Характеристика АТФ

Зміст

• Огляд нуклеотидів
• Нуклеотиди: Номенклатура
• Характеристики АТФ
• Метаболічні джерела АТФ в клітинах
• Цикл АТФ
• Клінічне використання АТФ

Аденозинтрифосфат (АТФ) - це, мабуть, найважливіша молекула в дослідженні біохімії, оскільки все життя негайно припиниться, якби ця порівняно просто речовина випала з життя. АТФ вважається "енергетичною валютою" клітин, тому що незалежно від того, що потрапляє в організм як джерело палива (наприклад, їжа у тварин, молекули вуглекислого газу в рослинах), в кінцевому рахунку використовується для отримання АТФ, який потім доступний для живлення всі потреби клітини, а отже, і організму в цілому.

АТФ - нуклеотид, що надає йому багатогранність в хімічних реакціях. Молекули (з яких синтезувати АТФ) широко доступні в клітинах. До 1990-х років АТФ та його похідні використовувались у клінічних умовах для лікування різних станів, а інші програми продовжують досліджуватися.

Враховуючи вирішальну і універсальну роль цієї молекули, дізнатися про виробництво АТФ та його біологічне значення, безумовно, варто витратити енергію, яку ви витратите в процесі.

Огляд нуклеотидів

Наскільки це нуклеотиди мати будь-яку репутацію серед ентузіастів науки, які не підготовлені біохіміки, вони, мабуть, найбільш відомі як " мономериабо невеликі повторювані одиниці, з яких нуклеїнові кислоти - виготовлені довгі полімери ДНК та РНК.

Нуклеотиди складаються з трьох різних хімічних груп: п’ятивуглецевого або рибозового цукру, який у ДНК є дезоксирибозою, а в РНК - рибозою; азотисту або багату азотом базу; і одна-три фосфатні групи.

Перша (або лише) фосфатна група приєднана до одного з вуглеців на цукровій частині, тоді як будь-які додаткові фосфатні групи виходять назовні від існуючих, утворюючи міні-ланцюг. Нуклеотид без фосфатів - тобто дезоксирибоза або рибоза, з'єднаний з азотистою основою - називається a нуклеозид.

Азотисті основи бувають п'яти типів, і вони визначають як назву, так і поведінку окремих нуклеотидів. Ці основи - аденін, цитозин, гуанін, тимін та урацил. Тимін з'являється лише в ДНК, тоді як в РНК урацил з'являється там, де тимін з'явиться в ДНК.

Нуклеотиди: Номенклатура

Усі нуклеотиди мають трибуквенні абревіатури. Перший означає присутність основи, тоді як два останні вказують кількість фосфатів у молекулі. Таким чином, АТФ містить аденін в якості основи і має три фосфатні групи.

Замість того, щоб назву основи включати в рідній формі, однак суфікс "-ine" замінюється на "-озин" у разі нуклеотидів, що несуть аденін; подібні невеликі відхилення мають місце для інших нуклеозидів та нуклотидів.

Тому AMP є монофосфат аденозину і АДП є аденозиндифосфат. Обидві молекули самі по собі важливі для клітинного метаболізму, а також є попередниками або продуктами розпаду АТФ.

Характеристики АТФ

АТФ вперше був ідентифікований у 1929 р. Він міститься в кожній клітині кожного організму і є живими істотами хімічними засобами накопичення енергії. Він породжується головним чином клітинним диханням та фотосинтезом, останній з яких зустрічається лише у рослин та певних прокаріотичних організмів (одноклітинні форми життя в доменах Архея та Бактерії).

АТФ зазвичай обговорюється в результаті реакцій, які включають або анаболізм (метаболічні процеси, які синтезують більші і складні молекули з менших), або катаболізм (метаболічні процеси, які роблять навпаки і розщеплюють більші і складні молекули на менші).

Однак АТФ також подає руку до клітини іншими способами, не пов'язаними безпосередньо з її внесеною енергією в реакції; наприклад, АТФ корисний як молекула месенджера в різних типах стільникова сигналізація і може дарувати фосфатні групи молекулам поза сферою анаболізму та катаболізму.

