Hidroliza ATP-a u ADP. Struktura i biološka uloga atf. Hemijska svojstva ATP-a
Dom
Naše tijelo proizvodi ATP kako bi osigurao energiju za kretanje, ali često ta energija nije dovoljna. Da li se u ovom slučaju isplati uzimati ATP u obliku suplemenata? Adenozin trifosfat ili ATP,
je glavni izvor energije koji podržava sve procese u tijelu. U stvari, ako vaše tijelo prestane proizvoditi ATP, to znači da ste... pa, mrtvi ste.
ATP se dugo smatrao hemikalijom koju tijelo može sintetizirati iz drugih nutrijenata, ali ne može dobiti samo iz suplementa. Međutim, uzimanje ATP tableta ili praha može pružiti značajne prednosti vašim vježbama.
Šta je ATP
Svaki ATP molekul ima tri fosfatne grupe (trifosfat). Kada se fosfatne grupe oslobađaju iz molekula, oslobađa se ogromna količina energije. Tijelo koristi ovu energiju za obavljanje osnovnih životnih procesa. To uključuje transport proteina i lipida (masti) u i iz stanica, komunikaciju između stanica, sintezu DNK i RNK i konačno kontrakcije mišića koje omogućavaju kretanje.
Kako ATP daje energiju?
Tokom fizičke aktivnosti, tijelo neprestano proizvodi nove molekule ATP-a kako bi zadovoljilo energetske potrebe stanica. Rezerve gotovog ATP-a u mišićnom tkivu traju samo nekoliko sekundi. Prilikom intenzivne mišićne aktivnosti energija se vrlo brzo troši, pa su tijelu potrebne dovoljne količine fosfokreatina, glukoze i kisika za popunu ATP rezervi.
Neki ljudi uzimaju suplemente kako bi dobili više energije za izvođenje kratkotrajnih vježbi visokog intenziteta. Kreatin daje energiju povećanjem zaliha fosfokreatina, koji tijelo može koristiti za dalje formiranje više ATP-a. Konzumiranje ugljikohidrata prije vježbanja djeluje na sličan način. Konzumiranje ugljenih hidrata povećava nivo glukoze u krvi. Glukoza se, zauzvrat, također može koristiti za proizvodnju ATP-a kroz proces koji se naziva glikoliza.
Zar u ovom slučaju nema smisla eliminisati međuproizvod i samo uzimati ATP suplemente? Da i ne. Neke studije ukazuju na pozitivne rezultate, ali uglavnom su to bili rezultati eksperimenata provedenih na laboratorijskim štakorima. Naknadne studije na ljudima nisu bile toliko obećavajuće. Međutim, to ne znači da ATP suplementi nemaju korisna svojstva. Iako ne mogu direktno povećati zalihe ATP-a u mišićnom tkivu, oni pomažu poboljšanju protoka krvi u aktivnom tkivu, poboljšavaju fizičke performanse i ubrzavaju oporavak.
Povećana snaga i izdržljivost
U studiji objavljenoj 2004 magazinMedicina i nauka u sportu i vježbanju, otkriveno je da dvije sedmice suplementacije ATP-om nisu imale efekta na povećanje zaliha ATP-a u mišićnom tkivu. Međutim, subjekti koji su uzimali ATP izveli su više ponavljanja bench press pri 70% svog maksimuma od jednog ponavljanja od ispitanika koji su uzimali placebo.
Druga studija objavljena u magazin Međunarodno društvo za sportsku ishranu, su pokazali da uzimanje 400 mg ATP-a tokom 15 uzastopnih dana smanjuje umor mišića i pomaže ispitanicima da efikasnije koriste energiju tokom intenzivne vježbe u odnosu na kontrolne skupine.
Istraživači sa Univerziteta u Tampi otkrili su da su tokom 12-nedeljnog programa treninga snage, subjekti koji su uzimali 400 mg ATP-a dnevno značajno poboljšali performanse 1RM u čučnju i mrtvom dizanju u poređenju sa subjektima koji su uzimali placebo supstancu. Studija je takođe otkrila da se kod sportista koji su uzimali suplemente povećala debljina mišića kvadricepsa dvostruko više od onih koji su uzimali placebo.
Pojačan protok krvi
Osim poboljšanja funkcije mišića, uzimanje dodataka ATP-a također potiče vazodilataciju ili proširenje arterija. Šire žile znače da više goriva – konkretno, više kisika i glukoze – brže stiže do aktivnih mišića. Vazodilatacija također pomaže u uklanjanju metaboličkih otpadnih proizvoda kao što su mliječna kiselina i urea iz mišićnog tkiva i osigurava više hranjivih tvari za ubrzavanje oporavka mišića.
Poboljšan oporavak
Studija iz 2017. objavljena u Journal of the American College of Nutrition, je pokazao da dodatak ATP-a pomaže u sprečavanju iscrpljivanja zaliha ATP-a nakon intenzivnog vježbanja. Subjekti koji su uzimali suplemente takođe su pokazali veću snagu od članova placebo grupe tokom ponovljenih Wingate anaerobnih testova.
Da li suplementi ATP-a imaju nuspojave?
Do danas nisu poznati neželjeni efekti uzimanja adenozin trifosfata. Ali imajte na umu da je najduža ATP studija trajala samo 12 sedmica. Efekti dugotrajne upotrebe suplemenata ATP-a nisu proučavani.
Da li ATP stupa u interakciju s drugim suplementima?
ATP je siguran za kombiniranje s drugim suplementima. Štoviše, ponekad ovo daje pozitivan sinergistički učinak i omogućava vam da poboljšate blagotvorno djelovanje aditiva kao što su i.
Koliko i u kom obliku je najbolje uzimati ATP suplemente?
ATP suplementi se najčešće prodaju u obliku tableta; ATP sastojak se također može naći u nekim suplementima u prahu. Zdravstveni stručnjaci kažu da ako želite da povećate nivo ATP-a tokom vežbanja, najbolje je da to uzmete.
Bez obzira na oblik dodatka, 400 mg ATP-a treba uzeti kako bi se maksimizirale koristi.
Kada je najbolje vrijeme za uzimanje ATP-a?
Do danas ne postoje konačni rezultati istraživanja o optimalnom vremenu i dozi suplementacije ATP-om. Postojeća istraživanja sugeriraju da je najbolje uzeti 400 mg ATP 30 minuta prije treninga. U dane kada ne trenirate, uzimajte AFL na prazan stomak 30 minuta pre prvog obroka.
Glavni izvor energije za ćeliju su hranjive tvari: ugljikohidrati, masti i proteini, koji se oksidiraju uz pomoć kisika. Gotovo svi ugljikohidrati, prije nego što stignu u ćelije tijela, pretvaraju se u glukozu zahvaljujući radu gastrointestinalnog trakta i jetre. Zajedno s ugljikohidratima, proteini se također razlažu na aminokiseline, a lipidi u masne kiseline. U ćeliji se hranjive tvari oksidiraju pod utjecajem kisika i uz sudjelovanje enzima koji kontroliraju reakcije oslobađanja energije i njeno korištenje. Gotovo sve oksidativne reakcije odvijaju se u mitohondrijima, a oslobođena energija se pohranjuje u obliku visokoenergetskog spoja - ATP. Nakon toga, upravo se ATP, a ne nutrijenti, koristi za opskrbu energijom unutarćelijskih metaboličkih procesa.
ATP molekul sadrži: (1) dušičnu bazu adenin; (2) pentoza ugljikohidrat riboza, (3) tri ostatka fosforne kiseline. Posljednja dva fosfata su povezana jedan s drugim i sa ostatkom molekule visokoenergetskim fosfatnim vezama, označenim na ATP formuli simbolom ~. U zavisnosti od fizičkih i hemijskih uslova karakterističnih za telo, energija svake takve veze je 12.000 kalorija po 1 molu ATP-a, što je višestruko više od energije obične hemijske veze, zbog čega se fosfatne veze nazivaju visoko- energije.
