действие блокаторов ДЦ
(цианидов, барбитуратов и т.д.),
2) дефицит кислорода
(при удушье, тромбозе, анемии и т.д.),
3) дефицит НАДН
при дефиците пищи (поставляющей Н для НАД) и РР,
4) дефицит ФМН
(при дефиците В2) и т.д. (п. 22).

О синтезе АДФ из аминокислот и глюкозы см. п.72.

1-я функция АТФ –
Энергетическая (макроэргическая) функция АТФ.

Основное количество АТФ используется в качестве источника энергии,
при этом АТФ расщепляется на АДФ и фосфат.

Процессы, требующие расщепления АТФ в качестве источника энергии:

1. Работа мышц
a. и сокращение белков ресничек и жгутиков –
b. при этом совершается механическая работа.

2. Синтез ДНК и других веществ
и первые реакции катаболизма веществ –
это химическая работа.

Примеры первых реакций катаболизма, протекающих с затратой энергии –
в п.32 и 45 в гликолизе и в ;-окислении жирных кислот,

3. Работа Na+/К+-АТФазы,
Н+/К+-АТФ-азы (в желудке),
Са++-АТФ-азы и других насосов ионов:
осмотическая работа.

Поэтому
при дефиците АТФ из-за духоты, гиповитаминозов, голода, ядов и т.д.:

1. Работа мышц ослабляется:
снижается сила сердечных сокращений,
слабые мускулы,
ослабление перистальтики ; запоры, застой содержимого, отравление.

2. Синтезы снижаются,
особенно ДНК и белков,
возникают симптомы этого (шелушится кожа и т.д.).

3. Снижается работа насосов,
что не позволяет поддерживать нужные концентрации ионов
в клетке и вне клетки,
особенно в нервных клетках
(в частности, это снижает мыслительные способности).

2-я функция АТФ –
АТФ – источник групп при реакциях.

2.1. В ряде реакций АТФ используется как источник фосфата,
присоединяемого к другим веществам.

Такие процессы катализируются киназами
и относятся к фосфорилированию.
Примеры – фосфорилирование глюкозы, белков (при этом меняется активность белков).

2.2. АТФ используется как источник группы аденозина
для образования SAM и ФАФС – см. в п. 68, зачем это нужно.

Читайте также:  Чем полезны ягоды калины красной

2.3. АТФ является
источником АМФ при синтезе коферментов
НАД, НАДФ и ФАД
и источником АДФ
для КоА.
Это коферментная функция АТФ.

3-я функция АТФ –
Регуляторная функция АТФ.

3.1. АТФ ингибирует катаболические процессы
(ЦТК, ДЦ, гликолиз, и др.)
и активирует анаболические (ГНГ).

АТФ ингибирует катаболизм «на правах продукта»:
тогда, когда АТФ много,
и потому, что главный смысл катаболизма –
это получение АТФ
(если АТФ много, то необходимость в катаболических процессах снижается).

Ингибирование катаболизма под действием АТФ
происходит по принципу отрицательной обратной связи
(то есть когда результат процесса снижает активность процесса).

Активация АТФ анаболических процессов связана с тем,
что АТФ является их субстратом – тратится в качестве источника энергии.

Регуляторные эффекты АДФ противоположны эффектам АТФ,
то есть АДФ активирует катаболизм и ингибирует анаболизм.

Это связано с тем, что накопление АДФ в клетке является результатом снижения [АТФ]
(при расщеплении АТФ образуется АДФ).

Пример – АТФ ингибирует гликолиз, ЦТК и ДЦ,
а АДФ их активирует. – п. 21, 22 и 32.

3.2. АТФ является субстратом для синтеза регулятора цАМФ –
циклической формы АМФ.
цАМФ выполняет функцию второго посредника
(то есть передает сигнал гормона от мембраны внутрь клетки). См. п.95.

3.3 АТФ является источником фосфата для протеинкиназ –
ферментов, которые присоединяют фосфат к белкам
(фосфорилируют белки)
и в результате изменяют активность белков
(регулируют активность белков). См. п.6.

3.3. Из АТФ образуется гормон АДЕНОЗИН – п.70.

4-я функция АТФ –
Участие АТФ в теплопродукции (терморегуляции).

При отщеплении фосфата от АТФ
при химических реакциях или при сокращении мышц
часть энергии рассеивается в виде тепла.

Это тепло называется вторичным
(первичное – это то, которое рассеивается при синтезе АТФ при возвращении протонов в матрикс – п.23).

За счет вторичного тепла человек согревается, когда двигается,
и за счет вторичного печень («печка») является самым теплым органом –
в ней протекает много реакций затратой АТФ и выделением тепла.

Синтез АТФ – процесс, направленный на поддержание жизнедеятельности клетки, сопровождаемый образованием энергии. Образование АТФ происходит на внутренней мембране митохондрий, которые являются энергетическим аккумулятором клетки.

Расшифровка АТФ

Аденозинтрифосфорная кислота или АТФ – необходимое условие для существования 9 из 10 клеток с аэробным дыханием. Получение энергии происходит при фосфорилировании, присоединении остатка фосфорной кислоты. На одну молекулу АТФ приходится около 7,3 килокалории энергии.

Какие соединения входят в состав АТФ

Строение АТФ и биологическая роль тесно связаны. В состав АТФ входят аденозин, три остатка фосфорной кислоты. Связи, существующие между аминокислотой и фосфатом, подвергаются гидролизу в присутствии воды, в результате образуется АДФ (аденозиндифосфат), фосфорная кислота. Этот процесс происходит с высвобождением энергии.

Энергообразование происходит за счет разрыва макроэргических связей АТФ (обозначаемых в формуле знаком тильда). Сам аденозин состоит из аденина – пуринового нуклеотида и рибозы. Первая участвует в синтезе ДНК, вторая — составляющая структуры РНК.

Читайте также:  Что лучше от морщин

Образование энергии

Макроэргическая связь заключена между общими электронами остатков фосфорной кислоты (что и удерживает их вместе). Кислород и фосфор образуют общую электронную пару — высокоэнергетическую. Поэтому при отщеплении снижается энергия электронов: отщепляется фосфат и выделяется ее избыточное количество.

Процесс переноса электронов осуществляется посредством дыхательной цепи. Основную роль здесь играет восстановленный НАДН (Никотинамидадениндинуклеотид). Данное вещество окисляется, отдавая водород. Также на дыхательной цепи синтезируется АТФ. Фосфорилирование происходит на внутренней стороне мембраны митохондрии при помощи АТФ-синтазы.

Последняя выступает переносчиком ионов водорода, что необходимо в связи с существованием градиента на внутренней и внешней мембранах. Перенос водорода через мембрану – хемиосмос, ведет к возникновению связи между АДФ и остатком фосфорной кислоты, иначе говоря, к окислительному фосфорилированию.

Пути синтеза АТФ и его роль

Образование АТФ возможно в ходе гликолиза, цикла трикарбоновых кислот или цикла Кребса. Такие процессы носят название субстратного фосфорилирования.

В ходе первого получают четыре молекулы АТФ, две молекулы пирувата или пировиноградной кислоты из глюкозы. Это бескислородное расщепление. На обеспечение данного процесса затрачивается 2 АТФ, протекает он в цитоплазме или цитозоле. Цикл лимонной кислоты происходит на кристах (складки внутренней оболочки) митохондрий в ходе окисления пирувата. При этом происходит отщепление одного атома углерода с образованием ацетилкоэнзима А и восстановление НАДН.

Далее синтезируется лимонная кислота при участии щавелевоуксусной кислоты. Цитрат превращается в цис-аконитат, который переходит в изоцитрат. К последнему присоединяется окисленный НАДН, который восстанавливается. Отщепление водорода приводит к синтезу кетоглутарата, с ним снова соединяется окисленный НАДН и ацетилкоэнзим А. На этой стадии синтезируется сукцинил-коэнзим А, к которому присоединяется ГДФ (гуанозиндифосфат).

Данная молекула восстанавливается в ГТФ (гуанозинтрифосфат) плюс образуется сукцинат. Он превращается в фумарат, затем малат. В этой реакции синтезируется оксалоацетат и восстановленный НАДН. Так, цикл Кребса возвращается к цитрату. На каждый цикл затрачиваются 2 молекулы АТФ, синтезируется 6 НАДН в цикле и 4 на подготовительных этапах. Последняя энергетически приравнивается к трем молекулам АТФ.

В синтезе цитрата задействованы также два ФАДН2 (флавинадениндинуклеотид), на каждую приходится по две АТФ. Таким образом, синтезируемое количество АТФ соответствует 38 молекулам с позиций биологии и биохимии. Однако следует помнить, что это теоретическое число, необходимое для дыхания клетки. Все реакции цикла Кребса катализируются ферментами.

Главная роль – поддержание клеточного дыхания, направленного на рост клетки, синтез новых веществ.

Функции АТФ

Важнейшая функция – участие в энергетическом обмене. Энергия, выделяемая в ходе данных превращений, вновь идет на синтез АТФ. При этом 40% рассеивается в виде тепла.

Поскольку для поддержания любых процессов жизнедеятельности необходимы энергозатраты АТФ – аккумулятор клетки, универсальный источник запасов энергии. Гликолиз активно протекает при физической нагрузке, в мышцах. Субстратное фосфорилирование также осуществляется из креатинфосфата других органических веществ.

Важно подчеркнуть, что цикл Кребса протекает при расщеплении как углеводов, так и белков и жиров. Если в качестве «топлива» клетка использует не углевод, гликолиз не протекает (отсюда не происходит затрата двух молекул АТФ с образованием четырех). Но цикл трикарбоновых кислот протекает одинаково, так как главную роль там играет ацетил-коэнзим А. При кислородном голодании клетка перестраивается на гликолитический путь.

Читайте также:  Очень хочется пить причины

Заключение

АТФ — это особое соединение, содержащее связи, при гидролизе которых высвобождается огромное количество энергии. Называя синтезом АТФ процесс, выполняющий функцию поддержания жизнедеятельности клетки, нельзя не понять, каково значение этого явления. В действительности количество синтезируемого аденозинтрифосфата может быть меньше 38 молекул. Суть процесса заключается в синтезе макроэргических веществ, поступающих в дыхательную цепь переноса электронов.

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].Содержание [убрать]
1 Химические свойства
2 Роль в организме
3 Пути синтеза
4 См. также
5 Примечания
6 Литература

[править]
Химические свойства

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.
[править]
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. Всё 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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector