§ 9. Аденозинтрифосфатна кислота (АТФ) — універсальна енергетична сполука

Пригадайте будову нуклеотидів. Що таке енергія з точки зору фізики? Що таке ферменти, складні та прості білки? Які сполуки називають пентозами?

Біологічні системи — відкриті системи. Ви вже знаєте, що сукупність біохімічних реакцій, які відбуваються в біологічних системах, називають обміном речовин, або метаболізмом. Одні із цих реакцій - це реакції синтезу, які забезпечують ріст і розвиток клітин та організмів, поновлення їхнього хімічного складу. Сукупність цих реакцій називають пластичним обміном (або анаболізмом). На здійснення цих процесів витрачається певна кількість енергії. Ця енергія виникає при розщепленні різних складних органічних сполук до простіших (унаслідок їхнього окиснення або розщеплення без участі кисню, як-от вуглеводів). Ці процеси називають енергетичним обміном (або катаболізмом).

Процеси синтезу потрібних організму сполук і процеси їхнього розщеплення — це різні сторони єдиного процесу обміну речовин і перетворення енергії в організмах — метаболізму.

З енергетичної точки зору біологічні системи, такі як окремі клітини, цілісні організми, екосистеми, належать до відкритих. Це означає, що їхнє існування можливе лише завдяки постійному надходженню з навколишнього середовища певної кількості енергії. У біологічних системах відбуваються процеси перетворення енергії: перехід одних форм енергії в інші (хімічної в електричну, електричної - в механічну тощо). Значна частина енергії, що утворюється в біологічних системах, виводиться назовні у вигляді тепла. Саме тому і потрібне постійне її надходження до біологічних систем.

Для організмів, які населяють нашу планету, основним джерелом енергії є сонячне світло, завдяки якому прямо чи опосередковано задовольняються їхні енергетичні потреби (мал. 9.1).

Мал. 9.1. Сонячне світло - основне джерело енергії для організмів. Завдання. Поясніть роль рослин у забезпеченні енергією інших мешканців нашої планети

Усі ви знайомі з роботою такого електронного приладу, як мобільний телефон. Для його роботи потрібна енергія, джерелом якої є акумулятор. Коли акумулятор розряджається, ви підключаєте телефон до зовнішнього джерела енергії - електричної мережі - доки не відбудеться зарядка акумулятора. Роль своєрідного акумулятора в клітинах виконує сполука АТФ.

АТФ та її функції в енергетичному обміні. Аденозинтрифосфатна кислота (АТФ) - сполука, яка за своїм складом є нуклеотидом. Молекула АТФ складається із залишків азотистої основи (аденіну), пентози (рибози) та трьох залишків ортофосфатної кислоти (мал. 9.2).

Мал. 9.2. Будова молекули АТФ: 1 - аденозин (сполука, що складається із залишку аденіну та пентози - рибози); 2 - три залишки ортофосфатної кислоти

Ця речовина має незвичні для інших органічних сполук хімічні властивості. Зверніть увагу: на відміну від нуклеотидів, які входять до складу нуклеїнових кислот, молекула АТФ містить не один залишок ортофосфатної кислоти, а три (звідки й походить назва цієї сполуки - аденозинтрифосфатна кислота). Між залишками ортофосфатної кислоти виникають два особливі високоенергетичні хімічні зв’язки - макроергічні. У них запасається значна кількість енергії (мал. 9.2).

Якщо за участі відповідного ферменту відщеплюється один залишок ортофосфатної кислоти, то АТФ перетворюється на аденозиндифосфатну кислоту (АДФ), при цьому звільняється близько 42 кДж енергії (мал. 9.3). Якщо ж відщеплюються два залишки молекул ортофосфатної кислоти, АТФ перетворюється на аденозинмонофосфатну кислоту (АМФ). При цьому вивільняється вже 84 кДж енергії.

Мал. 9.3. Перетворення молекул АТФ під час енергетичного обміну: енергія звільняється внаслідок відщеплення від молекули АТФ одного чи двох залишків ортофосфатної кислоти

У разі приєднання до АМФ залишку ортофосфатної кислоти запасається близько 42 кДж енергії. При цьому утворюється молекула АДФ. Ще 42 кДж енергії запасається за умови приєднання ще одного залишку ортофосфатної кислоти до молекули АДФ. Молекула АДФ таким чином перетворюється на молекулу АТФ. Енергія, яка вивільняється в процесі розщеплення молекул АТФ, використовується для синтезу потрібних організму сполук, підтримання певної температури тіла, забезпечення інших процесів життєдіяльності.

Ключові терміни та поняття: метаболізм, пластичний обмін (анаболізм), енергетичний обмін (катаболізм), АТФ.

Перевірте здобуті знання

1. Що таке метаболізм, пластичний та енергетичний обмін? 2. Яка структура молекули АТФ? 3. У чому полягає роль АТФ у перетворенні енергії в клітині?

Поміркуйте. Чому життя неможливе без перетворень енергії?