АТФ и его роль в клетке. Функции митохондрий клетки

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 14.12.2024

Митохондрии являются универсальным мембранными органоидами клеток. Митохондрии имеют 2 мембраны - наружную и внутреннюю. Между этими мембранами нахлдится межмембранное пространство. В некоторых участках мембраны образуют контактные сайты. В митохондрии находится митохондриальный матрикс. В нем локализуются молекулы митохондриальной ДНК, собственные рибосомы, РНК, белки, низкомолекулярные метаболиты.

В наружной мембране содержится более 80% липидов и менее 20% белков, а во внутренней - наоборот. Среди белков наружной мембраны имеются порины, формирующие поры. Через них из гиалоплазмы поступают молекулы определенного размера. В результате этого наружная мембрана имеет неспецифическую проницаемость. В зоне контактных сайтов локализуются специальные рецепторы и канальные белки. Внутренняя мембрана образует кристы. На них со стороны митохондриального матрикса локализуются грибовидные тельца - белковые компоненты, которые осуществляют синтез АТФ.

Симптомы большинства митохондриальных болезней проявляются с возрастом, что вероятно, обусловлено накоплением мутаций, осуществляемыми Н₂О₂ и О₂. Т.к. эти вещества генерируются в максимальных количествах при окислительном фосфолирировании, чаще поражаются органы, наиболее нуждающиеся в митохондриальной энергии (ЦНС, сердце, скелетные мышцы, почки, печень, островки Лангерганса).

Жизненный цикл митохондрий около 10 суток, их разрушение происходит путем аутофагии, а гибнущие органеллы замещаются новыми, которые формируются путем пеершнуровки предшествующих. Репликация митохондриальной ДНК происходит в любые фазы клеточного цикла независимо от ядерной ДНК.

Функции митохондрий:

1. Дыхательный и энергетический центр клетки - в них усваивается кислород необходимый для третьего (аэробного) этапа диссимиляции.

2. Синтез своих ДНК, РНК, части белков.

Энергетический обмен в клетке.

Основой всех проявлений жизнедеятельности клеток является обмен веществ с окружающей средой. Благодаря биохимическим реакциям, все процессы клеток являются строго упорядоченными. Клетка - высокоорганизованная структура, в которой экономично расходуются материалы и энергия, процессы идут с высоким КПД (КПД митохондрий 45-60%, хлоропластов - 25%).

АТФ + Н₂О = АДФ + Н₃РО₄

Обмен веществ состоит из ассимиляции и диссимиляции. Ассимиляция (анаболизм) - пластический обмен, при котором происходит синтез всех органических веществ. Все биосинтезы идут с поглощением энергии, которая запасается в виде АТФ при диссимиляции (катаболизме) - энергетическом обмене.

Этапы энергетического обмена:

Подготовительный - происходит расщепление сложных органических веществ до более простых под действием пищеварительных ферментов. Высвобожденная энергия рассеивается в виде тепла.

1. В анаэробных условиях (без О₂) у анаэробов субстрат расщепляется с образованием конечных продуктов еще богатых энергией.

o Гликолиз - расщепление глюкозы ферментами клетки в отсутствии кислорода. В результате 40% энергии глюкозы запасется в 2 молекулах АТФ, 60% утрачивается в виде теплоты. Гликолиз осуществляется в гиалплазме клетки и не связан с мембранами.

С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Н₃РО₄ = 2С₃Н₆О₃ + 2АТФ +2Н₂О

Спиртовое брожение

Глюкоза →пируват→ацетальдегид→этанол. КПД = 29%.

С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Н₃РО₄ = 2С₂Н₅ОН + 2АТФ +2Н₂О + 2СО₂

2. В аэробных условиях (с О₂) - субстрат без остатка расщепляется до бедных энергией неорганических веществ с высвобождением большого количества энергии. Протекает в 2 этапа:

А. Аналогично гликолизу, но только до пирувата С₃Н₄О₃ (субстратное фосфолирирование):

В.Пируват и НАДН₂ поступают в митохондрии, где пируват окисляется до ацилКоА.

С₃Н₄О₃ + КоАSH + HAД + = СН₃СО₃SКоА + НАДН₂ + СО₂

Ацетилкоэнзим А направляется в ЦТК (цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса), а НАДН в дыхательную цепь. ЦТК идет в матриксе митохондрий: ацетилКоА присоединяется к щавелевоуксусной кислоте и т.д.

