Синтез атф кратко и понятно

АТФ как универсальный источник энергии

АТФ (аденозинтрифосфат) является основным источником энергии для клеточных процессов у всех живых организмов. Она выполняет функцию универсального энергетического носителя в живых системах.

Строение молекулы АТФ состоит из азотистого основания — аденина, пятиугольного цикла из рибозы и трех групп фосфата. Молекула АТФ может выполнять две основные функции: служить источником энергии и участвовать в химических реакциях в клетке.

АТФ является химической батареей клетки. Когда АТФ разлагается в АДФ (аденозиндифосфат) и органический фосфат или в АМФ (аденозинмонофосфат) и пиросфата, энергия, которая была хранится в молекуле АТФ, освобождается и может быть использована для совершения клеточных работ.

АТФ служит основным поставщиком энергии для всех метаболических процессов в клетке. Она участвует в синтезе белка, ДНК и РНК, передаче генетической информации, сокращении мышц, активном транспорте через клеточные мембраны и других жизненно важных процессах.

Также АТФ играет ключевую роль в фосфорилировании молекул, которое является необходимым шагом во многих биологических процессах. Энергия, полученная от разложения АТФ, используется для присоединения фосфатной группы к различным молекулам, что активизирует их и содействует прохождению химических реакций.

В целом, АТФ играет роль универсального переносчика энергии, позволяя клеткам выполнять различные функции, необходимые для поддержания жизнедеятельности организмов.

Как происходит синтез молекулы АТФ?

Молекула аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) является основной энергетической молекулой в клетках всех живых организмов. Она играет важную роль в передаче и хранении энергии, участвуя в большом числе биохимических реакций.

Синтез молекулы АТФ происходит внутри клетки в органелле, называемой митохондрией. Процесс синтеза АТФ называется окислительным фосфорилированием, так как его основой является перенос электронов и фосфорилирование. Окислительное фосфорилирование можно разделить на два этапа: окисление и фосфорилирование.

Этап окисления

На первом этапе окисления, происходит разложение глюкозы (или других энергетических молекул) в присутствии кислорода в процессе клеточного дыхания. Глюкоза окисляется до углекислого газа и воды, при этом выделяется большое количество энергии в форме NADH и FADH2.

Высвобождающиеся электроны из NADH и FADH2 передаются в электронный транспортный цепь на митохондриальной мембране. Во время передачи электронов, энергия из электронов используется для создания градиента электрохимического потенциала в пользу стороны мембраны с низким потенциалом.

Этап фосфорилирования

На втором этапе фосфорилирования, энергия из градиента электрохимического потенциала используется ферментом АТФ-синтазой для синтеза АТФ. Энергия, которая выделяется в процессе передачи электронов, используется для приводства АТФ из ADP (аденозиндифосфата) и неорганического фосфата (Pi).

ADP + Pi -> АТФ

Таким образом, в процессе окислительного фосфорилирования, энергия, которая высвобождается при окислении пищевых веществ, используется для синтеза молекулы АТФ. Эта молекула затем может быть использована клеткой для совершения различных биохимических реакций и передачи энергии по организму.

Синтез АТФ в дыхательной цепи путем окислительного фосфорилирования

Митохондрия

Митохондрия — это органелла, по размеру сопоставимая с бактериальной клеткой. Примечательно, что у митохондрии есть две мембраны. Наружная мембрана пронизана молекулами порина. Порины образуют каналы, по которым через мембрану могут проходить молекулы с массой менее 10 кДа. Внутренняя мембрана ПРАКТИЧЕСКИ непроницаема; она образует впячивания — кристы. Через внутреннюю мембрану свободно проходят только небольшие молекулы — вроде Н₂0 и NH₃. Лишь немногие другие молекулы с помощью белков-переносчиков и челночных систем способны преодолеть этот барьер.

Считается, что митохондрия — пример эндосимбиоза. Внутренняя мембрана митохондрии с заключенным в ней содержимым когда-то была древней анаэробной бактерией, которая проникла в примитивную клетку на ранних этапах эволюции. Сохранились и следы прошлого: так, митохондрия имеет свою собственную ДНК (мтДНК), кодирующую 37 генов. 24 из них участвуют в трансляции мтДНК, остальные кодируют белки дыхательной цепи. Примечательно, что только 13 из всех белков митохондриальной дыхательной цепи (а всего их более 85) закодированы в мтДНК. Остальные кодирует ядерная ДНК, и они транспортируются в митохондрию из цитоплазмы.

Дыхательная цепь

Дыхательная цепь — эффективный путь получения АТФ с использованием НАДН и ФАДН2, которые образуются в процессе окисления метаболического «топлива» . Дыхательная цепь состоит из пяти комплексов — I, II, III, IV и сложного комплекса грибовидной формы (комплекс V). Грибовидный «мультикомплекс» состоит из субъединиц F1 (субъединица «один») и F0 (субъединица «О», связывает олигомицин). Некоторые из комплексов дыхательной цепи содержат цитохромы, которые транспортируют электроны по цепи: комплекс III содержит цитохром b, а комплекс IV — цитохром а/аЗ. Кроме того, в транспорте электронов принимают участие убихинон (кофермент Q10) и цитохром С. Все комплексы дыхательной цепи расположены во внутренней мембране митохондрий. Комплексы I, III и IV не только переносят электроны, но также выполняют функцию молекулярных протонных насосов: они «выкачивают» протоны из матрикса в межмембранное пространство. Внутренняя мембрана непроницаема, в частности, она непроницаема для протонов, поэтому они возвращаются в матрикс только одним путем — через протонный канал комплекса F1/F0, который в этот момент синтезирует АТФ.

Поток электронов упрощенно показан на рис.

Механизм изменения участка связывания[]

В 60-70 годах XX века Пол Бойер предположил, что синтез АТФ связан с изменениями конфигурации АТФ-синтазы, вызываемыми вращением γ-субъединицы, так называемый механизм изменения участка связывания («перевертыш», англ. flip-flop). Исследовательской группе под руководством Джона Э. Уокера, относившейся тогда к Лаборатории молекулярной биологии в Кембридже удалось выделить АТФ-синтазный каталитический комплекс F₁ в кристаллической форме. На тот момент это была самая крупная из известных науке асимметричная белковая структура. Ее исследования показали, что модель вращающегося катализатора, предложенная Бойером, соответствует действительности. За это открытие Бойер и Уокер получили половину Нобелевской премии по химии в 1997 году. Вторую половину получил Йенс Кристиан Скоу «за первое открытие фермента, осуществляющего транспорт ионов — Na+,K±аденозинтрифосфатазы».

Файл:ATPsyn.gif

Механизм действия АТФ-синтазы. АТФ показан красным, АДФ и фосфат — розовым, вращающаяся субъединица γ — черным.

Кристалл F₁ состоит из перемежающихся α- и β-субъединиц (по 3 каждого вида), расположенных как дольки апельсина вокруг асимметричной γ-субъединицы.
В соответствии с принятой моделью синтеза АТФ (также называемой моделью непостоянного катализа), градиент электрического поля, направленный поперек внутренней митохондриальной мембраны и обусловленный электронной транспортной цепочкой, заставляет протоны проходить сквозь мембрану через АТФ-синтазный компонент F_O.
Часть компонента F_O (кольцо из c-субъединиц) вращается, когда протоны проходят через мембрану. Это c-кольцо жестко связано с асимметричной центральной ножкой (состоящей в основном из γ-субъединицы), которая в свою очередь вращается внутри α₃β₃-участка компонента F₁. Это приводит к тому, что три участка катализа, связывающиеся с нуклеотидами, претерпевают изменения в конфигурации, приводящие к синтезу АТФ.

Основные субъединицы (α₃β₃) компонента F₁ соединены дополнительной боковой ножкой с неподвижным участком F_O, что предотвращает их вращение вместе с γ-субъединицей.
Структура неповрежденной АТФ-синтазы с низкой точностью выявлена при помощи электронной криомикроскопии (ЭКМ). Показано, что боковая ножка — это гибкая перемычка, похожая на канат, наматывающаяся на комплекс во время его работы.

В определенных условиях каталитическая реакция может протекать в обратном направлении, при этом гидролиз АТФ вызывает прокачку протонов через мембрану.

В механизме изменения участка связывания задействован активный участок β-субъединицы, последовательно проходящий через три состояния.

В «открытом» состоянии АДФ и фосфат подходят к активному участку. Затем белок охватывает эти молекулы и свободно связывается с ними («свободное» состояние). Следующее изменение формы белка прижимает молекулы друг к другу («тесное» состояние), что приводит к формированию АТФ. Наконец, активный участок снова переходит в «открытое» состояние, освобождает АТФ и связывает следующую молекулу АДФ и фосфата, после чего цикл производства АТФ повторяется.