Štaviše, ove veze se lako uništavaju, osiguravajući unutarćelijske procese energijom čim se za to ukaže potreba.
Kada se energija oslobodi, ATP donira fosfatnu grupu i postaje adenozin difosfat. Oslobođena energija se koristi za gotovo sve stanične procese, na primjer u reakcijama biosinteze i kontrakciji mišića.
Dopuna rezervi ATP-a se dešava rekombinacijom ADP-a sa ostatkom fosforne kiseline na račun energije nutrijenata. Ovaj proces se ponavlja iznova i iznova. ATP se stalno troši i akumulira, zbog čega se naziva energetskom valutom ćelije. Vrijeme promjene ATP-a je samo nekoliko minuta.
Uloga mitohondrija u hemijskim reakcijama stvaranja ATP-a. Kada glukoza uđe u ćeliju, ona se pod djelovanjem citoplazmatskih enzima pretvara u pirogrožđanu kiselinu (ovaj proces se naziva glikoliza). Energija koja se oslobađa u ovom procesu troši se na pretvaranje male količine ADP u ATP, što predstavlja manje od 5% ukupnih rezervi energije.
Atomi vodika su hemijski veoma aktivni i stoga odmah reaguju sa kiseonikom koji difunduje u mitohondrije.
Velika količina energije koja se oslobađa u ovoj reakciji koristi se za pretvaranje mnogih ADP molekula u ATP. Ove reakcije su prilično složene i zahtijevaju sudjelovanje velikog broja enzima koji su dio mitohondrijskih krista. U početnoj fazi, elektron se odvaja od atoma vodika, a atom se pretvara u vodikov ion.
Proces se završava dodavanjem vodikovih jona kisiku. Kao rezultat ove reakcije nastaje voda i velika količina energije koja je neophodna za rad ATP sintetaze, velikog globularnog proteina koji strši u obliku tuberkula na površini mitohondrijskih krista. Pod djelovanjem ovog enzima, koji koristi energiju vodikovih jona, ADP se pretvara u ATP. Novi ATP molekuli se šalju iz mitohondrija u sve dijelove ćelije, uključujući i jezgro, gdje se energija ovog spoja koristi za pružanje različitih funkcija.
Ovaj proces sinteze ATP-a općenito se naziva hemiosmotički mehanizam stvaranja ATP-a. ATP je skraćenica za adenozin tri-fosfornu kiselinu. Možete pronaći i naziv Adenozin trifosfat. Ovo je nukleoid koji igra veliku ulogu u razmjeni energije u tijelu. Adenozin trifosforna kiselina je univerzalni izvor energije uključen u sve biohemijske procese u tijelu. Ovaj molekul je 1929. godine otkrio naučnik Karl Lohmann. A njen značaj je potvrdio Fritz Lipmann 1941. godine.
Struktura i formula ATP-a
Ako govorimo o ATP-u detaljnije, zatim se odvaja drugi fosfat. Tada se formira AMP (adenozin monofosfat). Glavni izvor za proizvodnju adenozin trifosfata je glukoza u ćeliji koja se razlaže na piruvat i citosol. Adenozin trifosfat daje energiju dugim vlaknima koja sadrže protein miozin. To je ono što formira mišićne ćelije.
U trenucima kada se tijelo odmara, lanac ide u suprotnom smjeru, odnosno stvara se adenozin trifosforna kiselina. Opet, glukoza se koristi u ove svrhe. Stvoreni molekuli adenozin trifosfata će se ponovo koristiti čim bude potrebno. Kada energija nije potrebna, ona se skladišti u tijelu i oslobađa čim je potrebna.
ATP molekul se sastoji od nekoliko, tačnije, tri komponente:
- Riboza je šećer sa pet ugljenika koji čini osnovu DNK.
- Adenin je kombinovani atom dušika i ugljika.
- Trifosfat.
U samom središtu molekule adenozin trifosfata nalazi se molekul riboze, a njegov rub je glavni za adenozin. Na drugoj strani riboze nalazi se lanac od tri fosfata.
