Hidroliza ATP la ADP. Structura și rolul biologic al atf. Proprietățile chimice ale ATP

Acasă

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.

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.

Principala sursă de energie pentru celulă o reprezintă nutrienții: carbohidrații, grăsimile și proteinele, care se oxidează cu ajutorul oxigenului. Aproape toți carbohidrații, înainte de a ajunge în celulele corpului, sunt transformați în glucoză datorită activității tractului gastrointestinal și a ficatului. Alături de carbohidrați, proteinele sunt de asemenea descompuse în aminoacizi, iar lipidele în acizi grași. În celulă, nutrienții sunt oxidați sub influența oxigenului și cu participarea enzimelor care controlează reacțiile de eliberare a energiei și utilizarea acesteia. Aproape toate reacțiile oxidative au loc în mitocondrii, iar energia eliberată este stocată sub forma unui compus de mare energie - ATP. Ulterior, ATP, și nu nutrienții, este folosit pentru a furniza energie proceselor metabolice intracelulare.

Molecula de ATP conține: (1) baza azotată adenină; (2) pentoză carbohidrat riboză, (3) trei resturi de acid fosforic. Ultimii doi fosfați sunt legați unul de celălalt și de restul moleculei prin legături de fosfat de înaltă energie, indicate pe formula ATP prin simbolul ~. În funcție de condițiile fizice și chimice caracteristice corpului, energia fiecărei astfel de legături este de 12.000 de calorii per 1 mol de ATP, ceea ce este de multe ori mai mare decât energia unei legături chimice obișnuite, motiv pentru care legăturile fosfatice sunt numite înalte. energie.

Mai mult, aceste conexiuni sunt ușor distruse, oferind proceselor intracelulare energie de îndată ce este nevoie.

Când energia este eliberată, ATP donează o grupă fosfat și este transformată în adenozin difosfat. Energia eliberată este utilizată pentru aproape toate procesele celulare, de exemplu în reacțiile de biosinteză și contracția musculară.

Refacerea rezervelor de ATP are loc prin recombinarea ADP cu un reziduu de acid fosforic în detrimentul energiei nutritive. Acest proces se repetă din nou și din nou. ATP este consumat și acumulat în mod constant, motiv pentru care este numit moneda energetică a celulei. Timpul de rotație ATP este de doar câteva minute.

Rolul mitocondriilor în reacțiile chimice de formare a ATP. Când glucoza intră în celulă, este transformată în acid piruvic sub acțiunea enzimelor citoplasmatice (acest proces se numește glicoliză). Energia eliberată în acest proces este cheltuită pentru conversia unei cantități mici de ADP în ATP, reprezentând mai puțin de 5% din rezervele totale de energie.

Atomii de hidrogen sunt foarte activi din punct de vedere chimic și, prin urmare, reacționează imediat cu oxigenul care se difuzează în mitocondrii.

Cantitatea mare de energie eliberată în această reacție este folosită pentru a converti multe molecule de ADP în ATP. Aceste reacții sunt destul de complexe și necesită participarea unui număr mare de enzime care fac parte din cresta mitocondrială. În stadiul inițial, un electron este separat de atomul de hidrogen, iar atomul se transformă într-un ion de hidrogen.

Procesul se termină cu adăugarea de ioni de hidrogen la oxigen. În urma acestei reacții, se formează apă și o cantitate mare de energie, care este necesară pentru funcționarea ATP sintetazei, o proteină globulară mare care iese sub formă de tuberculi pe suprafața crestei mitocondriale. Sub acțiunea acestei enzime, care folosește energia ionilor de hidrogen, ADP este transformat în ATP. Noi molecule de ATP sunt trimise din mitocondrii către toate părțile celulei, inclusiv nucleul, unde energia acestui compus este folosită pentru a asigura o varietate de funcții.

Acest proces de sinteză a ATP este denumit în general mecanismul chemiosmotic de formare a ATP. ATP este abrevierea pentru Adenozin Tri-Phosphoric Acid. Puteți găsi, de asemenea, numele Adenozin trifosfat. Acesta este un nucleoid care joacă un rol important în schimbul de energie în organism. Acidul adenozin tri-fosforic este o sursă universală de energie implicată în toate procesele biochimice ale organismului. Această moleculă a fost descoperită în 1929 de omul de știință Karl Lohmann. Iar semnificația sa a fost confirmată de Fritz Lipmann în 1941.

Structura și formula ATP

Dacă vorbim mai detaliat despre ATP, apoi se separă un alt fosfat. Apoi se formează AMP (adenozin monofosfat). Principala sursă pentru producerea de adenozină trifosfat este glucoza în celulă, aceasta este descompusă în piruvat și citosol. Trifosfatul de adenozină energizează fibrele lungi care conțin proteina miozină. Este ceea ce formează celulele musculare.

În momentele în care corpul se odihnește, lanțul merge în direcția opusă, adică se formează acid trifosforic adenozin. Din nou, glucoza este folosită în aceste scopuri. Moleculele de adenozin trifosfat create vor fi reutilizate de îndată ce este necesar. Când energia nu este necesară, aceasta este stocată în organism și eliberată de îndată ce este nevoie.

Molecula de ATP constă din mai multe sau mai degrabă trei componente:

1. Riboza este un zahăr cu cinci atomi de carbon care formează baza ADN-ului.
2. Adenina este atomii combinați de azot și carbon.
3. Trifosfat.

În centrul moleculei de adenozin trifosfat se află o moleculă de riboză, iar marginea sa este cea principală pentru adenozină. Pe cealaltă parte a ribozei este un lanț de trei fosfați.

sisteme ATP

În același timp, trebuie să înțelegeți că rezervele de ATP vor fi suficiente doar pentru primele două sau trei secunde de activitate fizică, după care nivelul său scade. Dar, în același timp, munca musculară poate fi efectuată numai cu ajutorul ATP. Datorită sistemelor speciale din organism, noi molecule de ATP sunt sintetizate în mod constant. Includerea de noi molecule are loc în funcție de durata încărcăturii.

Moleculele de ATP sintetizează trei sisteme biochimice principale:

1. Sistemul fosfagen (creatină fosfat).
2. Sistemul de glicogen și acid lactic.
3. Respirație aerobă.

Să luăm în considerare fiecare dintre ele separat.

Sistemul fosfagenului- daca muschii lucreaza pentru scurt timp, dar extrem de intens (aproximativ 10 secunde), se va folosi sistemul fosfagen. În acest caz, ADP se leagă de creatină fosfat. Datorită acestui sistem, o cantitate mică de adenozină trifosfat este circulată constant în celulele musculare. Deoarece celulele musculare în sine conțin și creatină fosfat, acesta este utilizat pentru a restabili nivelurile de ATP după o muncă scurtă de mare intensitate. Dar în zece secunde nivelul de creatină fosfat începe să scadă - această energie este suficientă pentru o cursă scurtă sau un antrenament intens de forță în culturism.

Glicogen și acid lactic- furnizează energie organismului mai lent decât precedentul. Sintetizează ATP, care poate fi suficient pentru un minut și jumătate de muncă intensă. În acest proces, glucoza din celulele musculare se transformă în acid lactic prin metabolismul anaerob.

Deoarece în starea anaerobă oxigenul nu este folosit de organism, acest sistem furnizează energie în același mod ca în sistemul aerob, dar se economisește timp. În modul anaerob, mușchii se contractă extrem de puternic și rapid. Un astfel de sistem vă poate permite să alergați un sprint de patru sute de metri sau un antrenament intens mai lung în sală. Dar lucrul în acest fel pentru o lungă perioadă de timp nu va permite durerea musculară, care apare din cauza unui exces de acid lactic.

Respirație aerobă- acest sistem pornește dacă antrenamentul durează mai mult de două minute. Apoi mușchii încep să primească adenozin trifosfat din carbohidrați, grăsimi și proteine. În acest caz, ATP este sintetizat lent, dar energia durează mult timp - activitatea fizică poate dura câteva ore. Acest lucru se întâmplă din cauza faptului că glucoza se descompune fără obstacole, nu are nicio contracarare din exterior - deoarece acidul lactic interferează cu procesul anaerob.

Rolul ATP în organism

Din descrierea anterioară este clar că rolul principal al adenozin trifosfat în organism este de a furniza energie pentru toate procesele și reacțiile biochimice numeroase din organism. Majoritatea proceselor consumatoare de energie la ființele vii au loc datorită ATP.

