Простым языком про молекулы АТФ

Содержание

Молекула АТФ — какова её роль в организме человека и каковы особенности формирования АТФ в организме

Простым языком про молекулы АТФ

АТФ — это сокращённое название Аденозин Три-Фосфорной кислоты. А также можно встретить название Аденозинтрифосфат. Это нуклеоид, который играет огромную роль в обмене энергией в организме.

Аденозин Три-Фосфорная кислота — это универсальный источник энергии, участвующий во всех биохимических процессах организма. Открыта эта молекула была в 1929 году учёным Карлом Ломанном.

А значимость ее была подтверждена Фрицем Липманом в 1941 году.

Структура и формула АТФ

Если говорить об АТФ более подробно, то это молекула, которая даёт энергию всем процессам, происходящим в организме, в том числе она же даёт энергию для движения. При расщеплении молекулы АТФ происходит сокращение мышечного волокна, вследствие чего выделяется энергия, позволяющая произойти сокращению. Синтезируется Аденозинтрифосфат из инозина — в живом организме.

Для того чтобы дать организму энергию Аденозинтрифосфату необходимо пройти несколько этапов. Вначале отделяется один из фосфатов — с помощью специального коэнзима. Каждый из фосфатов даёт десять калорий. В процессе вырабатывается энергия и получается АДФ (аденозин дифосфат).

Если организму для действия нужно больше энергии, то отделяется ещё один фосфат. Тогда формируется АМФ (аденозин монофосфат). Главный источник для выработки Аденозинтрифосфата — это глюкоза, в клетке она расщепляется на пируват и цитозол. Аденозинтрифосфат насыщает энергией длинные волокна, которые содержат протеин — миозин. Именно он формирует мышечные клетки.

В моменты, когда организм отдыхает, цепочка идёт в обратную сторону, т. е. формируется Аденозин Три-Фосфорная кислота. Опять же в этих целях используется глюкоза. Созданные молекулы Аденозинтрифосфата будут вновь использоваться, как только это станет необходимо. Когда энергия не нужна, она сохраняется в организме и высвобождается как только это потребуется.

Молекула АТФ состоит из нескольких, а точнее, трёх компонентов:

  1. Рибоза — это пятиуглеродный сахар, такой же лежит в основе ДНК.
  2. Аденин — это объединённые атомы азота и углерода.
  3. Трифосфат.

В самом центре молекулы Аденозинтрифосфата находится молекула рибозы, а её край является основной для аденозина. С другой стороны рибозы расположена цепочка из трёх фосфатов.

При этом нужно понимать, что запасов АТФ будет достаточно только первые две или три секунды двигательной активности, после чего её уровень снижается. Но при этом работа мышц может осуществляться только с помощью АТФ. Благодаря специальным системам в организме постоянно синтезируются новые молекулы АТФ. Включение новых молекул происходит в зависимости от длительности нагрузки.

Молекулы АТФ синтезируют три основные биохимические системы:

  1. Фосфагенная система (креатин-фосфат).
  2. Система гликогена и молочной кислоты.
  3. Аэробное дыхание.

Рассмотрим каждую из них в отдельности.

Фосфагенная система — в случае если мышцы будут работать недолго, но крайне интенсивно (порядка 10 секунд), будет использоваться фосфагенная система. В этом случае АДФ связывается с креатин фосфатом.

Благодаря этой системе происходит постоянная циркуляция небольшого количества Аденозинтрифосфата в мышечных клетках. Так как в самих мышечных клетках тоже имеется фосфат креатина, он используется, чтобы восстановить уровень АТФ после высокоинтенсивной короткой работы.

Но уже секунд через десять уровень креатин фосфата начинает снижаться — такой энергии хватает на короткий забег или интенсивную силовую нагрузку в бодибилдинге.

Гликоген и молочная кислота — снабжает энергией организм медленнее, чем предыдущая. Она синтезирует АТФ, которой может хватить на полторы минуты интенсивной работы. В процессе глюкоза в мышечных клетках формируется в молочную кислоту за счёт анаэробного метаболизма.

Так как в анаэробном состоянии кислород организмом не используется, то данная система даёт энергию так же как и в аэробной системе, но время экономится. В анаэробном режиме мышцы сокращаются крайне мощно и быстро.

Такая система может позволить пробежать четыреста метров спринта или более длительную интенсивную тренировку в зале.

Но долгое время работать таким образом не позволит болезненность в мышцах, которая появляется из-за переизбытка молочной кислоты.

Аэробное дыхание — эта система включается, если тренировка продолжается более двух минут. Тогда мышцы начинают получать Аденозинтрифосфат из углеводов, жиров и протеинов.

[attention type=green]
В этом случае АТФ синтезируется медленно, зато энергии хватает надолго — физическая активность может продолжаться несколько часов.
[/attention]

Это происходит благодаря тому, что глюкоза распадается без препятствий, у неё нет никаких противодействий, препятствующих со стороны — как препятствует молочная кислота в анаэробном процессе.

Роль АТФ в организме

Из предыдущего описания понятно, что основная роль аденозинтрифосфата в организме — это обеспечение энергией всех многочисленных биохимических процессов и реакций в организме. Большинство энергозатратных процессов у живых существ происходят благодаря АТФ.

Но помимо этой главной функции, аденозинтрифосфат выполняет и другие:

  1. Играет важную роль, являясь исходным продуктом, в синтезе нуклеиновых кислот.
  2. Регулирует различные биохимические процессы.
  3. Аденозинтрифосфат — предшественник синтеза циклического аденозинмонофосфата (посредника передачи гормонального сигнала в клетку).
  4. Является медиатором в синапсах.

Роль АТФ в организме и жизни человека хорошо известна не только учёным, но и многим спортсменам и бодибилдерам, так как её понимание помогает сделать тренировки более эффективными и правильно рассчитывать нагрузки.

Для людей, которые занимаются силовыми тренировками в зале, спринтерскими забегами и другими видами спорта, очень важно понимать, какие упражнения требуется выполнять в тот или иной момент времени.

Благодаря этому можно сформировать желаемое строение тела, проработать мышечную структуру, снизить излишний вес и добиться других желаемых результатов.

Источник: https://sportbookmaker.ru/meditsina/molekula-atf-chto-eto-i-kakova-eyo-rol-v-organizme.html

Что такое молекула АТФ, какие соединения входят в её состав; строение, функции и роль в живых клетках

Простым языком про молекулы АТФ

> Наука > Биология > Молекула АТФ в биологии: состав, функции и роль в организме

Важнейшим веществом в клетках живых организмов является аденозинтрифосфорная кислота или аденозинтрифосфат. Если ввести аббревиатуру этого названия, то получим АТФ (англ. ATP). Это вещество относится к группе нуклеозидтрифосфатов и играет ведущую роль в процессах метаболизма в живых клетках, являясь для них незаменимым источником энергии.

  • Строение АТФ
  • Роль АТФ в живом организме. Её функции
  • Как образуется АТФ в организме?
  • Вывод

Первооткрывателями АТФ стали учёные-биохимики гарвардской школы тропической медицины — Йеллапрагада Суббарао, Карл Ломан и Сайрус Фиске. Открытие произошло в 1929 году и стало главной вехой в биологии живых систем. Позднее, в 1941 году, немецким биохимиком Фрицем Липманом было установлено, что АТФ в клетках является основным переносчиком энергии.

Строение АТФ

Эта молекула имеет систематическое наименование, которое записывается так: 9-β-D-рибофуранозиладенин-5′-трифосфат, или 9-β-D-рибофуранозил-6-амино-пурин-5′-трифосфат.

Какие соединения входят в состав АТФ? Химически она представляет собой трифосфорный эфир аденозина — производного аденина и рибозы.

Это вещество образуется путём соединения аденина, являющегося пуриновым азотистым основанием, с 1′-углеродом рибозы при помощи β-N-гликозидной связи. К 5′-углероду рибозы затем последовательно присоединяются α-, β- и γ-молекулы фосфорной кислоты.

: немембранные органоиды клетки, их особенности.

Таким образом, молекула АТФ содержит такие соединения, как аденин, рибозу и три остатка фосфорной кислоты. АТФ — это особое соединение, содержащее связи, при гидролизе которых высвобождается большое количество энергии.

Такие связи и вещества называются макроэргическими.

Во время гидролиза этих связей молекулы АТФ происходит выделение количества энергии от 40 до 60 кДж/моль, при этом данный процесс сопровождается отщеплением одного или двух остатков фосфорной кислоты.

Вот как записываются эти химические реакции:

  • 1). АТФ + вода→АДФ + фосфорная кислота + энергия;
  • 2). АДФ + вода→АМФ + фосфорная кислота + энергия.

Энергия, высвобожденная в ходе указанных реакций, используется в дальнейших биохимических процессах, требующих определённых энергозатрат.

: примером рационального природопользования является… что?

Роль АТФ в живом организме. Её функции

Какую функцию выполняет АТФ? Прежде всего, энергетическую. Как уже было выше сказано, основной ролью аденозинтрифосфата является энергообеспечение биохимических процессов в живом организме.

Такая роль обусловлена тем, что благодаря наличию двух высокоэнергетических связей, АТФ выступает источником энергии для многих физиологических и биохимических процессов, требующих больших энергозатрат. Такими процессами являются все реакции синтеза сложных веществ в организме.

Это, прежде всего, активный перенос молекул через клеточные мембраны, включая участие в создании межмембранного электрического потенциала, и осуществление сокращения мышц.

Кроме указанной, перечислим ещё несколько, не менее важных, функций АТФ, таких, как:

  • медиатор в синапсах и сигнальное вещество в других межклеточных взаимодействиях (функция пуринергической передачи сигнала);
  • регуляция различных биохимических процессов, таких, как усиление или подавление активности ряда ферментов путём присоединения к их регуляторным центрам (функция аллостерического эффектора);
  • участие в синтезе циклического аденозинмонофосфата (АМФ), являющегося вторичным посредником в процессе передачи гормонального сигнала в клетку (в качестве непосредственного предшественника в цепочке синтеза АМФ);
  • участие вместе с другими нуклеозидтрифосфатами в синтезе нуклеиновых кислот (в качестве исходного продукта).

Как образуется АТФ в организме?

Синтез аденозинтрифосфорной кислоты идёт постоянно, т. к. энергия организму для нормальной жизнедеятельности нужна всегда.

В каждый конкретный момент содержится совсем немного этого вещества — примерно 250 граммов, которые являются «неприкосновенным запасом» на «чёрный день».

Во время болезни идёт интенсивный синтез этой кислоты, потому что требуется много энергии для работы иммунной и выделительной систем, а также системы терморегуляции организма, что необходимо для эффективной борьбы с начавшимся недугом.

В каких клетках АТФ больше всего? Это клетки мышечной и нервной тканей, поскольку в них наиболее интенсивно идут процессы энергообмена.

И это очевидно, ведь мышцы участвуют в движении, требующем сокращения мышечных волокон, а нейроны передают электрические импульсы, без которых невозможна работа всех систем организма.

Поэтому так важно для клетки поддерживать неизменный и высокий уровень аденозинтрифосфата.

Каким же образом в организме могут образовываться молекулы аденозинтрифосфата? Они образуются путём так называемого фосфорилирования АДФ (аденозиндифосфата). Эта химическая реакция выглядит следующим образом:

АДФ + фосфорная кислота + энергия→АТФ + вода.

Фосфорилирование же АДФ происходит при участии таких катализаторов, как ферменты и свет, и осуществляется одним из трёх способов:

  • фотофосфорилирование (фотосинтез у растений) ;
  • окислительное фосфорилирование АДФ Н-зависимой АТФ-синтáзой, в результате которого основная масса аденозинтрифосфата образуется на мембранах митохондрий клеток (связано с дыханием клетки);
  • субстратное фосфорилирование в цитоплазме клетки в процессе гликолиза или путём переноса фосфатной группы с других макроэргических соединений, не требующее участия мембранных ферментов.

Как окислительное, так и субстратное фосфорилирование использует энергию веществ, окисляющихся в процессе такого синтеза.

Вывод

Аденозинтрифосфорная кислота — это наиболее часто обновляемое вещество в организме.

Сколько в среднем живёт молекула аденозинтрифосфата? В теле человека, например, продолжительность её жизни составляет менее одной минуты, поэтому одна молекула такого вещества рождается и распадается до 3000 раз за сутки.

Поразительно, но в течение дня человеческий организм синтезирует около 40 кг этого вещества! Настолько велики потребности в этом «внутреннем энергетике» для нас!

Весь цикл синтеза и дальнейшего использования АТФ в качестве энергетического топлива для процессов обмена веществ в организме живого существа представляет собой саму суть энергетического обмена в этом организме. Таким образом, аденозинтрифосфат является своего рода «батарейкой», обеспечивающей нормальную жизнедеятельность всех клеток живого организма.

Источник: https://obrazovanie.guru/nauka/biologiya/molekula-atf-sostav-funktsii-i-rol-v-organizme.html

Энергия и АТФ

Простым языком про молекулы АТФ

Почти все физиологические процессы в организме требуют энергии для их реализации. Питательные вещества являются составляющими энергии и периодически требуются организму. По причинам их дефицита организм эволюционно научился их удерживать и сохранять на какое-то время.

Энергия человека

Многие вещества, всасываемые в пищеварительной системе, не подвергаются окислению, а накапливаются путем повторного синтеза высокомолекулярных соединений – гликогена и триацилглицеринов, которые служат резервом энергии организма. Хранение энергии в форме макромолекулярных соединений является огромным преимуществом, поскольку они не участвуют в клеточном метаболизме и мало влияют на осмолярность клеток, то есть являются энергетическим резервом.

Энергетические запасы организма

Углеводы хранятся в форме гликогена. Гликоген в организме составляет менее 1% от общего запаса энергии. Гликогенные отложения находятся в печени и мышцах. Гликоген в печени может поступать в другие ткани (нервы, мышцы, эритроциты) путем гликогенолиза и выделения образующейся глюкозы в кровь.

Гликоген, имеющийся в мышцах, может использоваться только ими, потому что, в отличие от печени, фермент глюкозо-6-фосфатазы, который дефосфорилирует глюкозу, не присутствует в мышцах. Только дефосфорилированная глюкоза может проникать через клеточную мембрану и попадать в кровоток.

Запасы углеводов могут обеспечить метаболические потребности организма менее чем на два дня, а глюкоза во внеклеточной жидкости – всего на один час.

Жир хранится в форме триацилглицеролов. Они представляют 75% энергетического резерва организма. Триацилглицеролы имеют высокую теплообразующую способность (39 кДж / г) и требуют очень небольшого количества дополнительной воды для хранения.

По этой причине они являются очень эффективным хранилищем энергии. Триацилглицеролы хранятся в основном в подкожной жировой ткани, в небольших количествах в мышцах и во внутренних органах.

Сохраненные триацилглицеролы в жировой ткани у людей с нормальной массой тела могут удовлетворить потребности в энергии в течение 2 месяцев при полном голодании.

В организме человека большое количество белка. Тем не менее, только половина из него может быть мобилизована в качестве источника энергии, что составляет 25% от общего объема хранения энергии.

Использование белков в качестве основного источника энергии в течение длительного периода времени невозможно, поскольку они играют жизненно важную структурную и функциональную роль.

Это последние запасы, которые будут использованы только в крайнем случае при длительном голодании.

Энергия требуется для синтеза высокомолекулярных соединений для энергетических депо. В живых организмах постоянно происходят химические процессы, что приводит к уменьшению свободной энергии. По этой причине они не могут существовать, если они не снабжены энергией из внешней среды.

Животные организмы получают эту энергию, как было отмечено выше, потребляя питательные вещества – углеводы, жиры и белки. В рациональной диете 55-60% энергии обеспечивается углеводами, 25-30% жирами и 10-15% белками.

При переваривании разных питательных веществ выделяется разное количество энергии:

  • 39 кДж 1 г жира;
  • 17,2 кДж 1 г углеводов;
  • 17,2 кДж 1 г белка.

Часть энергии, синтезируемой при расщеплении питательных веществ, выделяется в виде тепла, что важно для поддержания температуры тела. Другая часть используется для синтеза макроэнергетических соединений, из которых энергия выделяется контролируемым образом. Основным макроэргическим соединением, используемым в организме, является аденозинтрифосфат (АТФ).

Что такое АТФ

АТФ является источником энергии для реализации биологических процессов во время сокращения мышц, что позволяет осуществить активный транспорт элементов через клеточные мембраны и синтез питательных веществ.

Часто применяется в качестве пищевой добавки для увеличения мышечной энергии. При необходимости он разрушает свою молекулу и использует энергию, содержащуюся в ее связях.

АТФ также оказывает значительный положительный эффект вне самой клетки, улучшая кровоток, расширяя кровеносные сосуды и подавляя боль.

Формирование АТФ

В цитоплазме клеток есть небольшой запас АТФ, который может удовлетворить энергию и потребности всего на 1 минуту. Следовательно, АТФ непрерывно повторно синтезируется.

За день генерируется и потребляется около 63 килограммов АТФ.

Это макроэргическое соединение может быть синтезировано двумя способами – анаэробным в цитоплазме и аэробным в митохондриях.

Углеводы являются единственными питательными веществами, которые могут поставлять энергию через анаэробные пути. Процесс анаэробного переваривания глюкозы называется гликолизом.

Он происходит быстро, но связан с синтезом небольшого количества молекул АТФ – 2 АТФ на молекулу глюкозы.

Следовательно, анаэробный синтез АТФ не может быть основным способом удовлетворения энергетических потребностей клеток.

Исключением являются эритроциты, быстро сокращающиеся мышечные волокна и клетки почечного мозгового вещества. Все остальные клетки поставляют энергию путем окисления питательных веществ в митохондриях.

Таким образом, большая часть высвобождаемой энергии используется для синтеза АТФ через процессы окислительного фосфорилирования. Аэробный метаболизм гораздо более эффективен, чем анаэробный, поскольку большая часть химической энергии хранится в форме макроэнергетических соединений.

Окисление одной молекулы глюкозы аэробным путем до CO 2 и H 2 O приводит к высвобождению 36 или 38 молекул АТФ, а окисление одной молекулы пальмитиновой кислоты высвобождает 129 молекул АТФ.

Скорость, с которой АТФ образуется в результате окислительного фосфорилирования, зависит от нескольких факторов:

  • скорость истощения АТФ – когда скорость истощения АТФ клетки высока, ее образование также осуществляется с высокой скоростью из-за увеличения количества АТФ;
  • снабжение клеток кислородом и окислительными субстратами (глюкоза, жирные кислоты, лактат, аминокислоты) – это зависит от активности дыхательной, сердечно-сосудистой, пищеварительной и эндокринной систем.

Коэффициент дыхания

При окислении питательных веществ кислород расходуется и образуется углекислый газ. Коэффициент дыхания определяется соотношением между образовавшейся двуокисью углерода и используемым кислородом. Коэффициент дыхания для углеводов равен 1, для жиров 0,7 и для белков 0,8-0,85.

Низкое значение коэффициента дыхания для жиров позволяет использовать их для питания пациентов с нарушенной дыхательной функцией. Увеличение количества жира приведет к снижению производства углекислого газа при том же объеме используемого кислорода. Это снизит требования к вентиляции легких.

Частота дыхания не идентична отношению объема дыхания.

Коэффициент дыхательного объема (КДО) – это отношение объема выдыхаемого углекислого газа к объему кислорода, потребляемого в течение определенного периода времени.

КДО зависит от типа окисленных питательных веществ и процессов, в которых образуется углекислый газ и расходуется кислород.

По этим причинам при тяжелой физической работе и в течение периода восстановления после этого КДО имеет значения, отличные от коэффициента дыхания.

Энергетический эквивалент кислорода (ЭЭК) характеризуется количеством энергии, выделяемой при потреблении 1 литра кислорода. Для трех типов питательных веществ ЭЭК имеет следующие значения:

  • углеводы – 21,1 кДж / л;
  • белки – 20 кДж / л;
  • жир – 19,6 кДж / л;

Различное значение ЭЭK каждого из трех типов питательных веществ реализуется только в определенных обстоятельствах.

Углеводы являются основным источником энергии при максимальной энергозатратности, потому что они анаэробно перевариваются, быстро доставляют энергию и имеют самое высокое значение ЭЭК.

Жиры являются подходящим источником энергии для длительных нагрузок без ограничения подачи кислорода для их окисления, потому что они выделяют наибольшее количество энергии во время окисления и имеют самый низкий ЭЭК.

Хранение энергии в форме макромолекулярных соединений является огромным преимуществом, поскольку они не участвуют в клеточном метаболизме и мало влияют на осмолярность клеток, то есть являются энергетическим резервом

Источник: http://medicine-simply.ru/just-medicine/46

Строение АТФ и биологическая роль. Функции АТФ

Простым языком про молекулы АТФ

В любой клетке нашего организма протекают миллионы биохимических реакций. Они катализируются множеством ферментов, которые зачастую требуют затрат энергии. Где же клетка ее берет? На этот вопрос можно ответить, если рассмотреть строение молекулы АТФ – одного из основных источников энергии.

Атф – универсальный источник энергии

АТФ расшифровывается как аденозинтрифосфат, или аденозинтрифосфорная кислота. Вещество является одним из двух наиболее важных источников энергии в любой клетке. Строение АТФ и биологическая роль тесно связаны.

Большинство биохимических реакций может протекать только при участии молекул вещества, особенно это касается пластического обмена.

Однако АТФ редко непосредственно участвует в реакции: для протекания любого процесса нужна энергия, заключенная именно в химических связях аденозинтрифосфата.

Строение молекул вещества таково, что образующиеся связи между фосфатными группами несут огромное количество энергии. Поэтому такие связи также называются макроэргическими, или макроэнергетическими (макро=много, большое количество). Термин макроэргические связи впервые ввел ученый Ф. Липман, и он же предложил использовать значок ̴ для их обозначения.

Очень важно для клетки поддерживать постоянный уровень содержания аденозинтрифосфата. Особенно это характерно для клеток мышечной ткани и нервных волокон, потому что они наиболее энергозависимы и для выполнения своих функций нуждаются в высоком содержании аденозинтрифосфата.

Строение молекулы АТФ

Аденозинтрифосфат состоит из трех элементов: рибозы, аденина и остатков фосфорной кислоты.

Рибоза – углевод, который относится к группе пентоз. Это значит, что в составе рибозы 5 атомов углерода, которые заключены в цикл. Рибоза соединяется с аденином β-N-гликозидной связь на 1-ом атоме углерода. Также к пентозе присоединяются остатки фосфорной кислоты на 5-ом атоме углерода.

Аденин – азотистое основание. В зависимости от того, какое азотистое основание присоединяется к рибозе, выделяют также ГТФ (гуанозинтрифосфат), ТТФ (тимидинтрифосфат), ЦТФ (цитидинтрифосфат) и УТФ (уридинтрифосфат). Все эти вещества схожи по строению с аденозинтрифосфатом и выполняют примерно такие же функции, однако они встречаются в клетке намного реже.

Остатки фосфорной кислоты. К рибозе может присоединиться максимально три остатка фосфорной кислоты. Если их два или только один, то соответственно вещество называется АДФ (дифосфат) или АМФ (монофосфат).

Именно между фосфорными остатками заключены макроэнергетические связи, после разрыва которых высвобождается от 40 до 60 кДж энергии. Если разрываются две связи, выделяется 80, реже – 120 кДж энергии.

При разрыве связи между рибозой и фосфорным остатком выделяется всего лишь 13,8 кДж, поэтому в молекуле трифосфата только две макроэргические связи (Р ̴ Р ̴ Р), а в молекуле АДФ – одна (Р ̴ Р).

Вот каковы особенности строения АТФ. По причине того, что между остатками фосфорной кислоты образуется макроэнергетическая связь, строение и функции АТФ связаны между собой.

Строение АТФ и биологическая роль молекулы. Дополнительные функции аденозинтрифосфата

Кроме энергетической, АТФ может выполнять множество других функций в клетке. Наряду с другими нуклеотидтрифосфатами трифосфат участвует в построении нуклеиновый кислот. В этом случае АТФ, ГТФ, ТТФ, ЦТФ и УТФ являются поставщиками азотистых оснований. Это свойство используется в процессах репликации ДНК и транскрипции.

Также АТФ необходим для работы ионных каналов. Например, Na-K канал выкачивает 3 молекулы натрия из клетки и вкачивает 2 молекулы калия в клетку. Такой ток ионов нужен для поддержания положительного заряда на наружной поверхности мембраны, и только с помощью аденозинтрифосфата канал может функционировать. То же касается протонных и кальциевых каналов.

АТФ является предшественником вторичного мессенжера цАМФ (циклический аденозинмонофосфат) – цАМФ не только передает сигнал, полученный рецепторами мембраны клетки, но и является аллостерическим эффектором.

Аллостерические эффекторы – это вещества, которые ускоряют или замедляют ферментативные реакции.

Так, циклический аденозинтрифосфат ингибирует синтез фермента, который катализирует расщепление лактозы в клетках бактерии.

Сама молекула аденозинтрифосфата также может быть аллостерическим эффектором. Причем в подобных процессах антагонистом АТФ выступает АДФ: если трифосфат ускоряет реакцию, то дифосфат затормаживает, и наоборот. Таковы функции и строение АТФ.

Как образуется АТФ в клетке

Функции и строение АТФ таковы, что молекулы вещества быстро используются и разрушаются. Поэтому синтез трифосфата – это важный процесс образования энергии в клетке.

Выделяют три наиболее важных способа синтеза аденозинтрифосфата:

1. Субстратное фосфорилирование.

2. Окислительное фосфорилирование.

3. Фотофосфорилирование.

Субстратное фосфорилирование основано на множественных реакциях, протекающих в цитоплазме клетки. Эти реакции получили название гликолиза – анаэробный этап аэробного дыхания. В результате 1 цикла гликолиза из 1 молекулы глюкозы синтезируется две молекулы пировиноградной кислоты, которые дальше используются для получения энергии, и также синтезируются два АТФ.

  • С6Н12О6 + 2АДФ + 2Фн ––> 2С3Н4O3 + 2АТФ + 4Н.

Окислительное фосфорилирование. Дыхание клетки

Окислительное фосфорилирование – это образование аденозинтрифосфата путем передачи электронов по электронно-транспортной цепи мембраны. В результате такой передачи формируется градиент протонов на одной из сторон мембраны и с помощью белкового интегрального комплекта АТФ-синтазы идет построение молекул. Процесс протекает на мембране митохондрий.

Последовательность стадий гликолиза и окислительного фосфорилирования в митохондриях составляет общий процесс под названием дыхание. После полного цикла из 1 молекулы глюкозы в клетке образуется 36 молекул АТФ.

Фотофосфорилирование

Процесс фотофосфорилирования – это то же окислительное фосфорилирование лишь с одним отличием: реакции фотофосфорилирования протекают в хлоропластах клетки под действием света. АТФ образуется во время световой стадии фотосинтеза – основного процесса получения энергии у зеленых растений, водорослей и некоторых бактерий.

В процессе фотосинтеза все по той же электронно-транспортной цепи проходят электроны, в результате чего формируется протонный градиент. Концентрация протонов на одной из сторон мембраны является источником синтеза АТФ. Сборка молекул осуществляется посредством фермента АТФ-синтазы.

Интересные факты об АТФ

– В среднестатистической клетке содержится 0,04% аденозинтрифосфата от всей массы. Однако самое большое значение наблюдается в мышечных клетках: 0,2-0,5%.

– В клетке около 1 млрд молекул АТФ.

– Каждая молекула живет не больше 1 минуты.

– Одна молекула аденозинтрифосфата обновляется в день 2000-3000 раз.

– В сумме за сутки организм человека синтезирует 40 кг аденозинтрифосфата, и в каждый момент времени запас АТФ составляет 250 г.

Заключение

Строение АТФ и биологическая роль его молекул тесно связаны. Вещество играет ключевую роль в процессах жизнедеятельности, ведь в макроэргических связях между фосфатными остатками содержится огромное количество энергии.

Аденозинтрифосфат выполняет множество функций в клетке, и поэтому важно поддерживать постоянную концентрацию вещества. Распад и синтез идут с большой скоростью, т. к. энергия связей постоянно используется в биохимических реакциях. Это незаменимое вещество любой клетки организма.

Вот, пожалуй, и все, что можно сказать о том, какое строение имеет АТФ.

Источник: https://FB.ru/article/227383/stroenie-atf-i-biologicheskaya-rol-funktsii-atf

Простым языком про молекулы АТФ. Что такое АТФ

Простым языком про молекулы АТФ

В наших клетках происходят различные энергетические процессы: запасание и использование энергии, ее трансформация и высвобождение. Кажется невероятным, что какая-то абстрактная энергия вдруг может преобразовываться и создавать другие молекулы, выполняя при этом полезную работу для организма.

Для справки: АТФ (аденозинтрифосфат) – молекула, которая выполняет роль источника энергии для всех процессов в организме, в том числе, и для движения. Открыта эта молекула была в 1929 году. Главным источником для производства молекулы АТФ служит глюкоза.

По сути, молекула АТФ – это своеобразная молекулярная батарея, которая сохраняет энергию в те моменты, когда она не используется, и потом высвобождает энергию при необходимости организма.

Структура и формула энергетических молекул

При расщеплении молекулы АТФ происходит сокращение мышечного волокна, из-за чего выделяется энергия, позволяющая мышцам сокращаться.

Для того чтобы дать организму энергию АТФ проходит несколько этапов. В процессе каждого этапа вырабатывается большее количество энергии, но всегда то, которое затребовано самим организмом.

Главный источник для выработки АТФ — это глюкоза, которая расщепляется в клетках. Молекулы АТФ насыщают энергией длинные волокна мышечных тканей, которые содержат протеин — миозин. Именно так формируются мышечные клетки.

Когда наш организм отдыхает – цепочка процессов преображения молекулы АТФ идёт в обратную сторону. И в этих целях также задействована глюкоза. Созданные молекулы АТФ будут вновь использоваться, как только это станет необходимо организму.

Когда созданная молекулами энергия не нужна, она сохраняется в организме и высвобождается тогда, когда это потребуется.

Молекулы АТФ синтезируют три основные биохимические системы:

– Фосфагенная система

– Система гликогена и молочной кислоты

– Аэробное дыхание

Что это дает нашему организму?!

Фосфагенная система – будет использоваться когда мышцы работают недолго, но очень интенсивно (порядка 10 секунд). Благодаря этой системе происходит постоянная циркуляция небольшого количества молекул АТФ в мышечных клетках. Такой энергии хватит на короткий забег или интенсивную силовую нагрузку в бодибилдинге.

Гликоген и молочная кислота — снабжают энергией организм медленнее, чем предыдущая система. Используется энергия АТФ, которой может хватить на полторы минуты интенсивной работы. В анаэробном режиме мышцы сокращаются крайне мощно и быстро.

Именно благодаря этой системе можно пробежать 400 метров спринтерского бега или рассчитывать на более длительную интенсивную тренировку в зале.

Но долгое время так работать не позволит ощущение боли в мышцах, которая появляется из-за переизбытка молочной кислоты.

Аэробное дыхание — эта система включается, если тренировка продолжается более двух минут. Тогда мышцы начинают получать энергию молекул АТФ из углеводов, жиров и протеинов.

[attention type=green]
В этом случае АТФ синтезируется медленно, зато энергии хватает надолго — физическая активность может продолжаться несколько часов.
[/attention]

Это происходит благодаря тому, что глюкоза распадается без препятствий, у неё нет никаких сторонних противодействий — как препятствует молочная кислота в предыдущем анаэробном процессе.

Роль АТФ в организме

После описания синтеза трех биохимических систем становится понятно, что основная роль АТФ в организме — это обеспечение энергией всех многочисленных биохимических процессов и реакций организма.

То есть большинство энергозатратных процессов у живых существ происходит благодаря АТФ.

Но кроме этого молекула АТФ играет важную роль в синтезе нуклеиновых кислот, регулирует различные биохимические процессы, передает гормональные сигналы клеткам организма и другое.

Вместо выводов

Итак, АТФ – это молекула, которая даёт энергию всем процессам, происходящим в организме, в том числе, она даёт энергию для движения.

Важная роль АТФ в организме и жизни человека доказана не только учёными, но и многими спортсменами, бодибилдерами, фитнес-тренерами. Понимание важности этого вопроса помогает сделать тренировки более эффективными и правильно рассчитать свои физнагрузки.

Для всех, кто занимается силовыми тренировками в зале, фитнесом, бегом и другими видами спорта, нужно понимать и помнить – какие блоки упражнений необходимо выполнять в то или иное время тренировки. Благодаря этому можно откорректировать форму фигуры, проработать мышечную структуру, снизить лишний вес и добиться других улучшающих результатов для своего организма.

Odnoklassniki

Mail.ru

Источник: https://www.evgenia.pro/korotko-i-prostym-yazykom-pro-molekuly-atf/

АТФ

Простым языком про молекулы АТФ

Аденозинтрифосфат или аденозинтрифосфорная кислота (сокращенное обозначение – АТФ) – основной энергетический субстрат в организме.

  Вещество обнаруживается во всех установленных формах жизни на планете. Представляет собой высокоэнергетическую субстанцию, выполняющую функции медиатора – транспортера химической энергии в клетках.

Именно благодаря топливным ресурсам АТФ возможен полноценный метаболизм – обмен веществ.

Аденозинтрифосфат производится посредством фотофосфорилирования – процесса синтеза из АДФ (нуклеотида, состоящего из аденина, рибозы и двух остатков фосфорной кислоты)за счет световой энергии. АТФ, слабо растворимый в воде, является очень сильным кислотным соединением.

Важный поставщик энергии обнаруживается в ряде пищевых продуктов, таких как: личи китайское, орех пекан обыкновенный и черная шелковица, что делает его потенциальным биомаркером для потребления этих плодов.

Аденозинтрифосфат определяется, главным образом, в крови, клеточной цитоплазме, спинномозговой жидкости и слюне, а также в большинстве тканей организма человека. АТФ присутствует у всех живых организмов, от бактерий до людей.

Функции

У хомо сапиенс аденозинтрифосфат участвует в нескольких метаболических путях, которые включают биосинтез фосфатидилэтаноламина PE, путь действия картеолола.

Соединение также играет роль в метаболических нарушениях, таких как: дефицит лизосомной кислой липазы (болезнь Вольмана), дефицит фосфоенолпируваткарбоксикиназы 1, пропионовую ацидемию.

Кроме того, аденозинтрифосфат, как установлено, связан с:

  • брахиалгией (синдромом Вартенберга идеопатических парестезий);
  • спондилодинией (болью в области позвоночника);
  • эпилепсией;
  • нейроинфекционными заболеваниями;
  • ишемическим инсультом;
  • субарахноидальным кровоизлиянием.

Аденозинтрифосфат является неканцерогенным (не перечисленным IARC) потенциально токсичным соединением.

Как лекарственное средство, он используется в терапии состояний, вызванных нехваткой пищи и нарушением баланса в организме. АТФ часто называют «молекулярной единицей»внутриклеточного переноса энергии.

Он способен сохранять и транспортировать химическую энергию в клетках. АТФ также играет важную роль в синтезе нуклеиновых кислот.

Аденозинтрифосфатможет продуцироваться различными клеточными процессами, чаще всего в митохондриях, путем окислительного фосфорилирования под каталитическим воздействием АТФ-синтазы. Общее количество АТФ в организме человека составляет около 0,1 моль.

Энергия, используемая клетками человека, требует гидролиза от 200 до 300 молей аденозинтрифосфата ежедневно. Это означает, что каждая молекула АТФ перерабатывается от 2000 до 3000 раз в течение одного дня.

Вещество не способно к накоплению и сохранению, поэтому его расход должен следовать за синтезом.

Роль АТФ в патогенезе инсульта

Острое нарушение мозгового кровообращения является основной причиной физической и умственной инвалидности у взрослых и остается ведущей причиной смертности в развитых странах.

Данные Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) показывают, что около 15 миллионов человек ежегодно страдают от инсульта во всем мире. Из них 5 миллионов умирают, а еще 5 миллионов остаются инвалидами навсегда, что создает огромное бремя для семьи и общества.

Подавляющее большинство (80–90%) случаев инсульта вызваны тромботическими или эмболическими событиями.

В настоящее время большинство пациентов с острым ишемическим инсультом не получают активного эффективного лечения. Поэтому основная цель заключается в разработке действенных методов лечения, направленных на уменьшение поражений головного мозга от ишемического инсульта путем лучшего понимания основных патогенных молекулярных механизмов.

Как известно, основным биоэнергетическим субстратом в организме (в том числе в центральной нервной системе) являются молекулы аденозинтрифосфорной кислоты. Фундаментом биосинтеза АТФ служат реакции гликолиза.

Процессы выработки энергии в тканях мозга зависят от катализируемых ферментами окислительных реакций, для которых абсолютно необходимым компонентом служит молекулярный кислород.

Эти процессы происходят в митохондриях, играющих важнейшую роль в процессах тканевого дыхания и уязвимых даже при небольшой степени гипоксии в результате ишемии головного мозга. Это в первую очередь касается митохондриальных мембран.

Митохондрии представляют собой широко распространенные внутриклеточные органеллы, заключенные в двойную мембрану.

Внешняя фосфолипидная двухслойная мембрана содержит структуры белковых каналов, делающие мембрану проницаемой для молекул, таких как ионы, вода, молекулы питательных веществ, АДФ и АТФ.

Основная роль митохондрий заключается в генерировании клеточной энергии в форме АТФ митохондриальной электронной транспортной цепью посредством окислительного фосфорилирования.

Биохимические данные свидетельствуют о том, что большая часть церебральной АТФ расходуется на электрогенную активность нейронов. Таким образом, достаточное количество энергии в митохондриях имеет решающее значение для возбудимости и выживания нейронов.

Помимо производства энергии, митохондрии являются основным источником активных форм кислорода (АФК) и служат апоптотическими регуляторами (управляющими процессом программируемой клеточной гибели).

Обе эти функции критически вовлечены в патогенез нейродегенеративных заболеваний и церебральной ишемии.

Накопленные данные свидетельствуют о тесной взаимосвязи между перепроизводством активных форм кислорода и гибелью нейронов при различных неврологических расстройствах, включая латеральный амиотрофический склероз, эпилепсию, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, ишемический инсульт и черепно-мозговую травму.

Чрезмерные уровни АФК вызывают как функциональные, так и структурные нарушения мозговой ткани и играют ключевую роль в патогенезе церебральной ишемии. Критическая роль дисфункциональных митохондрий, а также чрезмерного окислительного стресса в ишемических каскадах хорошо известна.

Таким образом, уменьшение вредного воздействия окислительного стресса за счет лучшего понимания апоптотического и некротического повреждения нейронов является перспективным для лечения заболеваний, связанных с активными формами кислорода, таких как ишемический инсульт.

Недавние исследования показали, что АФК-детоксифицирующая система и митохондриальный биогенез являются двумя основными эндогенными защитными механизмами, вовлеченными в хронические нейродегенеративные заболевания и острую церебральную ишемию.

Предполагается, что динамика митохондрий играет жизненно важную функцию в ишемическом повреждении и восстановлении нейронов.

При ишемическом поражении мозга митохондрии утрачивают возможность производить АТФ, поскольку им не хватает исходных субстратов.

Это называется нарушением ионного гомеостаза (дефект в деятельности энергозависимого натриевого насоса, накопление внутриклеточного натрия и внеклеточного калия).

Такой феномен в дальнейшем может инициировать отек и набухание астроглии (совокупности астроцитов), чтоусугубляет ишемическое повреждение мозга. При дефиците АТФ следующий этап ишемических поражений – повышение концентрации кальция внутри нервных клеток.

