Природа макроэргичности АТФ

Роль АТФ - хранилище биологической энергии. В 1 молекуле АТФ имеется 2 макроэргические связи. При их расщеплении высвобождается 32 кДж энергии.

 

АТФ присутствует в клетках в диссоциированной форме: АТФ^4-АТФ4- ------> АДФ^3- + Фн^2- + Н⁺

10^-3 10^-3 10^-3 10^-7

Т. о. всякая работа в клетке сопровождается образованием H+, которые захватываются буферами.

1 причина макроэргичности: т. к. концентрация АТФ, АДФ и Фн одинакова (по 10^-3 моль), а концентрация Н+ = 10^-7 моль,

согласно закону соотношения действующих масс равновесие сдвинуто вправо.

2 причина: в структуре АТФ имеется 3 фосфата и 2 ангидридные связи, за счет этого на хвосте молекулы АТФ создается конфармационная напряженность, возникает сила электростатического отталкивания и АТФ отдает молекулу фосфата. И при этом она переходит в более выгодное состояние АДФ + Фн, которое более устойчиво, это 3-я причина макроэргичности.

В клетках АТФ присутствует в виде магниевой соли. Существует точка зрения, что уровень Mg2+ отражает уровень АТФ.

В 1940-41 гг немецким биохимиком Фрицем Липманом была создана концепция АТФ-азного цикла: в процессе фото- или хемосинтеза энергия депонируется в форме АТФ. Синтез АТФ в организме происходит из АМФ:

Фн

АМФ + Фн ------> АДФ -------> АТФ

HOH

фото -> АТФ ----------> осмотическая работа

синтез | ----> транспорт

хемо ---АДФ + Фн<-----> электрическая работа

----> химическая работа

----> тепловая работа

----> механическая и световая работа.

Энергетической валютой» клетки является АТФ

Такое «центральное» расположение молекулы АТФ позволяет ей выполнять роль донора высокоэнергетического фосфата для соединений, расположенных ниже в таблице, превращаясь при этом в АДФ, а АДФ - роль акцептора высокоэнергетического фосфата у соединений, расположенных выше. Цикл АТФ/АДФ связывает, тем самым, процессы генерирующие «~Р» с процессами, использующими «~Р». Сумму всех адениловых нуклеотидов в клетке (АТФ,АДФ и АМФ) называют адениловой системой. Процессы гидролиза и синтеза АТФ происходят с высокой скоростью, поскольку общий фонд АТФ очень маленький и для поддержания процессов жизнедеятельности в клетке его хватает только на несколько секунд.

В клетках организмов животных есть три основных источника ~P для синтеза АТФ.

· окислительное фосфорилирование – механизм образования АТФ, использующий для этого энергию градиента электрохимического потенциала, возникающего на внутренней мембране митохондрий.

· Субстратное фосфорилирование – механизм синтеза АТФ, использующий энергию макроэргических соединений, образующихся в процессе метаболизма (1,3- дифосфоглицериновая кислота, сукцинил-КоА и т.д.).

· Синтез АТФ с использованием макроэргов, выполняющих своеобразную роль молекул – депо макроэргических связей (креатинфосфат).

Тому, каким образом живые системы преобразуют энергию поступающих из внешней среды химических соединений, в энергию макроэргических соединений и посвящена значительная часть курса биохимии.