Свойства молекулы атф: АТФ и другие органические соединения клетки — урок. Биология, 9 класс.

влияние на организм, вред и польза — блог I Love Supersport

Про кофе мы обычно слышим: помогает проснуться, бодрит, поднимает давление, облегчает похмелье, является мочегонным и может вызвать обезвоживание. Всё это общие факты, причем не всегда верные. Мы углубились до молекулярного уровня и приготовили для вас настоящий научный кофейный ликбез.

Что такое кофеин

В чистом виде это белые горькие кристаллы. «По паспорту» у вещества непроизносимое имя 1,3,7-триметилксантин. Оно содержится в разных продуктах и, как это ни странно, от продукта зависит его «прозвище». Кофеин добывают из кофе, теин — из чайных листьев, матеин — из парагвайского чая мате, гуаранин — из южноамериканской лианы гуараны. На деле это одно и то же химическое соединение.

Как кофеин попадает в кровь

Кофеин обладает липофильными свойствами — хорошо растворяется в липидах, то есть в жирах. Из липидов состоят оболочки наших клеток, а значит, и наши биологические барьеры. Стенки кишечника и кровеносных сосудов для липофильного вещества не препятствие и всасывание происходит быстро и практически без потерь. Причем из жидких продуктов (кофе, энергетический напиток) всасывание быстрее, чем из твердых (шоколад или, например, брауни). Уже через час концентрация вещества в крови становится максимальной.

Действие кофеина на организм

Длительность ощутимого эффекта от кофеина зависит от уровня метаболизма человека — в среднем это 5-6 часов. Разберёмся, что происходит в организме за это время.

Метаболизм
В среднем 80% бодрящего триметилксантина «оседает» в печени. Там специальные ферменты перерабатывают его в другие соединения: параксантин, теобромин, теофиллин. Все они через 3-7 часов выводятся из организма. Остальные 20% вещества связываются с белками крови и разносятся по тканям и органам. И хотя каждая система организма реагирует по-своему, по большей части воздействие кофеина основано на двух ключевых механизмах:

Механизм № 1
Есть такие молекулы — АТФ. Это «батарейки» для всех клеточных процессов. В молекуле АТФ три фосфата. Отщепляем один фосфат — получаем энергию. Из одной молекулы АТФ можно вытянуть энергию трижды. Истощенная до нуля молекула АТФ — это аденозин. Так вот кофеин как брат-близнец похож на аденозин.
Если аденозина накапливается много, значит организм потратил много энергии и пора переходить в энергосберегающий режим. Кофеин делает простую штуку — он сам садится на рецепторы, выключает их, но при этом никакого сигнала «надо отдохнуть» нет. В итоге утомление остается для нас самих секретом, и все наши органы продолжают бодриться даже на «севших батарейках».

Механизм № 2
Кофеин блокирует фермент, который расщепляет молекулы цАМФ (поверьте, вам незачем знать расшифровку). Объясняем: некоторые гормоны слишком большие и не могут пройти сквозь клеточную оболочку, чтобы передать свой сигнал по адресу. цАМФ — клеточные «курьеры», они умеют принимать сигналы от гормонов и передавать их внутрь клетки. Если фермент заблокирован, он перестает разрушать молекулы цАМФ, и их концентрация в клетках увеличивается. В результате «курьеров» в клетке больше и действие гормонов усиливается. Какое именно действие — зависит от того, о каком гормоне и о какой клетке идет речь.

Влияние на мозг
Между кровью и мозгом есть специальный гематоэнцефалический барьер. Кофеин легко преодолевает его и «прилипает» к аденозиновым рецепторам на нейронах. Вдобавок, через цАМФ увеличивается эффект адреналина на нейроны. Результат: мозг работает шустрее и не обращает внимание на усталость. Но до тех пор, пока у организма есть ресурсы.

