Аденозинтрифосфат: Разлика между версии
Изтрито е съдържание Добавено е съдържание
Редакция без резюме |
Ted Masters (беседа | приноси) Редакция без резюме |
||
Ред 1:
{{обработка|форматиране, изчистване на машинен превод, правилно структуриране на разделите}}
{{Химкутия
| картинка = {{Инфокаре картинки|file=Adenosintriphosphat protoniert.svg|file2 = AdenosineTriphosphate.qutemol.gif|file3=ATP-xtal-3D-balls.png}}
Line 18 ⟶ 19:
| pKa = 6,5
}}
'''Аденозин трифосфорната киселина''' (също '''аденозинтрифосфат''' или '''АТФ''') представлява химично [[макроергично съединение]], което съдържа богати на енергия връзки. Изграден е от 3 основни съставки: азотна база [[аденин]], [[рибоза]] и 3 остатъка от [[фосфорна киселина]], обозначени като alpha (α), beta (β), и за последният gamma (γ) фосфатен остатък. В неутрален разтвор , йонизираният АТФ съществува предимно като ATP<sup>4−</sup>, и малка част като ATP<sup>3−</sup>.▼
▲'''Аденозин трифосфорната киселина''' (също '''аденозинтрифосфат''' или '''АТФ''') представлява химично [[макроергично съединение]], което съдържа богати на енергия връзки. Изграден е от 3 основни съставки: азотна база [[аденин]], [[рибоза]] и 3 остатъка от [[фосфорна киселина]], обозначени като
АТФ съдържа в молекулата си 2 макроергични връзки, които при разкъсването си освобождават енергия за нуждите на организма (между α и β, и β и γ фосфатен остатък).▼
▲АТФ съдържа в молекулата си 2
Като полион, и притежаващ потенциално хелираща фосфатна група, АТФ свързва метални катиони с висок афинитет. Свързващата константа за Mg<sup>2+</sup> е
Втори магнезиев йон е важен за АТФ свързването в киназните домени. Наличието на Mg<sup>2+</sup> регулира киназната активност<sup>.</sup>▼
▲е (9554).<ref>{{Cite journal|last=Wilson, J.; Chin, A.|first="Chelation of divalent cations by ATP, studied by titration calorimetry".|date=Anal. Biochem. 1991: 193 (1): 16–19. doi:10.1016/0003-2697(91)90036-S. PMID 1645933.|title=|url=|journal=|volume=|pages=|via=}}</ref> Свързаването на двувалентенкатийон, почти винаги магнезий , силно повлиява взаимодействието на АТФ с различни протеини. Поради силата на ATФ-Mg<sup>2+</sup> взаимодействието, ATФ съществува в клетките почти изцяло в комплекс с Mg<sup>2+</sup> свързан с фосфатните кислородни центрове.<ref>{{Cite journal|last=Storer A, Cornish-Bowden A.|first="Concentration of MgATP2− and other ions in solution. Calculation of the true concentrations of species present in mixtures of associating ions".|date=Biochem. J. 1976: 159 (1): 1–5. doi:10.1042/bj1590001.|title=|url=|journal=|volume=|pages=|via=}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Garfinkel, L.; Altschuld, R.; Garfinkel, D.|first="Magnesium in cardiac energy metabolism".|date=J. Mol. Cell. Cardiol. 1986: 18 (10): 1003–1013. doi:10.1016/S0022-2828(86)80289-9|title=|url=|journal=|volume=|pages=|via=}}</ref>
== Химични характеристики ==▼
▲Втори магнезиев йон е важен за АТФ свързването в киназните домени. Наличието на Mg<sup>2+ регулира киназната активност.</sup>
Солите на ATФ могат да бъдат изолирани като безцветни твърди (не течни) вещества. Циклите на синтез и разграждане на АТФ 2 и 1 представляват внасяне и освобождаване на енергия, съответно АТФ е стабилен във воден разтвор при
Хидролизата на АТФ до АДФ и неорганичен фосфат освобождава 30
▲= Химични характеристики =
: ATP + H<sub>2</sub>O → AMP + PP<sub>i</sub>
▲АТФ е стабилен във воден разтвор при pHмежду 6.8 и7.4,в отсъствието на катализатори. При по-екстремни pH стойности, бързо хидролизиро до АДФ и фосфат. Живите организми подържат съотношение на АТФ към АДФ L .10 порядъка от равновесието, а концентрация на АТФ пет пъти по-висока от тази на АДФ В контекстта на биохимичните реакции, P-O-P връзките са отнасят често към [[връзки с висок групов потенциал]] (макро-ергични [[връзки]]).