Dar, pe lângă această funcție principală, trifosfatul de adenozină îndeplinește și altele:

Rolul ATP în corpul uman și în viață este bine cunoscut nu numai oamenilor de știință, ci și multor sportivi și culturisti, deoarece înțelegerea sa ajută la eficientizarea antrenamentului și la calcularea corectă a sarcinilor. Pentru persoanele care fac antrenament de forță în sală, sprint și alte sporturi, este foarte important să înțeleagă ce exerciții trebuie efectuate la un moment dat. Datorită acestui lucru, puteți forma structura corpului dorită, puteți lucra structura musculară, puteți reduce excesul de greutate și puteți obține alte rezultate dorite.

Citoplasma fiecărei celule, precum și mitocondriile, cloroplastele și nucleele conține acid adenozin trifosforic (ATP). Furnizează energie pentru majoritatea reacțiilor care au loc în celulă. Cu ajutorul ATP, celula sintetizează noi molecule de proteine, carbohidrați, grăsimi, scapă de deșeuri, efectuează transportul activ de substanțe, bate flagelii și cilii etc.

molecula de 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):

Legăturile dintre grupările fosfat nu sunt foarte puternice, iar atunci când se rupe, se eliberează o cantitate mare de energie. Ca rezultat al scindării hidrolitice a grupării fosfat din ATP, se formează acid adenozin difosforic (ADP) și se eliberează o parte de energie:

ADP poate suferi, de asemenea, hidroliză suplimentară cu eliminarea unei alte grupări fosfat și eliberarea unei a doua porțiuni de energie; în acest caz, ADP este transformat în adenozin monofosfat (AMP), care nu este hidrolizat în continuare:

ATP se formează din ADP și fosfat anorganic datorită energiei eliberate în timpul oxidării substanțelor organice și în timpul fotosintezei. Acest proces se numește fosforilarea.În acest caz, trebuie consumat cel puțin 40 kJ/mol de energie, care este acumulată în legături de înaltă energie:

În consecință, semnificația principală a proceselor de respirație și fotosinteză este determinată de faptul că acestea furnizează energie pentru sinteza ATP, cu participarea căreia cea mai mare parte a muncii este efectuată în celulă.

Astfel, ATP este principalul furnizor universal de energie în celulele tuturor organismelor vii.

ATP se reînnoiește extrem de rapid. La om, de exemplu, fiecare moleculă de ATP este descompusă și regenerată de 2.400 de ori pe zi, astfel încât durata sa medie de viață este mai mică de 1 minut. Sinteza ATP are loc în principal în mitocondrii și cloroplaste (parțial în citoplasmă). ATP-ul format aici este trimis în acele părți ale celulei unde apare nevoia de energie.

Sursă : N / A. Lemeza L.V. Kamlyuk N.D. Lisov „Un manual de biologie pentru cei care intră în universități”

Acid adenozin trifosforic-ATP- o componentă energetică esențială a oricărei celule vii. ATP este, de asemenea, o nucleotidă constând din adenină de bază azotată, riboză de zahăr și trei resturi de molecule de acid fosforic. Aceasta este o structură instabilă. În procesele metabolice, reziduurile de acid fosforic sunt separate succesiv din acesta prin ruperea legăturii bogate în energie, dar fragilă, dintre al doilea și al treilea reziduu de acid fosforic. Desprinderea unei molecule de acid fosforic este însoțită de eliberarea a aproximativ 40 kJ de energie. În acest caz, ATP este transformat în acid adenozin difosforic (ADP), iar odată cu scindarea suplimentară a reziduului de acid fosforic din ADP, se formează acidul adenozin monofosforic (AMP).

Schema structurii ATP și conversia acestuia în ADP ( T.A. Kozlova, V.S. Kucimenko. Biologie în tabele. M., 2000 )

În consecință, ATP este un fel de acumulator de energie în celulă, care este „descărcat” atunci când este defalcat. Defalcarea ATP are loc în timpul reacțiilor de sinteză a proteinelor, grăsimilor, carbohidraților și oricăror alte funcții vitale ale celulelor. Aceste reacții implică absorbția de energie, care este extrasă în timpul descompunerii substanțelor.