ATP sistemi
Istovremeno, morate shvatiti da će rezerve ATP-a biti dovoljne samo za prve dvije ili tri sekunde fizičke aktivnosti, nakon čega se njegov nivo smanjuje. Ali u isto vrijeme, rad mišića može se izvesti samo uz pomoć ATP-a. Zahvaljujući posebnim sistemima u tijelu, novi ATP molekuli se konstantno sintetiziraju. Uključivanje novih molekula događa se ovisno o trajanju opterećenja.
ATP molekuli sintetišu tri glavna biohemijska sistema:
- Fosfageni sistem (kreatin fosfat).
- Sistem glikogena i mliječne kiseline.
- Aerobno disanje.
Razmotrimo svaki od njih posebno.
Fosfageni sistem- ako mišići rade kratko, ali izuzetno intenzivno (oko 10 sekundi), koristiće se fosfageni sistem. U ovom slučaju, ADP se vezuje za kreatin fosfat. Zahvaljujući ovom sistemu, mala količina adenozin trifosfata konstantno cirkuliše u mišićnim ćelijama. Budući da i same mišićne ćelije sadrže kreatin fosfat, on se koristi za obnavljanje nivoa ATP-a nakon kratkog rada visokog intenziteta. Ali u roku od deset sekundi nivo kreatin fosfata počinje da se smanjuje - ova energija je dovoljna za kratku trku ili intenzivan trening snage u bodibildingu.
Glikogen i mliječna kiselina- tijelo snabdijeva energijom sporije od prethodnog. Sintetiše ATP, što može biti dovoljno za minut i pol intenzivnog rada. U tom procesu, glukoza se u mišićnim stanicama formira u mliječnu kiselinu kroz anaerobni metabolizam.
Pošto u anaerobnom stanju organizam ne koristi kiseonik, ovaj sistem obezbeđuje energiju na isti način kao i u aerobnom sistemu, ali se štedi vreme. U anaerobnom načinu, mišići se kontrahiraju izuzetno snažno i brzo. Takav sistem može vam omogućiti da trčite četiri stotine metara sprinta ili duže intenzivno vježbate u teretani. Ali rad na ovaj način dugo vremena neće dozvoliti bol u mišićima, koja se javlja zbog viška mliječne kiseline.
Aerobno disanje- ovaj sistem se uključuje ako trening traje duže od dva minuta. Tada mišići počinju primati adenozin trifosfat iz ugljikohidrata, masti i proteina. U ovom slučaju, ATP se sporo sintetiše, ali energija traje dugo - fizička aktivnost može trajati nekoliko sati. To se događa zbog činjenice da se glukoza nesmetano razgrađuje, nema nikakve kontraakcije izvana - jer mliječna kiselina ometa anaerobni proces.
Uloga ATP-a u tijelu
Iz prethodnog opisa jasno je da je glavna uloga adenozin trifosfata u organizmu da obezbijedi energiju za sve brojne biohemijske procese i reakcije u organizmu. Većina energetskih procesa u živim bićima odvija se zahvaljujući ATP-u.
Ali pored ove glavne funkcije, adenozin trifosfat obavlja i druge:
Uloga ATP-a u ljudskom tijelu i životu je dobro poznat ne samo naučnicima, već i mnogim sportistima i bodibilderima, jer njegovo razumevanje pomaže da trening bude efikasniji i da se pravilno izračunaju opterećenja. Za ljude koji rade treninge snage u teretani, sprint i druge sportove, veoma je važno da shvate koje vežbe u jednom ili drugom trenutku treba da izvode. Zahvaljujući tome možete formirati željenu strukturu tijela, razraditi strukturu mišića, smanjiti višak kilograma i postići druge željene rezultate.
Citoplazma svake ćelije, kao i mitohondrije, hloroplasti i jezgra sadrži adenozin trifosforna kiselina (ATP). On daje energiju za većinu reakcija koje se dešavaju u ćeliji. Uz pomoć ATP-a, stanica sintetizira nove molekule bjelančevina, ugljikohidrata, masti, oslobađa se otpada, provodi aktivan transport tvari, lupanje bičaka i cilija itd.
