Что такое атф молекула: АТФ и другие органические соединения клетки — урок. Биология, 9 класс.

Схема строения АТФ, основные ее функции и свойства в организме

Как устроена АТФ и каковы ее функции

Определение и строение АТФ

Что такое АТФ?

Определение 1

АТФ — это аденозинтрифосфорная кислота, которая является универсальным источником энергии клеток.

АТФ — поставщик энергии для всех биохимических процессов, происходящих внутри живых систем. В частности, это неотъемлемая часть образования ферментов. Открытие вещества произошло в 1929 году в Гарвардской медицинской школе.

Химическая структура АТФ представляет собой оригинальное соединение эфира аденозина, а также оригинальных производных рибозы и аденина. Соединение азотистого основания пурина с углеродом рибозы происходит при помощи гликозидной связи. К другому углероду рибозы присоединяется фосфорная кислота (в составе 3-молекул). Они обозначаются буквами ɑ, β и γ.

АТФ также относят к соединениям с высокой степенью энергетической емкости. Вещество содержит связи, высвобождающие максимальное количество энергии. Гидролиз макроэргической связи в молекуле АТФ происходит с параллельным отщеплением 1-2 остатков фосфорной кислоты, которые способствуют выработке до 60 кДж/моль энергетических молекул.

Замечание 1

Энергия, полученная в результате, задействуется в различных процессах, требующих энергетических затрат.

Функции АТФ

В организме АТФ отводится несколько важных функций:

• поставляет энергию в организм, с помощью которой протекают различные химические реакции;
• переносит две богатые энергией химические связи, которые обеспечивают биохимические и физиологические процессы;
• переносит биологические мембраны. Одна из целей такого переноса — формирование определенного энергетического потенциала между несколькими мембранами;
• осуществление мышечного сокращения.

Кроме этого, АТФ может выступать:

• в качестве исходного продукта для создания разнообразных нуклеиновых кислот;
• как пусковой механизм для нескольких ферментов в случае присоединения к их активным центрам;
• в качестве субстрата для запуска циклического процесса вторичного посредника, который отвечает за транспортировку сигналов от гормонов в клетку;
• как медиатор в синапсах и сигнальное вещество в пуринэргической передаче сигнала.

Основные свойства АТФ

Синтез АТФ может происходить путем фосфорилирования АДФ. Есть 3 способа:

1. Окислительное фосфорилирование.
2. Фотофосфорилирование. Оно осуществляется в процессе фотосинтеза в хлоропластах растений.
3. Субстратное фосфорилирование.

Первый вариант — путь метаболизма, суть которого заключается в непрерывном потоке энергии, образующейся при окислении различных питательных веществ.

Второй вариант — процесс синтеза АТФ из АДФ при помощи энергии света.

Замечание 2

Оба способа реализуются в случае окисления веществ.

Большая часть АТФ формируется на мембранах митохондрий в процессе окислительного фосфорилирования. В случае субстратного фосфорилирования АДФ не подразумевает участия мембранных ферментов. Этот процесс протекает в цитоплазме в ходе гликолиза, а также при переносе фосфатной группы с различных макроэргических соединений.

Как источники энергии, реакции фосфорилирования АТФ и АДФ формируют циклический процесс — он представляет собой суть энергетического обмена. АТФ как источник энергии в организме человека запускает циклический процесс — он является сутью энергетического обмена. Можно сделать вывод, что АТФ является конечной точкой циклов энергетического обмена.

Отмечается, что АТФ — наиболее часто обновляемое вещество. Молекула АТФ живет менее 60 секунд. В течение суток одна молекула АТФ проходит 2-3 тысячи ресинтезов.

В день человеческий организм способен синтезировать до 40 кг АТФ. Это значит, что запасы АТФ в организме не откладываются, что вынуждает для нормальной жизнедеятельности постоянно синтезировать новые молекулы АТФ.

Синтез АТФ происходит в процессе дыхания с помощью химической энергии, которая высвобождается при окислении таких органических веществ как глюкоза, а также во время фотосинтеза — с помощью солнечной энергии. Накопление АТФ осуществляется в складках внутренней мембраны митохондрий внутри крист.

Все сбои, происходящие в организме, нужно анализировать с точки зрения наличия определенного количества АТФ в клетках. Если наблюдается дисбаланс энергии, стоит делать клеточный анализ и оценку структур развития организма с точки зрения комплексного подхода.

Функции, строение и процесс накопления тесно связаны с мембранами крист в присутствии кислорода. Образованная в результате бескислородного расщепления глюкозы пировиноградная кислота, окисляется до конечных продуктов СО₂ и НО₂.

Замечание 3

Этот многоступенчатый ферментативный процесс получил название цикла Кребса и цикла трикарбоновых кислот.

Важно отметить:

• при распаде 2-х молекул пировиноградной кислоты происходит образование 36 молекул АТФ;
• 2 молекулы АТФ запасаются в процессе бескислородного расщепления каждой молекулы;
• в результате окислительного фосфорилирования происходит образование энергии АТФ в 18 раз больше, чем в процессе гликолиза.

Особенность процесса накопления АТФ в клетке — понимание ее как энергетического носителя, а не как депо клетки.

Чтобы энергия была сохранена на длительное время, нужно наличие в клетке определенных веществ: жиров и гликогена. Клетки организма имеют чувствительность к изменениям уровня АТФ. При возрастании скорости использования этой молекулы, процесс дыхания становится более интенсивным.

Замечание 4

Роль АТФ как связующего звена между клеточным дыханием и требующими затрат энергии процессами видна на схеме строения АТФ.

​​​​​​​

Так как в АТФ нуждаются все клетки, то она считается универсальным носителем энергии. С помощью АТФ происходит поставка энергии для различных процессов: мышечного сокращения, передачи нервных импульсов, активного транспорта и синтеза белков, других типов клеточной активности. Все, что необходимо от вещества — быть подключенным к соответствующей части аппарата клетки.

АТФ есть во всех живых клетках, он доставляет энергию к каждой части клетки и к любому процессу, который нуждается в энергообеспечении.

«Человеческая электростанция»: как работают молекулярные станки в клетках

https://ria.ru/20171018/1507026150.html

«Человеческая электростанция»: как работают молекулярные станки в клетках

«Человеческая электростанция»: как работают молекулярные станки в клетках — РИА Новости, 18. 10.2017

«Человеческая электростанция»: как работают молекулярные станки в клетках

Каждая наша клетка представляет собой цех, наполненный станками. Станки вмонтированы в мембраны митохондрий — микроскопических энергетических центров. Они… РИА Новости, 18.10.2017

2017-10-18T08:00

2017-10-18T08:00

2017-10-18T08:00

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/sharing/article/1507026150.jpg?15070262131508302841

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2017

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.

html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

МОСКВА, 18 окт — РИА Новости, Анна Урманцева. Каждая наша клетка представляет собой цех, наполненный станками. Станки вмонтированы в мембраны митохондрий — микроскопических энергетических центров. Они служат для производства АТФ (аденозинтрифосфат) — это «человеческий бензин», на котором работает весь наш организм. Сотни триллионов митохондрий ежесекундно «гудят» от «рева» проворачивающихся робототехнических устройств на протонной тяге.

В маленькую дырочку попадает фосфат, который проваливается в контейнер, за счет электрического тока протонов приобретает там новые химические свойства, а потом вываливается в шланг, по которому поступает внутрь митохондрии для присоединения к другим фосфатам для образования молекулы АТФ.

© Depositphotos.com / sciencepicsАденозинтрифосфат

© Depositphotos.com / sciencepics

Неужели эта промышленная картина может быть частью нашего организма? И откуда в наших клетках эти «станки»? И как там оказываются протоны? И неужели устройства, напоминающие круговые двери в супермаркетах, могут в количестве миллионов штук «населять» нас изнутри?

Физики раскрыли один из квантовых секретов фотосинтеза

NaN , NaN:NaN

Все эти вопросы, а также ответы на них родились у микробиологов и биофизиков, которые хотели понять, как разнообразная еда, поглощаемая человеком, превращается в вещество, снабжающее энергией каждую нашу мышцу. Оказывается, цикл превращений так сложен, что изложение его в подробностях может составить текст солидной книги. Но вкратце это можно представить так: после того как пища пережевана и проглочена, она попадает в желудок, где подвергается различным видоизменениям, позволяющим дальнейшее всасывание. Процесс пищеварения продолжается в тонком кишечнике под воздействием различных пищевых ферментов. Там происходит превращение углеводов в глюкозу, расщепление липидов и белков.

Потом глюкоза попадает в клетку. Там она распадается пополам на две составляющие — и в таком виде (это называется пируват) попадает в митохондрию.

© Фото : Public domainСхема строения митохондрии

© Фото : Public domain

 

Митохондрии — это обязательная часть клеток большинства живых организмов — животных, растений, грибов. По одной из версий, митохондрии когда-то были самостоятельными организмами и жили отдельно от нас, поэтому до сих пор сохранили свой геном (митохондриальный). То есть в каждой клеточке любого человека сидит существо со своим геномом! Но в какой-то момент, еще в древности, они слились с нашими клетками, обеспечивая им переработку пищи в энергию. Это плодотворное сотрудничество, выгодное обоим организмам, называется симбиозом и продолжается до сих пор.

Итак, попадая в митохондрию, пируваты — части глюкозы (в цикле Кребса) последовательно окисляются.

 

CC BY-SA 3.0 / Meddoc13 / Цикл трикарбоновых кислотЦикл трикарбоновых кислот

CC BY-SA 3.0 / Meddoc13 / Цикл трикарбоновых кислот

 

Неподалеку в митохондрии плавает никотинамидадениндинуклеотид (NAD), у которого энергия окисления при переходе на эту молекулу вызывает отщепление протона.

Вот! Наконец-то в сложной схеме превращений возник тот самый протон, который необходим для синтеза молекулы АТФ. На нашей главной иллюстрации эти протоны носятся в быстром темпе над мембраной митохондрии, прежде чем попасть в «станок». На самом деле, до последнего времени не было понятно, как именно они туда попадают. Ведь эти протоны могут уплывать куда им вздумается! Однако почему-то они держатся около мембраны, «кучкуясь» прямо у входа в круговые ворота «станка». Российские ученые НИТУ «МИСиС» в кооперации с австрийскими коллегами из Института биофизики Университета имени Иоганна Кеплера (Линц), проведя филигранные эксперименты, теперь знают, почему же так получается.

© НИТУ «МИСиС»Сотрудник кафедры теоретической физики и квантовых технологий НИТУ «МИСиС» Сергей Акимов

© НИТУ «МИСиС»

 

 

Поясняет сотрудник кафедры теоретической физики и квантовых технологий НИТУ «МИСиС» Сергей Акимов: «Протоны, двигаясь внутри митохондрии, пребывают в воде. Известно, что молекула воды (H₂O) состоит из двух атомов водорода (H₁) и одного атома кислорода (O₁₆). Помимо химической связи внутри одной молекулы воды, эти атомы могут образовывать слабые связи с соседними молекулами воды, называемые водородными связями. Вблизи поверхности мембраны эти связи в молекуле воды образуются особым образом, поскольку с одной стороны находится вода, с другой — «стенка». Водородные связи вблизи мембраны другие, у них другое число, другая структура. Именно их протон и использует в качестве «рельсов» для продвижения вперед вдоль мембраны. Наше исследование показало, что ему «нравится» эта структура, он не уплывает вглубь митохондрии, а аномально быстро носится вдоль мембраны».

Так происходит «захват» протонов для образования самой главной энергетической молекулы нашего тела — АТФ. Они используются для любого нашего движения, поддержания температуры тела и так далее. АТФ представляет собой универсальный «аккумулятор», поставляющий энергию для большинства реакций, происходящих в клетке. Таким образом обеспечивается синтез белков, углеводов, жиров, движение жгутиков и ресничек, транспорт веществ, избавление клетки от отходов. При расщеплении АТФ — разрядке «аккумулятора» — выделяется нужная нам энергия.

© НИТУ «МИСиС»Схема переноса протонов через мембрану митохондрии и синтеза АТФ. Окисление органических соединений в матриксе митохондрии сопровождается последовательным переходом электронов (красная стрелка) по белковым комплексам дыхательной цепи митохондрии (светло-зеленые белки). Энергия, выделяющаяся при этих переходах электронов, расходуется на перенос протонов (тонкие голубые стрелки) через мембрану с помощью вспомогательной молекулы НАД (никотинамидадениндинуклеотид). В конечном итоге, электроны попадают на кислород, к нему присоединяются протоны, и в матриксе митохондрии образуется вода. Протоны, накопившиеся на наружной стороне мембраны, могут вернуться обратно в матрикс митохондрии только через специальные ворота — АТФ-синтазу. При протекании протонов, в активном центре АТФ-синтазы к аденозин-ди-фосфату — предшественнику молекулы АТФ, — присоединяется фосфат, и получается аденозин-три-фосфат, т.е. АТФ.

© НИТУ «МИСиС»

Полученные результаты фундаментального исследования приближают ученых к пониманию глобальных механизмов генерации энергии в клетках, а также открывают перспективы перед фармакологией. Результаты работы могут быть использованы для разработки препаратов, нейтрализующих действие разобщительных ядов, а также для профилактики заболеваний, связанных с гиперфункцией щитовидной железы. При этих патологиях в митохондриях накапливаются так называемые вещества-разобщители — слабые жирорастворимые кислоты, которые эффективно связывают протоны, что приводит к общему снижению синтеза АТФ. Новые знания, полученные российскими учеными, позволяют понимать, что нужно сделать для того, чтобы восстановить энергию человека на уровне каждой клетки.

Аденозинтрифосфат — Американское химическое общество

Я — основной источник энергии для ваших клеток.
Какая я молекула?

Аденозин 5′-трифосфат, сокращенно АТФ и обычно обозначаемый без 5′-, является важной «энергетической молекулой», присутствующей во всех формах жизни. В частности, это кофермент, который работает с такими ферментами, как АТФ-трифосфатаза, для передачи энергии клеткам путем высвобождения фосфатных групп. Молекула состоит из трех компонентов: адениновой бициклической системы, фуранозного кольца и трифосфатной цепи.

Две исследовательские группы сообщили об открытии АТФ в 1929 году. Сайрус Х. Фиске и Йеллапрагада Суббароу из Гарвардской медицинской школы (Бостон) выделили его из мышц и печени млекопитающих. Точно так же Карл Ломанн из Институтов кайзера Вильгельма (Берлин и Гейдельберг) идентифицировал его в мышечных тканях.

Выделение АТФ из других источников продолжалось в течение следующих 15 лет. Косчак Маруяма из Университета Тиба (Япония) написал всесторонний обзор открытия и выяснения структуры АТФ в 1919 году.87.

АТФ биосинтезируется несколькими способами, как описано в Biology Dictionary:

Фотофосфорилирование — это метод, специфичный для растений и цианобактерий. Это создание АТФ из АДФ с использованием энергии солнечного света и происходит во время фотосинтеза. АТФ также образуется в процессе клеточного дыхания в митохондриях клетки. Это может быть аэробное дыхание, которое требует кислорода, или анаэробное дыхание, которое не требует. Аэробное дыхание производит АТФ (вместе с углекислым газом и водой) из глюкозы и кислорода. Анаэробное дыхание использует химические вещества, отличные от кислорода, и этот процесс в основном используется археями и бактериями, живущими в анаэробной среде. Ферментация — еще один способ производства АТФ, не требующий кислорода; оно отличается от анаэробного дыхания тем, что не использует цепь переноса электронов. Дрожжи и бактерии являются примерами организмов, использующих ферментацию для получения АТФ.