Влияние на сердце
Аденозиновые рецепторы есть и на клетках миокарда. Активация этих рецепторов снижает частоту сердечных сокращений, улучшает кровоток в сердце и снижает артериальное давление. Кофеин блокирует рецепторы и, следовательно, дает диаметрально противоположный эффект. Вдобавок, из-за большого количества цАМФ сердце острее чувствует адреналиновый эффект. Результат: сердце начинает колотиться сильнее и делает это даже тогда, когда ему по-хорошему надо отдыхать. Привет, тахикардия.

Влияние на желудок
Для переваривания пищи специальные клетки выделяют в желудок соляную кислоту. Кофеин — стимулятор этого процесса. Механизмы действия все те же: секреторные клетки становятся менее чувствительны к аденозину — игнорируют «энергосберегающий режим» и продолжают выделять кислоту на полную катушку. Параллельно цАМФ повышают чувствительность клетки к гистамину — гормону, который усиливает выработку кислоты. Результат: активное выделение соляной кислоты. Теперь понимаете, почему пить кофе лучше непосредственно до приема пищи или сразу после него?

Польза для здоровья

В целом, если не злоупотреблять кофе, то его влияние на здоровье людей вполне себе положительное.

Профилактика нейродегенеративных заболеваний

Доказано: кофе помогает при профилактике болезней Альцегеймера и Паркинсона. К примеру, в эксперименте с мышами снизилось количество «плохих» аномальных белков в участке мозга, ответственном за память.

Профилактика инсульта

Британские ученые провели исследование с группой из 83284 человек, которым давали 2-4 чашки кофе ежедневно в течение нескольких месяцев. Проследив за самочувствием подопытных, ученые сделали вывод: употребление кофе на 20% снижает риск инсульта.

Профилактика рака

Есть несколько статистических исследований, в которых показано: люди с умеренной любовью к кофе реже болеют раком. Вероятно, это связано с тем, что в нем содержатся мощнейшие антиоксиданты. По силе они примерно в 500 раз сильнее, чем экстракт зеленого чая или витамин С.

Вред кофеина при передозировке

Калорийность кофе нулевая. Чашка американо не дает нам новой энергии, зато помогает сжечь имеющиеся запасы. Поэтому надо вовремя пополнять резервы, иначе не за горами физическое истощение и нервный срыв.

Также важно помнить, что:
— Кофе может стимулировать язвенную болезнь желудка, воспаление слизистой оболочки пищевода и гастроэзофагеальную рефлюксную болезнь
— Так как кофе усиливает сердцебиение, для тех у кого в багаже уже есть ишемическая болезнь сердца или органическое поражение миокарда, даже небольшая «добавка» может привести к серьезным осложнениям
— Кофе в больших дозах может стать триггером мигрени, чо подтверждают современные исследовательские работы.
— При передозировке кофе вам придётся испытать много неприятных ощущений: аритмия, повышение давления, тревожность, дрожащие руки или ноги, головная боль, бессонница, изжога, тошнота.

А какая доза кофеина безопасна?
Для России нормы прописаны в нормативах от Минздрава — 150-300 мг кофеина в сутки. В Америке и Европе свои нормативы, которые разрешают до 400 мг в сутки.

Для сравнения, бодрящие напитки и количество кофеина в них:

Благодаря генетическим исследованиям стало возможно даже определить индивидуальную норму потребления чашек кофе в день. Гены покажут скорость метаболизма кофеина и риск развития гипертонии, и сопоставив эти данные, вы будете понимать нужно ли ограничивать себя одной чашечкой любимого напитка или можно пить его несколько раз в день.

Кофе не так страшен, как многие о нём говорят, если держать себя в кофейных рамках и не злоупотреблять. А если желаете взбодриться утром, то лучший способ — это зарядка и улыбка новому классному дню 😊

Материал подготовлен при участии наших друзей из Национального центра генетических исследований MyGenetics

энергетический стимулятор для нашего тела

Рибоза — это простой сахар или углевод, который естественным образом встречается в организме и состоит из глюкозы. Она является важным компонентом аденозинтрифосфата (АТФ) — молекулы, участвующей в хранении и высвобождении энергии, сокращении мышц и распространении нервных импульсов. D-рибоза структурный компонент молекулы РНК. Физические свойства молекулы заключаются в том, что она помогает синтезировать белок, способствует уменьшению утомляемости и улучшению спортивных результатов. Синтетическая форма данной молекулы, которая используется в добавках, называется N-рибозой. Ее химические свойства идентичны оригинальному элементу.

