Какими свойствами обладает атф в клетке

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.

…

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.

Это интересно: 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.

Это интересно: 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.

Химическое строение АТФ

АТФ является важнейшим клеточным веществом также и потому, что относится к группе нуклеозидтрифосфатов, обеспечивая метаболизм живых клеток.

Первооткрывателем АТФ в клетке являются ученые-биохимики Суббарао, Ломан и Фиске. АТФ была открыта в 1929 году и ее исследования стали революционными в развитии биологии живых систем. Немного позднее в 1941 году Ф. Липман установил энергетическую функцию АТФ.

АТФ обладает определенными чертами строения:

• представляет собой трифосфорный эфир аденозина;
• образуется путём соединения аденина, являющегося пуриновым азотистым основанием;
• соединяется с 1′-углеродом рибозы при помощи β-N-гликозидной связи.

Тем самым АТФ представляет собой такое соединение, которое содержит связи, гидролиз которых высвобождает колоссальное количество энергии. Подобные связи называют макроэргическими. Образуется количество энергии, равное 40 и 60-ти кДж / моль. Также в ходе этого процесса отщепляется один или два остатка фосфорной кислоты. Весь «химизм» описанных выше реакций можно представить следующим образом:

Готовые работы на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Узнать стоимость

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

Общеизвестно, что в биоэнергетическом обмене веществ живых организмов важным является наличие двух основных моментов:

• химическая энергия запасается путем образования АТФ при протекании катаболических реакций окисления органических субстратов;
• химическая энергия утилизируется путем расщепления АТФ. Этот процесс сопряжен с эндергоническими реакциями анаболизма, а также другими процессами, которые также требуют энергетических затрат.

Выделяют три основных способа образования АТФ в клетке. А именно:

• субстратное фосфорилирование, протекающее в цитоплазме клетке. Такие реакции получили название гликолиза или анаэробного этапа аэробного дыхания;
• окислительное фосфорилирование;
• фотофосфорилирование.

Роль АТФ в клетке

АТФ образуется во время световой стадии фотосинтеза – основного процесса получения энергии у зеленых растений, водорослей и некоторых бактерий.

Как уже отмечалось ранее, АТФ выполняет в клетке, прежде всего, энергетическую функции. Это обусловлено тем, что подобная молекула содержит две высокоэнергетические связи и обеспечивает многие физиологические и биохимические процессы. К подобным процессам можно отнести все реакции синтеза веществ в организме.

Реакции синтеза – это комплекс химических реакций, направленных на создание вещества с определенной степенью затраты энергии. При этом отмечается активный перенос молекул через клеточную мембрану, включая участие в создании межмембранного электрического потенциала. Также АТФ необходима для обеспечения процесса сокращения мышц.

Также к достаточно важным функциям АТФ, иллюстрирующим ее роль в клетке относят:

• может являться медиатором в синапсах, сигнальным веществом в других клеточных взаимодействиях. Например, при пуринергической передаче сигнала;
• АТФ регулирует биохимические процессы. Например, при участии АТФ происходит усиление и подавление активности некоторых ферментов с помощью присоединения к их регуляторным центрам молекулы;
• участвует в создании циклического аденозинмонофосфата, который, в свою очередь, выступает посредником передачи гормональных сигналов в клетки;
• наконец, АТФ участвует в синтезе нуклеиновых кислот (ДНК и РНК);
• АТФ отвечает за обеспечение всех двигательных реакций организма, а именно от ее наличия зависит работа всех элементов опорно – двигательного аппарата.

Любая функция АТФ обусловлена тем, что ее используют для реализации жизненных клеточных процессов. Если АТФ не участвует в нем напрямую, то каким – либо образом обуславливает деятельность организма.

Во время нарушения жизнедеятельности организма, при перенесении человеком каких-либо болезней синтез АТФ происходит намного активнее, поскольку необходимо «покрывать» затраты иммунной системы. Также активизируется система терморегуляции организма, на обеспечение работы которой также требуется большое количество энергии.

Больше всего АТФ содержат такие клетки, как мышцы и нервная ткань, энергообмен в которых протекает особенно быстро. Неизменный уровень АТФ в клетках достаточно важно поддерживать, поскольку при минимальном недостатке данного вещества происходят серьёзные нарушения любого физиологического процесса.

Другими словами, АТФ является маркером стабильности развития организма человека и многих высокоорганизованных животных.

К наиболее интересным фактам, касательно АТФ можно отнести следующие:

• в клетке около 1 млрд молекул АТФ;
• срок жизни молекул АТФ очень короткий;
• синтез АТФ протекает достаточно быстро.

Подводя итог всему вышесказанному, можно сделать вывод о том, что АТФ является часто обновляемым веществом организма человека. Продолжительность жизни молекулы АТФ составляет менее одной минуты, поэтому одна молекула АТФ может зарождаться и распадаться до трех тысяч раз за сутки. В течение дня организм человека создает около 40 кг данного вещества.

На примере цикла синтеза АТФ и ее дальнейшего использования в качестве клеточного топлива рассматривают саму суть энергетического обмена внутри живого организма. Поэтому аденозинтрифосфорная кислота выполняет функцию «батарейки», которая обеспечивает нормальную жизнедеятельность клетки.