Struktura ATP i biološke uloge. Funkcije ATP

U bilo kojoj stanici našeg tijela održavaju se milijuni biokemijskih reakcija. Oni su katalizirani različitim enzimima koji često zahtijevaju energiju. Gdje stanica to preuzima? Na ovo pitanje možemo odgovoriti ako se uzme u obzir struktura ATP molekule, jednog od glavnih izvora energije.

ATP - univerzalni izvor energije

ATP je dekodiran kao adenozin trifosfat, ili adenozin trifosforna kiselina. Tvar je jedan od dva najvažnija izvora energije u svakoj ćeliji. Struktura ATP-a i biološke uloge usko su povezane. Većina biokemijskih reakcija može se odvijati samo uz sudjelovanje molekula tvari, posebno plastična razmjena. Međutim, ATP rijetko sudjeluje izravno u reakciji: za protok bilo kojeg procesa, energija sadržana u kemijske veze adenozin trifosfat.

Struktura molekula tvari je takva da dobivene veze između fosfatnih skupina nose ogromnu količinu energije. Stoga se takvi odnosi nazivaju makroergijski ili makroenergetski (makro = veliki, veliki broj). Pojam makroergonskih veza najprije je uveo znanstvenik F. Lipman, a također je predložio uporabu simbola zlata za njihovu oznaku.

Vrlo je važno da stanica održava konstantnu razinu adenozin trifosfata. To je osobito istinito za stanice mišićnog tkiva i živčane vlakna jer su one najnepovoljnije i da bi obavile svoje funkcije trebaju visoki sadržaj adenozin trifosfata.

Struktura ATP molekule

Adenozin trifosfat se sastoji od tri elementa: ribose, adenina i ostataka fosforna kiselina.

riboza - ugljikohidrat, koji pripada skupini pentoza. To znači da u riboskom sastavu ima 5 ugljikovih atoma koji su zatvoreni u ciklusu. Riboza se veže na adenin beta-N-glikozidna veza na ugljiku na prvom položaju. Također, ostatci fosforne kiseline na petom ugljikovom atomu su pričvršćeni na pentozu.

Adenin je dušična baza. Ovisno o tome kakav bazičnog dušika vezana na riboze kao izolirani GTP (gvanozin trifosfata), TTP (timidin), CTP (citidin trifosfat) i UTP (uridin trifosfat). Sve ove tvari su slične strukture na adenozin trifosfata i obavljati otprilike istu funkciju, ali oni se nalaze u ćeliji je mnogo rjeđi.

Ostaci fosforne kiseline. Ribose se mogu udružiti što je više moguće s tri ostatka fosforne kiseline. Ako dva od njih ili samo jedan, odnosno tvar koja se zove ADP (difosfat) i AMP (monofosfat). Zaključeno je između fosfora ostataka makroenergeticheskie priključak, koji se oslobađa nakon pucanja od 40 do 60 kJ energije. Ako se razbiju dvije veze, dodjeljuju se 80, a rjeđe - 120 kJ energije. Kod prekida komunikacije između riboze i fosfora oslobađa samo 13,8 kJ, tako da samo dva trifosfat molekula macroergic spajanje (P ̴ ̴ F P), a u molekuli ADP - (P ̴ P).

Ovdje su značajke strukture ATP. Budući da se između ostataka fosforne kiseline stvara makroenergetska veza, struktura i funkcije ATP su međusobno povezane.

Struktura ATP-a i biološka uloga molekule. Dodatne funkcije adenozin trifosfata

Uz energiju, ATP može izvesti i mnoge druge funkcije u ćeliji. Uz ostale nukleotidne trifosfate, trifosfat je uključen u izgradnju nukleinskih kiselina. U ovom slučaju, ATP, GTP, TTF, CTF i UTP su dobavljači dušičnih baza. Ova se nekretnina koristi u procesima DNA replikacija i transkripcija.

Također, ATP je neophodan za rad ionskih kanala. Na primjer, Na-K kanal ispušta 3 natrijeve molekule iz stanice i pumpa 2 kalijeve molekule u stanicu. Ova struja iona je potrebna za održavanje pozitivnog naboja na vanjskoj površini membrane, a samo preko adenozin trifosfata može funkcionirati kanalom. Isto vrijedi i za protonske i kalcijeve kanale.