ATP molekula je nukleotid formiran od azotne baze adenina, petougljičnog šećera riboze i tri ostatka fosforne kiseline. Fosfatne grupe u molekuli ATP-a povezane su jedna s drugom visokoenergetskim (makroergijskim) vezama:
Veze između fosfatnih grupa nisu jako jake, a kada se prekinu, oslobađa se velika količina energije. Kao rezultat hidrolitičkog cijepanja fosfatne grupe iz ATP-a, nastaje adenozin difosforna kiselina (ADP) i oslobađa se dio energije:
ADP se također može podvrgnuti daljoj hidrolizi uz eliminaciju druge fosfatne grupe i oslobađanje drugog dijela energije; u ovom slučaju, ADP se pretvara u adenozin monofosfat (AMP), koji se dalje ne hidrolizira:
ATP nastaje iz ADP-a i neorganskog fosfata zbog energije koja se oslobađa tokom oksidacije organskih supstanci i tokom fotosinteze. Ovaj proces se zove fosforilacija. U tom slučaju mora se potrošiti najmanje 40 kJ/mol energije koja se akumulira u visokoenergetskim vezama:
Shodno tome, glavni značaj procesa disanja i fotosinteze određen je činjenicom da oni opskrbljuju energijom za sintezu ATP-a, uz sudjelovanje koje se najveći dio posla obavlja u ćeliji.
Dakle, ATP je glavni univerzalni dobavljač energije u ćelijama svih živih organizama.
ATP se obnavlja izuzetno brzo. Kod ljudi se, na primjer, svaki ATP molekul razgrađuje i regeneriše 2.400 puta dnevno, tako da mu je prosječni životni vijek kraći od 1 minute. Sinteza ATP-a odvija se uglavnom u mitohondrijima i hloroplastima (djelomično u citoplazmi). Ovdje formirani ATP šalje se u one dijelove ćelije gdje se javlja potreba za energijom.
Izvor : N.A. Lemeza L.V. Kamlyuk N.D. Lisov "Priručnik o biologiji za kandidate za univerzitete"
Adenozin trifosforna kiselina-ATP- esencijalna energetska komponenta svake žive ćelije. ATP je takođe nukleotid koji se sastoji od azotne baze adenina, šećera riboze i tri ostatka molekula fosforne kiseline. Ovo je nestabilna struktura. U metaboličkim procesima, ostaci fosforne kiseline se sukcesivno odvajaju od nje razbijanjem energetski bogate, ali krhke veze između drugog i trećeg ostataka fosforne kiseline. Odvajanje jedne molekule fosforne kiseline je praćeno oslobađanjem oko 40 kJ energije. U tom slučaju ATP se pretvara u adenozin difosfornu kiselinu (ADP), a daljim odvajanjem ostatka fosforne kiseline iz ADP-a nastaje adenozin monofosforna kiselina (AMP).
Šema strukture ATP-a i njegova konverzija u ADP ( T.A. Kozlova, V.S. Kuchmenko. Biologija u tabelama. M., 2000 )
Shodno tome, ATP je svojevrsni akumulator energije u ćeliji, koji se „prazni“ kada se razgradi. Do razgradnje ATP-a dolazi u reakcijama sinteze proteina, masti, ugljikohidrata i svih drugih vitalnih funkcija stanica. Ove reakcije nastaju uz apsorpciju energije, koja se izdvaja tokom razgradnje tvari.
ATP se sintetiše u mitohondrijama u nekoliko faza. Prvi je pripremni - odvija se u fazama, uz učešće specifičnih enzima u svakoj fazi. U tom slučaju se složena organska jedinjenja razlažu na monomere: proteini na aminokiseline, ugljikohidrati na glukozu, nukleinske kiseline na nukleotide itd. Razbijanje veza u ovim supstancama prati oslobađanje male količine energije. Rezultirajući monomeri, pod djelovanjem drugih enzima, mogu se dalje raspadati i formirati jednostavnije tvari, sve do ugljičnog dioksida i vode.
