Біологія. Довідник школяра та абітурієнта

Аденозинтрифосфатна кислота (АТФ) та її функції

Нуклеотиди в клітинах живих організмів, крім того, що входять до складу нуклеїнових кислот, виконують ще одну дуже важливу функцію: виступають у ролі переносників хімічної енергії. Джерелом енергії для рослин є сонячне світло, тварини одержують її з їжею — енергія запасається в ковалентних зв’язках органічних молекул, які утворюються в результаті перетравлювання їжі. Головним (але не єдиним) переносником енергії є аденозин-трифосфат, або АТФ. Концентрація АТФ у клітинах незначна — 0,04 % і лише в скелетних м’язах — близько 0,5 %.

АТФ міститься в клітині в розчиненій фракції цитоплазми (гіалоплазми), мітохондріях, хлоропластах і ядрі. АТФ забезпечує енергією більшість реакцій, що протікають у клітині (рух клітини, синтез білків, вуглеводів і жирів, виділення решток, транспортування) і в організмі (м’язова робота, нервові скорочення, рух організму, підтримання сталої температури тіла).

Молекула АТФ складається з нітратної основи аденіну, п’ятивуглецевого цукру рибози й трьох залишків фосфатної кислоти, два з яких сполучені високоенергетичними (макроергічними) зв’язками.

У результаті гідролітичного відщеплення кінцевих фосфатних груп з АТФ спочатку утворюється аденозинфосфатна кислота (АДФ), а потім аденозинмонофосфатна кислота (АМФ) і виділяються дві порції енергії:

АТФ + Н₂О → АДФ + Н₃РО₄ + 42 кДж;

АДФ + Н₂О → АМФ + Н₃РО₄ + 42 кДж.

Під час відщеплення фосфатної групи від АМФ виділяється незначна кількість енергії — 13,8 кДж;

АТФ утворюється із АДФ і неорганічного фосфату за рахунок енергії, що звільняється під час окиснення органічних речовин (диханні) та в процесі фосфорилювання в світловій фазі фотосинтезу:

АДФ + Н₃РО₄ + 42 кДж → АТФ + Н₂О.

Молекулярна структура АТФ нестабільна, тому що однойменні заряди (негативно заряджені атоми Оксигену у фосфатних залишках) відштовхуються один від одного.

Молекула АТФ: 1 — триортофосфат; 2 — аденозин

Під впливом специфічних ферментів молекула АТФ гідролізується (приєднує молекулу води) та розщеплюється. Процеси синтезу АТФ можуть протікати: в цитоплазмі (гліколіз), мітохондріях (дихання), хлоропластах (світлова фаза фотосинтезу), на плазматичних мембранах деяких бактерій (хемосинтез).

У рослинній клітині синтез АТФ протікає в мітохондріях і хлоропластах — на мембранах тилакоїдів у процесі хеміосмосу.

Хлоропластна АТФ уся використовується в стромі хлоропластів на побудову глюкози під час темнової фази фотосинтезу, а на біоенергетичні процеси клітини не витрачається. Тому в рослинних клітинах є мітохондрії, де глюкоза розщеплюється і виробляється АТФ на потреби клітини.

АТФ надзвичайно швидко оновлюється. У людини, наприклад, кожна молекула АТФ розщеплюється і знову відновлюється близько 2 400 разів на добу; середня тривалість її життя — менш ніж одна хвилина. Синтезована АТФ по каналах ендоплазматичної сітки спрямовується в ті частини клітини, де виникає потреба в енергії. АТФ є універсальним хімічним акумулятором енергії в клітині.

Подібно до аденіну решта нітратних основ (гуанін, тимін, цитозин, урацил) наявні в клітині у формі сполук, аналогічних до АТФ (ГТФ, ТТФ, ЦТФ, УТФ). Усі ці сполуки отримали назву нуклеозидтрифосфати (скорочено НТФ).