Corpul nostru produce ATP pentru a furniza energie pentru mișcare, dar adesea această energie nu este suficientă. Merită să luați ATP sub formă de supliment în acest caz?
Adenozin trifosfat sau ATP, este principala sursă de energie care susține toate procesele din organism. De fapt, dacă corpul tău nu mai produce ATP, înseamnă că ești... ei bine, ești mort.
ATP a fost mult timp considerat o substanță chimică pe care organismul o poate sintetiza din alți nutrienți, dar nu poate obține singur dintr-un supliment. Cu toate acestea, administrarea de tablete sau pulberi ATP poate oferi beneficii semnificative antrenamentelor dumneavoastră.
Ce este ATP
Fiecare moleculă de ATP are trei grupe fosfat (trifosfat). Când grupurile de fosfat sunt eliberate dintr-o moleculă, este eliberată o cantitate imensă de energie. Corpul folosește această energie pentru a desfășura procese esențiale de viață. Acestea includ transportul de proteine și lipide (grăsimi) în și din celule, comunicarea între celule, sinteza ADN și ARN și, în final, contracțiile musculare care fac posibilă mișcarea.
Cum furnizează ATP energie?
În timpul activității fizice, organismul produce în mod constant noi molecule de ATP pentru a satisface nevoile de energie ale celulelor. Rezervele de ATP gata preparate în țesutul muscular durează doar câteva secunde. În timpul activității musculare intense, energia este consumată foarte rapid, astfel încât organismul are nevoie de cantități suficiente de fosfocreatină, glucoză și oxigen pentru a reface rezervele de ATP.
Unii oameni iau suplimente pentru a obține mai multă energie pentru a efectua exerciții pe termen scurt, de mare intensitate. Creatina oferă un impuls de energie prin creșterea aportului de fosfocreatină, pe care organismul o poate folosi pentru a forma mai mult ATP. Consumul de carbohidrați înainte de exercițiu funcționează în mod similar. Consumul de carbohidrați crește nivelul de glucoză din sânge. Glucoza, la rândul său, poate fi folosită și pentru a produce ATP printr-un proces numit glicoliză.
Beneficiile suplimentelor ATP
Nu are sens în acest caz să elimini intermediarul și să iei doar suplimente de ATP? Da si nu. Unele studii indică rezultate pozitive, dar în cea mai mare parte acestea au fost rezultatele experimentelor efectuate pe șobolani de laborator. Studiile ulterioare pe oameni nu au fost la fel de promițătoare. Cu toate acestea, acest lucru nu înseamnă că suplimentele de ATP nu au proprietăți benefice. Deși s-ar putea să nu crească direct rezervele de ATP în țesutul muscular, ele ajută la îmbunătățirea fluxului sanguin către țesutul activ, îmbunătățesc performanța fizică și accelerează recuperarea.
Creșterea forței și a rezistenței
Într-un studiu din 2004 publicat în revistăMedicină și știință în sport și exerciții, s-a constatat că două săptămâni de suplimentare cu ATP nu au avut niciun efect asupra creșterii rezervelor de ATP în țesutul muscular. Cu toate acestea, subiecții care au luat ATP au efectuat mai multe repetări de bench press la 70% din maximul lor de o singură repetare decât subiecții care au luat placebo.
Un alt studiu publicat în revistă Societatea Internationala de Nutritie Sportiva, a demonstrat că administrarea a 400 mg de ATP timp de 15 zile consecutive a redus oboseala musculară și a ajutat subiecții să folosească energia mai eficient în timpul exercițiilor intense, comparativ cu martorii.
Cercetătorii de la Universitatea din Tampa au descoperit că, în timpul unui program de antrenament de forță de 12 săptămâni, subiecții care luau zilnic 400 mg de ATP au îmbunătățit semnificativ performanța 1RM în genuflexiuni și deadlift în comparație cu subiecții care au luat o substanță placebo. De asemenea, studiul a constatat că sportivii care au luat suplimente au văzut grosimea muşchilor cvadriceps crescut de două ori mai mult decât cei care au luat un placebo.
Flux sanguin crescut
Pe lângă îmbunătățirea funcției musculare, administrarea de suplimente de ATP promovează și vasodilatația sau lărgirea arterelor. Vasele mai largi înseamnă mai mult combustibil - în special, mai mult oxigen și glucoză - ajunge mai repede la mușchii activi. Vasodilatația ajută, de asemenea, la eliminarea deșeurilor metabolice, cum ar fi acidul lactic și ureea, din țesutul muscular și oferă mai mulți nutrienți pentru a accelera recuperarea musculară.
Recuperare îmbunătățită
Un studiu din 2017 publicat în Jurnalul Colegiului American de Nutriție, a demonstrat că suplimentarea cu ATP ajută la prevenirea epuizării rezervelor de ATP după exerciții intense. Subiecții care au luat suplimentele au arătat, de asemenea, o putere mai mare decât membrii grupului placebo în timpul testelor anaerobe Wingate repetate.
Suplimentele de ATP au efecte secundare?
Până în prezent, nu sunt cunoscute efecte secundare ale administrarii de adenozin trifosfat. Dar rețineți că cel mai lung studiu ATP a durat doar 12 săptămâni. Efectele utilizării pe termen lung a suplimentelor de ATP nu au fost studiate.
Interacționează ATP cu alte suplimente?
ATP este sigur de combinat cu alte suplimente. Mai mult, uneori, acest lucru dă un efect sinergic pozitiv și vă permite să sporiți efectele benefice ale aditivilor precum și.
Cât de mult și sub ce formă este cel mai bine să luați suplimente de ATP?
Suplimentele de ATP sunt vândute cel mai adesea sub formă de tablete; Ingredientul ATP poate fi găsit și în unele suplimente cu pudră. Experții în sănătate spun că, dacă doriți să creșteți nivelul de ATP în timpul exercițiilor fizice, cel mai bine este să luați.
Indiferent de forma de supliment, ar trebui luate 400 mg de ATP pentru a maximiza beneficiile.
Când este cel mai bun moment pentru a lua ATP?
Până în prezent, nu există rezultate definitive ale cercetării cu privire la momentul optim și doza de suplimentare a ATP. Cercetările existente sugerează că cel mai bine este să luați 400 mg ATP cu 30 de minute înainte de antrenament. În zilele în care nu vă antrenați, luați AFL pe stomacul gol cu 30 de minute înainte de prima masă.
Modalități de obținere a energiei într-o celulă
Există patru procese principale în celulă care asigură eliberarea energiei din legăturile chimice în timpul oxidării substanțelor și depozitării acesteia:
1. Glicoliza (etapa 2 de oxidare biologică) – oxidarea unei molecule de glucoză la două molecule de acid piruvic, rezultând formarea a 2 molecule ATPŞi NADH. În plus, acidul piruvic este transformat în acetil-SCoA în condiții aerobe și în acid lactic în condiții anaerobe.
2. β-oxidarea acizilor grași(etapa 2 de oxidare biologică) – oxidarea acizilor grași la acetil-SCoA, aici se formează molecule NADHŞi FADN 2. Moleculele de ATP nu apar „în forma lor pură”.
3. Ciclul acidului tricarboxilic(ciclul TCA, etapa 3 de oxidare biologică) – oxidarea grupării acetil (ca parte a acetil-SCoA) sau a altor cetoacizi la dioxid de carbon. Reacțiile cu ciclu complet sunt însoțite de formarea unei molecule GTF(echivalent cu un ATP), 3 molecule NADHși 1 moleculă FADN 2.
4. Fosforilarea oxidativă(etapa 3 de oxidare biologică) – NADH și FADH 2 obținute în reacțiile de catabolism ale glucozei, aminoacizilor și acizilor grași se oxidează. În același timp, enzimele lanțului respirator de pe membrana interioară a mitocondriilor asigură formarea mai mare părți ale celulei ATP.
Două moduri de a sintetiza ATP
Toate nucleozidele sunt utilizate în mod constant în celulă trei fosfați (ATP, GTP, CTP, UTP, TTP) ca donor de energie. În acest caz, ATP este universal macroerg, implicat în aproape toate aspectele metabolismului și activității celulare. Și ATP este cel care asigură fosforilarea nucleotidelor GDP, CDP, UDP, TDP la nucleozide. trei fosfati.
Alții au o nucleozidă trei Există o anumită specializare în fosfați. Astfel, UTP este implicat în metabolismul carbohidraților, în special în sinteza glicogenului. GTP este implicat în ribozomi și participă la formarea legăturilor peptidice în proteine. CTP este utilizat în sinteza fosfolipidelor.
Principala modalitate de a obține ATP în celulă este fosforilarea oxidativă, care are loc în structurile membranei interioare a mitocondriilor. În acest caz, energia atomilor de hidrogen ai moleculelor NADH și FADH 2 formate în glicoliză, ciclul TCA și oxidarea acizilor grași este transformată în energia legăturilor ATP.
Cu toate acestea, există și o altă modalitate de a fosforila ADP în ATP - fosforilarea substratului. Această metodă este asociată cu transferul de fosfat de înaltă energie sau de energie de legătură de înaltă energie a oricărei substanțe (substrat) la ADP. Aceste substanțe includ metaboliți glicolitici ( acid 1,3-difosfogliceric, fosfoenolpiruvat), ciclul acidului tricarboxilic ( succinil-SCoA) si rezerva macroerg creatina fosfat. Energia de hidroliză a legăturii lor macroergice este mai mare de 7,3 kcal/mol în ATP, iar rolul acestor substanțe se reduce la utilizarea acestei energii pentru fosforilarea moleculei de ADP în ATP.
Clasificarea macroergilor
Compușii cu energie înaltă sunt clasificați în funcție de tip de conexiune, transportând energie suplimentară:
1. Fosfoanhidridă conexiune. Toate nucleotidele au o astfel de legătură: nucleozide trifosfați (ATP, GTP, CTP, UTP, TTP) și nucleozide difosfați (ADP, HDP, CDP, UDP, TDP).
2. Thioester conexiune. Un exemplu sunt derivații acil ai coenzimei A: acetil-SCoA, succinil-SCoA și alți compuși ai oricărui acid gras și HS-CoA.
3. Guanidină fosfat conexiune - prezent in creatina fosfat, un macroerg de rezerva al muschilor si tesutului nervos.
4. Acilfosfat conexiune. Acești macroergi includ metabolitul glicolitic acid 1,3-difosfogliceric (1,3-difosfoglicerat). Asigură sinteza ATP în reacția de fosforilare a substratului.
5. Enol fosfat conexiune. Reprezentantul este fosfoenolpiruvatul, un metabolit al glicolizei. De asemenea, asigură sinteza ATP în reacția de fosforilare a substratului în glicoliză.
Judecând după tot ce s-a menționat mai sus, este necesară o cantitate colosală de ATP. În mușchii scheletici, în timpul tranziției lor de la o stare de repaus la activitate contractilă, rata defalcării ATP crește brusc de 20 de ori (sau chiar de câteva sute de ori).
Cu toate acestea, Rezervele de ATP în mușchi sunt relativ nesemnificative (aproximativ 0,75% din masa sa) și pot fi suficiente doar pentru 2-3 secunde de muncă intensă.
Fig. 15. Adenozin trifosfat (ATP, ATP). Masă molară 507,18 g/mol
Acest lucru se întâmplă deoarece ATP este o moleculă mare și grea ( Fig.15). ATP este o nucleotidă formată din baza azotată adenină, zahărul riboză cu cinci atomi de carbon și trei resturi de acid fosforic. Grupările fosfat din molecula ATP sunt conectate între ele prin legături de înaltă energie (macroergice). Se estimează că dacă corpul conținea cantitatea de ATP, suficient pentru utilizare în într-o zi, atunci greutatea unei persoane, chiar ducând un stil de viață sedentar, ar fi mai mare 75% Mai mult.
Pentru a menține contracția pe termen lung, moleculele de ATP trebuie generate de metabolism în aceeași rată cu care sunt descompuse în timpul contracției. Prin urmare, ATP este una dintre substanțele cel mai frecvent reînnoite la om, durata de viață a unei molecule de ATP este mai mică de 1 minut. În timpul zilei, o moleculă de ATP trece printr-o medie de 2000-3000 de cicluri de resinteză (corpul uman sintetizează aproximativ 40 kg de ATP pe zi, dar conține aproximativ 250 g la un moment dat), adică practic nu există nicio rezervă de ATP. create în organism, iar pentru viața normală este necesar să se sintetizeze în mod constant noi molecule de ATP.
Astfel, pentru a menține activitatea țesutului muscular la un anumit nivel, este necesară o resinteză rapidă a ATP-ului în aceeași rată cu care este consumat Aceasta are loc în timpul procesului de refosforilare, când ADP și fosfații se combină
sinteza ATP - fosforilarea ADP
În organism, ATP se formează din ADP și fosfat anorganic datorită energiei eliberate în timpul oxidării substanțelor organice și în timpul fotosintezei. Acest proces se numește fosforilare.În acest caz, trebuie consumat cel puțin 40 kJ/mol de energie, care este acumulată în legături de înaltă energie:
ADP + H3P04+ energie→ ATP + H2O
Fosforilarea ADP
Fosforilarea substratului ATP Fosforilarea oxidativă a ATP
Fosforilarea ADP este posibilă în două moduri: fosforilarea substratului și fosforilarea oxidativă (folosind energia substanțelor oxidante). Cea mai mare parte a ATP se formează pe membranele mitocondriale în timpul fosforilării oxidative de către ATP sintetaza H-dependentă. .
Reacțiile de fosforilare ADP și utilizarea ulterioară a ATP ca sursă de energie formează un proces ciclic care este esența metabolismului energetic.
Există trei moduri în care ATP este produs în timpul contracției fibrelor musculare.
Trei căi principale pentru resinteza ATP:
1 - sistemul de creatină fosfat (CP).
2 - glicoliză
3 - fosforilarea oxidativă
Sistemul de creatină fosfat (CP) -
Fosforilarea ADP prin transferul unei grupări fosfat din creatina fosfat
Resinteza anaerobă a creatin-fosfatului de ATP.
Fig. 16. Creatina fosfat ( CP) Sistemul de resinteză ATP în organism
Pentru a menține activitatea țesutului muscular la un anumit nivel este necesară resinteza rapidă a ATP. Acest lucru are loc în timpul procesului de refosforilare, când ADP și fosfații se combină. Cea mai accesibilă substanță care este utilizată pentru resinteza ATP este în primul rând fosfatul de creatină ( Fig.16), transferând cu ușurință gruparea sa fosfat în ADP:
CrP + ADP → Creatina + ATP
KrF este o combinație a substanței care conține azot creatinina cu acid fosforic. Concentrația sa în mușchi este de aproximativ 2-3%, adică de 3-4 ori mai mult decât ATP. O scădere moderată (20-40%) a conținutului de ATP duce imediat la utilizarea CrF. Cu toate acestea, în timpul lucrului maxim, rezervele de creatină fosfat sunt, de asemenea, epuizate rapid. Datorită fosforilării ADP creatina fosfat formarea foarte rapidă a ATP este asigurată chiar la începutul contracției.
În timpul perioadei de repaus, concentrația de creatină fosfat în fibra musculară crește la un nivel de aproximativ cinci ori mai mare decât conținutul de ATP. La începutul contracției, când concentrația de ATP scade și concentrația de ADP crește din cauza descompunerii ATP prin acțiunea miozin-ATPazei, reacția se deplasează către formarea de ATP din cauza fosfatului de creatină. În acest caz, tranziția energetică are loc la o viteză atât de mare încât la începutul contracției, concentrația de ATP în fibra musculară se modifică puțin, în timp ce concentrația de creatină fosfat scade rapid.
Deși ATP se formează foarte repede din creatină fosfat, printr-o singură reacție enzimatică (Fig. 16), cantitatea de ATP este limitată de concentrația inițială de creatină fosfat în celulă. Pentru ca contracția musculară să dureze mai mult de câteva secunde, este necesară participarea celorlalte două surse de producție de ATP menționate mai sus. Odată ce începe contracția obținută de creatina fosfat, căile mai lente, multi-enzime ale fosforilării oxidative și glicolizei sunt activate pentru a crește rata producției de ATP pentru a se potrivi cu rata de descompunere a ATP.
Care sistem de sinteză a ATP este cel mai rapid?
Sistemul CP (creatină fosfat) este cel mai rapid sistem de resinteză ATP din organism, deoarece implică o singură reacție enzimatică. Transferă fosfat de înaltă energie direct de la CP la ADP pentru a forma ATP. Cu toate acestea, capacitatea acestui sistem de a resintetiza ATP este limitată, deoarece rezervele de CP din celulă sunt mici. Deoarece acest sistem nu folosește oxigen pentru a sintetiza ATP, este considerat o sursă anaerobă de ATP.
Cât de mult CP este stocat în organism?
Rezervele totale de CP și ATP din organism ar fi suficiente pentru mai puțin de 6 secunde de activitate fizică intensă.
Care este avantajul producerii anaerobe de ATP folosind CP?
Sistemul CP/ATP este utilizat în timpul activității fizice intense de scurtă durată. Este situat pe capetele moleculelor de miozină, adică direct la locul consumului de energie. Sistemul CF/ATP este utilizat atunci când o persoană face mișcări rapide, cum ar fi urcarea rapidă pe un deal, efectuarea de sărituri în înălțime, alergarea unei sute de metri, ridicarea rapidă din pat, fuga de o albină sau îndepărtarea din cale. un camion în timp ce traversa strada.
Glicoliza
Fosforilarea ADP în citoplasmă
Descompunerea glicogenului și a glucozei în condiții anaerobe produce acid lactic și ATP.
Pentru a restabili ATP pentru a continua activitatea musculară intensă Procesul include următoarea sursă de producere a energiei - descompunerea enzimatică a carbohidraților în condiții fără oxigen (anaerobe).
Fig. 17. Schema generală a glicolizei
Procesul de glicoliză este reprezentat schematic după cum urmează (p este.17).
Apariția grupărilor fosfat libere în timpul glicolizei face posibilă resintetiza ATP din ADP. Cu toate acestea, pe lângă ATP, se formează două molecule de acid lactic.
Proces glicoliza este mai lentă comparativ cu resinteza ATP a creatinfosfatului. Durata muncii musculare în condiții anaerobe (fără oxigen) este limitată din cauza epuizării rezervelor de glicogen sau glucoză și datorită acumulării de acid lactic.
Se produce producerea de energie anaerobă prin glicoliză neeconomic cu consum mare de glicogen, deoarece numai o parte din energia conținută în acesta este utilizată (acidul lactic nu este utilizat în timpul glicolizei, deși contine rezerve importante de energie).
Desigur, deja în această etapă, o parte din acidul lactic este oxidată de o anumită cantitate de oxigen în dioxid de carbon și apă:
С3Н6О3 + 3О2 = 3СО2 + 3Н2О 41
Energia generată în acest caz este folosită pentru resinteza carbohidraților din alte părți ale acidului lactic. Cu toate acestea, cantitatea limitată de oxigen în timpul activității fizice foarte intense este insuficientă pentru a susține reacțiile care vizează conversia acidului lactic și resintetiza carbohidraților.
De unde provine ATP pentru activitatea fizică care durează mai mult de 6 secunde?
La glicoliza ATP se formează fără utilizarea oxigenului (anaerob). Glicoliza are loc în citoplasma celulei musculare. În timpul procesului de glicoliză, carbohidrații sunt oxidați în piruvat sau lactat și se eliberează 2 molecule de ATP (3 molecule dacă începeți calculul cu glicogen). În timpul glicolizei, ATP este sintetizat rapid, dar mai lent decât în sistemul CP.
Care este produsul final al glicolizei - piruvat sau lactat?
Când glicoliza se desfășoară lent și mitocondriile acceptă în mod adecvat NADH redus, produsul final al glicolizei este piruvatul. Piruvatul este transformat în acetil-CoA (o reacție care necesită NAD) și suferă o oxidare completă în ciclul Krebs și CPE. Când mitocondriile nu pot oxida în mod adecvat piruvatul sau nu pot regenera acceptorii de electroni (NAD sau FADH), piruvatul este transformat în lactat. Conversia piruvatului în lactat reduce concentrația de piruvat, care împiedică produsele finite să inhibe reacția, iar glicoliza continuă.
În ce cazuri este lactatul principalul produs final al glicolizei?
Lactatul se formează atunci când mitocondriile nu pot oxida în mod adecvat piruvatul sau nu pot regenera suficienti acceptori de electroni. Acest lucru se întâmplă cu activitate enzimatică scăzută a mitocondriilor, cu aport insuficient de oxigen și cu o rată ridicată de glicoliză. În general, formarea de lactat crește în timpul hipoxiei, ischemiei, sângerării, după consumul de carbohidrați, concentrații mari de glicogen muscular și hipertermie indusă de efort.
Ce alte moduri poate fi metabolizat piruvatul?
În timpul exercițiilor fizice sau atunci când se mănâncă calorii insuficiente, piruvatul este transformat în aminoacidul neesențial alanină. Alanina sintetizată în mușchii scheletici călătorește prin fluxul sanguin până la ficat, unde este transformată în piruvat. Piruvatul este apoi transformat în glucoză, care intră în sânge. Acest proces este similar cu ciclul Cori și se numește ciclul alaninei.
Rolul principal al ATP în organism este asociat cu furnizarea de energie pentru numeroase reacții biochimice. Fiind purtător a două legături de înaltă energie, ATP servește ca sursă directă de energie pentru multe procese biochimice și fiziologice consumatoare de energie. Toate acestea sunt reacții de sinteza a unor substanțe complexe în organism: implementarea transferului activ de molecule prin membranele biologice, inclusiv crearea unui potențial electric transmembranar; implementarea contractiei musculare.
După cum se știe în bioenergia organismelor vii, două puncte principale sunt importante:
- a) energia chimică este stocată prin formarea de ATP cuplat cu reacții catabolice exergonice de oxidare a substraturilor organice;
- b) energia chimică este utilizată prin descompunerea ATP, cuplată cu reacții endergonice de anabolism și alte procese care necesită energie.
Se pune întrebarea de ce molecula de ATP își îndeplinește rolul central în bioenergetică. Pentru a o rezolva, luați în considerare structura ATP Structura ATP - (la pH 7,0 tetraîncărcare a anionului).
ATP este un compus instabil termodinamic. Instabilitatea ATP este determinată, în primul rând, de repulsia electrostatică în regiunea unui grup de sarcini negative cu același nume, ceea ce duce la tensiune în întreaga moleculă, dar cea mai puternică legătură este P-O-P și, în al doilea rând, de o rezonanță specifică. În conformitate cu ultimul factor, există o competiție între atomii de fosfor pentru electronii mobili neîmpărțiți ai atomului de oxigen situat între ei, deoarece fiecare atom de fosfor are o sarcină pozitivă parțială datorită influenței semnificative a acceptorului de electroni a P=O și P. - O- grupe. Astfel, posibilitatea existenței ATP este determinată de prezența unei cantități suficiente de energie chimică în moleculă pentru a compensa aceste tensiuni fizico-chimice. Molecula de ATP conține două legături fosfoanhidride (pirofosfat), a căror hidroliză este însoțită de o scădere semnificativă a energiei libere (la pH 7,0 și 37 o C).
ATP + H20 = ADP + H3PO4G0I = - 31,0 KJ/mol.
ADP + H20 = AMP + H3PO4G0I = - 31,9 KJ/mol.
Una dintre problemele centrale ale bioenergiei este biosinteza ATP, care în natura vie are loc prin fosforilarea ADP.
Fosforilarea ADP este un proces endergonic și necesită o sursă de energie. După cum sa menționat mai devreme, în natură predomină două astfel de surse de energie - energia solară și energia chimică a compușilor organici redusi. Plantele verzi și unele microorganisme sunt capabile să transforme energia cuantelor de lumină absorbite în energie chimică, care este cheltuită pentru fosforilarea ADP în stadiul de lumină al fotosintezei. Acest proces de regenerare a ATP se numește fosforilare fotosintetică. Transformarea energiei de oxidare a compușilor organici în legături macroenergetice ale ATP în condiții aerobe are loc în primul rând prin fosforilarea oxidativă. Energia liberă necesară pentru formarea ATP este generată în lanțul oxidativ respirator al mitocondriilor.
Este cunoscut un alt tip de sinteză a ATP, numit fosforilarea substratului. Spre deosebire de fosforilarea oxidativă, asociată cu transferul de electroni, donorul grupării fosforil activate (- PO3 H2), necesar regenerării ATP, sunt intermediari ai proceselor de glicoliză și ciclului acidului tricarboxilic. În toate aceste cazuri, procesele oxidative duc la formarea de compuși cu energie înaltă: 1,3-difosfoglicerat (glicoliză), succinil-CoA (ciclul acidului tricarboxilic), care, cu participarea enzimelor adecvate, sunt capabili să folieze ADP și formează ATP. Transformarea energiei la nivel de substrat este singura modalitate de sinteză a ATP în organismele anaerobe. Acest proces de sinteză a ATP vă permite să mențineți o muncă intensă a mușchilor scheletici în perioadele de lipsă de oxigen. Trebuie amintit că este singura cale pentru sinteza ATP în globulele roșii mature care nu au mitocondrii.
Un rol deosebit de important în bioenergetica celulei îl joacă nucleotida adenil, la care sunt atașate două resturi de acid fosforic. Această substanță se numește acid adenozin trifosforic (ATP). Energia este stocată în legăturile chimice dintre reziduurile de acid fosforic ale moleculei de ATP, care este eliberată atunci când fosforitul organic este separat:
ATP= ADP+P+E,
unde F este o enzimă, E este energie de eliberare. În această reacție, se formează acidul adenozin fosforic (ADP) - restul moleculei de ATP și fosfat organic. Toate celulele folosesc energia ATP pentru procesele de biosinteză, mișcare, producere de căldură, impulsuri nervoase, luminiscență (de exemplu, bacterii luminiscente), adică pentru toate procesele vitale.
ATP este un acumulator universal de energie biologică. Energia luminoasă conținută în alimentele consumate este stocată în molecule de ATP.
Aportul de ATP în celulă este mic. Deci, rezerva de ATP în mușchi este suficientă pentru 20 - 30 de contracții. Cu o muncă intensă, dar de scurtă durată, mușchii lucrează exclusiv din cauza defalcării ATP-ului conținut în ei. După terminarea lucrării, o persoană respiră greu - în această perioadă, carbohidrații și alte substanțe sunt descompuse (se acumulează energie) și este restabilită furnizarea de ATP în celule.
Pe lângă energie, ATP îndeplinește o serie de alte funcții la fel de importante în organism:
- · Împreună cu alți nucleozidici trifosfați, ATP este produsul de pornire în sinteza acizilor nucleici.
- · În plus, ATP joacă un rol important în reglarea multor procese biochimice. Fiind un efector alosteric al unui număr de enzime, ATP, unindu-și centrele lor de reglare, le sporește sau suprimă activitatea.
- · ATP este, de asemenea, un precursor direct al sintezei de adenozin monofosfat ciclic, un mesager secundar al transmiterii semnalului hormonal în celulă.
De asemenea, este cunoscut rolul ATP ca transmițător în sinapse.
Orice organism poate exista atâta timp cât nutrienții sunt furnizați din mediul extern și atâta timp cât produsele activității sale vitale sunt eliberate în acest mediu. În interiorul celulei, are loc un set continuu, foarte complex de transformări chimice, datorită cărora componentele corpului celular sunt formate din nutrienți. Setul de procese de transformare a materiei într-un organism viu, însoțite de reînnoirea sa constantă, se numește metabolism.
O parte a schimbului general, care constă în absorbția, asimilarea nutrienților și crearea componentelor structurale ale celulei pe cheltuiala lor, se numește asimilare - acesta este un schimb constructiv. A doua parte a schimbului general constă în procese de disimilare, i.e. procesele de descompunere și oxidare a substanțelor organice, în urma cărora celula primește energie, este metabolismul energetic. Schimbul constructiv și energetic formează un singur întreg.
În procesul de metabolism constructiv, celula sintetizează biopolimeri ai corpului său dintr-un număr destul de limitat de compuși cu molecul scăzut. Reacțiile biosintetice apar cu participarea diferitelor enzime și necesită energie.
Organismele vii pot folosi doar energia legată chimic. Fiecare substanță are o anumită cantitate de energie potențială. Principalii săi purtători materiale sunt legăturile chimice, a căror ruptură sau transformare duce la eliberarea de energie. Nivelul de energie al unor legături are o valoare de 8-10 kJ - aceste legături se numesc normale. Alte legături conțin mult mai multă energie - 25-40 kJ - acestea sunt așa-numitele legături de înaltă energie. Aproape toți compușii cunoscuți care au astfel de legături conțin atomi de fosfor sau sulf, în locul cărora în moleculă sunt localizate aceste legături. Unul dintre compușii care joacă un rol critic în viața celulară este acidul adenozin trifosforic (ATP).
Acidul adenozin trifosforic (ATP) constă din baza organică adenină (I), carbohidrat riboză (II) și trei resturi de acid fosforic (III). Combinația de adenină și riboză se numește adenozină. Grupările pirofosfat au legături de înaltă energie, indicate de ~. Descompunerea unei molecule de ATP cu participarea apei este însoțită de eliminarea unei molecule de acid fosforic și eliberarea de energie liberă, care este egală cu 33-42 kJ/mol. Toate reacțiile care implică ATP sunt reglementate de sisteme enzimatice.
Fig.1. Acid adenozin trifosforic (ATP)
Metabolismul energetic în celulă. sinteza ATP
Sinteza ATP are loc în membranele mitocondriale în timpul respirației, prin urmare toate enzimele și cofactorii lanțului respirator, toate enzimele de fosforilare oxidativă sunt localizate în aceste organite.
Sinteza ATP are loc în așa fel încât doi ioni H + sunt separați de ADP și fosfat (P) pe partea dreaptă a membranei, compensând pierderea a doi H + în timpul reducerii substanței B. Unul dintre oxigenul fosfat atomii este transferat pe cealaltă parte a membranei și, unind doi ioni de H + din compartimentul din stânga, formează H 2 O. Reziduul de fosforil unește ADP, formând ATP.
Fig.2. Schema oxidării și sintezei ATP în membranele mitocondriale
În celulele organismelor, au fost studiate multe reacții de biosinteză care folosesc energia conținută în ATP, în timpul cărora procesele de carboxilare și decarboxilare, sinteza legăturilor amidice și formarea de compuși de înaltă energie capabili să transfere energie de la ATP la apar reactii anabolice de sinteza a substantelor. Aceste reacții joacă un rol important în procesele metabolice ale organismelor vegetale.
Cu participarea ATP și a altor polifosfați nucleozidici de înaltă energie (GTP, CTP, UGP), activarea moleculelor de monozaharide, aminoacizi, baze azotate și acilgliceroli poate avea loc prin sinteza compușilor intermediari activi care sunt derivați ai nucleotidelor. De exemplu, în procesul de sinteză a amidonului cu participarea enzimei ADP-glucoză pirofosforilază, se formează o formă activată de glucoză - adenozin difosfat glucoză, care devine cu ușurință un donator de reziduuri de glucoză în timpul formării structurii moleculelor de această polizaharidă.
Sinteza ATP are loc în celulele tuturor organismelor în procesul de fosforilare, adică. adăugarea de fosfat anorganic la ADP. Energia pentru fosforilarea ADP este generată în timpul metabolismului energetic. Metabolismul energetic, sau disimilarea, este un set de reacții de descompunere a substanțelor organice, însoțite de eliberarea de energie. În funcție de habitat, disimilarea poate avea loc în două sau trei etape.
În majoritatea organismelor vii - aerobi care trăiesc într-un mediu cu oxigen - se desfășoară trei etape în timpul disimilării: pregătitoare, fără oxigen și oxigen, timp în care substanțele organice se descompun în compuși anorganici. La anaerobii care trăiesc într-un mediu lipsit de oxigen, sau la aerobii cu lipsă de oxigen, disimilarea are loc doar în primele două etape cu formarea de compuși organici intermediari care sunt încă bogați în energie.
Prima etapă - pregătitoare - constă în descompunerea enzimatică a compușilor organici complecși în compuși mai simpli (proteine în aminoacizi, grăsimi în glicerol și acizi grași, polizaharide în monozaharide, acizi nucleici în nucleotide). Defalcarea substraturilor alimentare organice are loc la diferite niveluri ale tractului gastrointestinal al organismelor multicelulare. Defalcarea intracelulară a substanțelor organice are loc sub acțiunea enzimelor hidrolitice ale lizozomilor. Energia eliberată în acest caz este disipată sub formă de căldură, iar moleculele organice mici rezultate pot suferi o descompunere suplimentară sau pot fi utilizate de celulă ca „material de construcție” pentru sinteza propriilor compuși organici.
A doua etapă - oxidarea incompletă (fără oxigen) - are loc direct în citoplasma celulei, nu necesită prezența oxigenului și constă în defalcarea ulterioară a substraturilor organice. Principala sursă de energie din celulă este glucoza. Descompunerea incompletă și lipsită de oxigen a glucozei se numește glicoliză.
Glicoliza este un proces enzimatic în mai multe etape de transformare a glucozei cu șase atomi de carbon în două molecule de trei atomi de carbon de acid piruvic (piruvat, PVK) C3H4O3. În timpul reacțiilor de glicoliză, se eliberează o cantitate mare de energie - 200 kJ/mol. O parte din această energie (60%) este disipată sub formă de căldură, restul (40%) este folosită pentru sinteza ATP.
Ca rezultat al glicolizei unei molecule de glucoză, se formează două molecule de PVK, ATP și apă, precum și atomi de hidrogen, care sunt stocați de celulă sub formă de NAD H, adică. ca parte a unui purtător specific - nicotinamidă adenin dinucleotidă. Soarta ulterioară a produselor glicolizei - piruvat și hidrogen sub formă de NADH - se poate dezvolta diferit. În drojdie sau în celulele vegetale, atunci când există o lipsă de oxigen, are loc fermentația alcoolică - PVA se reduce la alcool etilic:
În celulele animalelor care se confruntă cu o lipsă temporară de oxigen, de exemplu în celulele musculare umane în timpul activității fizice excesive, precum și la unele bacterii, are loc fermentația acidului lactic, în care piruvatul este redus la acid lactic. În prezența oxigenului în mediul înconjurător, produsele glicolizei suferă o defalcare ulterioară până la produsele finale.
A treia etapă - oxidarea completă (respirația) - are loc cu participarea obligatorie a oxigenului. Respirația aerobă este un lanț de reacții controlate de enzime din membrana interioară și matricea mitocondriilor. Odată ajuns în mitocondrie, PVK interacționează cu enzimele matricei și formează: dioxid de carbon, care este îndepărtat din celulă; atomi de hidrogen, care, ca parte a purtătorilor, sunt direcționați către membrana interioară; acetil coenzima A (acetil-CoA), care este implicată în ciclul acidului tricarboxilic (ciclul Krebs). Ciclul Krebs este un lanț de reacții secvențiale în timpul cărora o moleculă de acetil-CoA produce două molecule de CO2, o moleculă de ATP și patru perechi de atomi de hidrogen, care sunt transferați la molecule purtătoare - NAD și FAD (flavin adenin dinucleotide). Reacția totală a glicolizei și ciclul Krebs pot fi reprezentate după cum urmează:
Deci, ca urmare a etapei de disimilare fără oxigen și a ciclului Krebs, molecula de glucoză este descompusă în dioxid de carbon anorganic (CO2), iar energia eliberată în acest caz este cheltuită parțial pentru sinteza ATP, dar este stocate în principal în purtătorii încărcați cu electroni NAD H2 și FAD H2. Proteinele purtătoare transportă atomii de hidrogen către membrana mitocondrială interioară, unde îi trec de-a lungul unui lanț de proteine încorporat în membrană. Transportul particulelor de-a lungul lanțului de transport se realizează în așa fel încât protonii să rămână pe partea exterioară a membranei și să se acumuleze în spațiul intermembranar, transformându-l într-un rezervor de H+, iar electronii sunt transferați pe suprafața interioară a membranei. membrana mitocondrială, unde se combină în cele din urmă cu oxigenul.
Ca urmare a activității enzimelor din lanțul de transport de electroni, membrana mitocondrială interioară este încărcată negativ din interior și pozitiv (datorită H) din exterior, astfel încât se creează o diferență de potențial între suprafețele sale. Se știe că moleculele enzimei ATP sintetaza, care au un canal ionic, sunt încorporate în membrana interioară a mitocondriilor. Când diferența de potențial de-a lungul membranei atinge un nivel critic (200 mV), particulele de H+ încărcate pozitiv încep să fie împinse prin canalul ATPazei de forța câmpului electric și, odată ajunse pe suprafața interioară a membranei, interacționează cu oxigenul, formând apă.
Cursul normal al reacțiilor metabolice la nivel molecular se datorează îmbinării armonioase a proceselor de catabolism și anabolism. Când procesele catabolice sunt perturbate, în primul rând, apar dificultăți energetice, regenerarea ATP este întreruptă, precum și furnizarea de substraturi anabolice inițiale necesare proceselor de biosinteză. La rândul său, deteriorarea proceselor anabolice care este primară sau asociată cu modificări ale proceselor catabolice duce la perturbarea reproducerii compușilor importanți funcțional - enzime, hormoni etc.
Întreruperea diferitelor legături din lanțurile metabolice are consecințe inegale. Cele mai semnificative și profunde modificări patologice ale catabolismului apar atunci când sistemul de oxidare biologică este deteriorat din cauza blocării enzimelor respirației tisulare, hipoxiei etc. sau deteriorării mecanismelor de cuplare a respirației tisulare și fosforilării oxidative (de exemplu, separarea respirației tisulare și fosforilarea oxidativă în tireotoxicoză). În aceste cazuri, celulele sunt private de principala lor sursă de energie aproape toate reacțiile oxidative ale catabolismului sunt blocate sau își pierd capacitatea de a acumula energia eliberată în moleculele de ATP. Când reacțiile din ciclul acidului tricarboxilic sunt inhibate, producția de energie prin catabolism este redusă cu aproximativ două treimi.
