В каких клетках содержится больше всего атф

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.

Все биологические процессы в тканях и клетках живых существ — обменные, выделительные, двигательные, делительные и другие происходят за счет энергии, которая синтезируется в организме. Но откуда берется эта энергия и как ее еще можно использовать?

Что такое АТФ
Фанаты кинотрилогии «Матрица», созданной американскими режиссерами, сценаристами и продюсерами Вачовски, наверняка помнят сцену в первом фильме, когда герой Морфеус показывает Нео батарейку и объясняет, что все, что нужно матрице и ее программам от людей — это их аккумулированная внутри биоэлектрическая энергия. Данное заявление далее почти никак не объясняется и не обыгрывается, но авторы детально и скрупулезно проработали всю идеологию своей фантастической истории, и этот важный, можно сказать, ключевой вопрос, тоже не лишен своей логики. Энергия клеток человека поистине уникальна — можно подумать, что она берется из ниоткуда и на ее основе осуществляются тысячи сложных биохимических процессов, причем одновременно. И хотя вся эта биоэлектрическая мощь нужна самому телу, чтобы функционировать, теоретически такая энергия действительно могла бы питать большое количество технических приборов, если бы ее можно было перевести в обычный ток в бытовом его понимании.

Еще в 1929 году группа ученых из Гарвардской медицинской школы открыла химическое вещество аденозинтрифосфорную кислоту — АТФ — универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в любых живых системах. Чуть позже, также американские биохимики установили, что именно АТФ является основным переносчиком энергии в живой клетке. То есть все, что клетка делает — дышит, делится, развивается, — она осуществляет за счет этого вещества. Аденозинтрифосфат — это молекула, которая состоит из пятиуглеродного сахара — рибозы, соединения атома углерода с азотом и трифосфатом, который обычным людям более известен как солевой пищевой стабилизатор. Что же представляет собой этот живой биохимический сгусток энергии? Фактически это — в молекулярном размере сахар, протеин, молочная кислота, соли и кислород — все то, без чего любое существо, в том числе и человек, не способно жить.

Как работает АТФ
Человек употребляет продукты питания и в его организм поступают различные вещества, но главное — жирные кислоты и глюкоза. Они проходят многочисленные циклы расщепления, которые тесно связаны с дыханием. Во многом благодаря им из молекулы кислорода выделяются ионы водорода, которые по своей сути являются протонами. Представим себе, что живой организм специально создает пока еще «пустые батарейки» — клетки синтазы специально для последующего наполнения их энергией. Положительные заряды, взаимодействуя внутри клетки синтазы с другими микровеществами, создают электрический потенциал в ее мембране. Исследование, как все это точно происходит, еще в прошлом веке осуществил английский биохимик, член Лондонского королевского общества Питер Митчелл. За открытие хемоосмотического механизма синтеза АТФ путем транспорта протонов в 1978 году он получил Нобелевскую премию по химии. Этот принцип приблизительно выглядит так: протоны быстро движутся по специальным каналам клеточной мембраны синтазы, внутри которой расположен некий биологический вид молекулярноскопического ротора. Несущиеся протоны, словно река, раскручивают маховики этого ротора со скоростью 300 оборотов в секунду. Это сопоставимо с работой двигателя болида «Формулы-1» на максимальных оборотах. Только так действует одна клетка синтазы АТФ, а сколько их в организме человека? В 1997 году английский химик Джон Уокер и его американский коллега, Член Национальной академии наук США Пол Бойер достоверно описали механику работы синтазы АТФ, за что и получили Нобелевскую премию на двоих. Эта круглая молекула во время синтеза аденозинтрифосфорной кислоты за счет потока ионов водорода, вырывающихся наружу, вращается и «захватывает» необходимые ей в межклеточном пространстве разные микробиологические «детали». Поэтому синтаза и действует эффективно и мгновенно — за каждый свой оборот, то есть за одну секунду, она «выпускает» три готовых молекулы АТФ. А сколько секунд в сутках? Если умножить, получается, что ежедневно в человеческом теле вырабатывается примерно 50 кг АТФ. Только зачем нам так много?

Можно ли использовать АТФ в других целях

Ученые выяснили, что обычных запасов АТФ, которые может в себе скапливать человеческий организм, хватает только на первые 2—3 секунды практически любой двигательной активности. Однако мышцы могут работать только при наличии этого аденозинтрифосфата. Поэтому в теле человека специальные биологические системы, состоящие из цепочек-колоний синтазы АТФ, постоянно генерируют новые ее молекулы и даже могут работать медленнее или быстрее в зависимости от продолжительности физической нагрузки. Поэтому, чисто теоретически, метаболизм данной энергии, так необходимой мышцам, можно использовать для увеличения силы и мощности в спорте. Если ученые выяснили, как биохимически синтезируется энергия в организме человека на клеточном уровне, то создать ее в чистом виде должны наверняка. И действительно, цикл получения аденозинтрифосфорной кислоты в лабораторных условиях на данный момент описан во многих научных трудах по биохимии и физиологии человека. Однако такая прямая активация мышечной работы за счет дополнительного введения в организм раствора АТФ наталкивается на ряд различных препятствий. Во-первых, существует запрет Международного антидопингового агентства на применение инъекционной формы АТФ. А во-вторых, многие исследователи опытным путем уже установили, что фармакологически дозировка ампульного раствора АТФ настолько мала, что не оказывает действительно значительного влияния на метаболические процессы в организме человека. Пока медики некоторых стран пытаются использовать фармакокинетические возможности АТФ в лечении тяжелых кардиологических и онкологических заболеваний на клеточном уровне, но с переменным успехом. Ученые еще не догадались, как из аденозинтрифосфорной кислоты сделать биологически активную «батарейку», способную «заряжать» человеческие тела или другие устройства. Но идея «Матрицы» все равно витает в воздухе, и возможно, что очень скоро биоэлектрическая энергия на основе АТФ будет использоваться в каких-нибудь невероятных проектах по оживлению или питанию роботизированных существ.

Видео дня. У рыжего из «Иванушек» появилась молодая невеста