Аденозинтрифосфат (АТФ): визначення, структура та функції

АТФ (аденозинтрифосфат) - це органічна молекула, що знаходиться в живих клітинах. Організми повинні мати можливість рухатися, розмножуватися та знаходити харчування.

Ця діяльність вимагає енергії і базується на хімічні реакції всередині клітин, з яких складається організм. Енергія цих клітинних реакцій походить від Молекула АТФ.

Це найкраще джерело палива для більшості живих істот, і його часто називають "молекулярною одиницею валюти".

Молекула АТФ складається з трьох частин:

1.  аденозин Модуль - це азотиста основа, що складається з чотирьох атомів азоту та групи NH2 на карбоні сполуки вуглецю.
2.  рибоза група - це п'ятивуглецевий цукор у центрі молекули.
3.  фосфат групи вибудовані і зв’язані атомами кисню на віддаленій стороні молекули, подалі від аденозинової групи.

Енергія зберігається в ланках між фосфатними групами. Ферменти може відокремити одну або дві фосфатні групи, звільняючи накопичену енергію та підживлюючи діяльність, таку як скорочення м’язів. Коли АТФ втрачає одну фосфатну групу, він стає

Процес дихання на клітинному рівні має три фази.

У перші дві фази молекули глюкози розщеплюються і виробляється СО2. У цей момент синтезується невелика кількість молекул АТФ. Більша частина АТФ утворюється під час третьої фази дихання через білковий комплекс, який називається АТФ-синтаза.

Остаточна реакція в цій фазі поєднує половину молекули кисню з воднем, утворюючи воду. Детальні реакції кожної фази такі:

Молекула шестивуглецевої глюкози отримує дві фосфатні групи з двох молекул АТФ, перетворюючи їх на АДФ. Шестивуглецевий фосфат глюкози розщеплюється на дві молекули цукру з трьома вуглецями, кожна з яких має приєднану фосфатну групу.

Під дією коферменту НАД + молекули цукрового фосфату перетворюються на тривуглецеві молекули пірувату. Молекула NAD + стає NADH, а молекули АТФ синтезуються з АДФ.

Цикл Кребса також називається цикл лимонної кислоти, і він завершує розпад молекули глюкози, генеруючи більше молекул АТФ. Для кожної піруватної групи одна молекула NAD + окислюється до NADH і коферменту А доставляє ацетильну групу до циклу Кребса, вивільняючи при цьому молекулу вуглекислого газу.

Для кожного обертання циклу через лимонну кислоту та її похідні цикл виробляє чотири молекули NADH для кожного введеного пірувату. Одночасно молекула FAD приймає два водню та два електрони, щоб стати FADH2, і виділяються ще дві молекули вуглекислого газу.

Нарешті, одна молекула АТФ утворюється за один поворот циклу.

Оскільки кожна молекула глюкози продукує дві вхідні групи пірувату, для метаболізму однієї молекули глюкози потрібні два оберти циклу Кребса. Ці два повороти виробляють вісім молекул NADH, дві молекули FADH2 і шість молекул вуглекислого газу.

Кінцевою фазою клітинного дихання є електронно-транспортний ланцюг або І т. Д. Ця фаза використовує кисень і ферменти, що виробляються циклом Кребса, для синтезу великої кількості молекул АТФ у процесі, який називається окисне фосфорилювання. Спочатку NADH і FADH2 віддають електрони ланцюгу, а серія реакцій накопичує потенційну енергію для створення молекул АТФ.

По-перше, молекули NADH стають NAD +, віддаючи електрони в перший білковий комплекс ланцюга. Молекули FADH2 віддають електрони та водні другому білковому комплексу ланцюга і стають FAD. Молекули NAD + і FAD повертаються до циклу Кребса як вхідні дані.

У міру того, як електрони рухаються по ланцюгу в серії відновлення та окислення, або окисно-відновний реакцій, виділена енергія використовується для перекачування білків через мембрану, або клітинну мембрану прокаріоти або в мітохондріях для еукаріоти.

Коли протони дифундують назад через мембрану через білковий комплекс, званий АТФ-синтазою, енергія протона використовується для приєднання додаткової фосфатної групи до АДФ, створюючи молекули АТФ.

АТФ виробляється на кожному етапі клітинне дихання, але перші дві стадії орієнтовані на синтез речовин для використання третьої стадії, де відбувається основна частина виробництва АТФ.

Спочатку гліколіз використовує дві молекули АТФ для розщеплення молекули глюкози, але потім створює чотири молекули АТФ для чистий прибуток у два рази. Вироблений цикл Кребса ще дві молекули АТФ для кожної використаної молекули глюкози. Нарешті, ETC використовує донори електронів попередніх стадій для отримання 34 молекули АТФ.

Отже, хімічні реакції клітинного дихання в цілому виробляють 38 молекул АТФ для кожної молекули глюкози, яка надходить у гліколіз.

У деяких організмах дві молекули АТФ використовуються для перенесення НАДН з реакції гліколізу в клітині в мітохондрії. Загальна продукція АТФ для цих клітин становить 36 молекул АТФ.

Загалом клітини потребують АТФ для отримання енергії, але існує кілька способів використання потенційної енергії з фосфатних зв’язків молекули АТФ. Найважливішими особливостями АТФ є:

• Його можна створити в одній комірці, а використовувати в іншій.
• Це може допомогти розпастися і побудувати складні молекули.
• Його можна додавати в органічні молекули, щоб змінити їх форму. Усі ці особливості впливають на те, як клітина може використовувати різні речовини.

Третім зв’язком фосфатної групи є найбільш енергійний, але залежно від процесу фермент може розірвати один або два фосфатних зв’язку. Це означає, що фосфатні групи тимчасово приєднуються до молекул ферменту і виробляється або АДФ, або АМФ. Пізніше молекули АДФ та АМФ змінюються на АТФ під час клітинного дихання.

молекули ферментів переносять фосфатні групи в інші органічні молекули.

АТФ міститься в живих тканинах і може перетинати клітинні мембрани для доставки енергії туди, де це потрібно організмам. Три приклади використання АТФ: синтез органічних молекул, що містять фосфатні групи, реакції сприяють АТФ і активний транспорт молекул через мембрани. У кожному випадку АТФ вивільняє одну або дві свої фосфатні групи, щоб забезпечити процес.

Наприклад, ДНК і РНК молекули складаються з нуклеотиди які можуть містити фосфатні групи. Ферменти можуть відокремлювати фосфатні групи від АТФ і додавати їх до нуклеотидів за потреби.

Для процесів, що включають білки, амінокислоти або хімічні речовини, що використовуються для скорочення м’язів, АТФ може приєднувати фосфатну групу до органічної молекули. Фосфатна група може видалити частини або допомогти внести молекули в молекули, а потім вивільнити їх після зміни. В м’язові клітини, такий вид дії здійснюється для кожного скорочення м’язової клітини.

В активному транспорті АТФ може перетинати клітинні мембрани і приносити з собою інші речовини. Він також може приєднувати фосфатні групи до молекул змінити їх форму і дозволити їм пройти крізь клітинні мембрани. Без АТФ ці процеси зупинялися б, і клітини більше не змогли б функціонувати.