АТФ, синтезируемый в митохондриях, является основным источником энергии для важных биологических функций, таких как сокращение мышц, передача нервных импульсов и синтез белка. По словам Сюзанны Торнрот-Хорсфилд и Ричарда Нойтце из Гетеборгского университета (Гетеборг, Швеция): «В любой день вы превращаете эквивалент своего веса в АТФ, основную энергетическую валюту клетки».

Класс опасности*	Краткая характеристика опасности
Неопасное вещество или смесь

*Глобально согласованная система классификации и маркировки химических веществ.

Эта молекула была предложена читателем. Мы представляем почти все молекулы, предложенные нашими читателями. Если у вас есть молекула, которую вы хотите, чтобы мы рассмотрели, отправьте электронное письмо по адресу [email protected]. И спасибо за интерес к Molecule of the Week! — Ред.

Аденозинтрифосфат краткие факты

CAS Reg. №	56-65-5
Номенклатура SciFinder	Аденозин 5′-(тетрагидротрифосфат)
Эмпирическая формула	C 10 H 16 N 5 O 13 P 3
Молярная масса	507,18 г/моль
Внешний вид	Белый порошок
Температура плавления	176 °С
Растворимость в воде	≈1 кг/л

Узнайте больше об этой молекуле из CAS, самого авторитетного и всеобъемлющего источника химической информации.

Джон Уокер | Биография, Нобелевская премия и факты

Дата рождения:

7 января 1941 г. (82 года) Галифакс Англия

Награды и награды:

Нобелевская премия (1997) 90 119

Предметы изучения:

аденозинтрифосфат

См. все связанные материалы →

Джон Уокер , полностью Сэр Джон Эрнест Уокер , (родился 7 января 1941 г., Галифакс, Йоркшир, Англия), британский химик, который вместе с Полом Д. Бойером был сополучателем Нобелевской премии. Премия по химии в 1997 году за объяснение ферментативного процесса, создающего аденозинтрифосфат (АТФ). Выводы Уокера и Бойера дают представление о том, как формы жизни производят энергию. (Датский химик Йенс С. Скоу также разделил награду за отдельное исследование молекулы.)

После получения степени бакалавра химии в Колледже Святой Екатерины в Оксфорде в 1964 году Уокер учился в Школе патологии сэра Уильяма Данна в Оксфорде и получил докторскую степень в 1969 году. С 1969 по 1971 год он был постдокторантом в Университет Висконсина в США, а с 1971 по 1974 год он был научным сотрудником Французского национального центра научных исследований и Института Пастера в Париже. Его отмеченная наградами работа проводилась в Кембриджском университете в лаборатории молекулярной биологии Медицинского исследовательского совета (MRC), к которой он присоединился в 1974 по настоянию биохимика Фредерика Сэнгера.

Викторина «Британника»

Лица науки

Уокер начал свою работу в Кембридже с изучения белков, кодируемых ДНК, обнаруженных в некоторых бактериофагах и в митохондриях, производящих энергию органеллах клеток животных. В конце 1970-х он начал изучать АТФ-синтазу, фермент внутренней мембраны митохондрий, который способствует синтезу АТФ, переносчика химической энергии. Ориентируясь на химический и структурный состав фермента, он определил последовательность аминокислот, составляющих белковые единицы синтазы. К 1994, работая с рентгеновскими кристаллографами, Уолкер прояснил трехмерную структуру фермента, состоящего из одной белковой группы (часть F ₀ ), встроенной во внутреннюю мембрану и соединенной своего рода белковой ножкой или стержнем с другая группа белков (часть F ₁ ), расположенная в матриксе органеллы.