Structura ATP și rolul biologic. Funcțiile ATP

În orice celulă a corpului nostru au loc milioane de reacții biochimice. Acestea sunt catalizate de o varietate de enzime care necesită adesea energie. Unde o ia celula? La această întrebare se poate răspunde dacă se ia în considerare structura moleculei ATP, una dintre principalele surse de energie.

ATP - o sursă universală de energie

ATP este decodificat ca adenozin trifosfat sau acid adenozin trifosforic. Substanța este una dintre cele două surse importante de energie din orice celulă. Structura ATP și rolul biologic sunt strâns legate. Cele mai multe reacții biochimice pot avea loc numai cu participarea moleculelor de materie, în special schimbul de plastic. Cu toate acestea, ATP rar participă direct la reacție: pentru fluxul oricărui proces, energia conținută în legături chimice adenozin trifosfat.

Structura moleculelor substanței este de așa natură încât legăturile rezultate între grupurile fosfatice poartă o mare cantitate de energie. Prin urmare, astfel de relații sunt de asemenea numite macroergice sau macro-energetice (macro = număr mare, mare). Termenul de obligațiuni macroergice a fost introdus pentru prima oară de către omul de știință F. Lipman și el a sugerat, de asemenea, utilizarea simbolului значок pentru desemnarea lor.

Este foarte important ca celulele să mențină un nivel constant de adenozin trifosfat. Acest lucru este valabil mai ales pentru celulele țesutului muscular și a fibrelor nervoase, deoarece acestea sunt cele mai volatile și, pentru a-și îndeplini funcțiile, au nevoie de un conținut ridicat de adenozin trifosfat.

Structura moleculei ATP

Adenozin trifosfatul constă din trei elemente: riboză, adenină și reziduuri acid fosforic.

riboza - carbohidrații, care aparțin grupului de pentoze. Aceasta înseamnă că în compoziția de riboză există 5 atomi de carbon care sunt închise într-un ciclu. Riboza se leagă de adenină beta-N-glicozidică la atomul de carbon 1-a. De asemenea, reziduurile de acid fosforic la cel de-al 5-lea atom de carbon sunt atașate la pentoză.

Adenina este o bază cu azot. În funcție de ce fel de azot bazic atașat la riboză, ca GTP izolat (guanozin trifosfat), TTP (timidina), CTP (citidin trifosfat) si UTP (uridin trifosfat). Toate aceste substanțe au structură similară cu adenozin trifosfatul și efectuează aproximativ aceleași funcții, dar ele sunt mult mai puțin frecvente în celulă.

Reziduuri de acid fosforic. Riboza poate fi legată cât mai mult posibil de trei reziduuri de acid fosforic. Dacă există două sau numai una, atunci substanța se numește ADP (difosfat) sau AMP (monofosfat), respectiv. Exact între resturile de fosfor se fac legături macro-energetice, după ruptura căruia se eliberează energia de la 40 la 60 kJ. În cazul în care două obligațiuni sunt rupte, 80 sunt alocate, și mai puțin frecvent - 120 kJ de energie. La comunicarea pauză între fragmentul riboză și fosfor este eliberat numai 13,8 kJ, deci numai două trifosfat molecula conexiune macroergice (P ̴ ̴ F P), iar în molecula de ADP - unul (P ̴ P).

Iată caracteristicile structurii ATP. Datorită faptului că între resturile de acid fosforic format structura legăturii makroenergeticheskaya și funcțiile ATP legate.

Structura ATP și rolul biologic al moleculei. Funcții suplimentare ale adenozin trifosfatului

În plus față de energie, ATP poate efectua multe alte funcții în celulă. Împreună cu alte trifosfați nucleotidici, trifosfatul este implicat în construcția de acizi nucleici. În acest caz, ATP, GTP, TTF, CTF și UTP sunt furnizori de baze azotate. Această proprietate este folosită în procese Replicare ADN și transcriere.

De asemenea, ATP este necesar pentru funcționarea canalelor ionice. De exemplu, canalul Na-K pompează 3 molecule de sodiu din celulă și pompează 2 molecule de potasiu în celulă. Acest curent ionic este necesar pentru a menține o sarcină pozitivă pe suprafața exterioară a membranei și numai prin intermediul adenozin trifosfatului poate funcționa canalul. Același lucru este valabil și pentru canalele de protoni și calciu.

ATP-ul este un precursor de mesageri secundari cAMP (adenozin monofosfat ciclic) - cAMP nu numai transmite un semnal obținut receptori de membrană celulară, dar, de asemenea, este un efector alosteric. Toate efectoarele alosterice sunt substanțe care accelerează sau încetinesc reacțiile enzimatice. Astfel, adenozin trifosfatul ciclic inhibă sinteza unei enzime care catalizează scindarea lactozei în celulele bacteriene.

Și singura moleculă de adenozin trifosfat poate fi un efector alosteric. Și în procese similare, antagonistul ATP este ADP: dacă trifosfatul accelerează reacția, atunci inhibă difosfatul și invers. Acestea sunt funcțiile și structura ATP.

Cum se formează ATP în celulă?

Funcțiile și structura ATP sunt astfel încât moleculele substanței sunt folosite rapid și distruse. Prin urmare, sinteza trifosfatului este un proces important de generare a energiei în celulă.

Există trei moduri cele mai importante de sinteză a adenozin trifosfatului:

1. Fosforilarea substratului.

2. Fosforilarea oxidativă.

3. Fotofosforilarea.

Fosforilarea substratului se bazează pe multiple reacții care apar în citoplasma celulei. Aceste reacții se numesc etapă de glicoliză - anaerobă aerobă respirație. Ca rezultat al unui ciclu de glicoliză de la o moleculă de glucoză, s-au sintetizat două molecule acid piruvic, care sunt folosite în continuare pentru a genera energie și, de asemenea, sintetizează două ATP-uri.

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

Fosforilarea oxidativă. Respiră celule

Fosforilarea oxidativă este formarea adenozin trifosfatului prin transferul de electroni prin lanțul de transport al electronilor membranei. Ca rezultat al acestui transfer, un gradient de protoni este format pe o parte a membranei și o moleculă este construită folosind complexul complex de proteină ATP sintază. Procesul se desfășoară pe membrana mitocondrială.

Secvența etapelor de glicoliză și fosforilare oxidativă în mitocondrii constituie un proces general numit respirație. După un ciclu complet de 1 molecula de glucoză, în celulă se formează 36 de molecule ATP.

photophosphorylation

Procesul de fosforilare - aceasta este aceeași fosforilarea oxidativă cu o singură diferență: reacțiile de fosforilare apar în celulele cloroplaste sub influența luminii. ATP se formează în timpul etapei ușoare de fotosinteză - principalul proces de producere a energiei în plante verzi, alge și unele bacterii.

În procesul de fotosinteză, electronii trec prin același lanț de transport al electronilor, ca urmare a formării unui gradient de protoni. Concentrația de protoni pe o parte a membranei este o sursă de sinteză a ATP. Moleculele sunt asamblate cu ajutorul unei enzime de sintază a ATP.

Fapte interesante despre ATP

- Celula medie conține 0,04% adenozin trifosfat din întreaga masă. Cu toate acestea, cea mai mare valoare se observă în celulele musculare: 0,2-0,5%.

- Există aproximativ 1 miliard de molecule ATP în celulă.

- Fiecare moleculă nu trăiește mai mult de 1 minut.

- O moleculă de adenozin trifosfat este reînnoită pe zi 2000-3000 de ori.

- Într-un total de 24 de ore corpul uman sintetizează 40 kg de adenozin trifosfat și la fiecare dată stocul de ATP este de 250 g.

concluzie

Structura ATP și rolul biologic al moleculelor sale sunt strâns legate. Substanța joacă un rol-cheie în procesele de viață, deoarece legăturile macroergice dintre reziduurile de fosfat conțin o cantitate imensă de energie. Adenozin trifosfatul îndeplinește multe funcții în celulă și, prin urmare, este important să se mențină o concentrație constantă a substanței. Dezintegrarea și sinteza se desfășoară cu o rată ridicată, deoarece energia de legare este folosită în mod constant în reacțiile biochimice. Este o substanță indispensabilă a oricărei celule a corpului. Aici, poate, și tot ce se poate spune despre structura ATF.