Действие рибозы на организм

1. Может помочь восстановить запасы энергии в клетках

Рибоза — это источник энергии для ваших клеток, способствующий пополнению запасов необходимых телу для мощной мышечной активности. Многочисленные исследования пытались выяснить: могут ли добавки АТФ помочь увеличить энергетические запасы в клетках. 

В одном исследовании участники программы принимали 17 граммов D-рибозы или плацебо три раза в день в течение трех дней после интенсивных велосипедных спринтов, состоящих из 15 этапов. Исследователи оценивали уровень АТФ в мышцах в течение этих трех дней, а затем выполнили тест с физической нагрузкой, состоящий из велосипедных спринтов. Тесты показали, что АТФ восстановился до нормального уровня в группе, которая принимала D-рибозу, в отличие от группы с плацебо. 

Однако во время теста с физической нагрузкой ученые не заметили никакой разницы в производительности между подопытными обеих групп. Выводы по восстановлению уровня АТФ с добавками D-рибозы вполне неоднозначны.

2. Может улучшить работу сердца у людей с сердечными заболеваниями

Ишемическая болезнь сердца характеризуется нарушением работы миокарда и  коронарных артерий. Пациенты часто жалуются на недостаток уровня кислорода при активной физической нагрузке. АТФ способна решить эту проблему, уменьшив вероятность возникновения боли в груди и стенокардии.

Контрольные группы показывают, что добавки с рибозой могут повысить уровень выносливости у пациентов с сердечной недостаточностью. Так, легкие спортивные и обычные повседневные нагрузки станут для них более комфортными. Некоторые исследования свидетельствуют о том, что она может улучшить функцию сердца и качество жизни людей с ишемической болезнью и застойной сердечной недостаточностью. Для установления устойчивой тенденции к улучшениям в данных контрольных группах требуются дополнительные тесты методом слепой рандомизации. 

3. Может уменьшить симптоматику некоторых болевых расстройств

Ученые отследили связь между уровнем D рибозы и некоторыми болевыми расстройствами. Пока не ясно может ли данная добавка использоваться в качестве действенного обезболивающего средства, но некоторые исследования показывают уменьшение интенсивности боли и повышение ясности ума при регулярном приеме 15 граммов вещества на протяжении месяца. Однако участники исследования заранее знали что принимают, что снижает его значения из-за отсутствия слепого метода тестирования. 

Другое тематическое исследование показало наличие обезболивающего эффекта при употреблении д рибозы женщинами с фибромиалгией, но пока этого мало, чтобы делать однозначные выводы. Хотя существуют положительные биологические реакции тела на прием этого моносахарида для уменьшения уровня боли, результатов таких опытов явно не достаточно, чтобы назначать ее всем пациентам. 

4. Может принести пользу при выполнении спортивных упражнений

Свойства глюкозы и рибозы для повешения энергии изучены довольно мало, но как большинство углеводов они способны обеспечивать прилив сил. Спортивные комплексы часто содержат данную добавку для повышения выносливости спортсменов во время интенсивных тренировок. Некоторые исследования подтверждают, что синтез телом АТФ может помочь выработке энергии у людей с определенными заболеваниями.

Возможно углеводы позволяют влиять на производительность людей с низким уровнем физической подготовки. Группа, которая принимала 10 грамм рибозы в день, показала лучшие результаты во время продолжительной физической нагрузки по сравнению с группой плацебо. Хотя в более широкой выборке большинство исследований не показали значительных улучшения показателей выносливости и производительности, или эффект от приема добавки был слишком слабым.

5. Может улучшить мышечные функции тела

Хотя D-ribose может помочь восстановить уровень АТФ в мышечной ткани, это может не привести к повышению производительности и выносливости. Добавки, которые имеют в составе углеводы, исполняют роль тонизирующих средств для нашего тела. 

Окисление моносахаридов играет большую роль в химии углеводов. Не обошла эта особенность и рибозу, сделав ее функции еще более значительными. 

Так, люди с некоторыми генетическими заболеваниями, влияющими на нормальное функционирование мышц, могут принимать добавку для улучшения работы своего тела. Генетическое заболевание — дефицит миоденилатдезаминазы (MAD) — или дефицит AMP-дезаминазы вызывает такие неприятные симптомы как: усталость, мышечные боли или судороги после физической активности. Оно наиболее распространено среди представителей азиатской группы, в частности кавказцев. 

Ученые сообщают об улучшении мышечной функции и самочувствия у людей с MAD при контролируемом приеме рибозы.

При этом наблюдается значительное уменьшение судорог после интенсивных тренировок, что является положительным знаком. 

Применение рибозы

Моносахарид продается в чистом виде, и в модифицированном, как D-рибоза. Формула рибозы C5h20O5, она относится к классу нуклеотидов. Поскольку это сахар естественного происхождения у нее приятный сладкий вкус, а также уникальное строение гранул, чем-то похожее на сахар. Порошок можно смешивать с любыми напитками, добавлять в чай или делать сладкую воду, чем-то похожую на лимонад. 

Стандартной рекомендуемой суточной дозы рибозы для организма не существует. Основываясь на научных исследованиях, ВОЗ рекомендует употреблять от 5 до 30 граммов добавки в день. В качестве усилителя для тренировок спортсмены обычно принимают до 5 граммов вещества ежедневно. 

Можно ли получать рибозу из продуктов естественным путем?

Остатки фосфорной кислоты (h4PO4) входят в состав нуклеотидов и этерифицируют изомеры D-рибозу и 2-дезокси-D-рибозу.

Рибоза используется при генетической транскрипции, поэтому она должна поступать с пищей ежедневно. Ее можно найти в растительной и животной пище:

• Грибы
• Говядина и птица
• Твердый и сливочный сыр
• Молоко и йогурт
• Яйца
• Морепродукты (анчоусы, сельдь, сардины, икра)

Как и крахмал она относится к моносахаридам, поэтому имеет свойство изменять уровень сахара в крови. Ее нужно с осторожностью употреблять диабетикам и людям, склонным к понижению уровня сахара. 

Дозировка и побочные эффекты рибозы

Д-рибоза обычно считается безопасной добавкой для краткосрочного использования. Однако организм, который подвергается ее воздействию длительное время, может получить неприятные последствия для пищеварительной системы. Иногда у пациентов возникает диарея, желудочные боли, тошнота, а также головная боль и низкий уровень сахара в крови.

Перед оперативным вмешательством желательно прекратить прием моносахарида за 14 дней до предполагаемой процедуры. Добавка негативно влияет на уровень сахара в крови, что может вызвать серьезный дискомфорт и осложнения во время и после операции. 

Безопасность приема добавки во время беременности и кормления грудью не подтверждена достаточным количеством исследований, поэтому ее не рекомендуется использовать в такие периоды.

Повышает ли D-рибоза уровень сахара в крови?

Являясь естественной формой сахара и не влияет на его показатели в крови так же, как сахароза или фруктоза. Некоторые исследования показывают, что рибоза может стимулировать выработку инсулина, что приводит к дальнейшему снижению уровня сахара в крови. Поэтому ее редко рекомендуют использовать людям с гипогликемией или тем, кто принимает родственные лекарства.

Фолиевая кислота для мужчин: важный нутриент для будущих пап Как разогнать метаболизм – самые эффективные методы

Аденозинтрифосфат — Энциклопедия Нового Света

Аденозинтрифосфат ( АТФ ) — химическое соединение, известное в биохимии как «молекулярная валюта» внутриклеточного переноса энергии; то есть АТФ способна хранить и транспортировать химическую энергию внутри клеток. Все клетки — как прокариотические, такие как бактерии, так и эукариотические, такие как амебы, грибы, растения и животные — используют АТФ в качестве основной молекулы для переноса энергии и в качестве основного источника энергии для эндергонических или энергозатратных реакций. .

Живым клеткам для выживания и функционирования требуется энергия, и большая часть этой энергии поступает либо за счет лучистой энергии, либо за счет химической энергии, связанной в межатомных связях молекул питательных веществ. Когда молекулы питательных веществ, например, полученные из углеводов и жиров, окисляются клетками, часть высвобождаемой свободной энергии может быть захвачена химическими связями АТФ. АТФ позволяет клеткам хранить энергию в виде химического потенциала, а также циркулировать и использовать эту энергию. Клетки постоянно создают и циркулируют АТФ, и когда клеткам нужна энергия, они «тратят АТФ», поэтому его обычно называют

энергетическая валюта жизни.

В дополнение к своей энергетической функции АТФ также играет важную роль в синтезе нуклеиновых кислот и, кроме того, в путях передачи сигнала, в которых он обеспечивает фосфат для протеинкиназных реакций.

Состав

• 1 Химические свойства
• 2 Синтез
• 3 Функция
• 4 АТФ в организме человека
• 5 Каталожные номера
• 6 кредитов

Повсеместное присутствие АТФ в клетках всех живых организмов подтверждает мнение о том, что новые творения строятся на основе более ранних творений, причем АТФ появилась очень рано в истории клеточной жизни. Универсальное использование АТФ также отражает консервативный характер мироздания, в котором многократно происходят одни и те же или подобные метаболические процессы и химические соединения, а также связанность простейших организмов с человеком. Сложный способ интеграции АТФ в основные метаболические пути также указывает на сложную координацию, необходимую между частями живых систем.

Химические свойства

АТФ состоит из аденозина и трех присоединенных фосфатных групп (трифосфат). Сам аденозин состоит из двух основных молекулярных единиц: аденина (азотсодержащая молекула) и рибозы (пятиуглеродный сахар).

Аденозинмонофосфат (АМФ) имеет одну фосфатную группу, присоединенную к аденозину, а аденозиндифосфат (АДФ) имеет две присоединенные фосфатные группы.

Аденозинмонофосфат AMP

Аденозиндифосфат АДП

Аденозинтрифосфат АТФ

Три связанные фосфорильные группы, начиная с группы AMP, называются альфа (α), бета (β) и гамма (γ) фосфатами. Эти связанные фосфатные группы являются «деловым концом» молекулы, поскольку АТФ хранит энергию в связях между фосфатными группами. Молекулу АТФ иногда записывают как A~P~P~P, где «~» обозначает связь, которая содержит потенциальную химическую энергию.

АТФ чрезвычайно богат химической энергией, особенно между второй и третьей фосфатными группами. Когда эти химические связи разрываются (поскольку АТФ превращается в АДФ и неорганический фосфат), высвобождение энергии составляет -12 ккал/моль

in vivo (внутри живой клетки), и -7,3 ккал/моль in vitro (в лабораторных условиях). Такое относительно массивное высвобождение энергии в результате одного химического превращения при полном цикле зарядки и разрядки молекулы, идеально интегрированной в обычный клеточный метаболизм, делает АТФ столь ценным для всех форм жизни. Молекулы могут заряжаться в одном месте и транспортироваться в другое место для разрядки, что-то вроде сухой батареи.

Синтез

Заполняющее пространство изображение АТФ

АТФ может производиться различными клеточными процессами. В аэробных условиях синтез происходит в митохондриях при окислительном фосфорилировании, которое катализируется АТФ-синтазой; в меньшей степени в анаэробных условиях это осуществляется путем фосфорилирования субстрата, катализируемого двумя ферментами: фосфоглицераткиназой (PGK) и пируваткиназой.

АТФ также синтезируется посредством нескольких так называемых реакций «пополнения», катализируемых семейством ферментов NDK (нуклеозиддифосфаткиназ), которые используют другие нуклеозидтрифосфаты в качестве высокоэнергетического донора фосфата, и семейством гуанидофосфотрансфераз АТФ, которые использует креатин.

АДФ + ГТФ АТФ + ГДФ

У растений АТФ синтезируется в хлоропластах путем фотосинтеза во время световых реакций фотосинтеза. Однако эта АТФ затем используется для питания этапа фотосинтеза цикла Кальвина, поэтому фотосинтез не приводит к общему производству АТФ.

Основным топливом для синтеза АТФ являются глюкоза и жирные кислоты. Сначала глюкоза расщепляется до пирувата в цитозоле с образованием двух молекул АТФ на каждую молекулу глюкозы. Дальнейшее расщепление молекулы глюкозы для синтеза АТФ осуществляется в митохондриях в процессе, который дает около 30 молекул АТФ на каждую окисляемую молекулу глюкозы. (См. Цикл лимонной кислоты.)

Функция

Энергия АТФ высвобождается в результате гидролиза (распада в результате реакции с водой) высокоэнергетических фосфат-фосфатных связей. Фермент АТФаза способствует разрыву связи между второй и третьей фосфатными группами, поскольку АТФ превращается в АДФ. Гидролиз дает свободный неорганический фосфат (P _i ) и АДФ. Хотя это может привести к образованию свободных ионов фосфата, обычно фосфатная группа переносится на другую молекулу в процессе, называемом фосфорилированием.

Энергия также высвобождается при разрыве связи между первой и второй фосфатными группами, поскольку АДФ превращается в АМФ. То есть ADP можно разбить дальше на еще P

i и AMP. АТФ также может быть расщеплен непосредственно до АМФ с образованием пирофосфата (PP _и ). Преимущество этой последней реакции состоит в том, что она является практически необратимым процессом в водном растворе.

Эта энергия может использоваться различными ферментами, моторными и транспортными белками для выполнения работы клетки.

АТФ в организме человека

Общее количество АТФ в организме человека в любой момент времени составляет около 0,1 моль. Тем не менее, взрослые ежедневно преобразуют количество АТФ, соответствующее по крайней мере половине их массы тела, и почти тонне в течение дня тяжелой работы. То есть энергия, используемая клетками человека, требует гидролиза от 200 до 300 молей АТФ ежедневно. Это означает, что каждая молекула АТФ рециркулируется от 2000 до 3000 раз в течение одного дня. Способность хранить АТФ в клетке ограничена, и она истощается за секунды, поэтому ее потребление должно точно следовать за ее синтезом. То есть клеткам необходимо постоянно пополнять или повторно синтезировать АТФ.

Ссылки

Ссылки ISBN поддерживают NWE за счет реферальных сборов

• Абрахамс, Дж.П., А.Г. Лесли, Р. Люттер и Дж.Э. 1994. Структура при разрешении 2,8 Å F 1 -АТФазы из митохондрий бычьего сердца. Природа 370:621–628.
• Boyer, PD 1993. Механизм изменения связывания АТФ-синтазы: некоторые вероятности и возможности. Biochimica et Biophysica Acta 1140:215–250.
• Boyer, PD 1997. АТФ-синтаза — великолепная молекулярная машина. Ежегодный обзор биохимии 66: 717–749.
• Луценко С. и Дж. Х. Каплан. 1996. Организация АТФаз P-типа: значение структурного разнообразия. Биохимия 34:15607–15613.
• Мёллер, Дж. В., Б. Юул и М. Ле Мэр. 1996. Структурная организация, ионный транспорт и передача энергии АТФаз P-типа. Biochimica et Biophysica Acta 1286:1–51.
• Skou, JC 1957. Влияние некоторых катионов на аденозинтрифосфатазу периферических нервов. Biochimica et Biophysica Acta 23:394–401.
• Скоу, Дж. К. и М. Эсманн. 1992. Na, K-АТФаза. Журнал биоэнергетики и биомембран 24:249–261.
• Лингрел, Дж. Б. 1992. Na-K-АТФаза: изоформная структура, функция и экспрессия. Журнал биоэнергетики и биомембран 24:263–270.

Кредиты

Энциклопедия Нового Света авторов и редакторов переписали и дополнили статью Википедии в соответствии с Энциклопедия Нового Света стандартов. Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с надлежащим указанием авторства. Упоминание должно быть выполнено в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на авторов New World Encyclopedia , так и на самоотверженных добровольных участников Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних вкладов википедистов доступна исследователям здесь:

• Аденозинтрифосфат ^{история}

История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :

• История «Аденозина трифосфата»

Примечание. На использование отдельных изображений, лицензированных отдельно, могут распространяться некоторые ограничения.

Характеристики АТФ | Наука

Аденозинтрифосфат (АТФ), возможно, является самой важной молекулой в изучении биохимии, поскольку вся жизнь немедленно прекратилась бы, если бы это относительно простое вещество исчезло из существования. АТФ считается «энергетической валютой» клеток, потому что независимо от того, что поступает в организм в качестве источника топлива (например, пища у животных, молекулы углекислого газа в растениях), в конечном итоге он используется для производства АТФ, который затем доступен для энергии. все потребности клетки и, следовательно, организма в целом.

АТФ представляет собой нуклеотид, что придает ему универсальность в химических реакциях. Молекулы (из которых синтезируется АТФ) широко доступны в клетках. К 1990-м годам АТФ и его производные использовались в клинических условиях для лечения различных состояний, и продолжают изучаться другие области применения.

Учитывая решающую и универсальную роль этой молекулы, изучение производства АТФ и его биологического значения, безусловно, стоит энергии, которую вы потратите в процессе.

Обзор нуклеотидов

В той мере, в какой нуклеотидов имеют какую-либо репутацию среди энтузиастов науки, не являющихся биохимиками, они, вероятно, наиболее известны как мономеры или небольшие повторяющиеся единицы, из которых нуклеиновых кислот – образуются длинные полимеры ДНК и РНК.

Нуклеотиды состоят из трех различных химических групп: пятиуглеродного, или рибозного, сахара, которым в ДНК является дезоксирибоза, а в РНК — рибоза; азотистое или богатое атомами азота основание; и от одной до трех фосфатных групп.

Первая (или единственная) фосфатная группа присоединена к одному из атомов углерода в сахарной части, в то время как любые дополнительные фосфатные группы выходят наружу от существующих, образуя мини-цепь. Нуклеотид без каких-либо фосфатов, то есть дезоксирибоза или рибоза, связанные с азотистым основанием, называется нуклеозидом .

Азотистые основания бывают пяти типов, которые определяют как название, так и поведение отдельных нуклеотидов. Этими основаниями являются аденин, цитозин, гуанин, тимин и урацил. Тимин появляется только в ДНК, тогда как в РНК урацил появляется там, где тимин должен был бы появиться в ДНК.

Нуклеотиды: Номенклатура

Все нуклеотиды имеют трехбуквенные сокращения. Первый означает присутствующее основание, а последние два указывают количество фосфатов в молекуле. Таким образом, АТФ содержит в качестве основания аденин и имеет три фосфатные группы.

Однако вместо того, чтобы включать название основания в его нативной форме, суффикс «-ин» заменяется на «-озин» в случае нуклеотидов, содержащих аденин; аналогичные небольшие отклонения имеют место для других нуклеозидов и нуклеотидов.

Таким образом, AMP представляет собой аденозинмонофосфат , а ADP представляет собой аденозиндифосфат . Обе молекулы важны для клеточного метаболизма сами по себе, а также являются предшественниками или продуктами распада АТФ.

АТФ Характеристики

АТФ была впервые обнаружена в 1929 году. Она содержится в каждой клетке каждого организма и является химическим средством накопления энергии живыми существами. Он генерируется в основном за счет клеточного дыхания и фотосинтеза, последний из которых встречается только у растений и некоторых прокариотических организмов (одноклеточные формы жизни в доменах Archaea и Bacteria).

АТФ обычно обсуждается в контексте реакций, которые включают либо анаболизм (метаболические процессы, которые синтезируют более крупные и сложные молекулы из более мелких), либо катаболизм (метаболические процессы, которые действуют противоположным образом и расщепляют более крупные и более сложные молекулы на более мелкие) .

