Синтез 2 молекул атф этап

Ресинтез АТФ в мышечных волокнах

Синтез 2 молекул атф этап

Дано определение ресинтеза АТФ. Описаны основные пути ресинтеза АТФ в мышечных волокнах: креатинфосфатный, гликолитический, миокиназный и тканевое дыхание. Описаны количественные критерии путей ресинтеза АТФ, соотношение между различными путями ресинтеза АТФ при мышечной работе, а также между путями ресинтеза АТФ и зонами относительной мощности.

Определение

Ресинтез АТФ – синтез АТФ из различных энергетических субстратов во время физической работы в мышечных волокнах.

Формула ресинтеза АТФ выглядит следующим образом:

АДФ+фосфат+энергия → АТФ.

Пути ресинтеза АТФ

Ресинтез АТФ может осуществляться двумя путями:

  • с участием кислорода (аэробный путь).
  • без участия кислорода (анаэробный путь);

Аэробный путь (тканевое дыхание, аэробное или окислительное фосфорилирование) – основной способ образования АТФ в мышечных волокнах. Он протекает в митохондриях мышечных волокон. В результате тканевого дыхания выделяется 39 молекул АТФ. Окисляемое вещество распадается до углекислого газа и воды.

Анаэробный ресинтез АТФ

Анаэробные пути ресинтеза АТФ являются дополнительными способами образования АТФ в мышечных волокнах в тех случаях, когда основной путь получения АТФ – тканевое дыхание не может обеспечить мышечную деятельность необходимым количество кислорода. Эти механизмы ресинтеза АТФ активно функционируют в начале выполнения физических упражнений, когда тканевое дыхание не полностью «развернулось», а также при физических нагрузках высокой мощности.

Анаэробный ресинтез АТФ в мышечных волокнах возможен посредством нескольких механизмов:

  • Миокиназный (аденилаткиназный) ресинтез АТФ – ресинтез АТФ из АДФ при значительном накоплении в мышечных волокнах АДФ. Рассматривается как аварийный механизм, обеспечивающий ресинтез АТФ, когда другие пути ресинтеза АТФ невозможны.

Количественные критерии путей ресинтеза АТФ

Существуют количественные критерии путей ресинтеза АТФ. К ним можно отнести: максимальную мощность, время развертывания, время сохранения или поддержания максимальной мощности, метаболическую ёмкость (табл. 1).

  • Максимальная мощность – максимальное количество АТФ, которое может образоваться в единицу времени при функционировании данного пути ресинтеза АТФ.
  • Время развертывания – минимальная длительность, необходимая для выхода ресинтеза АТФ на свою максимальную мощность.
  • Время сохранения или поддержания максимальной скорости – длительность функционирования данного пути ресинтеза АТФ с максимальной мощностью.
  • Метаболическая ёмкость – количество АТФ, которое может образоваться во время мышечной работы за счёт данного пути ресинтеза АТФ.

Таблица 1. Количественные критерии основных путей ресинтеза АТФ (С.С. Михайлов, 2009)

Пути ресинтеза АТФКритерии
Максимальная мощность, кал/мин кгВремя развертыванияВремя сохранения максимальной мощностиМетаболическая ёмкость
Креатинфосфатный900-11001-2 с8-10 с
Гликолитический750-85020-30 с2-3 мин.При анаэробном окислении гликогена образуются 3 молекулы АТФ в расчете на одну молекулу глюкозы
Аэробный350-4503-4 мин.Десятки минутПри аэробном окислении гликогена образуются 39 молекул АТФ в расчете на одну молекулу глюкозы (самый экономичный)

Более подробно строение и функции мышц описаны в моих книгах “Гипертрофия скелетных мышц человека” и “Биомеханика мышц”

Соотношение между различными путями ресинтеза АТФ

При любой мышечной работе функционируют все три основных механизма ресинтеза АТФ, но включаются они последовательно. В первые секунды ресинтез АТФ осуществляется за счет креатинфосфатной реакции, затем включается гликолиз. По мере продолжения работы на смену гликолизу приходит тканевое дыхание (рис.1). Эта смена механизмов ресинтеза АТФ приводит к уменьшению суммарной выработки АТФ.

Рис.1.  Включение путей ресинтеза АТФ при выполнении физической работы (С.С. Михайлов, 2009)

Пути ресинтеза АТФ и зоны относительной мощности

В.С. Фарфель приводит следующее соотношение мощности работы и основной системы энергообеспечения (табл.2)

Таблица 2. Зоны мощности работы и основная система энергообеспечения (В.С. Фарфель)

J.T. Cramer (2008) приводит несколько иное соотношение зон мощности и основных систем энергообеспечения (табл.3)

Таблица 3. — Зоны относительной мощности и основная ситема энергообеспечения (J.T. Cramer, 2008)

Литература

  1. Михайлов С.С. Спортивная биохимия. – М.: Советский спорт, 2009.– 348 с.
  2. Волков Н.И., Несен Э.Н., Осипенко А.А., Корсун С.Н. Биохимия мышечной деятельности.- Киев: Олимпийская литература, 2000.- 504 с.

С уважением, А.В.Самсонова

Источник: https://allasamsonova.ru/resintez-atf-v-myshechnyh-voloknah/

Синтез АТФ – структура, функции и пути образования аденозинтрифосфорной кислоты

Синтез 2 молекул атф этап

Синтез АТФ – процесс, направленный на поддержание жизнедеятельности клетки, сопровождаемый образованием энергии. Образование АТФ происходит на внутренней мембране митохондрий, которые являются энергетическим аккумулятором клетки.

Расшифровка АТФ

Аденозинтрифосфорная кислота или АТФ – необходимое условие для существования 9 из 10 клеток с аэробным дыханием. Получение энергии происходит при фосфорилировании, присоединении остатка фосфорной кислоты. На одну молекулу АТФ приходится около 7,3 килокалории энергии.

Какие соединения входят в состав АТФ

Строение АТФ и биологическая роль тесно связаны. В состав АТФ входят аденозин, три остатка фосфорной кислоты. Связи, существующие между аминокислотой и фосфатом, подвергаются гидролизу в присутствии воды, в результате образуется АДФ (аденозиндифосфат), фосфорная кислота. Этот процесс происходит с высвобождением энергии.

Энергообразование происходит за счет разрыва макроэргических связей АТФ (обозначаемых в формуле знаком тильда). Сам аденозин состоит из аденина – пуринового нуклеотида и рибозы. Первая участвует в синтезе ДНК, вторая – составляющая структуры РНК.

Образование энергии

Макроэргическая связь заключена между общими электронами остатков фосфорной кислоты (что и удерживает их вместе). Кислород и фосфор образуют общую электронную пару – высокоэнергетическую. Поэтому при отщеплении снижается энергия электронов: отщепляется фосфат и выделяется ее избыточное количество.

Процесс переноса электронов осуществляется посредством дыхательной цепи. Основную роль здесь играет восстановленный НАДН (Никотинамидадениндинуклеотид). Данное вещество окисляется, отдавая водород. Также на дыхательной цепи синтезируется АТФ. Фосфорилирование происходит на внутренней стороне мембраны митохондрии при помощи АТФ-синтазы.

Последняя выступает переносчиком ионов водорода, что необходимо в связи с существованием градиента на внутренней и внешней мембранах. Перенос водорода через мембрану – хемиосмос, ведет к возникновению связи между АДФ и остатком фосфорной кислоты, иначе говоря, к окислительному фосфорилированию.

Пути синтеза АТФ и его роль

Образование АТФ возможно в ходе гликолиза, цикла трикарбоновых кислот или цикла Кребса. Такие процессы носят название субстратного фосфорилирования.

В ходе первого получают четыре молекулы АТФ, две молекулы пирувата или пировиноградной кислоты из глюкозы. Это бескислородное расщепление.

На обеспечение данного процесса затрачивается 2 АТФ, протекает он в цитоплазме или цитозоле. Цикл лимонной кислоты происходит на кристах (складки внутренней оболочки) митохондрий в ходе окисления пирувата.

При этом происходит отщепление одного атома углерода с образованием ацетилкоэнзима А и восстановление НАДН. 

Далее синтезируется лимонная кислота при участии щавелевоуксусной кислоты. Цитрат превращается в цис-аконитат, который переходит в изоцитрат. К последнему присоединяется окисленный НАДН, который восстанавливается.

Отщепление водорода приводит к синтезу кетоглутарата, с ним снова соединяется окисленный НАДН и ацетилкоэнзим А. На этой стадии синтезируется сукцинил-коэнзим А, к которому присоединяется ГДФ (гуанозиндифосфат).

Данная молекула восстанавливается в ГТФ (гуанозинтрифосфат) плюс образуется сукцинат. Он превращается в фумарат, затем малат. В этой реакции синтезируется оксалоацетат и восстановленный НАДН.

Так, цикл Кребса возвращается к цитрату. На каждый цикл затрачиваются 2 молекулы АТФ, синтезируется 6 НАДН в цикле и 4 на подготовительных этапах.

Последняя энергетически приравнивается к трем молекулам АТФ.

В синтезе цитрата задействованы также два ФАДН2 (флавинадениндинуклеотид), на каждую приходится по две АТФ. Таким образом, синтезируемое количество АТФ соответствует 38 молекулам с позиций биологии и биохимии. Однако следует помнить, что это теоретическое число, необходимое для дыхания клетки. Все реакции цикла Кребса катализируются ферментами.

роль – поддержание клеточного дыхания, направленного на рост клетки, синтез новых веществ.

Функции АТФ

Важнейшая функция – участие в энергетическом обмене. Энергия, выделяемая в ходе данных превращений, вновь идет на синтез АТФ. При этом 40% рассеивается в виде тепла. 

Поскольку для поддержания любых процессов жизнедеятельности необходимы энергозатраты АТФ – аккумулятор клетки, универсальный источник запасов энергии. Гликолиз активно протекает при физической нагрузке, в мышцах. Субстратное фосфорилирование также осуществляется из креатинфосфата других органических веществ.

Важно подчеркнуть, что цикл Кребса протекает при расщеплении как углеводов, так и белков и жиров.

Если в качестве «топлива» клетка использует не углевод, гликолиз не протекает (отсюда не происходит затрата двух молекул АТФ с образованием четырех).

Но цикл трикарбоновых кислот протекает одинаково, так как главную роль там играет ацетил-коэнзим А. При кислородном голодании клетка перестраивается на гликолитический путь.

Заключение

АТФ – это особое соединение, содержащее связи, при гидролизе которых высвобождается огромное количество энергии.

Называя синтезом АТФ процесс, выполняющий функцию поддержания жизнедеятельности клетки, нельзя не понять, каково значение этого явления. В действительности количество синтезируемого аденозинтрифосфата может быть меньше 38 молекул.

Суть процесса заключается в синтезе макроэргических веществ, поступающих в дыхательную цепь переноса электронов.

Источник: https://nauka.club/biologiya/sintez-atf.html

Атф и митохондрии

Синтез 2 молекул атф этап

Каждое живое существо должно получать энергию из окружающей среды (например, в форме солнечного излучения или органических продуктов питания).

Эта энергия требует для биосинтеза (анаболизма) огромного числа химических соединений и биополимеров в соответствии с определенной генетической программой.

Сама энергия нужна для активной передачи молекул и ионов через мембраны, для движения и для передачи нервных импульсов. Наука, которая изучает поток и использование энергии в живых существах, называется «биоэнергетика» (био- + энергия).

Роль АТФ в энергетическом балансе

АТФ является основной молекулой энергии в живых системах. Он участвует в различных химических процессах, от химического биосинтеза до движения ресничек, сокращения мышц, активного транспорта молекул через клеточную мембрану или распространения электрического импульса через нервные волокна.

Производство и потребление энергии происходит через сеть ферментативных реакций (метаболизм).

Центральным химическим соединением в метаболизме является аденозинтрифосфат (АТФ), который образуется в результате метаболических реакций (катаболизм) путем фосфорилирования аденозиндифосфата (АДФ) с образованием энергии около 30 кДж / моль (термодинамика).

Большая часть АТФ производится в результате процессов в митохондриях (окислительного фосфорилирования). При использовании этой энергии в биологических процессах АТФ обычно гидролизуется до фосфата и АДФ (аденозинДИфосфата).

Вся биосинтетическая деятельность, как и многие другие клеточные действия, требует энергии. В основном для клеточных активностей источником энергии является именно АТФ.

Молекула АТФ состоит из аденина, рибозы и трех фосфатных групп (ФГ).

Последние с сильным отрицательным зарядом связаны двумя ковалентными высокоэнергетическими связями, которые при гидролизе выделяют относительно много энергии. Это демонстрирует важное свойство АТФ.

Поэтому без преувеличения можно сказать, что наиболее важным энергетическим соединением в клетке является трифосфат аденозина (АТФ), который по своему химическому составу является нуклеотидом.

Молекула АТФ состоит из:

  • – азотно-аденинового основания пурина;
  • – пентозы, рибозы и моносахариды;
  • – трех фосфатных групп, обозначенных как альфа, бета и гамма (начиная с рибозы).

Синтез АТФ в организме

АТФ чаще всего производится в митохондрии, в основном в результате расщепления глюкозы и жирных кислот в процессе, называемом окислительным фосфорилированием; разложение 1 молекулы глюкозы в митохондрии высвобождает 36 молекул АТФ. Также АТФ синтезируется в хлоропластах, при фотосинтезе в процессе фотосинтетического фосфорилирования.

