우리 몸은 움직임에 필요한 에너지를 공급하기 위해 ATP를 생산하지만, 종종 이 에너지만으로는 충분하지 않습니다. 이 경우 ATP를 보충제 형태로 복용하는 것이 가치가 있습니까?
아데노신 삼인산 또는 ATP,신체의 모든 과정을 지원하는 주요 에너지 원입니다. 사실, 신체가 ATP 생산을 멈춘다면, 이는 당신이...음, 당신이 죽었다는 것을 의미합니다.
ATP는 오랫동안 신체가 다른 영양소로부터 합성할 수 있지만 보충제만으로는 얻을 수 없는 화학물질로 간주되어 왔습니다. 그러나 ATP 정제나 분말을 복용하면 운동에 상당한 이점을 제공할 수 있습니다.
ATP 란 무엇입니까?
각 ATP 분자에는 3개의 인산염 그룹(삼인산염)이 있습니다. 인산염 그룹이 분자에서 방출되면 엄청난 양의 에너지가 방출됩니다. 신체는 이 에너지를 사용하여 필수적인 생활 과정을 수행합니다. 여기에는 세포 안팎으로 단백질과 지질(지방)의 이동, 세포 간 통신, DNA와 RNA 합성, 그리고 마지막으로 움직임을 가능하게 하는 근육 수축이 포함됩니다.
ATP는 어떻게 에너지를 공급합니까?
신체 활동 중에 신체는 세포의 에너지 요구를 충족시키기 위해 끊임없이 새로운 ATP 분자를 생성합니다. 근육 조직에 있는 기성 ATP의 보유량은 단 몇 초만 지속됩니다. 강렬한 근육 활동 중에는 에너지가 매우 빠르게 소모되므로 신체에는 ATP 보유량을 보충하기 위해 충분한 양의 크레아틴인산, 포도당 및 산소가 필요합니다.
어떤 사람들은 단기적이고 고강도 운동을 수행하기 위해 더 많은 에너지를 얻기 위해 보충제를 섭취합니다. 크레아틴은 신체가 더 많은 ATP를 형성하는 데 사용할 수 있는 인산크레아틴의 공급을 증가시켜 에너지를 증가시킵니다. 운동 전 탄수화물을 섭취하는 것도 비슷한 방식으로 작용합니다. 탄수화물을 섭취하면 혈당 수치가 높아집니다. 또한 포도당은 해당과정이라는 과정을 통해 ATP를 생산하는 데 사용될 수도 있습니다.
ATP 보충제의 이점
이 경우 중간체를 제거하고 ATP 보충제만 섭취하는 것이 합리적이지 않습니까? 예, 아니오. 일부 연구에서는 긍정적인 결과가 나왔지만 대부분은 실험실 쥐를 대상으로 한 실험 결과였습니다. 이후의 인간 연구는 그다지 유망하지 않았습니다. 그러나 이것이 ATP 보충제에 유익한 특성이 없다는 의미는 아닙니다. 근육 조직의 ATP 저장량을 직접적으로 증가시킬 수는 없지만 활성 조직으로의 혈류를 개선하고 신체적 성능을 개선하며 회복 속도를 높이는 데 도움이 됩니다.
힘과 지구력 증가
2004년에 발표된 연구에서 잡지스포츠 및 운동의 의학 및 과학, 2주간의 ATP 보충은 근육 조직의 ATP 저장 증가에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다. 그러나 ATP를 복용한 피험자는 위약을 복용한 피험자보다 최대 1회 반복의 70%에서 더 많은 벤치 프레스 반복을 수행했습니다.
에 발표된 또 다른 연구 잡지 국제스포츠영양학회, 15일 연속으로 400mg의 ATP를 섭취하면 근육 피로가 감소하고 대조군에 비해 강렬한 운동 중에 피험자가 에너지를 더 효율적으로 사용하는 데 도움이 되는 것으로 나타났습니다.
탬파 대학의 연구원들은 12주간의 근력 훈련 프로그램 동안 매일 400mg의 ATP를 섭취한 피험자가 위약 물질을 복용한 피험자에 비해 스쿼트와 데드리프트에서 1RM 성능이 크게 향상되었음을 발견했습니다. 또한 이 연구에서는 보충제를 복용한 운동선수의 대퇴사두근 두께가 위약을 복용한 운동선수에 비해 두 배나 증가한 것으로 나타났습니다.
혈류 증가
근육 기능을 향상시키는 것 외에도 ATP 보충제를 섭취하면 혈관 확장 또는 동맥 확장이 촉진됩니다. 혈관이 넓다는 것은 더 많은 연료, 특히 더 많은 산소와 포도당이 활동적인 근육에 더 빨리 도달한다는 것을 의미합니다. 혈관 확장은 또한 근육 조직에서 젖산 및 요소와 같은 대사 폐기물을 제거하는 데 도움이 되며 더 많은 영양분을 제공하여 근육 회복 속도를 높입니다.
회복력 향상
2017년에 발표된 연구 미국 영양 대학 저널, ATP 보충은 강렬한 운동 후에 ATP 저장량이 고갈되는 것을 방지하는 데 도움이 된다는 것을 입증했습니다. 보충제를 복용한 피험자는 반복된 Wingate 무산소 테스트에서 위약 그룹 구성원보다 더 큰 힘을 보였습니다.
ATP 보충제에는 부작용이 있나요?
현재까지 아데노신 삼인산 복용으로 인한 부작용은 알려진 바가 없습니다. 그러나 가장 긴 ATP 연구는 단 12주만 지속되었다는 점을 명심하십시오. ATP 보충제의 장기간 사용에 대한 효과는 연구되지 않았습니다.
ATP는 다른 보충제와 상호 작용합니까?
ATP는 다른 보충제와 결합해도 안전합니다. 더욱이 때로는 이는 긍정적인 시너지 효과를 제공하며 및 같은 첨가제의 유익한 효과를 향상시킬 수 있습니다.
ATP 보충제를 얼마만큼, 어떤 형태로 섭취하는 것이 가장 좋습니까?
ATP 보충제는 대부분 태블릿 형태로 판매됩니다. ATP 성분은 일부 분말 보충제에서도 찾을 수 있습니다. 건강 전문가들은 운동 중에 ATP 수준을 높이려면 섭취하는 것이 가장 좋다고 말합니다.
보충제 형태에 관계없이 혜택을 극대화하려면 ATP 400mg을 섭취해야 합니다.
ATP를 복용하기에 가장 좋은 시기는 언제입니까?
현재까지 ATP 보충의 최적 시기와 복용량에 관한 확실한 연구 결과는 없습니다. 기존 연구에 따르면 복용하는 것이 가장 좋습니다. 훈련 30분 전 400mg ATP. 훈련하지 않는 날에는 첫 식사 30분 전 공복에 AFL을 복용하세요.
세포에서 에너지를 얻는 방법
물질의 산화 및 저장 중에 화학 결합에서 에너지 방출을 보장하는 세포에는 네 가지 주요 과정이 있습니다.
1. 해당작용(생물학적 산화의 2단계) – 포도당 분자가 두 분자의 피루브산으로 산화되어 2개의 분자가 형성됩니다. ATP그리고 NADH. 또한, 피루브산은 호기성 조건에서는 아세틸-SCoA로 전환되고, 혐기성 조건에서는 젖산으로 전환됩니다.
2. β-지방산의 산화(생물학적 산화의 2단계) - 지방산이 아세틸-SCoA로 산화되고, 여기에서 분자가 형성됩니다. NADH그리고 FADN 2. ATP 분자는 "순수한 형태"로 나타나지 않습니다.
3. 트리카르복실산 회로(TCA 주기, 생물학적 산화의 3단계) – 아세틸 그룹(아세틸-SCoA의 일부) 또는 기타 케토산을 이산화탄소로 산화합니다. 전체 사이클 반응에는 1개의 분자가 형성됩니다. GTF(ATP 1개에 해당), 3분자 NADH및 1 분자 FADN 2.
4. 산화적 인산화(생물학적 산화의 3단계) – 포도당, 아미노산, 지방산의 이화작용 반응에서 얻은 NADH와 FADH2가 산화됩니다. 동시에 미토콘드리아 내막의 호흡 사슬 효소가 형성을 보장합니다. 보다 큰세포의 일부 ATP.
ATP를 합성하는 두 가지 방법
모든 뉴클레오사이드는 세포 내에서 지속적으로 사용됩니다. 삼에너지 기증자로서 인산염(ATP, GTP, CTP, UTP, TTP). 이 경우 ATP는 만능인대사 및 세포 활동의 거의 모든 측면에 관여합니다. 그리고 뉴클레오티드 GDP, CDP, UDP, TDP의 인산화가 뉴클레오시드에 보장되는 것은 ATP 때문입니다. 삼인산염.
다른 것들은 뉴클레오시드를 가지고 있습니다. 삼인산염에는 특정 전문 분야가 있습니다. 따라서 UTP는 탄수화물 대사, 특히 글리코겐 합성에 관여합니다. GTP는 리보솜에 관여하며 단백질의 펩타이드 결합 형성에 참여합니다. CTP는 인지질 합성에 사용됩니다.
세포에서 ATP를 생성하는 주요 방법은 미토콘드리아 내부 막의 구조에서 발생하는 산화적 인산화입니다. 이 경우 해당과정, TCA 회로, 지방산 산화 과정에서 형성된 NADH와 FADH2 분자의 수소 원자 에너지가 ATP 결합의 에너지로 변환됩니다.
그러나 ADP를 ATP로 인산화하는 또 다른 방법, 즉 기질 인산화가 있습니다. 이 방법은 고에너지 인산염 또는 모든 물질(기질)의 고에너지 결합 에너지를 ADP로 전달하는 것과 관련이 있습니다. 이러한 물질에는 해당대사산물( 1,3-디포스포글리세린산, 포스포에놀피루베이트), 트리카르복실산 회로( 숙시닐-SCoA) 및 매크로어그 예약 크레아틴인산염. 거대 결합의 가수분해 에너지는 ATP에서 7.3 kcal/mol보다 높으며, 이들 물질의 역할은 이 에너지를 사용하여 ADP 분자를 ATP로 인산화시키는 것으로 축소됩니다.
거대기업의 분류
고에너지 화합물은 다음과 같이 분류됩니다. 연결 유형, 추가 에너지 운반:
1. 포스포안하이드라이드연결. 모든 뉴클레오티드에는 뉴클레오사이드 트리포스페이트(ATP, GTP, CTP, UTP, TTP)와 뉴클레오사이드 디포스페이트(ADP, HDP, CDP, UDP, TDP)와 같은 결합이 있습니다.
2. 티오에스테르연결. 예를 들면 조효소 A의 아실 유도체: 아세틸-SCoA, 숙시닐-SCoA 및 기타 지방산과 HS-CoA 화합물이 있습니다.
3. 구아니딘 인산염연결 - 근육과 신경 조직의 예비 거대세포인 크레아틴 인산염에 존재합니다.
4. 아실포스페이트연결. 이러한 거대세포에는 해당 대사산물인 1,3-디포스포글리세르산(1,3-디포스포글리세르산)이 포함됩니다. 기질 인산화 반응에서 ATP 합성을 보장합니다.
5. 인산에놀연결. 대표적인 것이 해당과정의 대사산물인 포스포에놀피루베이트이다. 또한 해당과정의 기질 인산화 반응에서 ATP 합성을 제공합니다.
위에 언급된 모든 내용으로 판단하면 엄청난 양의 ATP가 필요합니다. 골격근에서는 휴식 상태에서 수축 활동으로 전환하는 동안 ATP 분해 속도가 20배(또는 수백 배) 급격하게 증가합니다.
하지만, 근육의 ATP 보유량상대적으로 중요하지 않으며(질량의 약 0.75%) 2~3초의 집중 작업에만 충분할 수 있습니다.
그림 15. 아데노신 삼인산(ATP, ATP). 몰 질량 507.18 g/mol
이는 ATP가 크고 무거운 분자이기 때문에 발생합니다( 그림 15). ATP질소 염기 아데닌, 5탄당 리보스 및 3개의 인산 잔기로 형성된 뉴클레오티드입니다. ATP 분자의 인산염 그룹은 고에너지(거대성) 결합으로 서로 연결됩니다. 시체에 들어있는 것으로 추정됩니다. ATP의 양, 다음에서 사용하기에 충분합니다. 하루 안에, 그러면 앉아서 생활하는 생활 방식을 선도하는 사람이라도 체중이 증가할 것입니다. 75% 더.
장기간 수축을 유지하려면 수축 중에 분해되는 속도와 동일한 속도로 대사에 의해 ATP 분자가 생성되어야 합니다. 따라서 ATP는 가장 자주 재생되는 물질 중 하나입니다. 인간의 경우 ATP 분자 하나의 수명은 1분 미만입니다. 하루 동안 하나의 ATP 분자는 평균 2000-3000 주기의 재합성을 거칩니다(인체는 하루에 약 40kg의 ATP를 합성하지만 특정 순간에 약 250g을 포함합니다). 즉, 실제로 ATP 예비량이 없습니다. 체내에서 생성되며 정상적인 생활을 위해서는 새로운 ATP 분자를 지속적으로 합성해야 합니다.
따라서 근육 조직의 활동을 특정 수준으로 유지하려면 ATP가 소비되는 속도와 동일한 속도로 빠른 ATP 재합성이 필요합니다. 이는 ADP와 인산염이 결합되는 재인산화 과정에서 발생합니다.
ATP 합성 - ADP 인산화
체내에서 ATP는 유기 물질의 산화 및 광합성 중에 방출되는 에너지로 인해 ADP와 무기 인산염으로 형성됩니다. 이 과정을 인산화.이 경우 최소 40 kJ/mol의 에너지가 소비되어야 하며 이는 고에너지 결합에 축적됩니다.
ADP + H 3 PO 4 + 에너지→ ATP + H2O
ADP의 인산화
ATP의 기질 인산화 ATP의 산화적 인산화
ADP의 인산화는 기질 인산화와 산화적 인산화(산화 물질의 에너지 이용) 두 가지 방식으로 가능합니다. ATP의 대부분은 H 의존성 ATP 합성효소에 의한 산화적 인산화 동안 미토콘드리아 막에서 형성됩니다. ATP의 기질 인산화는 해당과정 동안 또는 다른 고에너지 화합물로부터 인산염 그룹의 전달에 의해 발생합니다. .
ADP의 인산화 반응과 에너지원으로서의 ATP의 후속 사용은 에너지 대사의 본질인 순환 과정을 형성합니다.
근섬유 수축 중에 ATP가 생성되는 세 가지 방법이 있습니다.
ATP 재합성을 위한 세 가지 주요 경로:
1 - 크레아틴 인산염(CP) 시스템
2 - 해당과정
3 - 산화적 인산화
크레아틴 인산염(CP) 시스템 –
인산염 그룹의 전달에 의한 ADP의 인산화 크레아틴인산염
ATP의 혐기성 크레아틴 인산염 재합성.
그림 16. 크레아틴인산염 ( CP) 체내 ATP 재합성 시스템
근육 조직 활동을 특정 수준으로 유지하려면 ATP의 신속한 재합성이 필요함. 이는 ADP와 인산염이 결합하는 재인산화 과정에서 발생합니다. ATP 재합성에 사용되는 가장 접근하기 쉬운 물질은 주로 크레아틴 인산염( 그림 16), 인산염 그룹을 ADP로 쉽게 이전합니다.
CrP + ADP → 크레아틴 + ATP
KrF는 질소 함유 물질인 크레아티닌과 인산의 조합입니다. 근육 내 농도는 대략 2~3%, 즉 ATP보다 3~4배 더 높습니다. ATP 함량이 중간 정도(20~40%) 감소하면 즉시 CrF를 사용하게 됩니다. 그러나 최대 작업 중에는 크레아틴 인산염 매장량도 빠르게 고갈됩니다. ADP의 인산화로 인해 크레아틴인산염수축 초기에 매우 빠른 ATP 형성이 보장됩니다.
휴식 기간 동안 근섬유의 크레아틴 인산염 농도는 ATP 함량보다 약 5배 높은 수준으로 증가합니다. 수축 초기에 미오신 ATPase의 작용으로 ATP가 분해되어 ATP 농도가 감소하고 ADP 농도가 증가하면 반응은 크레아틴 인산염으로 인한 ATP 생성쪽으로 이동합니다. 이 경우 에너지 전환은 수축 초기에 근육 섬유의 ATP 농도가 거의 변하지 않는 반면 크레아틴 인산염 농도는 빠르게 떨어지는 빠른 속도로 발생합니다.
ATP는 단일 효소 반응을 통해 매우 빠르게 크레아틴 인산염으로부터 형성되지만(그림 16), ATP의 양은 세포 내 크레아틴 인산염의 초기 농도에 의해 제한됩니다. 근육 수축이 몇 초 이상 지속되기 위해서는 위에서 언급한 ATP 형성의 다른 두 가지 소스의 참여가 필요합니다. 크레아틴 인산염에 의해 수축이 시작되면 산화적 인산화와 해당과정의 더 느린 다중 효소 경로가 활성화되어 ATP 분해 속도와 일치하도록 ATP 생산 속도를 증가시킵니다.
어떤 ATP 합성 시스템이 가장 빠른가요?
CP(크레아틴 인산염) 시스템은 단 하나의 효소 반응만 포함하기 때문에 신체에서 가장 빠른 ATP 재합성 시스템입니다. 고에너지 인산염을 CP에서 ADP로 직접 전달하여 ATP를 형성합니다. 그러나 세포 내 CP의 보유량이 적기 때문에 ATP를 재합성하는 이 시스템의 능력은 제한적입니다. 이 시스템은 ATP를 합성하기 위해 산소를 사용하지 않으므로 혐기성 ATP 공급원으로 간주됩니다.
체내에 얼마나 많은 CP가 저장되어 있나요?
신체의 총 CP와 ATP 보유량은 6초 미만의 강렬한 신체 활동에 충분합니다.
CP를 이용한 무산소성 ATP 생산의 장점은 무엇입니까?
CP/ATP 시스템은 단기간의 강렬한 신체 활동 중에 사용됩니다. 이는 미오신 분자의 머리, 즉 에너지 소비 부위에 직접 위치합니다. CF/ATP 시스템은 언덕을 빠르게 오르기, 높이뛰기, 100미터 달리기, 침대에서 빨리 일어나기, 벌을 피해 도망가기, 길을 피하는 등 사람이 빠른 움직임을 할 때 사용됩니다. 길을 건너던 중 트럭.
해당과정
세포질에서 ADP의 인산화
혐기성 조건에서 글리코겐과 포도당이 분해되면 젖산과 ATP가 생성됩니다.
ATP를 복원하려면 강렬한 근육 활동을 계속하기 위해이 과정에는 다음과 같은 에너지 생성원, 즉 무산소(혐기성) 조건에서 탄수화물의 효소 분해가 포함됩니다.
그림 17. 해당과정의 일반적인 계획
해당 과정은 다음과 같이 개략적으로 표현됩니다 (p is.17).
해당과정 동안 유리 인산염 그룹이 나타나면 ADP에서 ATP를 재합성하는 것이 가능해집니다. 그러나 ATP 외에도 두 분자의 젖산이 형성됩니다.
프로세스 해당과정이 더 느리다크레아틴 인산염 ATP 재합성과 비교. 혐기성(무산소) 조건에서 근육 활동 기간은 글리코겐이나 포도당 매장량의 고갈과 젖산의 축적으로 인해 제한됩니다.
해당작용에 의한 무산소 에너지 생산이 생성됩니다. 글리코겐 소모가 많아 비경제적, 그 안에 포함된 에너지의 일부만 사용되기 때문에(젖산은 해당과정에서 사용되지 않지만, 상당한 에너지 매장량을 포함하고 있습니다).
물론, 이미 이 단계에서 젖산의 일부는 일정량의 산소에 의해 이산화탄소와 물로 산화됩니다.
С3Н6О3 + 3О2 = 3СО2 + 3Н2О 41
이 경우 생성된 에너지는 젖산의 다른 부분에서 탄수화물을 재합성하는 데 사용됩니다. 그러나 매우 강렬한 신체 활동 중에 제한된 양의 산소는 젖산을 전환하고 탄수화물을 재합성하려는 반응을 지원하기에는 충분하지 않습니다.
6초 이상 지속되는 신체 활동에 필요한 ATP는 어디에서 나오나요?
~에 해당작용 ATP는 산소를 사용하지 않고도(무산소적으로) 형성됩니다. 해당작용은 근육 세포의 세포질에서 발생합니다. 해당과정 동안 탄수화물은 피루브산이나 젖산으로 산화되고 2분자의 ATP가 방출됩니다(글리코겐으로 계산을 시작하면 3분자). 해당과정 동안 ATP는 빠르게 합성되지만 CP 시스템보다 더 느리게 합성됩니다.
해당과정의 최종 산물인 피루브산 또는 젖산은 무엇입니까?
해당과정이 천천히 진행되고 미토콘드리아가 환원된 NADH를 적절하게 수용할 때, 해당과정의 최종 생성물은 피루브산입니다. 피루브산은 아세틸-CoA(NAD가 필요한 반응)로 전환되고 크렙스 회로와 CPE에서 완전한 산화를 겪습니다. 미토콘드리아가 피루브산을 적절하게 산화시키지 못하거나 전자 수용체(NAD 또는 FADH)를 재생성할 수 없으면 피루브산은 젖산으로 전환됩니다. 피루브산이 젖산염으로 전환되면 피루브산 농도가 감소하여 최종 생성물이 반응을 억제하는 것을 방지하고 해당작용이 계속됩니다.
어떤 경우에 젖산염이 해당과정의 주요 최종 생성물이 됩니까?
미토콘드리아가 피루브산을 적절하게 산화하지 못하거나 충분한 전자 수용체를 재생성할 수 없을 때 젖산이 형성됩니다. 이는 미토콘드리아의 낮은 효소 활성, 불충분한 산소 공급 및 높은 해당작용 속도에서 발생합니다. 일반적으로 젖산 형성은 저산소증, 허혈, 출혈, 탄수화물 섭취 후, 높은 근육 글리코겐 농도 및 운동 유발 고열 동안 강화됩니다.
피루브산은 어떤 다른 방법으로 대사될 수 있나요?
운동 중이나 칼로리가 부족한 경우 피루브산은 비필수 아미노산인 알라닌으로 전환됩니다. 골격근에서 합성된 알라닌은 혈류를 통해 간으로 이동한 후 피루브산으로 전환됩니다. 피루브산은 포도당으로 전환되어 혈류로 들어갑니다. 이 과정은 코리 회로와 유사하며 알라닌 회로라고 불립니다.
신체에서 ATP의 주요 역할은 수많은 생화학 반응에 에너지를 제공하는 것과 관련이 있습니다. 두 개의 고에너지 결합을 운반하는 ATP는 많은 에너지를 소비하는 생화학적, 생리학적 과정에서 직접적인 에너지원 역할을 합니다. 이 모든 것은 신체의 복잡한 물질 합성 반응입니다. 막 투과 전위 생성을 포함하여 생물학적 막을 통한 분자의 능동적 전달 구현; 근육 수축의 구현.
살아있는 유기체의 생물 에너지에서 알려진 바와 같이 두 가지 주요 사항이 중요합니다.
- a) 화학 에너지는 유기 기질의 산화에 대한 발열성 이화 반응과 결합된 ATP의 형성을 통해 저장됩니다.
- b) 화학 에너지는 동화작용의 에너지 섭취 반응 및 에너지를 필요로 하는 기타 과정과 결합하여 ATP 분해를 통해 활용됩니다.
ATP 분자가 생물에너지학에서 중심 역할을 수행하는 이유에 대한 의문이 제기됩니다. 이를 해결하려면 ATP의 구조를 고려하십시오. ATP 구조 - (음이온의 pH 7.0 4전하에서).
ATP는 열역학적으로 불안정한 화합물입니다. ATP의 불안정성은 첫째, 동일한 이름의 음전하 클러스터 영역의 정전기 반발에 의해 결정되어 전체 분자에 장력을 유발하지만 가장 강한 결합은 P-O-P이고 두 번째로 특정 공명에 의해 결정됩니다. 마지막 요소에 따르면, 인 원자 사이에 위치한 산소 원자의 공유되지 않은 이동 전자를 놓고 인 원자 간에 경쟁이 있습니다. 왜냐하면 각 인 원자는 P=O 및 P의 상당한 전자 수용체 영향으로 인해 부분적인 양전하를 갖기 때문입니다. - O- 그룹. 따라서 ATP의 존재 가능성은 이러한 물리화학적 스트레스를 보상할 만큼 분자 내에 충분한 양의 화학 에너지가 존재하는지 여부에 따라 결정됩니다. ATP 분자는 두 개의 인산무수물(피로인산) 결합을 포함하고 있으며, 이 결합의 가수분해는 자유에너지의 상당한 감소를 동반합니다(pH 7.0 및 37oC에서).
ATP + H 2 O = ADP + H 3 PO 4 G0I = - 31.0 KJ/mol.
ADP + H 2 O = AMP + H 3 PO 4 G0I = - 31.9 KJ/mol.
생물에너지의 주요 문제 중 하나는 ATP의 생합성인데, 이는 살아있는 자연에서 ADP의 인산화를 통해 발생합니다.
ADP의 인산화는 에너지 소모 과정이며 에너지원이 필요합니다. 앞서 언급한 바와 같이, 자연계에서는 이러한 두 가지 에너지원, 즉 태양 에너지와 환원된 유기 화합물의 화학 에너지가 지배적입니다. 녹색 식물과 일부 미생물은 흡수된 빛 양자의 에너지를 화학 에너지로 변환할 수 있으며, 이는 광합성의 빛 단계에서 ADP의 인산화에 사용됩니다. 이러한 ATP 재생 과정을 광합성 인산화라고 합니다. 호기성 조건에서 유기 화합물의 산화 에너지가 ATP의 거대 에너지 결합으로 변환되는 것은 주로 산화 적 인산화를 통해 발생합니다. ATP 형성에 필요한 자유 에너지는 미토콘드리아의 호흡 산화 사슬에서 생성됩니다.
기질 인산화라고 불리는 또 다른 유형의 ATP 합성이 알려져 있습니다. 전자 전달과 관련된 산화적 인산화와는 대조적으로, ATP 재생에 필요한 활성화된 인산화기(-PO3 H2)의 공여체는 해당과정과 트리카르복실산 순환 과정의 중간체입니다. 이러한 모든 경우에 산화 과정은 고에너지 화합물의 형성으로 이어집니다: 1,3-디포스포글리세레이트(당분해), 숙시닐-CoA(트리카르복실산 회로)는 적절한 효소의 참여로 ADP와 ATP를 형성합니다. 기질 수준에서의 에너지 변환은 혐기성 유기체에서 ATP를 합성하는 유일한 방법입니다. 이러한 ATP 합성 과정을 통해 산소 결핍 기간 동안 골격근의 강렬한 활동을 유지할 수 있습니다. 이는 미토콘드리아가 없는 성숙한 적혈구에서 ATP 합성을 위한 유일한 경로라는 점을 기억해야 합니다.
세포의 생물에너지학에서 특히 중요한 역할은 두 개의 인산 잔기가 부착된 아데닐 뉴클레오티드에 의해 수행됩니다. 이 물질을 아데노신 삼인산(ATP)이라고 합니다. 에너지는 유기 인산염이 분리될 때 방출되는 ATP 분자의 인산 잔기 사이의 화학 결합에 저장됩니다.
ATP= ADP+P+E,
여기서 F는 효소이고 E는 방출 에너지입니다. 이 반응에서 ATP 분자와 유기 인산염의 나머지 부분인 아데노신 인산(ADP)이 형성됩니다. 모든 세포는 생합성 과정, 이동, 열 생성, 신경 자극, 발광(예: 발광 박테리아), 즉 모든 중요한 과정에 ATP 에너지를 사용합니다.
ATP는 보편적인 생물학적 에너지 축적기입니다. 섭취된 음식에 포함된 빛 에너지는 ATP 분자에 저장됩니다.
세포 내 ATP 공급은 적습니다. 따라서 근육의 ATP 예비량은 20~30회 수축에 충분합니다. 강렬하지만 단기적인 작업을 통해 근육은 근육에 포함된 ATP의 분해로 인해 독점적으로 작동합니다. 작업을 마친 후 사람은 숨을 많이 쉬게됩니다. 이 기간 동안 탄수화물 및 기타 물질이 분해되고 (에너지가 축적됨) 세포의 ATP 공급이 회복됩니다.
에너지 외에도 ATP는 신체에서 똑같이 중요한 여러 가지 기능을 수행합니다.
- · 다른 뉴클레오시드 삼인산과 함께 ATP는 핵산 합성의 출발 산물입니다.
- · 또한 ATP는 많은 생화학적 과정의 조절에 중요한 역할을 합니다. 수많은 효소의 알로스테릭 이펙터인 ATP는 규제 센터에 합류하여 활동을 강화하거나 억제합니다.
- · ATP는 또한 세포 내로 호르몬 신호를 전달하는 2차 메신저인 고리형 아데노신 일인산의 합성을 위한 직접적인 전구체이기도 합니다.
시냅스의 전달자로서 ATP의 역할도 알려져 있습니다.
외부 환경으로부터 영양분이 공급되고 중요한 활동의 산물이 이 환경으로 방출되는 한 모든 유기체는 존재할 수 있습니다. 세포 내부에서는 세포체의 구성 요소가 영양분으로 형성되는 연속적이고 매우 복잡한 일련의 화학적 변형이 발생합니다. 지속적인 재생과 함께 살아있는 유기체에서 물질을 변형시키는 일련의 과정을 신진 대사라고합니다.
흡수, 영양소 동화 및 비용으로 세포의 구조적 구성 요소 생성으로 구성된 일반적인 교환의 일부를 동화라고합니다. 이는 건설적인 교환입니다. 일반 교환의 두 번째 부분은 이화 과정으로 구성됩니다. 세포가 에너지를받는 결과로 유기 물질의 분해 및 산화 과정은 에너지 대사입니다. 건설적이고 활발한 교류가 하나의 전체를 형성합니다.
건설적인 대사 과정에서 세포는 상당히 제한된 수의 저분자 화합물로부터 신체의 생체 고분자를 합성합니다. 생합성 반응은 다양한 효소의 참여로 발생하며 에너지가 필요합니다.
살아있는 유기체는 화학적으로 결합된 에너지만 사용할 수 있습니다. 각 물질은 일정량의 위치에너지를 가지고 있습니다. 주요 물질 운반체는 화학 결합이며, 파열 또는 변형으로 인해 에너지가 방출됩니다. 일부 결합의 에너지 수준은 8-10 kJ의 값을 가지며 이러한 결합을 정상이라고 합니다. 다른 결합은 훨씬 더 많은 에너지(25-40kJ)를 포함합니다. 이를 소위 고에너지 결합이라고 합니다. 이러한 결합을 갖는 거의 모든 알려진 화합물에는 인 또는 황 원자가 포함되어 있으며, 분자 내에서 이러한 결합이 국한된 위치에 있습니다. 세포 수명에 중요한 역할을 하는 화합물 중 하나는 아데노신 삼인산(ATP)입니다.
아데노신 삼인산(ATP)은 유기 염기 아데닌(I), 탄수화물 리보스(II) 및 3개의 인산 잔기(III)로 구성됩니다. 아데닌과 리보스가 결합된 것을 아데노신이라고 합니다. 피로인산염 그룹은 ~로 표시된 고에너지 결합을 가지고 있습니다. 물의 참여로 하나의 ATP 분자가 분해되면 인산 한 분자가 제거되고 33-42 kJ/mol에 해당하는 자유 에너지가 방출됩니다. ATP와 관련된 모든 반응은 효소 시스템에 의해 조절됩니다.
그림 1. 아데노신 삼인산(ATP)
세포의 에너지 대사. ATP 합성
ATP 합성은 호흡 중에 미토콘드리아 막에서 발생하므로 호흡 사슬의 모든 효소와 보조 인자, 모든 산화 인산화 효소는 이러한 세포 소기관에 국한됩니다.
ATP 합성은 두 개의 H+ 이온이 막 오른쪽의 ADP와 인산염(P)에서 분리되어 물질 B가 환원되는 동안 두 개의 H+ 손실을 보상하는 방식으로 발생합니다. 인산염 산소 중 하나 원자는 막의 반대쪽으로 이동하고 왼쪽 구획에서 두 개의 H 이온 +를 결합하여 H 2 O를 형성합니다. 인산 잔기는 ADP와 결합하여 ATP를 형성합니다.
그림 2. 미토콘드리아 막의 ATP 산화 및 합성 계획
유기체의 세포에서는 ATP에 포함된 에너지를 사용하는 많은 생합성 반응이 연구되었으며, 그 동안 카르복실화 및 탈카르복실화 과정, 아미드 결합의 합성, ATP에서 에너지를 다음으로 전달할 수 있는 고에너지 화합물의 형성 등이 있습니다. 물질 합성의 동화 작용이 발생합니다. 이러한 반응은 식물 유기체의 대사 과정에서 중요한 역할을 합니다.
ATP 및 기타 고에너지 뉴클레오시드 폴리포스페이트(GTP, CTP, UGP)의 참여로 단당류, 아미노산, 질소 염기 및 아실글리세롤 분자의 활성화는 뉴클레오티드 유도체인 활성 중간 화합물의 합성을 통해 발생할 수 있습니다. 예를 들어, ADP-글루코스 피로포스포릴라제 효소의 참여로 전분 합성 과정에서 활성화된 형태의 포도당이 형성됩니다. 즉, 아데노신 이인산 포도당은 분자 구조가 형성되는 동안 쉽게 포도당 잔기의 기증자가 됩니다. 이 다당류.
ATP 합성은 인산화 과정에서 모든 유기체의 세포에서 발생합니다. ADP에 무기 인산염 첨가. ADP의 인산화를 위한 에너지는 에너지 대사 과정에서 생성됩니다. 에너지 대사 또는 소멸은 에너지 방출을 동반하는 유기 물질 분해의 일련의 반응입니다. 서식지에 따라 소멸은 2~3단계로 발생할 수 있습니다.
대부분의 살아있는 유기체(산소 환경에 사는 호기성 생물)에서는 소화 과정에서 준비, 무산소 및 산소의 세 단계가 수행되며, 그 동안 유기 물질은 무기 화합물로 분해됩니다. 산소가 부족한 환경에 사는 혐기성 생물이나 산소가 부족한 호기성 생물에서는 동화작용이 처음 두 단계에서만 발생하여 여전히 에너지가 풍부한 중간 유기 화합물이 형성됩니다.
첫 번째 단계인 준비 단계는 복잡한 유기 화합물을 단순한 화합물(단백질을 아미노산으로, 지방을 글리세롤과 지방산으로, 다당류를 단당류로, 핵산을 뉴클레오티드로)로 효소 분해하는 것으로 구성됩니다. 유기농 식품 기질의 분해는 다세포 유기체 위장관의 다양한 수준에서 발생합니다. 유기 물질의 세포 내 분해는 리소좀의 가수 분해 효소의 작용으로 발생합니다. 이 경우 방출된 에너지는 열의 형태로 소산되며, 생성된 작은 유기 분자는 추가로 분해되거나 세포에서 자체 유기 화합물 합성을 위한 "건축 자재"로 사용될 수 있습니다.
두 번째 단계인 불완전 산화(무산소)는 세포의 세포질에서 직접 발생하며 산소가 필요하지 않으며 유기 기질의 추가 분해로 구성됩니다. 세포의 주요 에너지원은 포도당이다. 무산소 상태의 불완전한 포도당 분해를 해당과정이라고 합니다.
해당분해는 6탄소 포도당을 2개의 3탄소 분자 피루브산(피루브산염, PVK) C3H4O3으로 전환시키는 다단계 효소 과정입니다. 해당작용 반응 중에 200kJ/mol의 많은 양의 에너지가 방출됩니다. 이 에너지의 일부(60%)는 열로 소산되고 나머지(40%)는 ATP 합성에 사용됩니다.
하나의 포도당 분자의 해당 분해 결과로 PVK, ATP 및 물 두 분자가 형성되고 수소 원자가 NAD H 형태로 세포에 저장됩니다. 특정 담체의 일부로 - 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드. NADH 형태의 해당과정 생성물인 피루브산과 수소의 추가 운명은 다르게 전개될 수 있습니다. 효모 또는 식물 세포에서 산소가 부족하면 알코올 발효가 발생합니다. PVA는 에틸 알코올로 감소됩니다.
과도한 신체 활동 중 인간의 근육 세포와 같이 일시적으로 산소가 부족한 동물의 세포와 일부 박테리아에서는 젖산 발효가 발생하여 피루브산이 젖산으로 감소됩니다. 환경에 산소가 있으면 해당과정의 생성물은 최종 생성물로 더 분해됩니다.
세 번째 단계인 완전 산화(호흡)는 산소의 의무적 참여로 발생합니다. 호기성 호흡은 미토콘드리아의 내막과 기질에 있는 효소에 의해 제어되는 일련의 반응입니다. 미토콘드리아에 들어가면 PVK는 기질 효소와 상호작용하여 다음을 형성합니다. 이산화탄소는 세포에서 제거됩니다. 운반체의 일부로서 내부 막으로 향하는 수소 원자; 트리카르복실산 회로(크렙스 회로)에 관여하는 아세틸 조효소 A(아세틸-CoA). 크렙스 주기는 하나의 아세틸-CoA 분자가 2개의 CO2 분자, ATP 분자 및 4쌍의 수소 원자를 생성하는 일련의 순차적 반응이며, 이는 운반체 분자인 NAD 및 FAD(플라빈 아데닌 디뉴클레오티드)로 전달됩니다. 해당과정과 크렙스 회로의 전체 반응은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
따라서 무산소 분해 단계와 크렙스 회로의 결과로 포도당 분자는 무기 이산화탄소(CO2)로 분해되고 이 경우 방출된 에너지는 부분적으로 ATP 합성에 소비되지만 주로 전자 탑재 캐리어 NAD H2 및 FAD H2에 저장됩니다. 운반체 단백질은 수소 원자를 내부 미토콘드리아 막으로 운반하고, 그곳에서 막에 내장된 단백질 사슬을 따라 수소 원자를 전달합니다. 수송 사슬을 따른 입자의 수송은 양성자가 막의 바깥쪽에 남아 있고 막간 공간에 축적되어 H+ 저장소로 바뀌고 전자가 막의 내부 표면으로 전달되는 방식으로 수행됩니다. 미토콘드리아 막은 궁극적으로 산소와 결합합니다.
전자 전달 사슬의 효소 활동의 결과로 내부 미토콘드리아 막은 내부에서 음전하를 띠고 외부에서 (H로 인해) 양전하를 띠게 되어 표면 사이에 전위차가 생성됩니다. 이온 채널을 갖는 ATP 합성효소 분자가 미토콘드리아의 내막에 내장되어 있는 것으로 알려져 있습니다. 막을 가로지르는 전위차가 임계 수준(200mV)에 도달하면 양전하를 띤 H+ 입자가 전기장의 힘에 의해 ATPase 채널을 통해 밀려나기 시작하고 일단 막의 내부 표면에 도달하면 산소와 상호 작용합니다. 물을 형성합니다.
분자 수준에서 대사 반응의 정상적인 과정은 이화작용과 동화작용 과정의 조화로운 조합에 기인합니다. 이화 과정이 중단되면 우선 에너지 문제가 발생하고 ATP 재생이 중단되며 생합성 과정에 필요한 초기 동화 기질 공급이 중단됩니다. 결과적으로, 일차적이거나 이화 과정의 변화와 관련된 동화 과정의 손상은 기능적으로 중요한 화합물(효소, 호르몬 등)의 재생산을 방해합니다.
대사 사슬의 다양한 연결이 중단되면 불평등한 결과가 발생합니다. 이화작용의 가장 중요하고 심오한 병리학적 변화는 조직 호흡 효소의 차단, 저산소증 등으로 인해 생물학적 산화 시스템이 손상되거나 조직 호흡과 산화적 인산화를 결합하는 메커니즘의 손상(예: 조직 호흡과 산화적 인산화의 분리)이 손상될 때 발생합니다. 갑상선중독증에서의 산화적 인산화). 이러한 경우 세포는 주요 에너지원을 박탈당하고 이화작용의 거의 모든 산화 반응이 차단되거나 ATP 분자에 방출된 에너지를 축적하는 능력을 잃습니다. 트리카르복실산 회로의 반응이 억제되면 이화작용을 통한 에너지 생산이 약 2/3로 감소합니다.