Метаболічні джерела АТФ в клітинах

Гліколіз: Як зазначалося, прокаріоти - це одноклітинні організми, і їх клітини набагато менш складні, ніж клітини іншої верхньої гілки організаційного дерева життя, еукаріоти (тварини, рослини, протеїсти та гриби). Як такі, їх енергетичні потреби досить скромні порівняно з потребами прокаріотів. Практично всі вони отримують свій АТФ повністю з гліколізу, розпаду в клітинній цитоплазмі шестивуглецевого цукру глюкоза на дві молекули тривуглецевої молекули піруват і два АТФ.

Важливо, що гліколіз включає "інвестиційну" фазу, яка вимагає введення двох АТФ на одну молекулу глюкози, та фазу "окупності", в якій утворюються чотири АТФ (два на молекулу пірувату).

Так само, як АТФ - це енергія валюта з усіх клітин - тобто молекули, в якій енергія може зберігатися короткочасно для подальшого використання - глюкоза є кінцевим джерелом енергії для всіх клітин. Однак у прокаріотів завершення гліколізу є кінцем лінії вироблення енергії.

Клітинне дихання: В еукаріотичних клітинах група АТФ починається лише після закінчення гліколізу, оскільки ці клітини мають мітохондрії, органели у формі футболу, які використовують кисень, щоб генерувати набагато більше АТФ, ніж тільки гліколіз.

Клітинне дихання, яке також називають аеробним («з киснем») дихання, починається з дихання Цикл Кребса. Ця серія реакцій, що відбуваються всередині мітохондрій, поєднує двовуглецеву молекулу ацетил КоА, прямий нащадок пірувату, с оксалоацетат Створювати цитрат, який поступово скорочується від шестивуглецевої структури назад до оксалоацетату, створюючи невелику кількість АТФ, але багато носії електронів.

Ці носії (NADH та FADH)₂) беруть участь у наступному кроці клітинного дихання, що є ланцюгом транспорту електронів або ECT. ECT відбувається на внутрішній мембрані мітохондрій, і завдяки систематичному стрибкоподібному акту електронів утворюється від 32 до 34 АТФ на молекулу глюкози "вище за течією".

Фотосинтез: Цей процес, який розгортається у складі зеленого пігменту хлоропласти рослинних клітин, для роботи потрібне світло. Він використовує CO₂ витягується із зовнішнього середовища для створення глюкози (рослини, зрештою, не можуть "їсти"). У рослинних клітинах також є мітохондрії, тому після того, як рослини, власне, роблять їжу у фотосинтезі, слідує клітинне дихання.

Цикл АТФ

У будь-який момент, в організмі людини міститься близько 0,1 молей АТФ. А моль становить приблизно 6,02 × 10²³ окремі частинки; молярна маса речовини - це кількість ваг молі цієї речовини в грамах, а значення для АТФ - трохи більше 500 г / моль (трохи більше фунта). Більша частина цього відбувається безпосередньо з фосфорилювання ADP.

Клітини типових людей щодня набирають близько 100 до 150 молей АТФ, або приблизно від 50 до 75 кілограмів - понад 100 до 150 фунтів! Це означає, що кількість обороту АТФ за добу у даної людини становить приблизно 100 / 0,1-150 / 0,1 моль, або від 1000 до 1500 моль.

Клінічне використання АТФ

Оскільки АТФ буквально скрізь є в природі і бере участь у широкому спектрі фізіологічних процесів - включаючи передачу нервів, скорочення м’язів, серцеву функцію, згортання крові, розширення судин та обмін вуглеводів - було вивчено його використання як «ліки».

Наприклад, аденозин, нуклеозид, відповідний АТФ, використовується як серцевий препарат для поліпшення кровотоку в судинах серця в надзвичайних ситуаціях, і до кінця 20 століття його досліджували як можливе знеболююче (тобто боротьбу з болем агент).