21.4: Стратегії метаболізму - АТФ і передача енергії
- Page ID
- 21692
- Описати важливість АТФ як джерела енергії в живих організмах.
Аденозинтрифосфат (АТФ), нуклеотид, що складається з аденіну, рибози та трьох фосфатних груп, є, мабуть, найважливішим з так званих енергетично багатих сполук у клітині. Його концентрація в клітці коливається від 0,5 до 2,5 мг/мл клітинної рідини.
Багаті енергією сполуки - це речовини, що мають особливі структурні особливості, які призводять до виділення енергії після гідролізу. В результаті ці сполуки здатні постачати енергією для біохімічних процесів, що вимагають енергії. Структурною особливістю, важливою в АТФ, є ангідрид фосфорної кислоти, або пірофосфат, зв'язок:
Пірофосфатний зв'язок, що символізується замалкою (~), гідролізується, коли АТФ перетворюється в аденозиндифосфат (АДФ). У цій реакції гідролізу продукти містять менше енергії, ніж реагенти; відбувається виділення енергії (> 7 ккал/моль). Однією з причин кількості виділеної енергії є те, що гідроліз знімає електронно-електронні відбиття, які відчувають негативно заряджені фосфатні групи, коли вони пов'язані між собою (рис. 20.1.1).
Енергія виділяється тому, що продукти (АДФ і фосфат-іон) мають менше енергії, ніж реагенти [АТФ і вода (H 2 O)].
Загальне рівняння гідролізу АТФ виглядає наступним чином:
\[ATP + H_2O → ADP + P_i + 7.4\; kcal/mol \nonumber \]
Якщо гідроліз АТФ виділяє енергію, її синтез (з АДФ) вимагає енергії. У клітині АТФ виробляється тими процесами, які постачають енергію організму (поглинання променистої енергії сонця у зелених рослин і розщеплення їжі у тварин), і гідролізується тими процесами, які вимагають енергії (синтез вуглеводів, ліпідів, білків; передача нервових імпульсів; м'язових скорочень). Фактично АТФ є основним середовищем енергообміну в біологічних системах. Багато вчених називають його енергетичною валютою клітин.
\(P_i\)є символом неорганічних фосфатних аніонів\(H_2PO_4^−\) і\(HPO_4^{2−}\).
АТФ - не єдина високоенергетична сполука, необхідна для обміну речовин. Кілька інших наведені в табл\(\PageIndex{1}\). Однак зауважте, що енергія, що виділяється при гідролізі АТФ, знаходиться приблизно посередині між енергією високоенергетичних та низькоенергетичних фосфатних сполук. Це означає, що гідроліз АТФ може забезпечити енергією для фосфорилювання сполук нижче його в таблиці. Наприклад, гідроліз АТФ забезпечує достатню енергію для фосфорилювання глюкози з утворенням глюкози 1-фосфату. Таким же чином, гідроліз сполук, таких як креатинфосфат, які з'являються вище АТФ в таблиці може забезпечити енергію, необхідну для ресинтезу АТФ з АДФ.
Тип | Приклад | Вивільнена енергія (ккал/моль) |
---|---|---|
ацилфосфат |
1,3-бісфосфогліцерин (BPG) | −11.8 |
ацетилфосфат | −11.3 | |
фосфати гуанідину |
креатину фосфат | −10.3 |
аргініну фосфат | −9.1 | |
пірофосфати |
ПП i * → 2П i | −7,8 |
АТП → АМП + ПП i | −7.7 | |
АТП → АДП + П i | −7,5 | |
АДП → АМП + П i | −7,5 | |
фосфати цукру |
глюкоза 1-фосфат | −5.0 |
фруктоза 6-фосфат | −3.8 | |
АМФ → аденозин + P i | −3.4 | |
глюкоза 6-фосфат | −3.3 | |
гліцерин 3-фосфат | −2.2 | |
* PP це пірофосфатний іон. |
Резюме
Гідроліз АТФ виділяє енергію, яка може бути використана для клітинних процесів, що вимагають енергії.