АТФ формула: энергетический код живого
Аденозинтрифосфат, или АТФ, является универсальным аккумулятором энергии для всех живых организмов. Без этого соединения невозможно было бы поддерживать обмен веществ и другие процессы, необходимые для жизни.
История открытия и изучения АТФ
В 1929 году группа немецких ученых во главе с Карлом Ломаном выделила неизвестное ранее соединение, которому дали название аденозинтрифосфат. Они установили его химический состав, включающий аденин, рибозу и три остатка фосфорной кислоты.
Аденозинтрифосфат была выделена в 1929 году группой немецких ученых Карлом Ломаном, Сайрусом Фиске и Йеллапрагадой Суббарао
Однако ключевое открытие сделал в 1941 году немецко-американский биохимик Фриц Липман – он показал, что АТФ является основным переносчиком энергии в живой клетке. То есть при гидролизе АТФ до АДФ и неорганического фосфата высвобождается энергия, необходимая для протекания биохимических реакций.
В 2018-2022 годах группа биохимиков во главе с Ником Лейном провела эксперименты, доказывающие возможность синтеза АТФ в до биологический период истории Земли. Они показали, что в кислой среде при наличии ионов Fe3+ как катализатора, АТФ может синтезироваться из ацетилфосфата и АДФ без участия ферментов.
Строение и свойства молекулы АТФ
Структурную формулу АТФ можно представить следующим образом:
Как видно из формулы, в состав АТФ входят:
- Аденин – азотистое пуриновое основание
- Рибоза – пентозный сахар
- Три остатка фосфорной кислоты, обозначаемые греческими буквами α, β и γ
Химическая формула АТФ может быть записана так:
C10H16N5O13P3
АТФ относится к макроэргическим соединениям, так как содержит высокоэнергетические связи между атомами. При их гидролизе выделяется значительное количество энергии – от 40 до 60 кДж на 1 моль АТФ. Это происходит за счет отщепления β- и γ-фосфатных групп с образованием АДФ и неорганического фосфата.
В нейтральных водных растворах АТФ существует преимущественно в форме отрицательно заряженного иона ATP4-. Также обладает высоким сродством к ионам металлов, особенно Mg2+. Поэтому в клетках АТФ чаще находится в комплексе с магнием.
Функции АТФ в живых организмах
Основная функция АТФ состоит в том, чтобы быть универсальным аккумулятором энергии для протекания биохимических реакций и других процессов в клетках. Гидролиз одной молекулы АТФ до АДФ позволяет получить около 30-50 кДж энергии.
Эту энергию живые организмы используют для:
- Синтеза сложных органических веществ, таких как белки, нуклеиновые кислоты
- Активного транспорта молекул через клеточные мембраны
- Мышечного сокращения
- Поддержания гомеостаза ионов Ca2+ и pH
- Регуляции активности ферментов
Кроме того, АТФ участвует в передаче нервных импульсов, свертывании крови, иммунном ответе и других важнейших процессах в организме человека и животных.
Места синтеза и пути регенерации АТФ
Основное количество АТФ в клетках образуется в митохондриях. Здесь происходит окислительное фосфорилирование – перенос фосфатной группы от таких соединений как НАДН или ФАДН2 на молекулу АДФ с образованием АТФ. Этот процесс идет с затратой энергии, выделяющейся при дыхательных реакциях в митохондриях.
Еще одно важное место синтеза АТФ – хлоропласты в растительных клетках. Здесь при фотосинтезе за счет энергии света происходит фосфорилирование АДФ до АТФ.
Кроме того, регенерация АТФ из АДФ возможна при субстратном фосфорилировании в цитоплазме клеток. В этом случае источником фосфатной группы служат такие соединения как креатинфосфат или глюкозо-6-фосфат.
Скорость метаболизма и потребление АТФ
Молекулы АТФ чрезвычайно динамичны – они постоянно расходуются и восстанавливаются в ходе обменных процессов. Так, у человека за сутки ресинтезируется около 60-80 кг АТФ. Это объясняется очень высокой скоростью гидролиза и синтеза АТФ в организме.
Среднее время жизни одной молекулы АТФ в клетке составляет от 1 до 2 минут. За это короткое время она успевает пройти от 2 до 3 тысяч циклов гидролиза и ресинтеза, прежде чем будет окончательно деградирована.
Такие высокие скорости обмена обеспечивают мгновенное покрытие потребностей клетки в энергии для поддержания гомеостаза или адаптивных реакций на внешние воздействия.
Перспективы практического использования АТФ
Высокоэнергетические свойства АТФ определяют большой интерес к ее применению в медицине и других областях.
Уже сейчас препараты на основе АТФ используют для лечения ишемической болезни сердца, хронических заболеваний печени, а также при реабилитации после инсультов и инфарктов. АТФ стимулирует регенерацию тканей и ускоряет восстановление организма.
В спортивной медицине АТФ применяют как стимулятор выносливости и ускоритель восстановления сил после интенсивных тренировок.
Перспективно использование соединений АТФ в качестве высокоэффективных биотопливных элементов, способных генерировать электрический ток.