В дальнейшем это снижает адаптационно-компенсаторные возможности нейронов, и усиливает нейрометаболические нарушения. Именно поэтому стимуляция накопления АТФ в нейронах и восстановление транспорта вещества – важная составляющая патогенетической терапии.

Атф мышц

Простым языком про молекулы АТФ

Дано определение АТФ, описана история открытия АТФ, содержание АТФ в мышечных волокнах, приведена структура АТФ, описаны реакции гидролиза и ресинтеза АТФ в мышечных волокнах

Что такое АТФ?

АТФ (аденозинтрифосфат, аденозинтрифосфорная кислота) – основное макроэргическое соединение организма[1]. Состоит из аденина (азотистого основания), рибозы (углевод) и трех последовательно расположенных фосфатных остатков, причем второй и третий фосфатные остатки присоединяются макроэргической связью. Структура АТФ выглядит следующим образом (рис.1).

Рис. 1. Структура АТФ

История открытия АТФ

АТФ был открыт(а) в 1929 году немецким биохимиком Карлом Ломаном (Karl Lohmann) и, независимо  Сайрусом Фиске (Cyrus Fiske) и Йеллапрагада Субба Рао (Yellapragada Subba Rao) из Гарвардской медицинской школы.

Однако структура АТФ была установлена только спустя несколько лет. Владимир Александрович Энгельгардт в 1935 году показал, что для сокращения мышц необходимо присутствие АТФ. В 1939 году В. А. Энгельгардт совместно со своей женой  М. Н.

Любимовой предъявили доказательства, что  миозин проявляет  ферментную активность при этом расщепляется АТФ и высвобождается энергия. Фриц Альберт Липманн (Fritz Albert Lipmann) в 1941 году показал, что АТФ является основным переносчиком энергии в клетке.

Ему принадлежит фраза «богатые энергией фосфатные связи». В 1948 году Александр Тодд (Alexander Todd) (Великобритания) синтезировал АТФ.  В 1997 году Пол Д. Бойер (Paul D. Boyer) и Джон Э. Уокер (John E.

Walker) получили Нобелевскую премию по химии за разъяснение ферментативного механизма, лежащего в основе синтеза АТФ.

АТФ в мышечных волокнах

Количество АТФ в тканях организма человека относительно невелико, поскольку он (она) в тканях не запасается. В мышечных волокнах содержится  5 ммоль на кг сырой ткани или 25 ммоль на кг сухой мышечной ткани.

Реакция гидролиза

Непосредственным источником энергии при мышечной деятельности является АТФ, который (ая) находится в саркоплазме мышечных волокон. Освобождение энергии происходит в результате реакции гидролиза АТФ.

Гидролиз АТФ – реакция, протекающая в мышечных волокнах, при которой АТФ, взаимодействуя с водой распадается на АДФ и фосфорную кислоту. При этом выделяется энергия. Гидролиз АТФ ускоряется ферментом АТФ-азой. Этот фермент находится на каждой миозиновой головке толстого фитламента.

Реакция гидролиза АТФ имеет следующий вид:

АТФ+Н2О→АДФ+Н3РО4 + энергия

В результате гидролиза 1 моль АТФ выделяется энергия, равная 42-50 кДж (10-12 ккал).  Скорость протекания реакции гидролиза повышают ионы кальция. Следует отметить, что АДФ (аденозиндифосфат) в мышечных волокнах выполняет роль универсального акцептора (приёмника) высокоэнергетического фосфата и используется для образования АТФ.

Фермент АТФ-аза

Фермент АТФ-аза расположен на миозиновых головках, что играет существенную роль в сокращении мышечных волокон. Активность фермента АТФ-азы лежит в основе классификации мышечных волокон на медленные (I тип), промежуточные (IIA тип) и быстрые (IIB тип).

Химическая энергия, выделяемая в результате гидролиза в мышечных волокнах, расходуется на: сокращение мышечных волокон (взаимодействие белков актина и миозина) и на их расслабление (работу кальциевого и натрий-калиевого насосов). При взаимодействии с актином одна молекула миозина за одну секунду гидролизует 10 молекул АТФ.

Запасы АТФ в мышечных волокнах невелики и могут обеспечить выполнение интенсивной работы в течение 1-2 с. Дальнейшая мышечная деятельность осуществляется благодаря быстрому восстановлению (ресинтезу) АТФ, поэтому при сокращении мышечных волокон в них одновременно протекают два процесса: гидролиз АТФ, дающий необходимую энергию и ресинтез АТФ, восполняющий запасы АТФ в мышечных волокнах.

Ресинтез АТФ

Ресинтез АТФ – синтез АТФ в мышечных волокнах из различных энергетических субстратов во время физической работы. Его формула выглядит следующим образом:

АДФ+фосфат+энергия → АТФ

Ресинтез АТФ может осуществляться двумя путями:

  • без участия кислорода (анаэробный путь);
  • с участием кислорода (аэробный путь).

Если в саркоплазме мышечных волокон недостаточно АТФ, то затрудняется процесс их расслабления. Возникают судороги.

Более подробно строение и функции мышц описаны в моих книгах “Гипертрофия скелетных мышц человека” и “Биомеханика мышц”

Литература

  1. Михайлов С.С. Спортивная биохимия. – М.: Советский спорт, 2009.– 348 с.
  2. Волков Н.И., Несен Э.Н., Осипенко А.А., Корсун С.Н. Биохимия мышечной деятельности.- Киев: Олимпийская литература, 2000.- 504 с.

С уважением, А.В.Самсонова

[1] Макроэргические соединения – химические соединения, содержащие связи, при гидролизе которых происходит освобождение значительного количества энергии.

Источник: https://allasamsonova.ru/atf-myshc/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.