Использование АТФ в клетке

АТФ не может храниться в качестве резерва, поэтому он расходуется после его синтеза путем дефосфорилирования с помощью фермента АТФазы. Две конечные фосфорные группы связаны богатыми энергией ковалентными связями.

Когда эти связи разрушаются, высвобождается относительно большое количество энергии.

Если от АТФ освободить один конец ФГ, то образуется аденозин дифосфат (АДФ), освободить другой – получится аденозинмонофосфат (АМФ).

Фосфорная группа, высвобождаемая из АТФ или АДФ, богата энергией и, связываясь с соединением, обогащает ее энергией (процесс, называемый фосфорилированием). Таким образом, энергия от АТФ используется в процессах анаболизма.

АТФ создается в качестве основного энергетического продукта процесса разложения пищевых ингредиентов в процессе окисления. Часть энергии, выделяемой в этих процессах, сохраняется в форме АТФ, а остальная часть используется в форме тепла.

Полученный таким образом АТФ используется для взаимодействия со всеми типами клеток. Только около 1/3 АТФ расходуется на реакции анаболизма.

Остальная энергия расходуется на движение, сокращение мышц, транспортировку вещества через клеточную мембрану и т. д.

Фосфорилирование, регенерация АТФ.

Восстановление (синтез) АТФ реализуется путем связывания ФГ сначала с АМФ, что приводит к АДФ, а затем из АТФ под контролем фермента АТФ-синтазы.

Это возможно благодаря тепловым реакциям, в которых энергоемкие (анаболические) реакции связаны с энерговыделительными (катаболическими) реакциями. Энергия, выделяемая при катаболизме, используется для повторного синтеза АТФ из АДФ.

Следовательно, система АТФ / АДФ служит универсальным способом обмена энергией, который балансирует между выделяемыми и потребляющими энергию реакциями.

Функциональные характеристики АТФ.

Химическая связь, представляющая собой сумму сил, которые удерживают вместе атомы в молекуле, является стабильной конфигурацией, и для разрыва старой связи и образования новой требуется энергия.

Ферменты значительно снижают потребность в активации большого количества энергии, но для того, чтобы химические реакции происходили в живых организмах, необходимо, чтобы энергия связи в продуктах реакции всегда была меньше энергии связи реагентов.

Молекула, наиболее часто участвующая в тепловых реакциях, – АТФ. Внутренняя структура молекул АТФ отлично подходит для этой роли в живых системах. В лабораторных условиях при удалении третьей фосфатной группы образуются АДФ и фосфат, и выделяется около 7 ккал (30 кДж) на моль АТФ. Удаление второй фосфатной группы дает AMФ и фосфат, высвобождая такое же количество энергии.

Энергия, выделяемая при удалении фосфатных групп, не только возникает из высокоэнергетических связей, но также является результатом перераспределения орбит в молекулах АТФ или АДФ.

Каждая фосфатная группа несет отрицательный заряд и поэтому имеет тенденцию отталкиваться от другой такой группы.

Когда фосфатная группа удаляется, происходит изменение конфигурации электронов, в результате чего получается структура с меньшей энергией.

В живых системах АТФ также гидролизуется до АДФ. Гидролиз АТФ является, например, быстрым способом выработки тепла у животных, которые просыпаются от зимней спячки.

Однако обычно конечный продукт не просто удаляется, а переносится через фермент (киназу) в другую молекулу (фосфорилирование).

Эта реакция также передает часть энергии от высокоэнергетической связи фосфорилированному соединению, которое, таким образом, обогащается энергией при реакции.

Энергия, выделяемая в реакциях клеточного метаболизма, таких как расщепление глюкозы, используется для повторного синтеза АТФ из молекул АДФ. Основными механизмами синтеза АТФ в клетке являются окислительное фосфорилирование в процессе клеточного дыхания (на внутренней стороне митохондриальной мембраны) и фосфорилирование в процессе фотосинтеза.

Митохондрии

Митохондрии представляют собой мембранные органеллы, присутствующие в клетках практически всех эукариотических организмов.

Митохондрии заключены в две мембраны: внешняя, находящаяся в контакте с цитоплазмой, и мембрана, ограничивающая внутреннюю часть митохондрий. Между этими двумя мембранами находится межмембранное пространство.

Внутренняя часть митохондрий заполнена матриксом. Типичная эукариотическая клетка содержит около 2000 митохондрий.

Внешняя митохондриальная мембрана определяет форму этой органеллы и, благодаря наличию каналообразующего белка (порина), проницаема для определенных молекул.

Внутренняя митохондриальная мембрана имеет в несколько раз большую площадь поверхности, чем наружная мембрана. Ее поверхность значительно увеличивают кристы, ориентированные к центру органеллы.

Кристы могут различаться по количеству, размеру и форме, при этом они имеют частицы, прикрепленные к ним с помощью коротких ручек.

Эти частицы содержат АТФ-синтазы, ферментный комплекс, участвующий в синтезе АТФ.

Матрикс заполняет внутреннюю часть митохондрий и представляет собой смесь нескольких сотен ферментов, которые преобразуют продукты метаболизма углеводов, липидов и белков через цикл Кребса в углекислый газ и воду с выделением энергии в виде молекул АТФ. В этом процессе электроны переносятся по дыхательной электронной цепи, и происходит синтез высокоэнергетического фосфатного соединения, АТФ (окислительное фосфорилирование).

Источник: http://medicine-simply.ru/just-medicine/atf-i-mitohondrii

Каково строение и функции атф

Синтез 2 молекул атф этап

АТФ является важнейшим клеточным веществом также и потому, что относится к группе нуклеозидтрифосфатов, обеспечивая метаболизм живых клеток.

Первооткрывателем АТФ в клетке являются ученые-биохимики Суббарао, Ломан и Фиске. АТФ была открыта в 1929 году и ее исследования стали революционными в развитии биологии живых систем. Немного позднее в 1941 году Ф. Липман установил энергетическую функцию АТФ.

АТФ обладает определенными чертами строения:

  • представляет собой трифосфорный эфир аденозина;
  • образуется путём соединения аденина, являющегося пуриновым азотистым основанием;
  • соединяется с 1′-углеродом рибозы при помощи β-N-гликозидной связи.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

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

Общеизвестно, что в биоэнергетическом обмене веществ живых организмов важным является наличие двух основных моментов:

  • химическая энергия запасается путем образования АТФ при протекании катаболических реакций окисления органических субстратов;
  • химическая энергия утилизируется путем расщепления АТФ. Этот процесс сопряжен с эндергоническими реакциями анаболизма, а также другими процессами, которые также требуют энергетических затрат.

Выделяют три основных способа образования АТФ в клетке. А именно:

  • субстратное фосфорилирование, протекающее в цитоплазме клетке. Такие реакции получили название гликолиза или анаэробного этапа аэробного дыхания;
  • окислительное фосфорилирование;
  • фотофосфорилирование.

Где содержится АТФ, и сколько она живет?

АТФ находится в клетках человека, животных и даже растений. Самое большее количество АТФ встречается в мышцах.

Но АТФ содержится не во всей части клетки, а в митохондриях. Это такие миниатюрные, невидимые глазом, площадки для выработки энергии. В 1 клетке содержится до 2000 митохондрий.

Продолжительность жизни одной молекулы АТФ составляет меньше 1 минуты. За 1 сутки в организме человека рождается и распадается до 3000 молекул АТФ.

Из чего АТФ вырабатывает энергию?

АТФ вырабатывает энергию из глюкозы, жиров и белков, путем присоединения кислорода, которым мы дышим. В результате получается энергия, углекислый газ и вода.

АТФ вырабатывает энергию из углеводов, жиров и белков

Молекулы АТФ вырабатывают энергию в 3 режимах:

  • Фосфагенный – кратковременный (около 10 сек.) и мощный выброс энергии, его хватает на короткий забег или 1 физическое упражнение, поднятие.
  • Режим гликогена с молочной кислотой, более медленный выброс энергии, ее хватает на 1,5-2 минуты. За это время можно пробежать около 400 м. Дальше, в этом режиме, физические нагрузки будут очень болезненными, из-за поступления в мышцы большого количества молочной кислоты.
  • Режим аэробного дыхания. Если нагрузки продолжаются больше 2 минут, включается режим аэробного дыхания. Нагрузки могут длиться до нескольких часов. Молекулы АТФ задействуют в организме все углеводы, белки и жиры для получения энергии.

Процесс переноса электронов осуществляется посредством дыхательной цепи. Основную роль здесь играет восстановленный НАДН (Никотинамидадениндинуклеотид). Данное вещество окисляется, отдавая водород. Также на дыхательной цепи синтезируется АТФ. Фосфорилирование происходит на внутренней стороне мембраны митохондрии при помощи АТФ-синтазы.

Доктор-про
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: