Меню

Какую функцию в клетке выполняют молекулы АТФ Значение АТФ

Молекула атф выполняет функцию аккумулятора энергии благодаря

Основным источником энергии для клетки являются питательные вещества: углеводы, жиры и белки, которые окисляются с помощью кислорода. Практически все углеводы, прежде чем достичь клеток организма, благодаря работе желудочно-кишечного тракта и печени превращаются в глюкозу. Наряду с углеводами расщепляются также белки — до аминокислот и липиды — до жирных кислот.В клетке питательные вещества окисляются под действием кислорода и при участии ферментов, контролирующих реакции высвобождения энергии и ее утилизацию.

Почти все окислительные реакции происходят в митохондриях, а высвобождаемая энергия запасается в виде макроэргического соединения — АТФ. В дальнейшем для обеспечения внутриклеточных метаболических процессов энергией используется именно АТФ, а не питательные вещества.

Молекула АТФ содержит: (1) азотистое основание аденин; (2) пентозный углевод рибозу, (3) 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 калорий 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 аденозиндифосфат. Выделившаяся энергия используется практически для всех клеточных процессов, например в реакциях биосинтеза и при мышечном сокращении.

Синтез АТФСхема образования аденозинтрифосфата в клетке, показывающая ключевую роль митохондрий в этом процессе.
GI — глюкоза; FA — жирные кислоты; АА — аминокислота.

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 матриксе 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.

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 кислородом, 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 молекулы 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.

АТФ АТФИспользование аденозинтрифосфата митохондрий для реализации трех важных функций клетки:
мембранного транспорта, синтеза белка и мышечного сокращения.

Источник

Живой аккумулятор энергии — АТФ

АТФ — универсальный накопитель биологической энергии. Ее роль для всего живого была сформулирована академиком АМН СССР В. А. Энгельгардтом в 1940 г. следующим образом: «Любой клеточный накопитель энергии образует АТФ, любой расход энергии в клетке оплачивается АТФ». Это правило справедливо и для мышечных клеток и клеток мозга, где энергия накапливается дополнительно.

В китайской традиции существует понятие четырех биграмм или четырех фундаментальных энергий: трансцендентная энергия, энергия начала, о ней никогда не говорится в книгах, поскольку, она вездесуща и без нее ничего бы не существовало; .

Молекула АТФ содержит три остатка фосфорной кислоты. Связи между ними (в присутствии фермента АТФазы) легко разрываемы. При отщеплении от одной молекулы АТФ одной молекулы фосфорной кислоты выделяется 40 кДж энергии, поэтому связи называют макроэргическими (несущими большое количество энергии).

Преобразование химически связанной в АТФ энергии в механическую (необходимую для осуществления мышечного сокращения), электрическую, световую, звуковую энергию осмоса и другие ее виды, обеспечивающие синтез пластических веществ в клетке, рост, развитие, возможность передачи наследственных признаков, осуществляется в головке элементарных частиц дыхательных ансамблей благодаря присутствию в них, т. е. в тех же частицах, где происходит ее синтез. Выделяющаяся при распаде АТФ энергия непосредственно переходит в биологическую, необходимую для синтеза белков, нуклеотидов и других органических соединений, без которого рост и развитие организма невозможны. Запасы энергии в АТФ используются для осуществления движений, генерации электричества, света, для выполнения любой функции клетки и ее органелл.

Читайте также:  Альтернативный источник электроэнергии

Запасы АТФ в клетке ограничены. В мышечных волокнах они могут обеспечить энергией всего лишь 30-40 сокращений, а в клетках других тканей их еще меньше. Для пополнения запасов АТФ должен постоянно происходить ее синтез — из (АДФ) и неорганического фосфата, который осуществляется с участием фермента АТФсинтетазы. Поэтому большое значение для управления процессом синтеза АТФ имеет соотношение между концентрациями АТФ и АДФ (активностью АТФсинтетазы). При недостатке АДФ благодаря наличию АТФазы в активном центре будет ускоряться гидролиз АТФ, который, как отмечалось, связан с процессом окислительного, зависит от состояния переносчиков водорода и кислорода.

Чем больше НАД и меньше восстановленной его формы, чем больше окисленного цитохрома с и АДФ, тем скорость синтеза АТФ выше. Наряду с другими ферментами и коферментами в качестве основных регуляторов работы дыхательных ансамблей выступают на первом этапе переноса водорода от субстрата НАД — НАД на втором — переносчик электронов на кислород, цитохромы, и на заключительном этапе — соотношение между АТФ и АДФ.

Источник

Какую функцию в клетке выполняют молекулы АТФ? Значение АТФ

Жизнь и энергия. Оба понятия взаимосвязаны, все проявления жизнедеятельности организмов на планете Земля энергозависимы. Повороты стеблей и цветов растений вслед за движением Солнца, биение человеческого сердца, взмахи крыльев птиц — это требует затрат энергии. Внутри микроскопической клетки тоже все наполнено движением: по часовой стрелке передвигается ее жидкое содержимое, тысячи молекул поступают в клеточные органоиды, осуществляя реакции обмена веществ.

Для жизненных проявлений необходима энергия, она имеет форму особого вещества — аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). В нашей работе мы ответим на следующие вопросы: каково строение энергетического вещества? Какую функцию выполняет молекула АТФ в клетке? Описание роли аденозинтрифосфорной кислоты вы также найдете в нашей статье.

Реакции обмена веществ в растениях

Из каких источников в организм поступает энергия?

Из внешней среды в биологические системы энергия может поступать по-разному. Например, благодаря окислению питательных веществ, входящих в состав пищи. В результате химических процессов, относящихся к диссимиляции, выделяется определенная порция энергии. Так, окисление 1 г жира дает 38,9 кДж энергии. Таким способом получают энергию животные, грибы, человек, а молекулы АТФ в клетке выполняют функцию энергетической валюты. Без пищи, служащей источником их активности, такие организмы просто погибли бы. Растения самостоятельно могут образовывать для себя пищу из углекислоты и воды, применяя световое излучение в качестве источника энергии. Синтезированная в их клетках глюкоза используется в качестве пищевого продукта для самого растения. Окисление ее 1 г дает 17,2 кДж энергии, что и объясняет, какую роль выполняют молекулы АТФ — они являются аккумуляторами клеточной энергии.

Состав АТФ

Куда расходуется аденозинтрифосфорная кислота

Новорожденные детеныши млекопитающих быстро начинают расти и развиваться при условии достаточно калорийного питания. Материнское молоко обеспечивает их организм всеми полезными веществами. Они перерабатываются в процессе диссимиляции, а выделившаяся энергия запасается в виде молекул АТФ. Рост организма – это синтез соединений, присущих только ему и обеспечивающих деление клеток. Оно и лежит в основе ростовых процессов.

Молекулы АТФ выполняют в клетке функцию энергообеспечения, потому что условием проведения подобных реакций является наличие энергии, которая и будет затрачиваться на реакции ассимиляции. Оба типа реакций: синтез пластических соединений, обеспечивающий ростовые процессы и расщепление питательных веществ, дающих для них энергию, взаимосвязаны. Эта связь называется энергетическим спряжением. Она и определяет, какую функцию в клетке выполняет молекула АТФ.

Каким должно быть универсальное энергетическое вещество?

Посредник, который клетка будет использовать как источник энергии, должен иметь определенную специфику своего состава и пространственной конфигурации молекулы. Такое вещество не должно иметь большую массу и размеры и быть достаточно мобильным. Устойчивость и стабильность его молекулы – еще одно требование, выполнение которого обеспечит способность соединения к накоплению и сохранению. Все названные критерии выполняются частицами аденозинтрифосфорной кислоты, поэтому в клетке молекулы АТФ выполняют функцию энергосбережения.

Структура АТФ

Особенности химического строения

Азотсодержащее основание – аденин, соединенный с пентозой (рибозой и тремя остатками ортофосфатной кислоты) – таков состав молекулы аденозинтрифосфорной кислоты. В водной среде, содержащей определенный фермент, она может отщеплять один или два кислотных остатка, превращаясь в аденозиндифосфорную и аденозинмонофосфорную кислоту. Эти реакции происходят в момент использования клеткой энергии, необходимой, например, для ее деления, роста, анаболических процессов.

Молекулы АТФ выполняют в клетке функцию обеспечения энергией двигательных процессов и транспорта соединений через мембрану. Движение частиц веществ, органоидов, трепетание жгутиков или ресничек и некоторые другие явления клеточной жизнедеятельности невозможны без особых моторных пептидов. К ним относится, например, миозин. Это мышечный белок, имеющий сложное строение. Он расщепляет аденозинтрифосфорную кислоту, осуществляя координацию мышечных сокращений. Приведенный факт показывает, какую функцию в клетке выполняет молекула АТФ.

Перенос соединений через клеточные мембраны

Клетки являются не только сложно организованными, но еще и открытыми биологическими системами. Это значит, что между ними и внешней средой происходит непрерывный обмен ионами или молекулами различных соединений. Важнейшим условием жизнедеятельности клетки является разность концентрации веществ между нею и межклеточной жидкостью. Молекулы АТФ выполняют в клетке функцию субстрата для различных транспортных пептидов, например таких как натрий-калиевый насос.

Читайте также:  Как найти дату выпуска аккумулятора бош

Структура АТФ-синтетазы

Активный транспорт

Это перенос частиц сквозь мембраны клеток при условии, что этот процесс происходит против градиента концентрации. Располагаясь в мембране животной клетки, протеин выводит из клетки три иона натрия и транспортирует в нее два катиона калия. На эту работу натрий-калиевый насос расходует одну молекулу энергетического вещества. В этом случае соединения перемещаются из участка с низкой концентрацией в область его высокой концентрации.

Какую функцию в клетке выполняет молекула атф

Таким образом, активный транспорт веществ, идущий с участием АТФ, способствует взаимосвязи клеток с внешней средой. Поэтому определение в молекулярной биологии, какую роль выполняют молекулы АТФ, звучит следующим образом: аденозинтрифосфорная кислота служит важнейшим энергетическим посредником, используемым живыми организмами для обеспечения всех проявлений своей жизнедеятельности.

Источник

Коротко и простым языком про молекулы АТФ

Что оно такое – молекулы АТФ?!

В наших клетках происходят различные энергетические процессы: запасание и использование энергии, ее трансформация и высвобождение. Кажется невероятным, что какая-то абстрактная энергия вдруг может преобразовываться и создавать другие молекулы, выполняя при этом полезную работу для организма.

Для справки: АТФ (аденозинтрифосфат) – молекула, которая выполняет роль источника энергии для всех процессов в организме, в том числе, и для движения. Открыта эта молекула была в 1929 году. Главным источником для производства молекулы АТФ служит глюкоза.

По сути, молекула АТФ – это своеобразная молекулярная батарея, которая сохраняет энергию в те моменты, когда она не используется, и потом высвобождает энергию при необходимости организма.

Структура и формула энергетических молекул

При расщеплении молекулы АТФ происходит сокращение мышечного волокна, из-за чего выделяется энергия, позволяющая мышцам сокращаться.

Для того чтобы дать организму энергию АТФ проходит несколько этапов. В процессе каждого этапа вырабатывается большее количество энергии, но всегда то, которое затребовано самим организмом.

Главный источник для выработки АТФ — это глюкоза, которая расщепляется в клетках. Молекулы АТФ насыщают энергией длинные волокна мышечных тканей, которые содержат протеин — миозин. Именно так формируются мышечные клетки.

Когда наш организм отдыхает – цепочка процессов преображения молекулы АТФ идёт в обратную сторону. И в этих целях также задействована глюкоза. Созданные молекулы АТФ будут вновь использоваться, как только это станет необходимо организму.

Когда созданная молекулами энергия не нужна, она сохраняется в организме и высвобождается тогда, когда это потребуется.

Молекулы АТФ синтезируют три основные биохимические системы:

– Система гликогена и молочной кислоты

Что это дает нашему организму?!

Фосфагенная система – будет использоваться когда мышцы работают недолго, но очень интенсивно (порядка 10 секунд). Благодаря этой системе происходит постоянная циркуляция небольшого количества молекул АТФ в мышечных клетках. Такой энергии хватит на короткий забег или интенсивную силовую нагрузку в бодибилдинге.

Гликоген и молочная кислота — снабжают энергией организм медленнее, чем предыдущая система. Используется энергия АТФ, которой может хватить на полторы минуты интенсивной работы. В анаэробном режиме мышцы сокращаются крайне мощно и быстро. Именно благодаря этой системе можно пробежать 400 метров спринтерского бега или рассчитывать на более длительную интенсивную тренировку в зале. Но долгое время так работать не позволит ощущение боли в мышцах, которая появляется из-за переизбытка молочной кислоты.

Аэробное дыхание — эта система включается, если тренировка продолжается более двух минут. Тогда мышцы начинают получать энергию молекул АТФ из углеводов, жиров и протеинов. В этом случае АТФ синтезируется медленно, зато энергии хватает надолго — физическая активность может продолжаться несколько часов. Это происходит благодаря тому, что глюкоза распадается без препятствий, у неё нет никаких сторонних противодействий — как препятствует молочная кислота в предыдущем анаэробном процессе.

Роль АТФ в организме

После описания синтеза трех биохимических систем становится понятно, что основная роль АТФ в организме — это обеспечение энергией всех многочисленных биохимических процессов и реакций организма.

То есть большинство энергозатратных процессов у живых существ происходит благодаря АТФ.

Но кроме этого молекула АТФ играет важную роль в синтезе нуклеиновых кислот, регулирует различные биохимические процессы, передает гормональные сигналы клеткам организма и другое.

Вместо выводов

Итак, АТФ – это молекула, которая даёт энергию всем процессам, происходящим в организме, в том числе, она даёт энергию для движения.

Важная роль АТФ в организме и жизни человека доказана не только учёными, но и многими спортсменами, бодибилдерами, фитнес-тренерами. Понимание важности этого вопроса помогает сделать тренировки более эффективными и правильно рассчитать свои физнагрузки.

Для всех, кто занимается силовыми тренировками в зале, фитнесом, бегом и другими видами спорта, нужно понимать и помнить – какие блоки упражнений необходимо выполнять в то или иное время тренировки. Благодаря этому можно откорректировать форму фигуры, проработать мышечную структуру, снизить лишний вес и добиться других улучшающих результатов для своего организма.

Источник



Молекула АТФ в биологии: состав, функции и роль в организме

Функции и роль АТФ в организме

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.

Читайте также:  Как проверить напряжение аккумулятора мультиметром

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.

Химические реакции в молекуле АТФ

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.

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:

Какую функцию выполняет молекула АТФ

  • 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:

Как образуется АТФ в оргкнизме

  • 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.

Источник