ისტორიები ბიოენერგიის შესახებ სკულაჩოვი ვლადიმერ პეტროვიჩი

სად და როგორ იქმნება ATP?

სად და როგორ იქმნება ATP?

პირველი სისტემა, რომლისთვისაც ატფ-ის ფორმირების მექანიზმი გამოიკვეთა, იყო გლიკოლიზი, ენერგიის მიწოდების დამხმარე ტიპი, რომელიც ჩართულია ჟანგბადის დეფიციტის პირობებში. გლიკოლიზის დროს გლუკოზის მოლეკულა იყოფა შუაზე და შედეგად მიღებული ფრაგმენტები იჟანგება რძემჟავად.

ასეთი დაჟანგვა დაკავშირებულია გლუკოზის მოლეკულის თითოეულ ფრაგმენტში ფოსფორის მჟავის დამატებასთან, ანუ მათ ფოსფორილირებასთან. გლუკოზის ფრაგმენტებიდან ფოსფატის ნარჩენების შემდგომი გადატანა ADP-ში წარმოქმნის ATP-ს.

ატფ-ის წარმოქმნის მექანიზმი უჯრედშიდა სუნთქვისა და ფოტოსინთეზის დროს სრულიად გაურკვეველი რჩებოდა დიდი ხნის განმავლობაში. ცნობილი იყო მხოლოდ, რომ ფერმენტები, რომლებიც ამ პროცესებს ახორციელებენ, ჩაშენებულია ბიოლოგიურ მემბრანებში - უწვრილესი ფენები (სანტიმეტრის სისქის დაახლოებით ერთი მემილიონედი), რომელიც შედგება ცილებისგან და ფოსფორილირებული ცხიმის მსგავსი ნივთიერებებისგან - ფოსფოლიპიდებისგან.

მემბრანები ნებისმიერი ცოცხალი უჯრედის ყველაზე მნიშვნელოვანი სტრუქტურული კომპონენტია. უჯრედის გარე მემბრანა გამოყოფს პროტოპლაზმას უჯრედის მიმდებარე გარემოსგან. უჯრედის ბირთვს აკრავს ორი მემბრანა, რომლებიც ქმნიან ბირთვულ მემბრანას - ბარიერს ბირთვის შიდა შიგთავსს (ნუკლეოპლაზმა) და უჯრედის დანარჩენ ნაწილს (ციტოპლაზმა) შორის. ბირთვის გარდა, მემბრანებით გარშემორტყმული კიდევ რამდენიმე სტრუქტურა გვხვდება ცხოველურ და მცენარეულ უჯრედებში. ეს არის ენდოპლაზმური ბადე - პაწაწინა მილებისა და ბრტყელი ტანკების სისტემა, რომლის კედლები მემბრანებითაა წარმოქმნილი. ეს არის, ბოლოს და ბოლოს, მიტოქონდრია - სფერული ან წაგრძელებული ბუშტუკები ბირთვზე პატარა, მაგრამ უფრო დიდი ვიდრე ენდოპლაზმური ბადის კომპონენტები. მიტოქონდრიების დიამეტრი ჩვეულებრივ დაახლოებით მიკრონია, თუმცა ზოგჯერ მიტოქონდრიები ქმნიან განშტოებულ და ბადისებრ სტრუქტურებს, რომელთა სიგრძე ათეულობით მიკრონია.

მწვანე მცენარეების უჯრედებში, ბირთვის, ენდოპლაზმური ბადისა და მიტოქონდრიის გარდა, გვხვდება ქლოროპლასტებიც - მიტოქონდრიებზე დიდი მემბრანული ვეზიკულები.

თითოეული ეს სტრუქტურა ასრულებს თავის სპეციფიკურ ბიოლოგიურ ფუნქციას. ამრიგად, ბირთვი არის დნმ-ის ადგილი. აქ ხდება პროცესები, რომლებიც საფუძვლად უდევს უჯრედის გენეტიკურ ფუნქციას და იწყება პროცესების რთული ჯაჭვი, რომელიც საბოლოოდ ცილების სინთეზამდე მიდის. ეს სინთეზი სრულდება უმცირეს გრანულებში - რიბოზომებში, რომელთა უმეტესობა დაკავშირებულია ენდოპლაზმურ რეტიკულუმთან. მიტოქონდრიებში ხდება ჟანგვითი რეაქციები, რომელთა მთლიანობას უჯრედშიდა სუნთქვა ეწოდება. ქლოროპლასტები პასუხისმგებელნი არიან ფოტოსინთეზზე.

ბაქტერიული უჯრედები უფრო მარტივია. ჩვეულებრივ, მათ აქვთ მხოლოდ ორი გარსი - გარე და შიდა. ბაქტერია ჰგავს ჩანთას ჩანთაში, უფრო სწორად, ძალიან პატარა ფლაკონს ორმაგი კედლით. არ არსებობს არც ბირთვი, არც მიტოქონდრია, არც ქლოროპლასტები.

არსებობს ჰიპოთეზა, რომ მიტოქონდრია და ქლოროპლასტები წარმოიშვა უფრო დიდი და მაღალორგანიზებული არსების უჯრედის მიერ დაჭერილი ბაქტერიებისგან. მართლაც, მიტოქონდრიისა და ქლოროპლასტების ბიოქიმია მრავალი თვალსაზრისით წააგავს ბაქტერიების ბიოქიმიას. მორფოლოგიურად, მიტოქონდრია და ქლოროპლასტებიც გარკვეული გაგებით ბაქტერიების მსგავსია: ისინი გარშემორტყმულია ორი გარსით. სამივე შემთხვევაში: ბაქტერიებში, მიტოქონდრიებში და ქლოროპლასტებში, ატფ-ის სინთეზი ხდება შიდა მემბრანაში.

დიდი ხნის განმავლობაში ითვლებოდა, რომ ATP-ის ფორმირება სუნთქვისა და ფოტოსინთეზის დროს მიმდინარეობს ისე, როგორც უკვე ცნობილი ენერგიის გარდაქმნა გლიკოლიზის დროს (გაყოფილი ნივთიერების ფოსფორილირება, მისი დაჟანგვა და ფოსფორმჟავას ნარჩენების გადატანა ADP-ზე). თუმცა, ამ სქემის ექსპერიმენტულად დამტკიცების ყველა მცდელობა წარუმატებლად დასრულდა.

ATP ხელმისაწვდომია სუბლინგვალური ტაბლეტების და ხსნარის სახით ინტრამუსკულარული/ინტრავენური შეყვანისთვის.

ATP-ის აქტიური ნივთიერებაა ნატრიუმის ადენოზინტრიფოსფატი, რომლის მოლეკულა (ადენოზინ-5-ტრიფოსფატი) მიიღება ცხოველების კუნთოვანი ქსოვილისგან. გარდა ამისა, შეიცავს კალიუმის და მაგნიუმის იონებს, ჰისტიდინი არის მნიშვნელოვანი ამინომჟავა, რომელიც მონაწილეობს დაზიანებული ქსოვილების აღდგენაში და აუცილებელია ორგანიზმის სწორი განვითარებისთვის მისი ზრდის პერიოდში.

ATP-ის როლი

ადენოზინტრიფოსფატი არის მაკროერგიული (ენერგიის დაგროვებისა და გადაცემის უნარი) ნაერთი, რომელიც წარმოიქმნება ადამიანის ორგანიზმში სხვადასხვა ჟანგვითი რეაქციების შედეგად და ნახშირწყლების დაშლის პროცესში. მას შეიცავს თითქმის ყველა ქსოვილსა და ორგანოში, მაგრამ ყველაზე მეტად - ჩონჩხის კუნთებში.

ATP-ის როლი არის მეტაბოლიზმის გაუმჯობესება და ქსოვილების ენერგომომარაგება. არაორგანულ ფოსფატად და ადფ-ად დაყოფით, ადენოზინტრიფოსფატი გამოყოფს ენერგიას, რომელიც გამოიყენება კუნთების შეკუმშვისთვის, ასევე ცილის, შარდოვანას და მეტაბოლური შუალედური ნივთიერებების სინთეზისთვის.

ამ ნივთიერების გავლენით ხდება გლუვი კუნთების მოდუნება, მცირდება არტერიული წნევა, უმჯობესდება ნერვული იმპულსების გამტარობა და იზრდება მიოკარდიუმის შეკუმშვა.

ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარე, ატფ-ის ნაკლებობა იწვევს მთელ რიგ დაავადებებს, როგორიცაა დისტროფია, თავის ტვინის სისხლის მიმოქცევის დარღვევა, გულის კორონარული დაავადება და ა.შ.

ატფ-ის ფარმაკოლოგიური თვისებები

ორიგინალური სტრუქტურიდან გამომდინარე, ადენოზინის ტრიფოსფატის მოლეკულას აქვს მხოლოდ მისთვის დამახასიათებელი ფარმაკოლოგიური ეფექტი, რომელიც არ არის თანდაყოლილი არცერთ ქიმიურ კომპონენტში. ATP ახდენს მაგნიუმის და კალიუმის იონების კონცენტრაციის ნორმალიზებას, ხოლო შარდმჟავას კონცენტრაციის შემცირებას. ენერგეტიკული მეტაბოლიზმის სტიმულირებით, ის აუმჯობესებს:

• უჯრედის მემბრანების იონური ტრანსპორტირების სისტემების აქტივობა;
• მემბრანების ლიპიდური შემადგენლობის ინდიკატორები;
• მიოკარდიუმის ანტიოქსიდანტური დამცავი სისტემა;
• მემბრანაზე დამოკიდებული ფერმენტების აქტივობა.

ჰიპოქსიითა და იშემიით გამოწვეული მიოკარდიუმში მეტაბოლური პროცესების ნორმალიზების გამო, ATP-ს გააჩნია ანტიარითმული, მემბრანული სტაბილიზატორი და ანტი-იშემიური ეფექტი.

ასევე, ეს პრეპარატი აუმჯობესებს:

• მიოკარდიუმის შეკუმშვა;
• მარცხენა პარკუჭის ფუნქციური მდგომარეობა;
• პერიფერიული და ცენტრალური ჰემოდინამიკის ინდიკატორები;
• კორონარული მიმოქცევა;
• გულის გამომუშავება (რაც ზრდის ფიზიკურ შესრულებას).

იშემიის პირობებში ATP-ის როლი არის მიოკარდიუმის ჟანგბადის მოხმარების შემცირება, გულის ფუნქციური მდგომარეობის გააქტიურება, რის შედეგადაც ფიზიკური დატვირთვისას მცირდება ქოშინი და მცირდება სტენოკარდიის შეტევების სიხშირე.

სუპრავენტრიკულური და პაროქსიზმული სუპრავენტრიკულური ტაქიკარდიის მქონე პაციენტებში, წინაგულების ფიბრილაციისა და თრთოლვის მქონე პაციენტებში ეს პრეპარატი აღადგენს სინუსურ რიტმს და ამცირებს ექტოპიური კერების აქტივობას.

ატფ-ის გამოყენების ჩვენებები

როგორც მითითებულია ATP-ის ინსტრუქციებში, პრეპარატი ტაბლეტებში ინიშნება:

• გულის იშემიური დაავადება;
• პოსტინფარქტის და მიოკარდიტის კარდიოსკლეროზი;
• არასტაბილური სტენოკარდია;
• სუპრავენტრიკულური და პაროქსიზმული სუპრავენტრიკულური ტაქიკარდია;
• სხვადასხვა წარმოშობის რიტმის დარღვევა (კომპლექსური მკურნალობის ნაწილი);
• ვეგეტატიური დარღვევები;
• სხვადასხვა წარმოშობის ჰიპერურიკემია;
• მიკროკარდიოდისტროფია;
• ქრონიკული დაღლილობის სინდრომი.

ატფ-ის ინტრამუსკულარული გამოყენება მიზანშეწონილია პოლიომიელიტის, კუნთოვანი დისტროფიისა და ატონიის, ბადურის პიგმენტური დეგენერაციის, გაფანტული სკლეროზის, მშობიარობის სისუსტის, პერიფერიული სისხლძარღვების დაავადებების დროს (თრომბოანგიიტი ობლიტერანსი, რეინოს დაავადება, წყვეტილი კლოდიკაცია).

