- Что такое АТФ?
- Для чего нужен АТФ?
- Как производится АТФ?
- Гликолиз
- Цикл Кребса
- Электронно-транспортная цепь и окислительное фосфорилирование
- Важность АТФ
Мы объясняем, что такое АТФ, для чего он нужен и как производится эта молекула. А также гликолиз, цикл Кребса и окислительное фосфорилирование.
Что такое АТФ?
вбиохимияаббревиатура АТФ обозначает аденозинтрифосфат или аденозинтрифосфат, органическую молекулу, принадлежащую к группе нуклеотидов, фундаментальную для энергетического метаболизма клетка. АТФ - основной источник энергии, используемый в большинстве клеточных процессов и функций как в организме человека, так и в организме других.живые существа.
Название АТФ происходит от молекулярного состава этой молекулы, образованной азотистым основанием (аденином), связанным сатом углерод одинмолекула пентозного сахара (также называемого рибозой), и, в свою очередь, с тремяионы фосфаты присоединены к другому атому углерода. Все это обобщено в молекулярной формуле АТФ: C10H16N5O13P3.
Молекула АТФ была впервые обнаружена в 1929 году в мышцах человека в Соединенных Штатах Сайрусом Х. Фиске и Йеллапрагада СуббаРоу и независимо в Германии биохимиком Карлом Ломаном.
Хотя молекула АТФ была открыта в 1929 году, не было никаких записей о ее функционировании и важности в различныхпроцессы передачи энергии клеткой до 1941 года, благодаря исследованиям немецко-американского биохимика Фрица Альберта Липманна (лауреат Нобелевской премии 1953 года вместе с Кребсом).
Смотрите также:Метаболизм
Для чего нужен АТФ?
Основная функция АТФ - служить источником энергии в биохимических реакциях, происходящих внутри клетки, поэтому эта молекула также известна как «энергетическая валюта» организма.
АТФ - полезная молекула, которая на мгновение содержит химическая энергия высвобождается во время метаболических процессов разложенияеда, и высвобождает его снова, когда это необходимо, чтобы управлять различными биологическими процессами в организме, такими как транспорт клеток, стимулировать реакции, которые потребляютЭнергия или даже выполнять механические действия тела, например, ходить.
Как производится АТФ?
В клетках АТФ синтезируется посредством клеточного дыхания, процесса, происходящего в клетках.митохондрии ячейки. Во время этого явления химическая энергия, хранящаяся в глюкозе, высвобождается в процессеокисление это выпускаетCO2, H2O и энергия в виде АТФ. Хотя глюкоза является преимущественно субстратом этой реакции, следует уточнить, чтобелок и жиры они также могут окисляться до АТФ. Каждое из этих питательных веществ из кормление человека имеют разные метаболические пути, но они сходятся на общем метаболите: ацетил-КоА, который запускает цикл Кребса и позволяет процессу получения химической энергии сходиться, поскольку все клетки потребляют свою энергию в форме АТФ.
Процесс клеточного дыхания можно разделить на три фазы или стадии: гликолиз (предшествующий путь, который требуется только тогда, когда клетка использует глюкозу в качестве топлива), цикл Кребса и цепь переноса электронов. На первых двух стадиях вырабатываются ацетил-КоА, CO2 и лишь небольшое количество АТФ, тогда как на третьей фазе дыхания он вырабатывается. H2O и большая часть АТФ через набор белков, называемых «сложной АТФ-синтазой».
Гликолиз
Как уже упоминалось, гликолиз - это путь, предшествующий клеточному дыханию, во время которого для каждой глюкозы (которая имеет 6 атомов углерода) образуются два пирувата (a сложный образовано 3 атомами углерода).
В отличие от двух других стадий клеточного дыхания, гликолиз происходит в цитоплазма ячейки. Пируват, образующийся в результате этого первого пути, должен попасть в митохондрии, чтобы продолжить свое преобразование в ацетил-КоА и, таким образом, быть в состоянии использоваться в цикле Кребса.
Цикл Кребса
Цикл Кребса (также цикл лимонной кислоты или цикл трикарбоновой кислоты) - это фундаментальный процесс, который происходит в матрице клеточных митохондрий и состоит из последовательности химические реакции что понравилосьцель высвобождение химической энергии, содержащейся в ацетил-КоА, полученной в результате обработки различных пищевых питательных веществ живого существа, а также получения предшественников других аминокислот, необходимых для биохимических реакций другой природы.
Этот цикл является частью гораздо более крупного процесса, который представляет собой окисление углеводов, липидов и белков, его промежуточной стадией является: после образования ацетил-КоА с углеводородами указанных органических соединений и до окислительного фосфорилирования. Где АТФ " собранный "в реакции, катализируемойфермент называется АТФ-синтетазой или АТФ-синтазой.
Цикл Кребса работает благодаря нескольким различным ферментам, которые полностью окисляют ацетил-КоА и высвобождают два разных фермента из каждой окисленной молекулы: CO2 (диоксид углерода) и H2O (вода). Кроме того, во время цикла Кребса вырабатывается минимальное количество ГТФ (аналогично АТФ) и снижается мощность в форме НАДН и ФАДН2, которая будет использоваться для синтеза АТФ на следующей стадии клеточного дыхания.
Цикл начинается со слияния молекулы ацетил-КоА с молекулой оксалоацетата. Этот союз дает начало шестиуглеродной молекуле: цитрату. Таким образом, высвобождается кофермент А. Фактически он многократно используется повторно. Если в клетке слишком много АТФ, этот шаг запрещается.
Впоследствии цитрат или лимонная кислота претерпевают серию последовательных превращений, которые снова будут последовательно образовывать изоцитрат, кетоглутарат, сукцинил-КоА, сукцинат, фумарат, малат и оксалоацетат. Вместе с этими продуктами для каждого полного цикла Кребса производится минимальное количество GTP, что снижает мощность в форме NADH, FADH2 и CO2.
Электронно-транспортная цепь и окислительное фосфорилирование
На последнем этапе цикла сбора питательных веществ кислород и соединения, образующиеся во время цикла Кребса, используются для производства АТФ в процессе, называемом окислительным фосфорилированием. Во время этого процесса, который происходит во внутренней митохондриальной мембране, НАДН и ФАДН2 отдают электроны загоняя их на энергетически более низкий уровень. Эти электроны окончательно принимаются кислородом (который при соединении с протонами приводит к образованию молекул воды).
Связь между электронной цепью и окислительным фосфорилированием происходит на основе двух противоположных реакций: одна высвобождает энергию, а другая использует эту высвободившуюся энергию для производства молекул АТФ благодаря вмешательству АТФ-синтетазы. Поскольку электроны «путешествуют» по цепочке в серии окислительно-восстановительные реакции, высвободившаяся энергия используется для прокачки протонов через мембрану. Когда эти протоны диффундируют обратно через АТФ-синтетазу, их энергия используется для связывания дополнительной фосфатной группы с молекулой АДФ (аденозиндифосфата), что приводит к образованию АТФ.
Важность АТФ
АТФ - это фундаментальная молекула для жизненно важных процессов живых организмов, как передатчик химической энергии для различных реакций, протекающих в клетке, например, синтеза макромолекулы сложные и фундаментальные, такие какДНК, РНК или для синтеза белка, который происходит внутри клетки. Таким образом, АТФ обеспечивает энергию, необходимую для проведения большинства реакций, протекающих в организме.
Полезность АТФ в качестве молекулы «донора энергии» объясняется наличием фосфатных связей, богатых энергией. Эти же связи могут высвобождать большое количество энергии, «разрываясь», когда АТФ гидролизуется до АДФ, то есть когда он теряет фосфатную группу из-за действия воды. Реакция гидролиз АТФ выглядит следующим образом:
АТФ необходим, например, для сокращения мышц.АТФ является ключевым для транспорта макромолекул черезплазматическая мембрана (экзоцитоз и клеточный эндоцитоз), а также для синаптической связи междунейроны, поэтому его непрерывный синтез необходим из глюкозы, полученной с пищей. Таково его значение для жизнь, что употребление в пищу некоторых токсичных элементов, которые ингибируют процессы АТФ, таких как мышьяк или цианид, является летальным исходом и вызывает молниеносную гибель организма.