ATP je prekursor sekundarni glasnici cAMP (ciklički adenozin monofosfat) - cAMP ne samo daje signal dobiven membranskim staničnim receptorima, ali također je alosterički efektor. Alosterični efektori su tvari koje ubrzavaju ili usporavaju enzimatske reakcije. Tako, ciklički adenozin inhibira enzim koji katalizira cijepanje laktoze u stanice bakterija.

Sama molekula adenozin trifosfata također može biti alosterični efektor. I u sličnim procesima ATP antagonist je ADP: ako trifosfat ubrzava reakciju, onda inhibira difosfat, i obratno. Takve su funkcije i struktura ATP-a.

Kako se formira ATP u ćeliji?

Funkcije i struktura ATP-a su takve da se molekule tvari brzo koriste i uništavaju. Stoga je sinteza trifosfata važan proces stvaranja energije u stanici.

Postoje tri najvažnija načina sinteze adenozin trifosfata:

1. fosforilacija supstrata.

2. Oksidativna fosforilacija.

3. Fotofosforilacija.

Fosforilacija supstrata temelji se na višestrukim reakcijama koje se javljaju u citoplazmi stanice. Ove reakcije se nazivaju glikoliza - anaerobna faza aerobno disanje. Kao rezultat jednog ciklusa glikolize iz jedne molekule glukoze, sintetizirane su dvije molekule piruvinska kiselina, koji se dalje koriste za generiranje energije, te sintetiziraju dva ATP.

• C₆H₁₂oh₆ + 2ADF + 2FN -> 2C₃H₄O₃ + 2ATF + 4H.

Oksidativna fosforilacija. Stanice disanja

Oksidativna fosforilacija je stvaranje adenozin trifosfata elektronskim prijenosom putem lanca elektronskog transporta membrane. Kao rezultat ovog prijenosa, na jednoj strani membrane formira se protonni gradijent, a molekula se konstruira upotrebom kompleksa proteinske ATP sintaze. Postupak se nastavlja na mitohondrijsku membranu.

Redoslijed stupnjeva glikolize i oksidacijske fosforilacije u mitohondrijima predstavlja opći postupak nazvan respirator. Nakon potpunog ciklusa od 1 molekule glukoze, 36 stanica ATP nastaju u stanici.

photophosphorylation

Proces fotofosforilacije je ista oksidacijska fosforilacija s jedinom razlikom: reakcije fotofosforilacije odvijaju se u kloroplastima stanica pod utjecajem svjetlosti. ATP nastaje tijekom svjetlosnog stadija fotosinteze - glavni proces proizvodnje energije u zelenim biljkama, algama i nekim bakterijama.

U procesu fotosinteze, elektroni prolaze kroz isti lanac transporta elektrona, zbog čega nastaje protonni gradijent. Koncentracija protona na jednoj strani membrane je izvor ATP sinteze. Molekule su sastavljene pomoću enzima ATP sintaze.

Zanimljive činjenice o ATP-u

- Prosječna stanica sadrži 0,04% adenozin trifosfata iz cijele mase. Međutim, najveća vrijednost promatrana je u mišićnim stanicama: 0,2-0,5%.

- U ćeliji ima oko 1 milijardu molekula ATP.

- Svaka molekula živi ne više od 1 minute.

- Jedna molekula adenozin trifosfata obnavlja se dnevno 2000-3000 puta.

- U ukupno 24 sata ljudsko tijelo sintetizira 40 kg adenozin trifosfata, a svaki put ATP dionica je 250 g.

zaključak

Struktura ATP-a i biološka uloga njegovih molekula usko su povezane. Tvar ima ključnu ulogu u životnim procesima, jer makroergijske veze između ostataka fosfata sadrže ogromnu količinu energije. Adenozin trifosfat obavlja mnoge funkcije u stanici i stoga je važno održavati konstantnu koncentraciju tvari. Dezintegracija i sinteza nastavljaju s visokom stopom, budući da se energija vezanja konstantno koristi u biokemijskim reakcijama. To je neophodna tvar bilo koje ćelije tijela. Ovdje, možda, i sve što se može reći o strukturi ATF-a.