В результате образуется:

АТФ + 2СО₂ +КоА = 3НАДН + 3Н + + ФАДН₂

Вся энергия глюкозы оказывается сосредоточенной в переносчиках НАДН +Н + и ФАДН₂. Они переносят по 2Н + цепь переноса электронов и затем снова могут присоединять Н + .

Атомы Н переносятся через внутреннюю мембрану митохондрий и на ее наружней поверхности разделяются на Н + и электрон.

Реакции образования АТФ:

1. Н поступает на внутреннюю поверхность митохондрий, образуют кристы:

А. Н + выходят из клетки на поверхность. Для Н + мембрана проницаема, поэтому они накапливаются в межмембранном пространстве, образуя протонный резервуар.

В. Электроны переносятся на внутреннюю поверхность мембраны крист и присоединяются и присоединяются к кислороду с помощью фермента оксидизы, образуя:

С. Н + и О₂ - создают разноименно заряженное электрическое поле, когда Δφ = 200мВ начинает действовать протонный канал. Он возникает в АТФ-синтеазе, которая встроена во внутреннюю мембрану митохондрий.

D. Через канал Н + устремляются внутрь митохондрий, создавая высокий уровень энергии, которая идет на синтез АТФ из АДФ и фосфата.

Итог: при расщеплении 1 молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ, с запасом энергии 1520 кДж. Образовавшиеся АТФ выходят из митохондрий.

Значение АТФ в энергетическом обмене:

A. Образовавшаяся молекула АТФ выходит из митохондрий и участвует во всех процессах, требующих энергию.

a. В процессах синтеза веществ.

b. Участвует в процессах движения.

c. В процессе деления клетки.

d. Транспорт веществ.

При расщеплении АТФ отдает энергию (1 фосфатная связь заключает 40 кДж). Образовавшаяся АДФ и фосфат возвращаются в митохондрии.

Автотрофные и гетеротрофные организмы.

По питанию организмы делятся на автотрофные и гетеротрофные. Автотрофыассимилируют свои органические вещества из неорганических (Н₂О, СО₂, СН₄) используя: энергию солнца - фотоавтотрофы (зеленые растения, цианобактерии), или энергию химических реакций - хемоавтотрофы (хемосинтезирующие бактерии). Гетеротрофы - используют органические вещества, поступающие с пищей, расщепляются до мономеров, для процессов ассимиляции используется энергия, высвобожденная при диссимиляции органических веществ.

10) Немембранные органойды клетки. Строение и функции. Клеточные включения.
Рибосомы

Рибосомы - органоиды общего значения, не имеющие мембранного строения. Место синтеза белка. D=15-35 нм. Находятся в цитоплазме, пластидах, митохондриях. Большая часть рибосом образуется в ядрышке ядра - в виде 2 субъединиц, которые выходят из ядра и соединяются в рибосому, которая состоит из большой и малой субъединицы. В состав каждой субъединицы входят р-РНК и белок.

Рибосомы, соединяясь с и-РНК при синтезе белка по 4-40, образуют полисомы (полирибосомы).

Рибосомы связаны с гранулярной ЭПС, синтезируют обычно секретирующие белки, или остаются в пределах мембран внутри клетки.

Функции рибосом -синтез белков.

Клеточный центр(центрисома) - органоид немебранного строения в клетках животных и низших растений. Находится вблизи ядра, состоит из 2 центриолей - телец цилиндрической формы длиной 500 нм., расположенных перпендикулярно друг другу. Стенки образованы 9 триплетами микротрубочек. Чентрисома окружена более светлой цитоплазмой - центросферой.

Функция:

Центр формирования микротрубочек веретена деления. При делении клетки центрисома делится на 2 части и одна центрисоль отходит к одному полюсу клетки, другая - к другому и образуют веретена деления, обеспечивая равномерное распределение хромосом между дочерними клетками.
Цитоскелет состоит из:
Микрофибрилл, или микрофиламентов

- Скелетных фибрилл, или промежуточных филаментов

Микрофиблиллы - нитивидные структуры, состоящие из:

1. Сократительного белка актина

Молекулы глобулярного актина образуют протофибриллы, формируют двойную спираль, к которой присоединяются белки. Для полимеризации необходимы: АТФ, высокая концентрация ионов Mg и белок филамин. Деполяризация актиновых миотфибрилл происходит при участии белка профилина. Процессы полимеризации и деполяризации происходят параллельно на противоположных концах миофибрилл.

В опорно-сократительной системе имеются миозиновые микрофибриллы. Особенностями их строения является наличие “головок”, способных расщеплять АТФ. В ходе этого процесса головка присоединяются к актиновым микрофиламентам по отношению к миозиновым микрофилиментам.

Скелетные фибриллы- образуются путем полимеризации отдельных белковых молекул. Скелетные фибриллы разного типа клеток состоят из разных белков. В эпителиальных клетках скелетные фибриллы формируются белком прекератином и называются тонофибриллами. Все скелетные фибриллы устойчивы к физическим и физическим агентам. Они выполняют опорную функцию и являются элементом цитоскелета. Число и длина скелетных фибрилл регулируется клеточными механизмами, изменения которых может вызывать аномалии функции клеток.

Микротрубочки - занимают наиболее отдаленное от плазмолеммы положение. Стенки микротрубочек сформированы белками тубулинами. Структурной единицей микротрубочек являются димеры, состоящие из молекул -тубулина и  -тубулина.

Микротрубочки включают и другие виды белков, которые называются МАР-белки. Эти белки обеспечивают эффективное функционирование микротрубочек. Формирование микротрубочек основано на процессе полимеризации тубулиновых димеров. Сначала образуются тубулиновые нити - протофиламенты, которые взаимодействуют между собой, образуя стенку микротрубочки. Как правило стенка микротрубочки состоит из 13 протофиламентов.

В клетке полимеризация микротрубочек происходит путем самосборки при определенных условиях. Таким условием является наличие ГТФ (аналог АТФ), ионов магния, отсутствие кальция. Формирование новых микротрубочек осуществляется в центрах организации микротрубочек.

Наиболее мощным центром организации микротрубочек являются центриоли. В инициации полимеризации микротрубочек играет белок -  -фактор.

Включения — это непостоянные структуры клетки, которые появляются в ней и исчезают в процессе метаболизма. Различают трофические, секреторные, экскреторные и пигментные включения.

Группа трофических включений объединяет углеводные, липидные и белковые включения. Наиболее распространенным представителем углеводных включений является гликоген — полимер глюкозы. На светооптическом уровне наблюдать включения гликогена можно при использовании гистохимической ШИК-реакции. В электронном микроскопе гликоген выявляется как осмиофильные гранулы, которые в клетках, где гликогена много (гепатоцитах), сливаются в крупные конгломераты — глыбки.

Липидными включениями наиболее богаты клетки жировой ткани — липоциты, резервирующие запасы жира для нужд всего организма, а также стероидпродуцирующие эндокринные клетки, использующие липид холестерин для синтеза своих гормонов. На ультрамикроскопическом уровне липидные включения имеют правильную округлую форму и в зависимости от химического состава характеризуются высокой, средней или низкой электронной плотностью.

Белковые включения, например, вителлин в яйцеклетках, накапливается в цитоплазме в виде гранул.

Секреторные включения представляют собой разнообразную группу. Секреторные включения синтезируются в клетках и выделяются (секретируются) в просветы протоков (клетки экзокринных желез), в межклеточную среду (гормоны, нейромедиаторы, факторы роста и др.), кровь, лимфу, межклеточные пространства (гормоны). На ультрамикроскопическом уровне секреторные включения имеют вид мембранных пузырьков, содержащих вещества разной плотности и интенсивности окраски, что зависит от их химического состава.

Экскреторные включения — это, как правило, продукты метаболизма клетки, от которых она должна освободиться. К экскреторным включениям относятся также инородные включения — случайно, либо преднамеренно (при фагоцитозе бактерий, например,) попавшие в клетку субстраты. Такие включения клетка лизирует с помощью своей лизосомальной системы, а оставшиеся частицы выводит (экскретирует ) во внешнюю среду. В более редких случаях попавшие в клетку агенты остаются неизменными и могут не подвергнуться экскреции — такие включения более правильно именовать чужеродными (хотя чужеродными для клетки являются и включения, которые она лизирует).

Пигментные включения хорошо выявляются как на светооптическом, так и на ультрамикроскопическом уровнях. Очень характерный вид они имеют на электронных микрофотографиях — в виде осмиофильных структур разных размеров и формы. Данная группа включений характерна для пигментоцитов. Пигментоциты, присутствуя в дерме кожи, защищают организм от глубокого проникновения опасного для него ультрафиолетового излучения, в радужке, сосудистой оболочке и сетчатке глаза пигментоциты регулируют поток света на фоторецепторные элементы глаза и предохраняют их от перераздражения светом. В процессе старения очень многие соматические клетки накапливают пигмент липофусцин, по присутствию которого можно судить о возрасте клетки. В эритроцитах и симпластах скелетных мышечных волокон присутствуют соответственно гемоглобин или миоглобин — пигменты-переносчики кислорода и углекислоты.

Митохондрия

Митохондрия - это двумембранный органоид эукариотической клетки, основная функция которого синтез АТФ - источника энергии для жизнедеятельности клетки.

Количество митохондрий в клетках не постоянно, в среднем от нескольких единиц до нескольких тысяч. Там, где процессы синтеза идут интенсивно, их больше. Также варьирует размер митохондрий и их форма (округлые, вытянутые, спиральные, чашевидные и др.). Чаще имеют округлую вытянутую форму, диаметром до 1 микрометра и длиной до 10 мкм. Могут перемещаться в клетке с током цитоплазмы или оставаться в одном положении. Перемещаются к местам, где больше всего требуется выработка энергии.

Согласно гипотезе симбиогенеза митохондрии произошли от аэробных бактерий, внедрившихся в другую прокариотическую клетку. Эти бактерии начали снабжать клетку дополнительным количеством молекул АТФ, а получать от нее питательные вещества. В процессе эволюции они потеряли автономность, передав часть своих генов в ядро и став таким образом клеточной органеллой.

В клетках новые митохондрии появляются в основном путем деления ранее существующих, т. е. они не синтезируются заново, что напоминает процесс размножения и говорит в пользу симбиогенеза.

Строение и функции митохондрии

Митохондрия состоит из

двух мембран — внешней и внутренней,

межмембранного пространства,

внутреннего содержимого — матрикса,

крист, представляющих собой выросты в матрикс внутренней мембраны,

собственной белок-синтезирующей системы: ДНК, рибосом, РНК,

белков и их комплексов, в том числе большого количества ферментов и коферментов,

других молекул и гранул различных веществ, находящихся в матриксе.

Внешняя и внутренняя мембраны выполняют разные функции, поэтому различается их химический состав. Расстояние между мембранами составляет до 10 нм. Внешняя мембрана митохондрий по строению схожа с плазмалеммой, окружающей клетку, и выполняет в основном барьерную функцию, отграничивая содержимое органоида от цитоплазмы. Через нее проникают мелкие молекулы, транспорт крупных избирателен. В некоторых местах внешняя мембрана соединена с ЭПС, каналы которой открываются в митохондрию.

На внутренней мембране, в основном ее выростах — кристах, располагаются ферменты, образуя мультиферментативные системы. Поэтому по химическому составу здесь преобладают белки, а не липиды. Количество крист варьирует в зависимости от интенсивности процессов. Так в митохондриях мышц их очень много.

В некоторых местах внешняя и внутренняя мембрана соединяются между собой.

У митохондрий, также как у хлоропластов, есть своя белоксинтезирующая система — ДНК, РНК и рибосомы. Генетический аппарат представляет собой кольцевую молекулу - нуклеоид, как у бактерий. Рибосомы митохондрий растений схожи с бактериальными, у животных митохондриальные рибосомы мельче не только цитоплазматических, но и бактериальных. Часть необходимых белков митохондрии синтезируют сами, другую часть получают из цитоплазмы, так как эти белки кодируются ядерными генами.

Главная функция митохондрий — снабжать клетку энергией, которая путем многочисленных ферментативных реакций извлекается из органических соединений и запасается в АТФ. Часть реакций идет с участием кислорода, в других выделяется углекислый газ. Реакции идут как в матриксе (цикл Кребса), так и на кристах (окислительное фосфорилирование).

Следует иметь в виду, что в клетках АТФ синтезируется не только в митохондриях, но и в цитоплазме в процессе гликолиза. Однако эффективность этих реакций невысока. Особенность функции митохондрий в том, что в них протекают реакции не только бескислородного окисления, но и кислородный этап энергетического обмена.

Другими словами, функция митохондрий - активное участие в клеточном дыхании, к которому относят множество реакций окисления органических веществ, переноса протонов водорода и электронов, идущих с выделением энергии, которая аккумулируется в АТФ.

Ферменты митохондрий

Ферменты транслоказы внутренней мембраны митохондрий осуществляют активный транспорт АДФ и АТФ.

В структуре крист выделяют элементарные частицы, состоящие из головки, ножки и основания. На головках, состоящих из фермента АТФазы, происходит синтез АТФ. АТФаза обеспечивает сопряжение фосфорилирования АДФ с реакциями дыхательной цепи.

Компоненты дыхательной цепи находятся в основании элементарных частиц в толще мембраны.

В матриксе находится большая часть ферментов цикла Кребса и окисления жирных кислот.

В результате активности электротранспортной дыхательной цепи ионы водорода поступают в нее из матрикса, а высвобождаются на наружной стороне внутренней мембраны. Это осуществляют определенные мембранные ферменты. Разница в концентрации ионов водорода по разные стороны мембраны приводит к возникновению градиента pH.

Энергию для поддержания градиента поставляет перенос электронов по дыхательной цепи. Иначе ионы водорода диффундировали бы обратно.

Энергия градиента pH используется для синтеза АТФ из АДФ:

АДФ + Ф = АТФ + H₂O (реакция обратима)

Образующаяся вода ферментативно удаляется. Это, наряду с другими факторами, облегчает протекание реакции слева направо.

АТФ - главный энергетический спонсор клетки. Или где взять энергию? Митохондриальные дисфункции.

Сегодня внедряемся в научные изыскания. Статья будет сложной для прочтения. Я максимально упрощала материал, но проще - некуда. На написание меня как всегда "вдохновила" всеобщая бесконечная жалоба - "слабость, ничего не помогает, ваших капельниц, таблеток хватило на 2 недели. ". Сегодня рассмотрим самый сложный случай дефицита Энергии - дисфункция Митохондрий. Это еще малоизученная и сложная часть медицинской науки. Дисфункция митохондрий может быть врожденная и в нашем (рассматриваемом случае) - приобретенная.

Энергия в нашем организме представлена в следующем виде - молекула АТФ.

АТФ-аденозинтрифосфат, является основным источником энергии для клеток в частности и организма в целом. Представляет собой - эфир аденозина (пурин). Кроме того, является источником синтеза нуклеиновых кислот, для образования структуры ДНК!(наш генетический код)и посредником передачи в клетку гормонально сигнала! Вывод: нехватка АТФ - чревата извращение/недостатком гормонального ответа и не только. АТФ образуется в митохондриях (это маленькие структурные компоненты любой клетки, митохондрия имеет собственную ДНК!, как и ядро клетки. это высокоорганизованная структура ). Вот почему заболевания с нарушением синтеза АТФ - называются митохондриальные дисфункции.

В сутки в организме образуется 40 кг АТФ. Органы с максимальной выработкой АТФ: мозг 22%, печень 22%, мышцы 22 %, сердце 9%, жировая ткань всего - 4%, заметьте - ЩЖ с в этот перечень даже не вошла. Мозг и печень лидеры !

Теперь о самом процессе образования энергии. Смотрим на картинку.

Процесс образования энергии можно разделить на 3 этапа.

1 этап - это получение более простых молекул( в цикл образования энергии) из углеводов(У), жиров(Ж) и белков пищи(Б). Углеводы расщепляются до моносахаров(глюкоза,фруктоза), жиры до жирных кислот, белки до аминокислот. "Расщепление" Б,Ж,У происходит как к кислородной среде(аэробной), так и в бескислородной(анаэробной) среде. Это крайне важно! Так как из анаэробного гликолиза 1 молекулы глюкозы образуется - 2 молекулы АТФ, из аэробного (кислородного) гликолиза 1 молекулы глюкозы - образуются 36 молекул АТФ, из аэробного окисления 1 молекулы жирной кислоты - 146 молекул АТФ, ( жиры и белки в бескислородной среде вообще не расщепляются!, вывод - например, при нелеченной анемии(дефицитО2) снижение веса почти невозможно). Так, и усвоение 1 молекулы глюкозы требует 6 молекул О2, а 1 молекулы жирных кислот -23 молекулы О2. Вывод - жиры основной источник энергии, и всем нужен О2.

2 этапом - образуется из всех молекул У, Ж, Б - АцетилКоА - промежуточный метаболит. Суть этого этапа, что кол-во выработанного АцетилКоА зависит от уровня многих витаминов и микроэлементов (витамина С, группы В, цинка, меди, железа и др). Почему так важно для образования энергии - восполнение дефицита этих элементов!

3 этап - этот самый АцетилКоА поступает в 2 основных биохимических пути выработки АТФ - это цикл Кребса( лимонной кислоты) и цикл окислительного фосфорилирования ( передачи электронов, "дыхательная цепь";), происходит образование НАД- и НАДН+. Связь между этими двумя б/х циклами - и "есть узкое горлышко", "слабое место" в образовании АТФ. И зависит от рН среды клетки - при развитии в/клеточной гипоксии = в/клеточного ацидоза и ухудшается процесс образования АТФ - организм захлебывается в избытке НАДН, а НАДН сопряжен с "утечкой кислорода из клетки"( механизм не буду расшифровывать) и образованием активных(агрессивных) форм кислорода ( свободных радикалов) - а это повреждающие агенты для клетки при образовании в избыточном количестве.

Метаболический ацидоз - это следствие первичного дефицита О2 в организме (сам ацидоз становится причиной вторичного дефицита О2-утечки кислорода). Ацидоз выражается накоплением промежуточного продукта обмена - лактата, избытком Н+(иона водорода), митохондрии "начинают задыхаться и стареть и гибнуть"! А в месте со старением митохондрий - стареет организм, вот почему так молодеют некоторые заболевания - раньше развиваются атеросклероз, б-нь Альцгеймера, сахарный диабет (да-да , это митохондриальное заболевание), рак, артериальная гипертензия, АИТ, синдром хр усталости, даже НЯК и болезнь Крона (как одна из теорий) и др.

Как цикл лимонной кислоты (цикл Кребса) , например, связан с ожирением? - активное поступления с пищей жирных кислот- приводят к истощению транспортных карнитиновых (всем известен для сравнения Карнитин для спорт -питания) систем( переносчиков жирных кислот, их и так немного) и снижения активности работы "дыхательной цепи" , снижается чувствительность тканей к инсулину- развивается многим известная инсулинорезистентость! Исход - метаболическая печалька - метаболический синдром.

Соответственно: причинами снижения синтеза АТФ прежде всего являются дефицит О2!(как бывает в больших городах, где мало зелени. загазованность - продукт сгорания бензина это не О2-а СО2 . люди не выходят из помещений, мало двигаются - "мелкие сосуды закрыты для доступа О2", причинами могут быть болезни органов дыхания и сердечно-сосудистые патологии), ацидоз = "закисление организма" (накопление лактата, избыток Н+), полидефицит витаминов и микроэлементов для улучшения усвоения Ж, Б, У. Для лечение дефицита О2 даже был придуман аппарат - в основе которого интервальная гипоксическая тренировка. Это новая эра в лечении многих патологий.

Как же заподозрить митохондриальные проблемы? Они сложны как для понятия, так и для диагностики.

Из "простых анализов", которые можно набрать любой лаборатории - снижение рН крови, О2, повышение: лактата, СРБ, фибриногена, холестерина, ЛПНП, триглицеридов, гомоцистеина, мочевой кислоты, (клинически - повышение Ад, учащение ЧСС в покое, одышка в покое), снижение ферритина, из редких - снижение глутатиона, витаминов крови, снижение Q10, нарушение в системе антиоксидантов (по крови).

Из более редких , но все же доступных анализов (более специфических) - органические кислоты мочи ( благодаря этому анализу можно определить примерно на каком уровне идет нарушение и чем его скорректировать).
Если патология так сложно выявляемая - "как это лечить?",- спросите вы

Прежде всего меняем образ жизни - улучшаем доставку О2!, бросаем курить! чаще дышим в парке и не только.. Лечим и приводим в ремиссию хронические дыхательные заболевания , восполняем дефицит витаминов и минералов!, добавляем антиоксиданты, сосудистые препараты(!) очень важно улучшить кровоток (слабость всегда сопровождается рассеянностью, снижением памяти и внимания, - правильно, максимальная сосудистая сеть в головном мозге!!), реже добавляем "энергетики" - янтарная кислота, Q10, карнитин, НАДН и др. Я не говорю здесь про врожденные митохондриальные дисфункции - это следствие генетической поломки,а мы говорим сейчас больше о приобретенных причинах. Будем ждать новых научных материалов по этой теме.

Характеристика АТФ и ее роль в клетке и синтезе белка

АТФ — это аденозинтрифосфорная кислота, являющаяся основным источником клеточной энергии.

В биологии АТФ является важным клеточным веществом: она относится к группе нуклеозидтрифосфатов и обеспечивает метаболизм живых клеток.

Первыми открыли АТФ в клетках такие ученые-биохимики как Суббарао, Ломан и Фиске: произошло это в 1929 году. В развитии биологии живых систем исследования особенностей и строения АТФ стали революционными. Несколькими годами позднее была установлена энергетическая функция АТФ. Сделал это в 1941 году Ф. Лимпан.

В строении АТФ можно выделить определенные черты:

она представляет собой трифосфорный эфир аденозина;
где образуется АТФ? Ее образование происходит в результате соединения аденина, которые представляет собой пуриновое азотистое основание;
соединение АТФ с 1’-углеродом рибозы происходит при помощи β-N-гликозидной связи.

Как видно, ответ на вопрос, что такое АТФ в биологии прост: это соединение, содержащее связи, в результате гидролиза которых происходит высвобождение огромного количества энергии. Такие связи получили название макроэргических. В результате гидролиза образуется следующее количество энергии: 40 и 60 кДж/моль. В ходе гидролиза также происходит отщепление одного либо двух остатков фосфорной кислоты.

Химически эти реакции выглядят так:

АТФ+вода → АДФ+фосфорная кислота+энергия;
АТФ+вода → АМФ+фосфорная кислота+энергия.

Есть 2 основных момента, которые имеют большое значение в биоэнергетическом обмене веществ живых организмов:

запасание химической энергии осуществляется при помощи образования АТФ в ходе катаболических реакций окисления органических субстратов;
утилизация химической энергии происходит в результате расщепления АТФ. Наблюдается связь между этим процессом и эндергоническими реакциями анаболизма, а также иными процессами, нуждающимися в энергетических затратах.

Строение и функции АТФ связаны со способами ее образования в клетке. Есть 3 способа:

Фотофосфорилирование.
Окислительное фосфорилирование;
Субстратное фосфорилирование (протекает в цитоплазме клеток). Имеются в виду гликолиз и анаэробный этап аэробного дыхания.

Роль АТФ в клетке

Каково значение АТФ в клетке?

Процесс фосфорилирования представляет собой то же окислительное фосфорилирование за исключением того, что реакции фосфорилирования протекают в хлоропластах клетки под влиянием света.

Образование АТФ происходит на световой стадии фотосинтеза, который является основным процессом получения энергии зелеными растениями, водорослями и отдельными бактериями.

Основная функция АТФ в клетке — энергетическая. Это связано со строением молекулы АТФ. Молекула АТФ содержит две высокоэнергетические связи, и она обеспечивает множество физиологических и биохимических процессов. Среди них — все реакции синтеза вещества в организме.

Реакции синтеза представляют собой комплекс химических реакций, которые направлены на создание вещества с определенным уровнем затрат энергии.

Можно наблюдать активный перенос молекул через клеточную мембрану. Также речь идет об участии в создании межмембранного электрического потенциала. В каких еще процессах жизнедеятельности участвуют клетки АТФ? В функции АТФ также входит обеспечение процесса сокращения мышц.

В биологии АТФ — это кислота, которая выполняет ряд важных функций:

является медиатором в синапсах, выступает в роли сигнального вещества в других клеточных взаимодействиях (к примеру, при пуринергической передаче сигнала);
выполняет роль регулятора биохимических процессов. С участием АТФ усиливается и подавляется активность отдельных ферментов при помощи присоединения молекулы к их регуляторным центрам;
принимает участие в создании циклического аденозинмонофосфата: он является посредником в процессе передачи гормональных сигналов в клетки;
принимает участие в синтезе нуклеиновых кислоты — ДНК и РНК;
она обеспечивает все двигательные реакции организма. Ее наличие или отсутствие определяют работу всех элементов опорно-двигательного аппарата.

Все функции АТФ основаны на том, что кислота используется, чтобы реализовать жизненные клеточные процессы. Даже если АТФ не участвует в этих процессах прямо, она так или иначе обуславливает деятельность организма.

Синтез АТФ в клетке является непрерывным процессом. Это связано с тем, что организм нуждается в энергии для всех процессов жизнедеятельности. Однако есть определенное количество АТФ в клетке, которое должна оставаться неиспользованным — оно равно 250 граммам.

Если жизнедеятельность организма как-либо нарушается или человек болеет, то синтез АТФ идет активнее: таким образом покрываются затраты иммунной системы. Отмечается активизация системы терморегуляции организма. Но обеспечение ее работы тоже затрачивается много энергии.

В мышцах и нервной ткани содержится больше всего АТФ: в этих клетках обмен энергии протекает намного быстрее. Поддержание постоянного уровня АТФ в клетках важно, так как даже минимальная нехватка этого вещества приводит к серьезным нарушениям любого физиологического процесса.

Как видно, по АТФ можно судить о стабильности развития организма человека и многих высокоорганизованных животных.

Вот еще некоторые интересные моменты, связанные АТФ:

в клетке содержится примерно 1 млрд молекул АТФ;
молекулы АТФ живут очень мало;
синтез АТФ — достаточно быстрый процесс.

В качестве заключения можно обозначить, что АТФ — часто обновляемое вещество в человеческом организме. Молекула АТФ живет меньше минуты: по этой причине одна молекула АТФ может зарождаться и распадаться примерно 3 тысячи раз в сутки.

За день человеческий организм производит около 40 кг АТФ.

Цикл синтеза АТФ и последующее ее использование как клеточного топлива — наглядный пример сути энергетического обмена внутри живого организма. Аденозинтрифосфорная кислота — своеобразная «батарейка», задача которой заключается в обеспечении нормальной жизнедеятельности клетки.

АТФ и ее роль в клетке

В цитоплазме каждой клетки, а также в митохондриях, хлоропластах и ядрах содержится аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Она поставляет энергию для большинства реакций, происходящих в клетке. С помощью АТФ клетка синтезирует новые молекулы белков, углеводов, жиров, избавляется от отходов, осуществляет активный транспорт веществ, биение жгутиков и ресничек и т. д.

Молекула АТФ представляет собой нуклеотид, образованный азотистым основанием аденином, пятиуглеродным сахаром рибозой и тремя остатками фосфорной кислоты. Фосфатные группы в молекуле АТФ соединены между собой высокоэнергетическими (макроэргическими) связями :

Связи между фосфатными группами не очень прочные, и при их разрыве выделяется большое количество энергии. В результате гидролитического отщепления от АТФ фосфатной группы образуется аденозиндифосфорная кислота (АДФ) н высвобождается порция энергии:

АДФ также может подвергаться дальнейшему гидролизу с отщеплением еще одной фосфатной группы и выделением второй порции энергии; при этом АДФ преобразуется в аденозин-монофосфат (АМФ), который далее не гидролизуется:

АТФ образуется из АДФ и неорганического фосфата за счет энергии, освобождающейся при окислении органических веществ и в процессе фотосинтеза. Этот процесс называется фосфорилированием. При этом должно быть затрачено не менее 40 кДж/моль энергии, которая аккумулируется в макроэргических связях:

Следовательно, основное значение процессов дыхания и фотосинтеза определяется тем, что они поставляют энергию для синтеза АТФ, с участием которой в клетке выполняется большая часть работы.

Таким образом, АТФ — это главный универсальный поставщик энергии в клетках всех живых организмов.

АТФ чрезвычайно быстро обновляется. У человека, например, каждая молекула АТФ расщепляется и вновь восстанавливается 2 400 раз в сутки, так что ее средняя продолжительность жизни менее 1 мин. Синтез АТФ осуществляется главным образом в митохондриях и хлоропластах (частично в цитоплазме). Образовавшаяся здесь АТФ направляется в те участки клетки, где возникает потребность в энергии.

Источник : Н.А. Лемеза Л.В.Камлюк Н.Д. Лисов "Пособие по биологии для поступающих в ВУЗы"

Читайте также: