» Главная » новости » АТФ — аккумулятор энергии

АТФ — аккумулятор энергии

Наиболее распространенный в живой природе путь окисления субстрата — отщепление от него электронов и протонов, иначе говоря, атомов водорода. Под окислением в химии, вообще, понимают отдачу элементом электрона и повышение в результате этого его положительной валентности за счет положительного заряда ядра.
Допустим, что окисляется какой-то субстрат, молекула которого построена из атомов углерода, водорода и кислорода. Под действием соответствующего фермента (дегидрогеназы) молекула окисляющегося субстрата отдает пару электронов, за которыми следует протон (положительно заряженная частица ядра).

Один протон и два электрона — это и есть атом водорода. Пара таких атомов перехватывается следующим звеном «поточной линии», и оно восстанавливается за счет окисления субстрата, отдавшего водород. Процесс окисления одного вещества, отдающего электроны, всегда сопряжен с восстановлением другого, захватившего эти электроны или, как говорят в таких случаях, являющегося акцептором электронов. В цепи биологического окисления различных субстратов содержится большее или меньшее количество таких звеньев. В конце этой цепи, этого конвейера, водород окисленного субстрата достигает кислорода и окисляется им в воду или перекись водорода. Многоступенчатым путем окисляется и углерод субстрата.

Может возникнуть естественный вопрос: в чем биологический смысл такого многоступенчатого процесса? Ведь было бы проще, если бы водород субстрата непосредственно соединялся с кислородом. Но тогда быстро освобождалось бы такое количество энергии, какое организм не в состоянии использовать. В описанной же системе при переносе водорода к следующему ферменту освобождается каждый раз относительно небольшое количество энергии, и, до того как он достигнет кислорода, энергия выделяется порциями, которые организму удобно использовать. Кроме того, реакция соединения водорода с кислородом, с образованием воды необратима. А отдельные этапы на пути перехода водорода от одного фермента к другому обратимы. Этот обратный процесс (восстановления) во многих случаях целесообразен для организма.

При быстром окислении веществ вне организма энергия освобождается в виде тепла. Эта тепловая энергия может быть использована для работы двигателя, машины, она может рассеиваться. Живой организм обладает способностью преобразовывать энергию окисления пищевых веществ в химическую энергию. Особенно примечательное свойство живых организмов заключается в том, что эту химическую энергию он способен запасать и хранить в молекулах особых, так называемых высокоэнергетических соединений. Главным из них является аденозинтрифосфат, сокращенно называемый АТФ. Этот тепловой аккумулятор являвшийся восстанавливаемым живого происхождения.

Атомы, составляющие любые молекулы, удерживаются в определенном положении с помощью связей. Представим себе эти атомы в виде шаров, а связи — в виде пружин. Если пружины не натянуты и мы их перережем, шары просто упадут вниз. Если же пружины натянуты, то при их перерезке шары разлетятся в разные стороны. Если пара атомов в молекуле соединена наподобие шаров, связанных ненатянутой пружиной, мы говорим, что эта связь бедна энергией, если же связь подобна пружине натянутой, то перед нами связь, богатая энергией (высокоэнергетическая связь).

Теперь обратимся к строению АТФ. На одном из концов его молекулы имеются три последовательно соединенные атома фосфора (в виде остатков фосфорной кислоты). Поэтому он и называется аденозинтрифосфат. Второй атом фосфора связан с первым (ближайшим к остальной части молекулы) и третий — со вторым высокоэнергетическими связями. При разрыве такой связи, как при разрыве натянутой пружины, освобождается большое количество энергии. Организм использует лишь одну из этих связей — ту, которая соединяет третий атом фосфора со вторым. При ее разрыве отщепляется молекула фосфорной кислоты, а аденозинтрифосфат (АТФ) превращается в аденозиндифосфат (АДФ).
Расходы АТФ по мере его убыли пополняются за счет синтеза из АДФ и фосфорной кислоты.

А энергия для синтеза черпается за счет энергии распада пищевых веществ. Таким образом, эта энергия накапливается в высокоэнергетических связях АТФ. Производится, например, мышечная работа, требующая затраты энергии. Под влиянием фермента аденозинтрифосфатазы (АТФ-азы) в мышце распадается соответствующее количество АТФ, и энергия этого распада используется работающей мышцей. АТФ сравнивают с разменной монетой; вы не опустите в щель турникета в метро 10 или 20-копеечную монету, а разменяете ее в автомате на 2, 3 или четыре 5-копеечные монеты, которые израсходуете по мере надобности. Так и АТФ позволяет получаемую организмом энергию расходовать такими порциями, которые соответствуют производимой в данный отрезок времени работе.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *