Строение и биологическая роль АТФ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ. Обязательным условием жизни является обмен веществ между живым организмом и окружающей средой. Из внешней среды в организм поступают источники энергии, строительный материал для различных синтезов, витамины, минеральные вещества, вода и кислород. Из организма вовне удаляются конечные продукты химических процессов, протекающих в организме: углекислый газ, вода и аммиак (в форме мочевины). Обменные процессы, протекающие в организме, можно условно разделить на два этапа: пищеварение и метаболизм. Пищеварение. В процессе пищеварения пищевые вещества, как правило, высокомолекулярные и для организма чужеродные, под действием пищеварительных ферментов расщепляются и превращаются, в конечном итоге, в простые соединения - универсальные для всех живых организмов. Так, например, любые пищевые белки распадаются на аминокислоты 20 видов, точно такие же как и аминокислоты самого организма. Из углеводов пищи образуется универсальный моносахарид - глюкоза. Поэтому конечные продукты пищеварения могут вводиться во внутреннюю среду организма и использоваться клетками для разнообразных целей. Метаболизм. Метаболизм - это совокупность химических реакций, протекающих во внутренней среде организма, т.е. в его клетках. В настоящее время известны десятки тысяч химических реакций, составляющих метаболизм. В свою очередь, метаболизм делится на катаболизм и анаболизм. Под катаболизмом понимаются химические реакции, за счет которых крупные молекулы подвергаются расщеплению и превращаются в молекулы меньшего размера. Конечными продуктами катаболизма являются такие простейшие вещества как CO2, H2O и NH3 . Для катаболизма характерны следующие закономерности: · В процессе катаболизма преобладают реакции окисления. · Катаболизм протекает с потреблением кислорода. · В процессе катаболизма освобождается энергия, примерно половина которой аккумулируется в форме химической энергии аденозинтрифосфата (АТФ). Другая часть энергии выделяется в виде тепла. Анаболизм включает разнообразные реакции синтеза. Анаболизм характеризуется следующими особенностями: · Для анаболизма типичны реакции восстановления. · В процессе анаболизма происходит потребление водорода. Обычно используются атомы водорода, отщепляемые от глюкозы и переносимые коферментом НАДФ (в форме НАДФhН2) (см. гл. 5); · Анаболизм протекает с потреблением энергии, источником которой является АТФ. Основное назначение метаболизма: · Одновременное протекание реакций катаболизма и анаболизма приводит к обновлению химического состава организма, что является обязательным условием его жизнедеятельности. · В случае преобладания анаболизма над катаболизмом происходит накопление химических веществ в организме и, в первую очередь, белков. Накопление белков в организме - обязательное условие его роста и развития. · Обеспечение энергией (в форме молекул АТФ) всех потребностей организма. Строение и биологическая роль АТФ. Аденозинтрифосфат (АТФ) является нуклеотидом. В состав молекулы АТФ входят азотистое основание - аденин, углевод - рибоза и три остатка фосфорной кислоты (аденин, связанный с рибозой, называется аденозином). Особенностью молекулы АТФ является то, что второй и третий остатки фосфорной кислоты присоединяются связью, богатой энергией. Такая связь называется высокоэнергетической или макроэргической и обозначается знаком ~. Соединения, имеющие макроэргические связи, обозначаются термином «макроэрги». Структурная формула АТФ имеет следующий вид: NH2  N N O O O N N СH2O – P - O ~ P - O ~ P - OH Аденин OOH OH OH H H H H OH OH Рибоза В упрощенном виде строение АТФ можно отразить схемой: При использовании АТФ в качестве источника энергии обычно происходит отщепление путем гидролиза последнего остатка фосфорной кислоты: АТФ + Н2О ®АДФ + Н3РО4 + Q(энергия) В физиологических условиях, т.е. при тех условиях, которые имеются в живой клетке (температура, рН, осмотическое давление, концентрация реагирующих веществ и пр.), расщепление моля АТФ (506 г) сопровождается выделением 12 ккал или 50 кДж[1] энергии Главными потребителями энергии АТФ в организме являются: · Реакции синтеза · Мышечная деятельность · Транспорт молекул и ионов через мембраны (например, всасывание веществ из кишечника, образование мочи в почках, формирование и передача нервного импульса и др.). Таким образом, биологическая роль АТФ заключается в том, что это вещество является универсальным аккумулятором энергии, своего рода энергетической «валютой» клетки. Основным поставщиком АТФ является тканевое дыхание - завершающий этап катаболизма, протекающий в митохондриях всех клеток, кроме красных клеток крови (эритроцитов). [1] ккал = 4,18 кДж |