ATP este sintetizatîn mitocondrii în mai multe etape. Primul este pregătitoare - decurge în etape, cu implicarea unor enzime specifice în fiecare etapă. În acest caz, compușii organici complecși sunt descompuși în monomeri: proteinele în aminoacizi, carbohidrații în glucoză, acizii nucleici în nucleotide etc. Ruperea legăturilor din aceste substanțe este însoțită de eliberarea unei cantități mici de energie. Monomerii rezultați, sub acțiunea altor enzime, pot suferi o descompunere ulterioară pentru a forma substanțe mai simple, până la dioxid de carbon și apă.

Sistem Sinteza ATP în mtocondriile celulare

EXPLICAȚII PENTRU SCHEMA DE TRANSFORMARE A SUBSTANȚELOR ȘI A ENERGIEI ÎN PROCESUL DE DISIMILIARE

Etapa I - pregătitoare: substanțele organice complexe, sub influența enzimelor digestive, se descompun în unele simple și se eliberează numai energie termică.
Proteine ​​->aminoacizi
Grasimi - > glicerol și acizi grași
Amidon ->glucoza

Etapa II - glicoliză (fără oxigen): efectuată în hialoplasmă, neasociată cu membrane; implică enzime; Glucoza este descompusă:

În ciupercile de drojdie, o moleculă de glucoză fără participarea oxigenului este transformată în alcool etilic și dioxid de carbon (fermentație alcoolică):

La alte microorganisme, glicoliza poate duce la formarea de acetonă, acid acetic etc. În toate cazurile, descompunerea unei molecule de glucoză este însoțită de formarea a două molecule de ATP. În timpul descompunerii fără oxigen a glucozei sub forma unei legături chimice în molecula de ATP, 40% din anergie este reținută, iar restul este disipat sub formă de căldură.

Etapa III - hidroliza (oxigen): efectuată în mitocondrii, asociată cu matricea mitocondrială și membrana interioară, enzimele participă la ea, acidul lactic suferă descompunere: C3H6O3 + 3H20 --> 3CO2+ 12H. CO2 (dioxid de carbon) este eliberat din mitocondrii în mediu. Atomul de hidrogen este inclus într-un lanț de reacții, al cărui rezultat final este sinteza ATP. Aceste reacții apar în următoarea secvență:

1. Atomul de hidrogen H, cu ajutorul enzimelor purtătoare, pătrunde în membrana interioară a mitocondriilor, formând criste, unde se oxidează: H-e--> H+

2. Proton de hidrogen H+(cationul) este transportat de purtători către suprafața exterioară a membranei crestelor. Această membrană este impermeabilă la protoni, astfel încât aceștia se acumulează în spațiul intermembranar, formând un rezervor de protoni.

3. Electroni de hidrogen e sunt transferate pe suprafața interioară a membranei criste și se atașează imediat la oxigen folosind enzima oxidază, formând oxigen activ încărcat negativ (anion): O2 + e--> O2-

4. Cationii și anionii de pe ambele părți ale membranei creează un câmp electric încărcat opus, iar când diferența de potențial ajunge la 200 mV, canalul de protoni începe să funcționeze. Apare în moleculele enzimelor ATP sintetaze, care sunt încorporate în membrana interioară care formează cristae.

5. Protonii de hidrogen trec prin canalul de protoni H+ se grăbesc în interiorul mitocondriilor, creând un nivel ridicat de energie, cea mai mare parte din care merge la sinteza ATP din ADP și P (ADP+P-->ATP) și protoni. H+ interacționează cu oxigenul activ, formând apă și moleculară 02:
(4Н++202- -->2Н20+02)

Astfel, O2, care intră în mitocondrii în timpul procesului de respirație al corpului, este necesar pentru adăugarea de protoni de hidrogen H. În absența sa, întregul proces din mitocondrii se oprește, deoarece lanțul de transport de electroni încetează să funcționeze. Reacția generală a etapei III:

(2C3NbOz + 6Oz + 36ADP + 36F ---> 6C02 + 36ATP + +42H20)

Ca urmare a defalcării unei molecule de glucoză, se formează 38 de molecule de ATP: în stadiul II - 2 ATP și în stadiul III - 36 ATP. Moleculele de ATP rezultate merg dincolo de mitocondrii și participă la toate procesele celulare în care este nevoie de energie. La scindare, ATP eliberează energie (o legătură fosfat conține 40 kJ) și revine în mitocondrii sub formă de ADP și P (fosfat).