Šema Sinteza ATP-a u ćelijskim mtohondrijama
OBJAŠNJENJA DIJAGRAMA TRANSFORMACIJE SUPSTANCI I ENERGIJE U PROCESU DISIMILACIJE
Faza I - pripremna: složene organske tvari, pod utjecajem probavnih enzima, razlažu se na jednostavne, a oslobađa se samo toplinska energija.
Proteini ->amino kiseline
masti- >
glicerol i masne kiseline
Škrob ->glukoza
Faza II - glikoliza (bez kisika): provodi se u hijaloplazmi, nije povezana s membranama; enzimi su uključeni u to; Glukoza se razgrađuje:
U gljivama kvasca, molekul glukoze bez sudjelovanja kisika pretvara se u etil alkohol i ugljični dioksid (alkoholna fermentacija):
Kod drugih mikroorganizama glikoliza može rezultirati stvaranjem acetona, octene kiseline itd. U svim slučajevima razgradnju jednog molekula glukoze prati stvaranje dva ATP molekula. Tokom razgradnje glukoze bez kiseonika u obliku hemijske veze u molekulu ATP-a, zadržava se 40% anergije, a ostatak se rasipa kao toplota.
Faza III - hidroliza (kiseonik): vrši se u mitohondrijima, povezana sa mitohondrijalnim matriksom i unutrašnjom membranom, u njoj učestvuju enzimi, mlečna kiselina se razlaže: C3H6O3 + 3H20 --> 3CO2+ 12H. CO2 (ugljični dioksid) se oslobađa iz mitohondrija u okoliš. Atom vodika je uključen u lanac reakcija čiji je konačni rezultat sinteza ATP-a. Ove reakcije se odvijaju u sljedećem redoslijedu:
1. Atom vodonika H, uz pomoć enzima nosača, ulazi u unutrašnju membranu mitohondrija, formirajući kriste, gdje se oksidira: H-e--> H+
2. Proton vodonika H+(kation) se prenosi nosiocima na vanjsku površinu membrane kriste. Ova membrana je nepropusna za protone, pa se oni akumuliraju u međumembranskom prostoru, formirajući protonski rezervoar.
3. Elektroni vodonika e se prenose na unutrašnju površinu membrane kriste i odmah se vežu za kisik pomoću enzima oksidaze, formirajući negativno nabijen aktivni kisik (anion): O2 + e--> O2-
4. Kationi i anjoni sa obe strane membrane stvaraju suprotno naelektrisano električno polje, a kada razlika potencijala dostigne 200 mV, protonski kanal počinje da radi. Javlja se u molekulima enzima ATP sintetaze, koji su ugrađeni u unutrašnju membranu koja formira kriste.
5. Protoni vodonika prolaze kroz protonski kanal H+ juri unutar mitohondrija, stvarajući visok nivo energije, od koje većina ide na sintezu ATP-a iz ADP-a i P (ADP+P-->ATP), i protona H+ stupaju u interakciju s aktivnim kisikom, formirajući vodu i molekularni 02:
(4N++202- -->2N20+02)
Dakle, O2, koji ulazi u mitohondrije tokom procesa disanja tijela, neophodan je za dodavanje protona vodika H. U njegovom nedostatku, cijeli proces u mitohondrijima prestaje, jer lanac transporta elektrona prestaje da funkcioniše. Opća reakcija III faze:
(2C3NbOz + 6Oz + 36ADP + 36F ---> 6C02 + 36ATP + +42H20)
Kao rezultat razgradnje jednog molekula glukoze nastaje 38 molekula ATP-a: u fazi II - 2 ATP i u fazi III - 36 ATP. Rezultirajući ATP molekuli idu izvan mitohondrija i učestvuju u svim ćelijskim procesima gdje je potrebna energija. Prilikom cijepanja, ATP oslobađa energiju (jedna fosfatna veza sadrži 40 kJ) i vraća se u mitohondrije u obliku ADP-a i P (fosfata).