АТФ, однако, помогает клетке и другими способами, не связанными напрямую с ее вкладом энергии в реакции; например, АТФ используется в качестве молекулы-мессенджера в различных типах 9Клетки 0179 передают сигналы и могут отдавать фосфатные группы молекулам за пределами области анаболизма и катаболизма.

Метаболические источники АТФ в клетках

Гликолиз: Прокариоты, как уже отмечалось, являются одноклеточными организмами, и их клетки гораздо менее сложны, чем клетки другой самой верхней ветви организационного древа жизни, эукариот ( животных, растений, простейших и грибов). Таким образом, их потребности в энергии довольно скромны по сравнению с потребностями прокариот. Практически все они получают АТФ исключительно в результате гликолиза, расщепления в клеточной цитоплазме шестиуглеродного сахара 9.0179 глюкозы на две молекулы трехуглеродной молекулы пирувата и две АТФ.

Важно отметить, что гликолиз включает в себя фазу «вложения», которая требует ввода двух АТФ на молекулу глюкозы, и фазу «отдачи», в которой образуются четыре АТФ (два на молекулу пирувата).

Точно так же, как АТФ является источником энергии валюты всех клеток, т. е. молекулой, в которой энергия может сохраняться на короткое время для дальнейшего использования, глюкоза является основным источником энергии для всех клеток. Однако у прокариот завершение гликолиза представляет собой конец линии выработки энергии.

Клеточное дыхание: В эукариотических клетках процесс образования АТФ начинается только в конце гликолиза, потому что эти клетки имеют митохондрии , органеллы в форме футбольного мяча, которые используют кислород для производства гораздо большего количества АТФ, чем может сделать только гликолиз.

Клеточное дыхание, также называемое аэробным («с кислородом») дыханием, начинается с цикла Кребса . Эта серия реакций, происходящих внутри митохондрий, объединяет двухуглеродную молекулу ацетил-КоА , прямого потомка пирувата, с оксалоацетатом для создания цитрата , который постепенно восстанавливается от шестиуглеродной структуры обратно до оксалоацетата, создавая небольшое количество АТФ, но много переносчиков электронов .

Эти переносчики (НАДН и ФАДН ₂ ) участвуют в следующем этапе клеточного дыхания, который представляет собой цепь переноса электронов или ЭСТ. ЭСТ происходит на внутренней мембране митохондрий, и за счет систематического перетягивания электронов происходит производство от 32 до 34 АТФ на молекулу глюкозы, расположенную «вверх по течению».

Фотосинтез: Этот процесс, происходящий в содержащих зеленый пигмент хлоропластах растительных клеток, требует для своего осуществления света. Он использует CO ₂ , извлеченный из внешней среды, для построения глюкозы (растения ведь не могут «есть»). Клетки растений также имеют митохондрии, поэтому после того, как растения, по сути, производят себе пищу в процессе фотосинтеза, следует клеточное дыхание.

Цикл АТФ

В любой момент времени тело человека содержит около 0,1 моля АТФ . моль составляет примерно 6,02 × 10 ²³ отдельных частиц; молярная масса вещества — это то, сколько моль этого вещества весит в граммах, а значение АТФ составляет немногим более 500 г/моль (чуть больше фунта). Большая часть этого исходит непосредственно от фосфорилирования АДФ.

Клетки обычного человека поглощают от 100 до 150 молей АТФ в день, или от 50 до 75 килограммов – от 100 до 150 фунтов! Это означает, что объем оборота АТФ в день у данного человека составляет примерно от 100/0,1 до 150/0,1 моль, или от 1000 до 1500 моль.

Клиническое использование АТФ

Поскольку АТФ присутствует буквально повсюду в природе и участвует в широком спектре физиологических процессов, включая нервную передачу, сокращение мышц, работу сердца, свертывание крови, расширение кровеносных сосудов и углеводный обмен, его использование в качестве «лекарство» было исследовано.