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.

Основные шаги и механизмы

Синтез АТФ является сложным многоэтапным процессом, который происходит в организмах на клеточном уровне. Он подразумевает несколько основных шагов и механизмов.

Гликолиз: первый этап синтеза АТФ, который происходит в цитоплазме клетки. В результате гликолиза молекула глюкозы разлагается до пирyватов. При этом происходит производство небольшого количества АТФ.
Цикл Кребса: второй этап синтеза АТФ, который происходит в митохондриях. Пирyваты, полученные в результате гликолиза, превращаются в ацетил-КоА. В цикле Кребса ацетил-КоА реагирует с оксалоацетатом, и в результате образуется множество продуктов, таких как НАДН+, ФАДН+, ГТФ, которые затем участвуют в дальнейшем процессе синтеза АТФ.
Электронно-транспортная цепь: третий этап синтеза АТФ, который происходит также в митохондриях. Во время этого этапа, НАДН+, ФАДН+, полученные в цикле Кребса, играют роль переносчиков электронов, которые передаются от одного комплекса к другому. В результате этого процесса освобождается энергия, которая используется для создания градиента протонов через внутреннюю митохондриальную мембрану.
Синтез АТФ: четвертый и последний этап синтеза АТФ, который также происходит в митохондриях. Градиент протонов, созданный в результате электронно-транспортной цепи, сопровождается обратным током протонов через атрофорез протон-канала Ф0-F1 АТФ-синтазы. Энергия, выделяющаяся при этом процессе, приводит к прикреплению фосфатной группы к АДФ, образуя молекулы АТФ.

Таким образом, синтез АТФ связан с несколькими важными шагами и механизмами, которые происходят в организмах для получения энергии, необходимой для выполнения различных жизненно важных процессов.

Цикл Кребса

Это также называется циклом ТСА или лимонным циклом и представляет собой цепь реакций, наблюдаемых в митохондриях.

Видно, что он дает окисление в результате ацетил-КоА и высвобождает углекислый газ и атомы водорода, которые позже будут использованы для производства воды. Это вторая фаза в стадиях синтеза АТФ.

Это называется лимонным циклом, поскольку первым метаболитом, который производится в этом методе, является лимонная кислота. Его также называют ТСА и он означает трикарбоновую кислоту, поскольку нет уверенности в том, что первым произведенным продуктом является изолимонная кислота или лимонная кислота. Но теперь очевидно, что первым из них была лимонная кислота, но название не было деактивировано. Происходит в аэробном состоянии.

Кредит изображения-Цикл Кребса–

Молекулы обладают высокой энергией, как ФАД и НАД, и могут быть возвращены только в своей восстановленной форме после того, как они доберутся до конвертировать электрон к молекулам кислорода. Это конечный путь что характерно для окисления всех белков, углеводов, жирные кислоты, и биомолекулы. Молекулы из остальной части цикла и пути входят в этот метод через Ацетил КоА. Видимый здесь фермент находится либо в митохондриях, либо вне их. Цикл Кребса следует за реакцией связи и дает водород и электроны, необходимые для электрон-транспортной цепи.

Это опосредовано 8 ферментами и, таким образом, представляет собой химическую серию

Это жизненно важно, поскольку дает высокая энергия и электроны или молекулы в цепь переноса электронов для образования воды и АТФ. Пируват, образующийся в конце гликолиза, первым окисляется и поступает в Цикл Кребса

У эукариот он находится в митохондриях, а у прокариот — в цитоплазме. Это происходит внутри митохондрий.

Этот тип дыхания представляет собой постоянно повторяющийся цикл, который производит АТФ и выделяет СО2. АТФ представляет собой молекулу, которая переносит энергию в химической форме для использования в других клеточных процессах. Это простыми словами-

выделяются две молекулы углекислого газа.
Образуется одна молекула ГТФ.
Три молекулы НАД+ соединяются с водородом
Одна молекула ФАД соединяется с водородом

Роль АТФ в энергетическом балансе

АТФ является основной молекулой энергии в живых системах. Он участвует в различных химических процессах, от химического биосинтеза до движения ресничек, сокращения мышц, активного транспорта молекул через клеточную мембрану или распространения электрического импульса через нервные волокна.

Производство и потребление энергии происходит через сеть ферментативных реакций (метаболизм). Центральным химическим соединением в метаболизме является аденозинтрифосфат (АТФ), который образуется в результате метаболических реакций (катаболизм) путем фосфорилирования аденозиндифосфата (АДФ) с образованием энергии около 30 кДж / моль (термодинамика). Большая часть АТФ производится в результате процессов в митохондриях (окислительного фосфорилирования). При использовании этой энергии в биологических процессах АТФ обычно гидролизуется до фосфата и АДФ (аденозинДИфосфата).

Вся биосинтетическая деятельность, как и многие другие клеточные действия, требует энергии. В основном для клеточных активностей источником энергии является именно АТФ. Молекула АТФ состоит из аденина, рибозы и трех фосфатных групп (ФГ). Последние с сильным отрицательным зарядом связаны двумя ковалентными высокоэнергетическими связями, которые при гидролизе выделяют относительно много энергии

Это демонстрирует важное свойство АТФ

Поэтому без преувеличения можно сказать, что наиболее важным энергетическим соединением в клетке является трифосфат аденозина (АТФ), который по своему химическому составу является нуклеотидом.

Молекула АТФ состоит из:

— азотно-аденинового основания пурина;
— пентозы, рибозы и моносахариды;
— трех фосфатных групп, обозначенных как альфа, бета и гамма (начиная с рибозы).

Фотосинтез

Фотосинтез происходит в хлорофиллах, специализированных структурах, которые содержатся в хлоропластах растительных клеток. Для фотосинтеза необходимы следующие компоненты:

Компонент	Описание
Свет	Фотосинтез начинается с поглощения световой энергии, предоставляемой Солнцем. Растения поглощают свет с помощью хлорофилла, который находится в хлоропластах.
Вода	Растения поглощают воду своими корнями из почвы и используют ее в процессе фотосинтеза. Вода разлагается на водород и кислород, причем кислород выделяется в атмосферу.
Углекислый газ	Растения через устьица на своих листьях поглощают углекислый газ из воздуха. Углекислый газ используется для синтеза глюкозы в процессе фотосинтеза.

В результате протекания фотосинтеза, растения производят глюкозу, которая может быть использована для синтеза аденозинтрифосфата (АТФ), основного энергетического молекулы в клетках всех живых организмов.

Фотосинтез является важным процессом для жизни на Земле, так как он обеспечивает растения и другие организмы, которые питаются растениями, органическими молекулами и кислородом. Более того, в процессе фотосинтеза углекислый газ поглощается, что является важным фактором в регулировании уровня парниковых газов и климата на Земле.

Синтез АТФ в организме

АТФ чаще всего производится в митохондрии, в основном в результате расщепления глюкозы и жирных кислот в процессе, называемом окислительным фосфорилированием; разложение 1 молекулы глюкозы в митохондрии высвобождает 36 молекул АТФ. Также АТФ синтезируется в хлоропластах, при фотосинтезе в процессе фотосинтетического фосфорилирования.

Использование АТФ в клетке

АТФ не может храниться в качестве резерва, поэтому он расходуется после его синтеза путем дефосфорилирования с помощью фермента АТФазы. Две конечные фосфорные группы связаны богатыми энергией ковалентными связями. Когда эти связи разрушаются, высвобождается относительно большое количество энергии. Если от АТФ освободить один конец ФГ, то образуется аденозин дифосфат (АДФ), освободить другой — получится аденозинмонофосфат (АМФ).

Фосфорная группа, высвобождаемая из АТФ или АДФ, богата энергией и, связываясь с соединением, обогащает ее энергией (процесс, называемый фосфорилированием). Таким образом, энергия от АТФ используется в процессах анаболизма.

АТФ создается в качестве основного энергетического продукта процесса разложения пищевых ингредиентов в процессе окисления. Часть энергии, выделяемой в этих процессах, сохраняется в форме АТФ, а остальная часть используется в форме тепла. Полученный таким образом АТФ используется для взаимодействия со всеми типами клеток. Только около 1/3 АТФ расходуется на реакции анаболизма. Остальная энергия расходуется на движение, сокращение мышц, транспортировку вещества через клеточную мембрану и т. д.

Фосфорилирование, регенерация АТФ.

Восстановление (синтез) АТФ реализуется путем связывания ФГ сначала с АМФ, что приводит к АДФ, а затем из АТФ под контролем фермента АТФ-синтазы. Это возможно благодаря тепловым реакциям, в которых энергоемкие (анаболические) реакции связаны с энерговыделительными (катаболическими) реакциями. Энергия, выделяемая при катаболизме, используется для повторного синтеза АТФ из АДФ. Следовательно, система АТФ / АДФ служит универсальным способом обмена энергией, который балансирует между выделяемыми и потребляющими энергию реакциями.

Функциональные характеристики АТФ.

Химическая связь, представляющая собой сумму сил, которые удерживают вместе атомы в молекуле, является стабильной конфигурацией, и для разрыва старой связи и образования новой требуется энергия. Ферменты значительно снижают потребность в активации большого количества энергии, но для того, чтобы химические реакции происходили в живых организмах, необходимо, чтобы энергия связи в продуктах реакции всегда была меньше энергии связи реагентов.

Энергия, выделяемая при удалении фосфатных групп, не только возникает из высокоэнергетических связей, но также является результатом перераспределения орбит в молекулах АТФ или АДФ. Каждая фосфатная группа несет отрицательный заряд и поэтому имеет тенденцию отталкиваться от другой такой группы. Когда фосфатная группа удаляется, происходит изменение конфигурации электронов, в результате чего получается структура с меньшей энергией.

В живых системах АТФ также гидролизуется до АДФ. Гидролиз АТФ является, например, быстрым способом выработки тепла у животных, которые просыпаются от зимней спячки. Однако обычно конечный продукт не просто удаляется, а переносится через фермент (киназу) в другую молекулу (фосфорилирование). Эта реакция также передает часть энергии от высокоэнергетической связи фосфорилированному соединению, которое, таким образом, обогащается энергией при реакции.

Энергия, выделяемая в реакциях клеточного метаболизма, таких как расщепление глюкозы, используется для повторного синтеза АТФ из молекул АДФ. Основными механизмами синтеза АТФ в клетке являются окислительное фосфорилирование в процессе клеточного дыхания (на внутренней стороне митохондриальной мембраны) и фосфорилирование в процессе фотосинтеза.

Структура АТФ-синтазы

Синтез АТФ состоит из двух частей. Часть, встроенная в мембрану митохондрий (у эукариот), тилакоидную мембрану хлоропласт (только у растений) или плазматическая мембрана (у прокариот) называется ФО. Это двигатель, который питается от ионов H +, протекающих через мембрану. Часть в митохондриях, строма хлоропласта, или внутри бактериального или археального клетка называется F1-ATPase. Это еще один двигатель, который используется для генерации АТФ. Считается, что эти две части были двумя отдельными структурами с двумя различными функциями, которые в конечном итоге превратились в АТФ-синтазу. Область FO похожа на ДНК-геликазы (ферменты, которые распаковывают ДНК, чтобы ее можно было использовать в качестве матрицы для размножения), в то время как область F1-АТФазы похожа на моторы H +, которые позволяют жгутикам, подобным плечевым придаткам, у некоторых бактерий, двигаться. F1-АТФаза имеет центральный стебель и ротор, который при включении преобразует АДФ и Пи в АТФ.

Это рендеринг структуры АТФ-синтазы. FO показан синим и фиолетовым, а F1-АТФаза показана красным.

§ 8. Строение и функции РНК. АТФ

Строение и функции АТФ. Исключительно важную биологическую роль играет аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) — универсальный аккумулятор и переносчик энергии в клетках живых организмов. Практически все процессы жизнедеятельности, требующие энергетической подпитки, протекают с использованием энергии, заключенной в молекулах АТФ. К таким процессам относятся: биосинтез различных органических соединений (в том числе белков, жиров и нуклеиновых кислот), активный транспорт веществ через биологические мембраны, деление клеток, движение ресничек и жгутиков, сокращение мышц и многие другие.

В состав молекулы АТФ входит аденин, рибоза и три остатка фосфорной кислоты (рис. 8.2). Таким образом, от обычного аденилового нуклеотида АТФ отличается наличием двух дополнительных фосфатных групп. Ковалентные связи между остатками фосфорной кислоты примечательны тем, что при их разрыве выделяется большое количество энергии — около 40 кДж/моль (для сравнения: при разрыве обычных ковалентных связей высвобождается примерно 12 кДж/моль). Такие высокоэнергетические связи называются макроэргическими.

Поскольку остатки фосфорной кислоты в водной среде диссоциируют, приобретая отрицательный заряд, между ними наблюдается взаимное отталкивание. Поэтому АТФ легко подвергается гидролизу с разрывом макроэргических связей.

На первом этапе гидролиза от АТФ отщепляется остаток фосфорной кислоты. При этом выделяется 40 кДж/моль энергии и АТФ превращается в АДФ — аденозиндифосфорную кислоту:

АТФ + Н₂О → АДФ + Н₃РО₄ + 40 кДж.

Второй этап гидролитического расщепления наблюдается сравнительно редко. При этом происходит отщепление еще одной фосфатной группы, высвобождение второй «порции» энергии и превращение АДФ в АМФ — аденозинмонофосфорную кислоту:

АДФ + Н₂О → АМФ + Н₃РО₄ + 40 кДж.

Энергия, выделившаяся при гидролизе АТФ, используется для осуществления разнообразных клеточных процессов. Таким образом, АТФ интенсивно расщепляется, и ее запас в клетках невелик. Поэтому наряду с гидролизом АТФ необходим ее непрерывный синтез. Для того чтобы присоединить остаток фосфорной кислоты к АДФ, нужно затратить не менее 40 кДж энергии:

АДФ + Н₃РО₄ + 40 кДж → АТФ + Н₂О.

Поставщиком энергии для синтеза АТФ в клетках служат процессы расщепления и окисления органических веществ (глюкозы, жирных кислот и др.). Фотосинтезирующие организмы для образования молекул АТФ также используют поглощенную ими световую энергию.

АТФ является одним из самых часто обновляемых веществ. Так, человеческий организм содержит около 0,2 моль АТФ (примерно 100 г), но при этом каждая молекула в течение суток проходит более 500 циклов гидролиза и синтеза. Поэтому неудивительно, что общее количество АТФ, образующееся за сутки в организме человека, сопоставимо с массой его тела.

Таким образом, в живых организмах АТФ выполняет функцию аккумулятора и переносчика энергии. При гидролизе она высвобождает запасенную энергию (образно говоря, аккумулятор «разряжается»), а при синтезе вновь накапливает (происходит «зарядка» аккумулятора).

*Кроме энергетической, АТФ выполняет и другие функции. Например, она является нейромедиатором в некоторых синапсах, служит аллостерическим регулятором многих ферментов (т. е. увеличивает или снижает их активность, присоединяясь к регуляторным центрам) и т. д.*

Значение синтеза АТФ для клеток

Синтез АТФ (аденозинтрифосфата) является одним из наиболее важных биохимических процессов, происходящих в клетках организмов. АТФ выполняет роль универсальной энергетической валюты клетки, необходимой для выполнения всех клеточных процессов.

1. Передача энергии

АТФ предоставляет энергию для синтеза, транспорта и расщепления молекул внутри клетки. Она служит первичным источником энергии для химических реакций, таких как синтез белков, ДНК и РНК, а также активный транспорт веществ через клеточные мембраны. Благодаря синтезу АТФ клетки могут выполнять свои функции и поддерживать жизнедеятельность организма в целом.

2. Хранение энергии

АТФ является молекулой, способной хранить энергию, поскольку у нее есть высокоэнергетическая связь между вторым и третьим фосфатами. Когда клетка нуждается в энергии для выполнения определенных функций, АТФ может быть быстро расщеплена, освобождая энергию, которая затем используется в клеточных процессах. Таким образом, АТФ является буферным запасом энергии в клетке.

3. Регуляция клеточных процессов

АТФ является активатором или ингибитором многих ферментативных реакций в клетке. Расщепление АТФ может изменять активность ферментов, что позволяет клетке контролировать различные метаболические пути. Кроме того, концентрация АТФ может служить сигналом для регуляции клеточных процессов, таких как деление клеток и миграция.

4. Отходы обмена веществ

Синтез АТФ является следствием главного обмена веществ в клетке — клеточного дыхания. В результате этого процесса образуются отходы обмена веществ — углекислый газ и вода. Углекислый газ выделяется из клетки, а вода остается в ней и используется, например, для поддержания гидратации тканей.

Вывод:

Синтез АТФ имеет фундаментальное значение для клеток, поскольку обеспечивает потребности клетки в энергии для выполнения ее функций, в том числе синтеза макромолекул, транспорта веществ и регуляции клеточных процессов. Без синтеза АТФ клетки не смогли бы выжить и выполнять свои биологические функции.

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.