ინტრავენურად, პრეპარატი შეჰყავთ სუპრავენტრიკულური ტაქიკარდიის პაროქსიზმების შესაჩერებლად.

ატფ-ის გამოყენების უკუჩვენებები

ATP-ის ინსტრუქციებში მითითებულია, რომ პრეპარატი არ უნდა იქნას გამოყენებული პაციენტებში, რომლებსაც აქვთ ჰიპერმგრძნობელობა მისი რომელიმე კომპონენტის მიმართ, ბავშვებში, ორსულებსა და მეძუძურ ქალებში, გულის გლიკოზიდების დიდ დოზებთან ერთად.

ასევე, არ დანიშნოთ ის პაციენტებს, რომლებსაც აქვთ დიაგნოზი:

• ჰიპერმაგნიემია;
• ჰიპერკალიემია;
• მიოკარდიუმის მწვავე ინფარქტი;
• ბრონქული ასთმის მძიმე ფორმა და ფილტვების სხვა ანთებითი დაავადებები;
• მეორე და მესამე ხარისხის AV ბლოკადა;
• ჰემორაგიული ინსულტი;
• არტერიული ჰიპოტენზია;
• ბრადიარითმიის მძიმე ფორმა;
• დეკომპენსირებული გულის უკმარისობა;
• QT გახანგრძლივების სინდრომი.

ატფ-ის გამოყენების მეთოდი და დოზირების რეჟიმი

ATP ტაბლეტების სახით მიიღება 3-4-ჯერ დღეში სუბლინგვალურად, საკვების მიუხედავად. ერთჯერადი დოზა შეიძლება განსხვავდებოდეს 10-დან 40 მგ-მდე. მკურნალობის ხანგრძლივობას განსაზღვრავს დამსწრე ექიმი, მაგრამ ჩვეულებრივ 20-30 დღეა. საჭიროების შემთხვევაში 10-15 დღიანი შესვენების შემდეგ კურსი მეორდება.

გულის მწვავე პირობებში, ერთჯერადი დოზა მიიღება ყოველ 5-10 წუთში, სანამ სიმპტომები არ გაქრება, რის შემდეგაც ისინი გადადიან სტანდარტულ დოზაზე. მაქსიმალური სადღეღამისო დოზა ამ შემთხვევაში არის 400-600 მგ.

ინტრამუსკულარულად, ATP შეჰყავთ 10 მგ 1% ხსნარით დღეში ერთხელ მკურნალობის პირველ დღეებში, შემდეგ იმავე დოზით დღეში ორჯერ ან 20 მგ ერთხელ. თერაპიის კურსი, როგორც წესი, გრძელდება 30-დან 40 დღემდე. საჭიროების შემთხვევაში 1-2 თვიანი შესვენების შემდეგ მკურნალობა მეორდება.

ინტრავენურად შეჰყავთ 10-20 მგ პრეპარატი 5 წამის განმავლობაში. საჭიროების შემთხვევაში, ხელახალი ინფუზია კეთდება 2-3 წუთის შემდეგ.

Გვერდითი მოვლენები

ATP-ის მიმოხილვაში ნათქვამია, რომ პრეპარატის ტაბლეტის ფორმამ შეიძლება გამოიწვიოს ალერგიული რეაქციები, გულისრევა, დისკომფორტის შეგრძნება ეპიგასტრიუმში, აგრეთვე ჰიპერმაგნიემიის და/ან ჰიპერკალიემიის განვითარება (ხანგრძლივი და უკონტროლო მიღებით).

აღწერილი გვერდითი ეფექტების გარდა, ATP ინტრამუსკულარულად გამოყენებისას, მიმოხილვების მიხედვით, შეიძლება გამოიწვიოს თავის ტკივილი, ტაქიკარდია და დიურეზის გაძლიერება, ხოლო ინტრავენურად შეყვანისას გულისრევა, სახის სიწითლე.

პოპულარული სტატიებიწაიკითხეთ მეტი სტატია

02.12.2013

დღის განმავლობაში ყველანი ბევრს ვსეირნობთ. მჯდომარე ცხოვრების წესიც რომ გვქონდეს, მაინც დავდივართ - იმიტომ რომ არ გვაქვს...

607953 65 დაწვრილებით

10.10.2013

მშვენიერი სქესისთვის ორმოცდაათი წელი ერთგვარი ეტაპია, რომლის გადადგმის შემდეგ ყოველი წამი ...

ადენოზინტრიფოსფორის მჟავა-ATP- ნებისმიერი ცოცხალი უჯრედის სავალდებულო ენერგეტიკული კომპონენტი. ATP ასევე არის ნუკლეოტიდი, რომელიც შედგება ადენინის აზოტოვანი ფუძისგან, რიბოზის შაქრისა და ფოსფორმჟავას მოლეკულის სამი ნარჩენებისგან. ეს არის არასტაბილური სტრუქტურა. მეტაბოლურ პროცესებში ფოსფორის მჟავის ნარჩენები თანმიმდევრულად იშლება მისგან ენერგიით მდიდარი, მაგრამ მყიფე კავშირის გაწყვეტით მეორე და მესამე ფოსფორმჟავას ნარჩენებს შორის. ფოსფორმჟავას ერთი მოლეკულის გამოყოფას თან ახლავს დაახლოებით 40 კჯ ენერგიის გამოყოფა. ამ შემთხვევაში, ATP გადადის ადენოზინის დიფოსფორის მჟავაში (ADP) და ფოსფორის მჟავის ნარჩენების შემდგომი გაყოფით ADP-დან წარმოიქმნება ადენოზინმონოფოსფორის მჟავა (AMP).

ATP-ის სტრუქტურის სქემატური დიაგრამა და მისი გადაქცევა ADP-ში (თ.ა. კოზლოვა, ვ.ს. კუჩმენკო. ბიოლოგია ცხრილებში. მ., 2000 წ )

შესაბამისად, ATP არის ერთგვარი ენერგიის აკუმულატორი უჯრედში, რომელიც მისი დაყოფისას „გამოირიცხება“. ატფ-ის დაშლა ხდება ცილების, ცხიმების, ნახშირწყლების და უჯრედების ნებისმიერი სხვა სასიცოცხლო ფუნქციის სინთეზის რეაქციების დროს. ეს რეაქციები თან ახლავს ენერგიის შეწოვას, რომელიც გამოიყოფა ნივთიერებების დაშლის დროს.

ATP სინთეზირებულიამიტოქონდრიებში რამდენიმე ეტაპად. პირველი არის მოსამზადებელი -მიმდინარეობს ეტაპობრივად, თითოეულ საფეხურზე სპეციფიური ფერმენტების ჩართვით. ამ შემთხვევაში რთული ორგანული ნაერთები იშლება მონომერებად: ცილები - ამინომჟავებამდე, ნახშირწყლები - გლუკოზამდე, ნუკლეინის მჟავები - ნუკლეოტიდებად და ა.შ. ამ ნივთიერებებში ობლიგაციების რღვევას თან ახლავს მცირე რაოდენობის ენერგიის გამოყოფა. წარმოქმნილი მონომერები სხვა ფერმენტების მოქმედებით შეიძლება გაიარონ შემდგომი დაშლა ნახშირორჟანგამდე და წყალამდე უფრო მარტივი ნივთიერებების წარმოქმნით.

სქემა ატფ-ის სინთეზი უჯრედის მიტოქონდრიაში

ნივთიერებების და ენერგიის გარდაქმნის სქემის განმარტებები დისიმილაციის პროცესში

I ეტაპი - მოსამზადებელი: რთული ორგანული ნივთიერებები საჭმლის მომნელებელი ფერმენტების მოქმედებით იშლება მარტივებად, ხოლო გამოიყოფა მხოლოდ თერმული ენერგია.
ცილები -> ამინომჟავები
ცხიმები - > გლიცერინი და ცხიმოვანი მჟავები
სახამებელი ->გლუკოზა

II სტადია - გლიკოლიზი (ჟანგბადის გარეშე): ტარდება ჰიალოპლაზმაში, არ არის დაკავშირებული მემბრანებთან; იგი მოიცავს ფერმენტებს; გლუკოზა იშლება:

საფუარის სოკოებში გლუკოზის მოლეკულა, ჟანგბადის მონაწილეობის გარეშე, გარდაიქმნება ეთილის სპირტად და ნახშირორჟანგად (ალკოჰოლური დუღილი):

სხვა მიკროორგანიზმებში გლიკოლიზი შეიძლება დასრულდეს აცეტონის, ძმარმჟავას წარმოქმნით და ა.შ. ყველა შემთხვევაში გლუკოზის ერთი მოლეკულის დაშლას თან ახლავს ორი ATP მოლეკულის წარმოქმნა. ქიმიური ბმის სახით გლუკოზის უჟანგბადო დაშლის დროს ანერგიის 40% ნარჩუნდება ატფ-ის მოლეკულაში, დანარჩენი კი სითბოს სახით იშლება.

III სტადია - ჰიდროლიზი (ჟანგბადი): ტარდება მიტოქონდრიაში, დაკავშირებულია მიტოქონდრიულ მატრიქსთან და შიდა გარსთან, მასში მონაწილეობენ ფერმენტები, რძემჟავა განიცდის გახლეჩვას: CsH6Oz + ZH20 --> 3CO2 + 12H. CO2 (ნახშირორჟანგი) გამოიყოფა მიტოქონდრიიდან გარემოში. წყალბადის ატომი შედის რეაქციების ჯაჭვში, რომლის საბოლოო შედეგია ატფ-ის სინთეზი. ეს რეაქციები მიმდინარეობს შემდეგი თანმიმდევრობით:

1. წყალბადის ატომი H გადამზიდავი ფერმენტების დახმარებით ხვდება მიტოქონდრიის შიდა მემბრანაში, რომელიც ქმნის კრისტალებს, სადაც იჟანგება: H-e--> H+

2. წყალბადის პროტონი H+(კატიონი) გადატანილია მატარებლების მიერ cristae-ს მემბრანის გარე ზედაპირზე. პროტონებისთვის ეს მემბრანა გაუვალია, ამიტომ ისინი გროვდებიან მემბრანთაშორის სივრცეში და წარმოქმნიან პროტონულ რეზერვუარს.

3. წყალბადის ელექტრონები ეგადადიან cristae მემბრანის შიდა ზედაპირზე და ოქსიდაზას ფერმენტის დახმარებით დაუყოვნებლივ ემაგრებიან ჟანგბადს, წარმოქმნიან უარყოფითად დამუხტულ აქტიურ ჟანგბადს (ანიონს): O2 + e--> O2-

4. მემბრანის ორივე მხარეს კათიონები და ანიონები ქმნიან საპირისპიროდ დამუხტულ ელექტრულ ველს და როცა პოტენციალის სხვაობა 200 მვ-ს მიაღწევს, პროტონული არხი იწყებს მუშაობას. ის გვხვდება ATP სინთეტაზას ფერმენტის მოლეკულებში, რომლებიც ჩაშენებულია შიდა მემბრანაში, რომელიც ქმნის კრისტას.

5. წყალბადის პროტონები პროტონული არხის გავლით H+ჩქარობს მიტოქონდრიის შიგნით, ქმნის ენერგიის მაღალ დონეს, რომლის უმეტესი ნაწილი მიდის ATP-ის სინთეზზე ADP-დან და P-დან (ADP + P -\u003e ATP) და პროტონებიდან. H+ურთიერთქმედება აქტიურ ჟანგბადთან, წარმოქმნის წყალს და მოლეკულურ 02-ს:
(4Н++202- -->2Н20+02)

ამრიგად, O2, რომელიც მიტოქონდრიაში შედის ორგანიზმის სუნთქვის დროს, აუცილებელია წყალბადის პროტონების H-ის დასამატებლად. მისი არარსებობის შემთხვევაში, მიტოქონდრიაში მთელი პროცესი ჩერდება, რადგან ელექტრონის ტრანსპორტირების ჯაჭვი წყვეტს ფუნქციონირებას. III ეტაპის ზოგადი რეაქცია:

(2CsHbOz + 6Oz + 36ADP + 36F ---> 6C02 + 36ATP + + 42H20)

გლუკოზის ერთი მოლეკულის დაშლის შედეგად წარმოიქმნება 38 ატფ მოლეკულა: II სტადიაზე - 2 ატფ და III სტადიაზე - 36 ატფ. შედეგად მიღებული ATP მოლეკულები სცილდება მიტოქონდრიებს და მონაწილეობენ უჯრედის ყველა პროცესში, სადაც ენერგიაა საჭირო. გაყოფით, ATP გამოყოფს ენერგიას (ერთი ფოსფატის ბმა შეიცავს 40 კჯ) და უბრუნდება მიტოქონდრიაში ADP და F (ფოსფატის) სახით.

უდავოა, რომ ენერგიის წარმოების თვალსაზრისით ყველაზე მნიშვნელოვანი მოლეკულა ჩვენს ორგანიზმში არის ATP (ადენოზინტრიფოსფატი: ადენილის ნუკლეოტიდი, რომელიც შეიცავს ფოსფორის მჟავას სამ ნარჩენს და წარმოიქმნება მიტოქონდრიებში).

სინამდვილეში, ჩვენი სხეულის ყველა უჯრედი ინახავს და იყენებს ენერგიას ბიოქიმიური რეაქციებისთვის ATP-ის საშუალებით, ამიტომ ATP შეიძლება ჩაითვალოს ბიოლოგიური ენერგიის უნივერსალურ ვალუტად. ყველა ცოცხალ არსებას სჭირდება უწყვეტი ენერგომომარაგება ცილების და დნმ-ის სინთეზის, სხვადასხვა იონების და მოლეკულების მეტაბოლიზმისა და ტრანსპორტირებისთვის და ორგანიზმის სასიცოცხლო აქტივობის შესანარჩუნებლად. კუნთოვანი ბოჭკოები ძალისმიერი ვარჯიშის დროს ასევე საჭიროებს ხელმისაწვდომ ენერგიას. როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ყველა ამ პროცესისთვის ენერგიას აწვდის ATP. თუმცა, ATP-ის ფორმირებისთვის, ჩვენს უჯრედებს ნედლეული სჭირდებათ. ადამიანები ამ ნედლეულს იღებენ კალორიების მეშვეობით საკვების დაჟანგვის გზით, რომელსაც ისინი მიირთმევენ. ენერგიის წარმოებისთვის, ეს საკვები პირველ რიგში უნდა გარდაიქმნას ადვილად გამოსაყენებელ მოლეკულად, ATP.

გამოყენებამდე ATP მოლეკულამ უნდა გაიაროს რამდენიმე ფაზა.

პირველი, სპეციალური კოენზიმი გამოყოფს სამი ფოსფატიდან ერთს (თითოეული შეიცავს ათ კალორიას ენერგიას), რომელიც გამოყოფს დიდი რაოდენობით ენერგიას და ქმნის რეაქციის პროდუქტს ადენოზინ დიფოსფატს (ADP). თუ მეტი ენერგიაა საჭირო, მაშინ შემდეგი ფოსფატის ჯგუფი გამოიყოფა და წარმოიქმნება ადენოზინმონოფოსფატი (AMP).

ATP + H 2 O → ADP + H 3 PO 4 + ენერგია
ATP + H 2 O → AMP + H 4 P 2 O 7 + ენერგია

როდესაც არ არის საჭირო ენერგიის სწრაფი გამომუშავება, ხდება საპირისპირო რეაქცია - ADP-ის, ფოსფაგენისა და გლიკოგენის დახმარებით მოლეკულაზე ფოსფატის ჯგუფი ხელახლა მიმაგრდება, რის გამოც წარმოიქმნება ATP. ეს პროცესი მოიცავს თავისუფალი ფოსფატების გადატანას კუნთებში შემავალ სხვა ნივთიერებებზე, რომლებიც მოიცავს და. ამავდროულად, გლუკოზა იღება გლიკოგენის მარაგებიდან და იშლება.

ამ გლუკოზისგან მიღებული ენერგია ხელს უწყობს გლუკოზის თავდაპირველ ფორმაში გადაქცევას, რის შემდეგაც თავისუფალი ფოსფატები შეიძლება ხელახლა დაერთოს ADP-ს ახალი ატფ-ის შესაქმნელად. ციკლის დასრულების შემდეგ, ახლად შექმნილი ATP მზად არის შემდეგი გამოყენებისთვის.

არსებითად, ATP მუშაობს მოლეკულური ბატარეის მსგავსად, ინახავს ენერგიას, როდესაც არ არის საჭირო და ათავისუფლებს მას, როდესაც საჭიროა. მართლაც, ATP ჰგავს სრულად დატენვის ბატარეას.

ATP-ის სტრუქტურა

ATP მოლეკულა შედგება სამი კომპონენტისგან:

• რიბოზა (იგივე ხუთნახშირბადიანი შაქარი, რომელიც ქმნის დნმ-ის ხერხემალს)
• ადენინი (დაკავშირებული ნახშირბადის და აზოტის ატომები)
• ტრიფოსფატი

რიბოზას მოლეკულა მდებარეობს ATP მოლეკულის ცენტრში, რომლის კიდე ადენოზინის საფუძველს წარმოადგენს.
სამი ფოსფატის ჯაჭვი მდებარეობს რიბოზის მოლეკულის მეორე მხარეს. ATP აჯერებს გრძელ, თხელ ბოჭკოებს, რომლებიც შეიცავს პროტეინს მიოსინს, რომელიც ქმნის ჩვენი კუნთოვანი უჯრედების ხერხემალს.

ATP კონსერვაცია

საშუალო ზრდასრული ადამიანის ორგანიზმი ყოველდღიურად იყენებს დაახლოებით 200-300 მოლ ATP-ს (მოლი არის ქიმიური ტერმინი ნივთიერების რაოდენობაზე სისტემაში, რომელიც შეიცავს იმდენ ელემენტარულ ნაწილაკს, რამდენი ნახშირბადის ატომია ნახშირბად-12-ის იზოტოპის 0,012 კგ-ში). . ატფ-ის მთლიანი რაოდენობა ორგანიზმში მოცემულ მომენტში არის 0,1 მოლი. ეს ნიშნავს, რომ ATP უნდა იქნას გამოყენებული 2000-3000 ჯერ დღის განმავლობაში. ATP-ის შენახვა შეუძლებელია, ამიტომ მისი სინთეზის დონე თითქმის ემთხვევა მოხმარების დონეს.

ATP სისტემები

ატფ-ის ენერგეტიკული თვალსაზრისით მნიშვნელობის გამო და ასევე მისი ფართო გამოყენების გამო, ორგანიზმს აქვს ატფ-ის გამომუშავების სხვადასხვა გზა. ეს არის სამი განსხვავებული ბიოქიმიური სისტემა. განვიხილოთ ისინი თანმიმდევრობით:

როდესაც კუნთებს აქვთ ხანმოკლე, მაგრამ ინტენსიური აქტივობის პერიოდი (დაახლოებით 8-10 წამი), გამოიყენება ფოსფაგენური სისტემა - ATP აერთიანებს კრეატინ ფოსფატს. ფოსფაგენის სისტემა უზრუნველყოფს, რომ მცირე რაოდენობით ATP მუდმივად ცირკულირებს ჩვენს კუნთოვან უჯრედებში.

კუნთოვანი უჯრედები ასევე შეიცავს მაღალი ენერგიის ფოსფატს, კრეატინ ფოსფატს, რომელიც გამოიყენება ატფ-ის დონის აღსადგენად მოკლევადიანი, მაღალი ინტენსივობის აქტივობის შემდეგ. ფერმენტი კრეატინ კინაზა შლის ფოსფატის ჯგუფს კრეატინ ფოსფატიდან და სწრაფად გადააქვს მას ADP-ში ატფ-ის წარმოქმნით. ამრიგად, კუნთოვანი უჯრედი გარდაქმნის ATP-ს ADP-ად, ხოლო ფოსფაგენი სწრაფად აღადგენს ADP-ს ATP-ად. კრეატინ ფოსფატის დონე იწყებს კლებას მაღალი ინტენსივობის აქტივობის მხოლოდ 10 წამის შემდეგ და ენერგიის დონე იკლებს. ფოსფაგენური სისტემის მუშაობის მაგალითია, მაგალითად, 100 მეტრიანი სპრინტი.

გლიკოგენისა და რძემჟავას სისტემა ორგანიზმს უფრო ნელი ტემპით აძლევს ენერგიას, ვიდრე ფოსფაგენის სისტემა, თუმცა ის მუშაობს შედარებით სწრაფად და უზრუნველყოფს საკმარის ATP-ს დაახლოებით 90 წამის მაღალი ინტენსივობის აქტივობისთვის. ამ სისტემაში ანაერობული მეტაბოლიზმის შედეგად კუნთოვან უჯრედებში გლუკოზისგან წარმოიქმნება რძემჟავა.

იმის გათვალისწინებით, რომ ორგანიზმი არ იყენებს ჟანგბადს ანაერობულ მდგომარეობაში, ეს სისტემა უზრუნველყოფს ხანმოკლე ენერგიას კარდიო-რესპირატორული სისტემის გააქტიურების გარეშე ისევე, როგორც აერობული სისტემა, მაგრამ დროის დაზოგვით. უფრო მეტიც, როდესაც კუნთები სწრაფად მუშაობენ ანაერობულ რეჟიმში, ისინი ძლიერად იკუმშებიან, წყვეტენ ჟანგბადის მიწოდებას, რადგან გემები შეკუმშულია.

ამ სისტემას ზოგჯერ ანაერობულ სუნთქვას უწოდებენ და 400 მეტრიანი სპრინტი კარგი მაგალითია.

თუ ფიზიკური დატვირთვა წუთზე მეტხანს გრძელდება, აერობული სისტემა ჩართულია მუშაობაში და კუნთები იღებენ ატფ-ს ჯერ, შემდეგ ცხიმებიდან და ბოლოს ამინომჟავებიდან (). პროტეინს ენერგეტიკულად იყენებენ ძირითადად შიმშილის პირობებში (ზოგიერთ შემთხვევაში დიეტაზე).

აერობული სუნთქვის დროს ატფ-ის გამომუშავება ყველაზე ნელია, მაგრამ საკმარისი ენერგიაა რამდენიმე საათის განმავლობაში ფიზიკური დატვირთვისთვის. ეს იმიტომ ხდება, რომ აერობული სუნთქვის დროს გლუკოზა იშლება ნახშირორჟანგად და წყალში გლიკოგენ-რძემჟავას სისტემაში რძის მჟავას წინააღმდეგობის გარეშე. გლიკოგენი (გლუკოზის შენახული ფორმა) აერობული სუნთქვის დროს მოდის სამი წყაროდან:

1. საკვებიდან გლუკოზის შეწოვა კუჭ-ნაწლავის ტრაქტში, რომელიც სისხლის მიმოქცევის სისტემის მეშვეობით შედის კუნთებში.
2. გლუკოზის დარჩენილი ნაწილი კუნთებში
3. ღვიძლის გლიკოგენის დაშლა გლუკოზად, რომელიც შედის კუნთებში სისხლის მიმოქცევის სისტემის მეშვეობით.

დასკვნა

თუ ოდესმე გიფიქრიათ, საიდან ვიღებთ ენერგიას სხვადასხვა პირობებში სხვადასხვა აქტივობის შესასრულებლად, პასუხი არის - ძირითადად ATP-დან. ეს რთული მოლეკულა ხელს უწყობს საკვების სხვადასხვა კომპონენტის გამოყენებად ენერგიად გარდაქმნას.

ATP-ის გარეშე, ჩვენი სხეული უბრალოდ ვერ შეძლებს ფუნქციონირებას. ამრიგად, ატფ-ის როლი ენერგიის წარმოებაში მრავალმხრივია, მაგრამ ამავე დროს მარტივი.

მილიონობით ბიოქიმიური რეაქცია ხდება ჩვენი სხეულის ნებისმიერ უჯრედში. ისინი კატალიზებულია სხვადასხვა ფერმენტების მიერ, რომლებიც ხშირად საჭიროებენ ენერგიას. სად მიჰყავს უჯრედი? ამ კითხვაზე პასუხის გაცემა შეიძლება, თუ გავითვალისწინებთ ATP მოლეკულის სტრუქტურას - ენერგიის ერთ-ერთ მთავარ წყაროს.

ATP ენერგიის უნივერსალური წყაროა

ATP ნიშნავს ადენოზინტრიფოსფატს, ან ადენოზინტრიფოსფატს. მატერია არის ენერგიის ორი ყველაზე მნიშვნელოვანი წყაროდან რომელიმე უჯრედში. ATP-ის სტრუქტურა და ბიოლოგიური როლი მჭიდრო კავშირშია. ბიოქიმიური რეაქციების უმეტესობა შეიძლება მოხდეს მხოლოდ ნივთიერების მოლეკულების მონაწილეობით, განსაკუთრებით ეს ეხება, თუმცა ATP იშვიათად მონაწილეობს რეაქციაში უშუალოდ: ნებისმიერი პროცესისთვის საჭიროა ენერგია, რომელიც შეიცავს ზუსტად ადენოზინტრიფოსფატს.

ნივთიერების მოლეკულების სტრუქტურა ისეთია, რომ ფოსფატის ჯგუფებს შორის წარმოქმნილი ობლიგაციები უზარმაზარ ენერგიას ატარებს. ამიტომ ასეთ ობლიგაციებს მაკროერგიულს, ანუ მაკროენერგიულსაც (მაკრო=ბევრი, დიდი რიცხვი) უწოდებენ. ტერმინი პირველად შემოიღო მეცნიერმა ფ. ლიპმანმა და მან ასევე შესთავაზა გამოეყენებინათ ხატი ̴ მათ აღსანიშნავად.

უჯრედისთვის ძალიან მნიშვნელოვანია ადენოზინტრიფოსფატის მუდმივი დონის შენარჩუნება. ეს განსაკუთრებით ეხება კუნთოვანი ქსოვილისა და ნერვული ბოჭკოების უჯრედებს, რადგან ისინი ყველაზე მეტად ენერგომოკიდებულნი არიან და თავიანთი ფუნქციების შესასრულებლად საჭიროებენ ადენოზინტრიფოსფატის მაღალი შემცველობას.

ATP მოლეკულის სტრუქტურა

ადენოზინტრიფოსფატი შედგება სამი ელემენტისგან: რიბოზა, ადენინი და

რიბოზა- ნახშირწყალი, რომელიც მიეკუთვნება პენტოზების ჯგუფს. ეს ნიშნავს, რომ რიბოზა შეიცავს 5 ნახშირბადის ატომს, რომლებიც ჩართულია ციკლში. რიბოზა უკავშირდება ადენინს β-N-გლიკოზიდური ბმის მეშვეობით ნახშირბადის პირველ ატომზე. ასევე, ფოსფორის მჟავას ნარჩენები მე-5 ნახშირბადის ატომზე მიმაგრებულია პენტოზაზე.

ადენინი არის აზოტოვანი ბაზა.იმისდა მიხედვით, თუ რომელ აზოტოვან ფუძეს ერთვის რიბოზას, ასევე იზოლირებულია GTP (გუანოზინის ტრიფოსფატი), TTP (თიმიდინ ტრიფოსფატი), CTP (ციტიდინ ტრიფოსფატი) და UTP (ურიდინ ტრიფოსფატი). ყველა ეს ნივთიერება აგებულებით ჰგავს ადენოზინტრიფოსფატს და ასრულებენ დაახლოებით ერთსა და იმავე ფუნქციებს, მაგრამ ისინი უჯრედში გაცილებით ნაკლებადაა გავრცელებული.

ფოსფორის მჟავის ნარჩენები. მაქსიმუმ სამი ფოსფორის მჟავის ნარჩენი შეიძლება დაერთოს რიბოზას. თუ მათგან ორი ან მხოლოდ ერთია, მაშინ, შესაბამისად, ნივთიერებას ეწოდება ADP (დიფოსფატი) ან AMP (მონოფოსფატი). სწორედ ფოსფორის ნარჩენებს შორის იდება მაკროენერგეტიკული ბმები, რომელთა გაწყვეტის შემდეგ გამოიყოფა 40-დან 60 კჯ ენერგიამდე. ორი ბმის გაწყვეტის შემთხვევაში გამოიყოფა 80, ნაკლებად ხშირად - 120 კჯ ენერგია. როდესაც რიბოზასა და ფოსფორის ნარჩენებს შორის კავშირი იშლება, მხოლოდ 13,8 კჯ გამოიყოფა, შესაბამისად, ტრიფოსფატის მოლეკულაში მხოლოდ ორი მაღალი ენერგიის ბმულია (P ̴ P ̴ P) და ერთი ADP მოლეკულაში (P ̴). P).

რა არის ატფ-ის სტრუქტურული მახასიათებლები. იმის გამო, რომ ფოსფორის მჟავას ნარჩენებს შორის მაკროენერგეტიკული ბმა იქმნება, ATP-ის სტრუქტურა და ფუნქციები ურთიერთდაკავშირებულია.

ატფ-ის სტრუქტურა და მოლეკულის ბიოლოგიური როლი. ადენოზინტრიფოსფატის დამატებითი ფუნქციები

ენერგიის გარდა, ATP-ს შეუძლია შეასრულოს სხვა მრავალი ფუნქცია უჯრედში. სხვა ნუკლეოტიდ ტრიფოსფატებთან ერთად ტრიფოსფატი მონაწილეობს ნუკლეინის მჟავების აგებაში. ამ შემთხვევაში, ATP, GTP, TTP, CTP და UTP არიან აზოტოვანი ბაზების მომწოდებლები. ეს თვისება გამოიყენება პროცესებსა და ტრანსკრიფციაში.

ATP ასევე საჭიროა იონური არხების მუშაობისთვის. მაგალითად, Na-K არხი უჯრედიდან ნატრიუმის 3 მოლეკულას ამოტუმბავს და უჯრედში კალიუმის 2 მოლეკულას. ასეთი იონური დენი საჭიროა მემბრანის გარე ზედაპირზე დადებითი მუხტის შესანარჩუნებლად და მხოლოდ ადენოზინტრიფოსფატის დახმარებით შეუძლია არხის ფუნქციონირება. იგივე ეხება პროტონულ და კალციუმის არხებს.

ATP არის მეორე მესენჯერის cAMP-ის (ციკლური ადენოზინმონოფოსფატი) წინამორბედი - cAMP არა მხოლოდ გადასცემს უჯრედის მემბრანის რეცეპტორების მიერ მიღებულ სიგნალს, არამედ არის ალოსტერიული ეფექტორი. ალოსტერული ეფექტორები არის ნივთიერებები, რომლებიც აჩქარებენ ან ანელებენ ფერმენტულ რეაქციებს. ასე რომ, ციკლური ადენოზინის ტრიფოსფატი აფერხებს ფერმენტის სინთეზს, რომელიც კატალიზებს ბაქტერიულ უჯრედებში ლაქტოზის დაშლას.

თავად ადენოზინის ტრიფოსფატის მოლეკულა ასევე შეიძლება იყოს ალოსტერიული ეფექტორი. უფრო მეტიც, ასეთ პროცესებში ADP მოქმედებს როგორც ATP ანტაგონისტი: თუ ტრიფოსფატი აჩქარებს რეაქციას, მაშინ დიფოსფატი ანელებს და პირიქით. ეს არის ATP-ის ფუნქციები და სტრუქტურა.

როგორ იქმნება ATP უჯრედში

ATP-ის ფუნქციები და სტრუქტურა ისეთია, რომ ნივთიერების მოლეკულები სწრაფად გამოიყენება და ნადგურდება. ამიტომ, ტრიფოსფატის სინთეზი მნიშვნელოვანი პროცესია უჯრედში ენერგიის ფორმირებაში.

ადენოზინტრიფოსფატის სინთეზის სამი ყველაზე მნიშვნელოვანი გზა არსებობს:

1. სუბსტრატის ფოსფორილირება.

2. ოქსიდაციური ფოსფორილირება.

3. ფოტოფოსფორილირება.

სუბსტრატის ფოსფორილირება ემყარება უჯრედის ციტოპლაზმაში მიმდინარე მრავალ რეაქციას. ამ რეაქციებს გლიკოლიზი ეწოდება - ანაერობული სტადია.1 გლიკოლიზის ციკლის შედეგად 1 გლუკოზის მოლეკულისგან სინთეზირდება ორი მოლეკულა, რომელიც შემდგომ გამოიყენება ენერგიის წარმოებისთვის და ასევე სინთეზირდება ორი ატფ.

• C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2Fn --> 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 4H.

უჯრედის სუნთქვა

ოქსიდაციური ფოსფორილირება არის ადენოზინის ტრიფოსფატის წარმოქმნა მემბრანის ელექტრონული სატრანსპორტო ჯაჭვის გასწვრივ ელექტრონების გადაცემით. ამ გადაცემის შედეგად მემბრანის ერთ-ერთ მხარეს წარმოიქმნება პროტონული გრადიენტი და ATP სინთაზას ცილოვანი ინტეგრალური ნაკრების დახმარებით შენდება მოლეკულები. პროცესი მიტოქონდრიულ მემბრანაზე მიმდინარეობს.

მიტოქონდრიაში გლიკოლიზის და ოქსიდაციური ფოსფორილირების ეტაპების თანმიმდევრობა ქმნის მთლიან პროცესს, რომელსაც სუნთქვა ეწოდება. სრული ციკლის შემდეგ უჯრედში გლუკოზის 1 მოლეკულისგან წარმოიქმნება 36 ATP მოლეკულა.

ფოტოფოსფორილირება

ფოტოფოსფორილირების პროცესი იგივე ოქსიდაციური ფოსფორილირებაა მხოლოდ ერთი განსხვავებით: ფოტოფოსფორილირების რეაქციები ხდება უჯრედის ქლოროპლასტებში სინათლის მოქმედებით. ATP წარმოიქმნება ფოტოსინთეზის მსუბუქი სტადიის დროს, ენერგიის წარმოების მთავარი პროცესია მწვანე მცენარეებში, წყალმცენარეებსა და ზოგიერთ ბაქტერიაში.

ფოტოსინთეზის პროცესში ელექტრონები გადიან იმავე ელექტრონების გადამტან ჯაჭვში, რის შედეგადაც წარმოიქმნება პროტონის გრადიენტი. მემბრანის ერთ მხარეს პროტონების კონცენტრაცია არის ATP სინთეზის წყარო. მოლეკულების შეკრება ხორციელდება ფერმენტ ATP სინთაზას მიერ.

საშუალო უჯრედი შეიცავს მთლიანი მასის 0,04% ადენოზინტრიფოსფატს. თუმცა, ყველაზე მაღალი მნიშვნელობა შეინიშნება კუნთოვან უჯრედებში: 0,2-0,5%.

უჯრედში დაახლოებით 1 მილიარდი ATP მოლეკულაა.

თითოეული მოლეკულა ცხოვრობს არა უმეტეს 1 წუთისა.

ადენოზინტრიფოსფატის ერთი მოლეკულა განახლდება 2000-3000-ჯერ დღეში.

მთლიანობაში, ადამიანის ორგანიზმი დღეში 40 კგ ადენოზინტრიფოსფატს სინთეზირებს და ყოველ მომენტში ატფ-ის მარაგი შეადგენს 250 გ-ს.

დასკვნა

ATP-ის სტრუქტურა და მისი მოლეკულების ბიოლოგიური როლი მჭიდრო კავშირშია. ნივთიერება სასიცოცხლო პროცესებში მთავარ როლს ასრულებს, რადგან ფოსფატის ნარჩენებს შორის მაკროერგიული ბმები შეიცავს უზარმაზარ რაოდენობას ენერგიას. ადენოზინტრიფოსფატი ასრულებს ბევრ ფუნქციას უჯრედში და ამიტომ მნიშვნელოვანია ნივთიერების მუდმივი კონცენტრაციის შენარჩუნება. დაშლა და სინთეზი მიმდინარეობს დიდი სიჩქარით, რადგან ობლიგაციების ენერგია მუდმივად გამოიყენება ბიოქიმიურ რეაქციებში. ეს არის სხეულის ნებისმიერი უჯრედის შეუცვლელი ნივთიერება. ეს არის, ალბათ, ყველაფერი, რაც შეიძლება ითქვას ATP-ის სტრუქტურაზე.