Клітина витрачає енергію постійно: на скорочення м’язів, передачу нервового імпульсу, синтез білків, підтримання температури тіла. Джерелом цієї енергії виступає одна невелика молекула — аденозинтрифосфорна кислота, або АТФ. Це універсальний акумулятор енергії, який працює однаково в бактерії, рослині та людині.
Що таке АТФ
Аденозинтрифосфат — це нуклеотид, тобто сполука, споріднена з будівельними блоками нуклеїнових кислот. Її хімічна формула — C10H16N5O13P3. Повну назву легко запам’ятати, якщо розкласти її на складники.
Молекула АТФ складається з трьох частин:
- аденіну — пуринової азотистої основи;
- рибози — моносахариду з групи пентоз;
- трьох залишків фосфорної кислоти, з’єднаних у ланцюжок.
Саме останній елемент — фосфатний «хвіст» — робить молекулу енергетично цінною. Зв’язки між залишками фосфорної кислоти називають макроергічними: вони здатні розриватися з вивільненням значної кількості енергії.
| Компонент | Хімічна природа | Роль у молекулі |
|---|---|---|
| Аденін | Пуринова азотиста основа | Каркас молекули, впізнаваний нуклеїновими кислотами |
| Рибоза | Моносахарид, пентоза | Зв’язує азотисту основу з фосфатним ланцюгом |
| Три фосфатні групи | Залишки фосфорної кислоти | Носій енергії в макроергічних зв’язках |
Історія відкриття молекули пов’язана з двома етапами. У 1929 році АТФ уперше виявили гарвардські біохіміки Суббарао, Ломан і Фіске. У 1941 році німецький біохімік Фріц Ліпман довів, що саме АТФ слугує джерелом енергії живого організму. За це відкриття він згодом отримав Нобелівську премію.
Як АТФ вивільняє енергію
Ключова реакція відбувається під час гідролізу — взаємодії молекули з водою. Розпадається зв’язок між двома останніми фосфатними групами, і вивільняється від 40 до 60 кДж/моль енергії. Сама молекула при цьому перетворюється на АДФ — аденозиндифосфорну кислоту.
Умовно реакцію записують так:
АТФ + Н2О → АДФ + Н3РО4 + енергія
Що відбувається з вивільненою енергією? Частина її витрачається на анаболізм — асиміляцію, або пластичний обмін, тобто на побудову складних речовин з простіших. Інша частина розсіюється як тепло й підтримує температуру тіла.
Гідроліз може продовжитися. Від АДФ відщеплюється ще одна фосфатна група — знову з вивільненням енергії та утворенням АМФ, аденозинмонофосфату. На цьому ланцюжок зупиняється: АМФ гідролізу вже не піддається.
Де синтезується АТФ
Молекули АТФ розташовані в цитоплазмі, ядрі, хлоропластах і мітохондріях. У тваринній клітині синтез відбувається в мітохондріях, у рослинній — і в мітохондріях, і в хлоропластах.
Загальний принцип такий: АТФ утворюється з АДФ та фосфату, але на це потрібно витратити енергію. Процес називають фосфорилюванням:
АДФ + Н3РО4 + енергія → АТФ + Н2О
Далі шляхи рослин і тварин розходяться. У рослинних клітинах фосфорилювання відбувається під час фотосинтезу — це фотофосфорилювання. У тварин воно протікає під час дихання й має назву окисного фосфорилювання. Крім того, в тваринних клітинах синтез АТФ іде в процесі катаболізму — дисиміляції, або енергетичного обміну, — коли розщеплюються білки, жири та вуглеводи.
Виходить своєрідний цикл: молекула віддає енергію, перетворюється на АДФ, а потім знову «заряджається» до АТФ. Саме тому АТФ називають акумулятором, а не паливом — вона не згорає остаточно, а постійно відновлюється.
Функції АТФ, крім енергетичної
З визначення АТФ випливає, що це молекула, здатна давати енергію. Але енергетична функція — не єдина. Аденозинтрифосфорна кислота виконує ще кілька важливих завдань:
- слугує матеріалом для синтезу нуклеїнових кислот;
- бере участь у регуляції біохімічних процесів: приєднуючись до регулятивних центрів ферментів, вона посилює або пригнічує їхню активність;
- працює як медіатор — передає сигнал у синапсах, місцях контакту двох клітинних мембран.
Останній пункт особливо важливий для нервової системи. Сигнал між нейронами передається хімічно, і АТФ у цьому процесі виступає одним із сигнальних посередників, а не просто «батарейкою».
Що варто запам’ятати
АТФ — аденозинтрифосфорна кислота, що складається з аденіну, рибози та трьох залишків фосфорної кислоти. Під час гідролізу зв’язки між фосфатними залишками руйнуються, вивільняючи енергію, потрібну для життєдіяльності організму. Синтез молекули відбувається шляхом фосфорилювання — окисного в тварин і фотофосфорилювання в рослин. Крім енергетичної, АТФ виконує регуляторну, сигнальну функції та є джерелом матеріалу для нуклеїнових кислот.
