[an error occurred while processing the directive]

Функциональные характеристики АТФ

Молекула АТФ содержит: азотистое основание аденин; пентозный углевод рибозу, три остатка фосфорной кислоты. Два последних фосфата соединены друг с другом и с остальной частью молекулы макроэргическими фосфатными связями, обозначенными на формуле АТФ символом. При соблюдении характерных для организма физических и химических условий энергия каждой такой связи составляет 12000 кало рий на 1 моль АТФ, что во много раз превышает энергию обычной химической связи, поэтому фосфатные связи и называют макроэргическими. Более того, эти связи легко разрушаются, обеспечивая внутриклеточные процессы энергией сразу, как только в этом возникает необходимость.

При высвобождении энергии АТФ отдает фосфатную группу и превращается в аденозин-дифосфат. Выделившаяся энергия используется практически для всех клеточных процессов, например в реакциях биосинтеза и при мышечном сокращении.

Восполнение запасов АТФ происходит путем воссоединения АДФ с остатком фосфорной кислоты за счет энергии питательных веществ. Этот процесс повторяется вновь и вновь. АТФ постоянно расходуется и накапливается, поэтому она получила название энергетической валюты клетки. Время оборота АТФ составляет всего несколько минут.

Роль митохондрий в химических реакциях образования АТФ. При попадании внутрь клетки глюкоза под действием ферментов цитоплазмы превращается в пировиноградную кислоту (этот процесс называют гликолизом). Энергия, высвобождаемая в этом процессе, затрачивается на превращение небольшого количества АДФ в АТФ, составляющего менее 5% общих запасов энергии.

Синтез АТФ на 95% осуществляется в митохондриях. Пировиноградная кислота, жирные кислоты и аминокислоты, образующиеся соответственно из углеводов, жиров и белков, в ма-триксе митохондрий в итоге превращаются в соединение под названием ацетил-КоА. Это соединение, в свою очередь, вступает в серию ферментативных реакций под общим названием цикл трикарбоновых кислот, или цикл Кребса, чтобы отдать свою энергию. Эти реакции, имеющие очень важное значение, подробно рассмотрены в главе

В цикле трикарбоновых кислот ацетил-КоА расщепляется до атомов водорода и молекул углекислого газа. Углекислый газ удаляется из митохондрий, затем — из клетки путем диффузии и выводится из организма через легкие.

Атомы водорода химически очень активны и поэтому сразу вступают в реакцию с кислоро24 Чапь I Введение в физиологию: клеточная и общая физиология

дом, диффундирующим в митохондрии. Большое количество энергии, выделяющейся в этой реакции, используется для превращения множества молекул АДФ в АТФ. Эти реакции достаточно сложны и требуют участия огромного числа ферментов, входящих в состав крист митохондрий. На начальном этапе от атома водорода отщепляется электрон, и атом превращается в ион водорода. Процесс заканчивается присоединением ионов водорода к кислороду. В результате этой реакции образуются вода и большое количество энергии, необходимой для работы АТФ-синтетазы — крупного глобулярного белка, выступающего в виде бугорков на поверхности крист митохондрий. Под действием этого фермента, использующего энергию ионов водорода, АДФ превращается в АТФ. Новые молеку лы АТФ направляются из митохондрий ко всем отделам клетки, включая ядро, где энергия этого соединения используется для обеспечения самых разных функций.

Данный процесс синтеза АТФ в целом называют хемиосмотическим механизмом образования АТФ. Подробное описание физических и химических особенностей этого механизма приводится в главе 67, а роль АТФ в обменных процессах обсуждается в главах 67Использование АТФ в клетке. Энергия АТФ используется клеткой для выполнения трех важнейших функций: транспорта веществ через многочисленные мембраны клетки; синтеза веществ в разных участках клетки; механической работы. На рис. 2-15 приведены примеры использования АТФ для: энергообеспечения транспорта ионов натрия через клеточную мембрану; активации синтеза белка на рибосомах; энергообеспечения процесса мышечного сокращения.

Наряду с переносом ионов натрия АТФ используется для трансмембранного переноса ионов калия, кальция, магния, фосфата, хлора, уратов, других ионов и различных органических веществ. Мембранный транспорт настолько важен, что некоторые клетки, например клетки почечных канальцев, расходуют около 80% синтезированного ими АТФ только для выполнения этой функции.

Помимо белка в клетке синтезируются фос-фолипиды, холестерол, пурины, пиримидины и множество других веществ, причем синтез почти любого из них требует затрат энергии. Например, молекула белка может содержать несколько тысяч аминокислот, прикрепленных друг к другу пептидными связями, на каждую из которых затрачивается энергия четырех макро-эргических связей. Таким образом, синтез одной молекулы белка требует высвобождения энергии нескольких тысяч молекул АТФ. Некоторые клетки расходуют примерно 75% всей АТФ на синтез новых соединений, особенно белков. Больше всего энергии тратится на син тез веществ в фазу роста клетки.

Выполнение механической работы также требует затрат АТФ. В главе 6 указано, что на каждое сокращение мышечной клетки расходуется большое количество энергии АТФ. Остальным клеткам свойственны другие виды механической работы, например движение ресничек или амебоидные движения, которые рассматриваются в этой главе далее. Энергия, необходимая для разных видов механической работы, поступает из одного источника — АТФ.

В заключение отметим, что запасы АТФ позволяют в любой момент и при любых обстоятельствах предоставлять энергию клетке практически сразу, как только в этом возникает необходимость. Пополнение запасов и синтез новых молекул АТФ обеспечивается более медленными реакциями химического расщепления углеводов, жиров и белков. Синтез более 95% общего количества АТФ происходит в митохондриях, которые поэтому называют энергетическими станциями клетки.



[an error occurred while processing the directive]
[an error occurred while processing the directive]
[an error occurred while processing the directive]
[an error occurred while processing the directive]