▲Хидролизата на АТФ до АДФ и неорганичен фосфат освобождава 30.5 kJ/mol [[енталпия]], с промяна в ссвободната енергия 3.4 kJ/mol. Енергията освободена при разграждането на фосфат (P<sub>γ</sub>) или пирофосфат (PPi) от АТФ при стандартни условия на 1М са:
▲: ATP + H<sub>2</sub>O → ADP + P<sub>i</sub> Δ''G''° = −30.5 kJ/mol (−7.3 kcal/mol)
▲: ATP + H<sub>2</sub>O → AMP + PP<sub>i</sub> Δ''G''° = −32.2 kJ/mol (−7,7 kcal/mol)<ref name=":0">{{Цитат книга|last=Rodwell VW, Bender DA, Botham KM, Weil PA|first=|title=Harper's Illustrated Biochemistry, 31st Edition|year=|month=|publisher=|location=|isbn=|pages=}}</ref>
Тези съкратени уравнения могат да бъдат написани по-подробно (R = аденозил):
: [RO-P(O)<sub>2</sub>-O-P(O)<sub>2</sub>-O-PO<sub>3</sub>]<sup>4−</sup> + H<sub>2</sub>O → [RO-P(O)<sub>2</sub>-O-PO<sub>3</sub>]<sup>3−</sup> + [PO<sub>4</sub>]<sup>3−</sup>
: [RO-P(O)<sub>2</sub>-O-P(O)<sub>2</sub>-O-PO<sub>3</sub>]<sup>4−</sup> + H<sub>2</sub>O → [RO-PO<sub>3</sub>]<sup>2−</sup> + [O<sub>3</sub>P-O-PO<sub>3</sub>]<sup>4−</sup>
▲: [RO-P(O)<sub>2</sub>-O-P(O)<sub>2</sub>-O-PO<sub>3</sub>]<sup>4−</sup> + H<sub>2</sub>O → [RO-P(O)<sub>2</sub>-O-PO<sub>3</sub>]<sup>3−</sup> + [PO<sub>4</sub>]<sup>3−</sup> + 2 H<sup>+</sup>
▲: [RO-P(O)<sub>2</sub>-O-P(O)<sub>2</sub>-O-PO<sub>3</sub>]<sup>4−</sup> + H<sub>2</sub>O → [RO-PO<sub>3</sub>]<sup>2−</sup> + [O<sub>3</sub>P-O-PO<sub>3</sub>]<sup>4−</sup> + 2 H<sup>+</sup>
== Получаване ==
АТФ може да се получи при разграждането на [[мазнини]], [[белтъци]] (по-малко) и [[въглехидрати]] в основния метаболизъм на клетката. Основното количество АТФ се получава при окислителното фосфорилиране в [[митохондрии]]те.
<!-- Прегледано до този раздел -->
== Синтезиране ==
АТФ се синтезира в [[клетка]]та при различни метаболитни пътища като (1) [[гликолиза]], [[цикъл на Кребс|(2) цикъл на Кребс]], [[дихателна верига]]/окислително фосфорилиране и бета-окисление. Като цяло
АТФ продукцията от не-фотосинтезиращите аеробни еукариоти се наблюдава основно в митохондриите, продуциращи около 90% от АТФ в клетките.<ref name=":0" />
Line 66 ⟶ 55:
В мускулната клетка биохимията на процеса съкращение се осъществява най-общо по следната схема:
: АТФ + М → М – АДФ.Ф – М – АДФ.Ф + А → (А – М – АДФ.Ф) → А – М + АДФ + Ф▼
▲АТФ + М → М – АДФ.Ф – М – АДФ.Ф + А → (А – М – АДФ.Ф) → А – М + АДФ + Ф
При наличие на АТФ:
: АТФ + М – А → А + М – АТФ▼
▲АТФ + М – А → А + М – АТФ
Друг процес, в който се синтезира АТФ от АДФ и Ф, е гликолизата. Самият процес протича с участие на ензими – кинази (фосфофруктокиназа). АТФазна активност имат и ензими, които участват в процесите на окислително фосфорилиране в дихателните – електронпренасящи вериги при хлоропласти и митохондрии. Процесът може да се изрази по следния начин: фосфорилиране на АДФ + Ф до АТФ в светлинната фаза на фотосинтезата при пренасянето на електрон от пластхинони на цитохроми. Отделената енергия се акумулира в АТФ; фосфорилиране на АДФ + Ф до АТФ в гликолитичния път на две места; 1,3 фосфоглицерат → 3 фосфоглицерат. В този процес участва ензимът глицератфософкиназа и при превръщането на фосфоенолпирувата в пируват участва ензима пируваткинеза.
Line 79 ⟶ 66:
В зависимост от възможностите и конкретната поставена задача АТФазната активност може да бъде регистрирана чрез определяне на концентрацията на един от продуктите – АДФ, неорганичен фосфат или Н+. Методически най-лесно и може би по този начин най-често, АТФазната активност се регистрира чрез определяна нарастването на концентрацията на неорганичния фосфат в хода на реакцията.
Независимо от конкретния случай, регистрацията на АТФазната реакция се свежда до определянето на концентрацията на неорганичния фосфат в определен обем разтвор. Известни са различни методи за определяне регистрацията на неорганичен фосфат, но във всички случаи се използва реакция, водеща до образуване на оцветен продукт, концентрацията на който се определя чрез измерване на екстенцията.
Line 89 ⟶ 76:
Към 4,9 мл реакционна среда при непрекъснато разбъркване с [[магнитна бъркалка]] се прибавя 0,1 мл ензим. Едновременно с добавянето се отчита началото на реакцията със секундомер. След определен интервал от време (15 сек, 30 сек, 1 мин, 2 мин, 3 мин) от реакционната среда с помощта на автоматична пипета (тип Епендорф) се взима 0,75 мл разтвор, който се пренася в предварително приготвени пластмасови епруветки, поставени в лед, всяка от които съдържа 0,15 мл 3 М HCIO
В гликолизата глюкозата и глицеролът се метаболизират до пируват. Гликолизата генерира два еквивалента/М АТФ чрез субстратно фосфорилиране, катализирано от два ензима, (1,3-бис)фосфоглицерат киназа (ФГК) и пируват киназа. Произвеждат се също два еквивалента/М на НАДН.Н, които могат да бъдат окислени чрез електрон-транспортната верига и да генерират допълнителен АТФ от ATP синтаза. Пируватът, генериран като краен продукт на гликолиза, е субстрат на Цикъла на Кребс (Цикъла на Лимонена Киселина, Цикъл на Трикарбоксиловите Киселини).<ref name=":1">{{Cite journal|last=Voet, D.; Voet, J. G.|first=|date=Biochemistry. 1 (3rd ed.). Hoboken, NJ: Wiley.2004:
Гликолизата се разглежда като състояща се от две фази с по пет стъпки всяка. Фаза 1,
▲=== Гликолиза ===
▲В гликолизата глюкозата и глицеролът се метаболизират до пируват. Гликолизата генерира два еквивалента/М АТФ чрез субстратно фосфорилиране, катализирано от два ензима,(1,3-бис)фосфоглицерат киназа (ФГК) и пируват киназа. Произвеждат се също два еквивалента/М на НАДН.Н, които могат да бъдат окислени чрез електрон-транспортната верига и да генерират допълнителен АТФ от ATP синтаза. Пируватът, генериран като краен продукт на гликолиза, е субстрат на Цикъла на Кребс (Цикъла на Лимонена Киселина, Цикъл на Трикарбоксиловите Киселини).<ref name=":1">{{Cite journal|last=Voet, D.; Voet, J. G.|first=|date=Biochemistry. 1 (3rd ed.). Hoboken, NJ: Wiley.2004: ISBN 978-0-471-19350-0.|title=|url=|journal=|volume=|pages=|via=}}</ref>
▲Гликолизата се разглежда като състояща се от две фази с по пет стъпки всяка. Фаза 1, "подготвителната фаза", глюкозата се превръща в 2 d-глицералдехид -3-фосфат (Г3Ф). Един АТФ се използва в Реакция 1, а друг АТФ се използва в Реакция 3. Рреакции 1 и 3 от гликолиза се наричат "Активираща фаза" ("Подготвителна фаза"). Във фаза 2 два еквивалента/М на Г3Ф се превръщат в два М пируват. В реакция 7 се произвеждат две молекули АТФ. В допълнение, реакция 10 се получават още две молекули АТФ. В реакции 7 и 10 АТФ се генерира от АДФ. В гликолизата (в тесен смисъл на терминът, до пируват) се образуват общо две молекули АТФ. Пътят на гликолизата се свързва с Цикъла на Лимонена Киселина в последствие/ при аеробни условия,, който произвежда допълнителни еквиваленти/М АТФ (20 - 10 за всяка молекула пируват по Hinkle).
В гликолизата хексокиназата директно се инхибира от своя продукт, глюкозо-6-фосфат, а пируват киназата се инхибира от самия Аланин, цАМФ (глюкагон). Ключовата реакция на гликолитичния път е фосфофруктокиназата (ФФК), която алостерично се инхибира от високи концентрации на АТФ, цитрат, цАМФ (цикличен АМФ) (глюкагон) и се активира от високи концентрации на фруктозо-2,6-бисфосфат (продукт на ФФК2), АМФ, фруктозо-6-фосфат и Фн. Инхибирането на ФФК от АТФ е необичайно, тъй като ATP също е субстрат в реакцията, катализирана от ФФК; активната форма на ензима е тетрамер, който съществува в две конформации, само една от които свързва втория субстрат фруктоза-6-фосфат (Ф6Ф). Протеинът има две свързващи места за ATP
▲=== Регулация ===
В митохондриона пируватът се окислява от пируват дехидрогеназния комплекс до ацетилна група, активирана с макроергична връзка с КоА (коеннзим А), която се окислява напълно до въглероден диоксид чрез Цикъла на Лимонената Киселина (известен също като Цикъл на Кребс). Всеки Цикъл на Лимонена Киселина продуцира две молекули въглероден диоксид, една молекула ATP (гуанозин трифосфат (ГТФ)) чрез фосфорилиране на субстратно ниво, катализирано от сукцинил-CoA синтетаза, като сукцинил-CoA се превръща в Succinate, три еквивалента на НАДН.Н и един еквивалент на ФАДH2. НАДН.Н и ФАДH2 се рециклират (съответно до НАД+ и ФАД), генерирайки допълнително АТФ чрез окислително фосфорилиране в дихателните вериги. Окисляването на НАДН.Н води до синтеза на 2,5 (3) еквивалента АТФ, а окисляването на един ФАДH2 до 1,5 (2) еквивалента АТФ. [16] По-голямата част от клетъчните АТФ се генерират от този процес. Въпреки че самият Цикъл на Лимонената Киселина не включва молекулен кислород, той е задължително аеробен процес, тъй като O2 се използва за окисление на НАДН.Н и ФАДH2. При липса на кислород Цикълът на Лимонената Киселина се инихибира.<ref name=":2">{{Cite journal|last=Lodish, H.; Berk, A.; Matsudaira, P.; Kaiser, C. A.; Krieger, M.; Scott, M. P.; Zipursky, S. L.; Darnell, J.|first=|date=Molecular Cell Biology (5th ed.). New York, NY: W. H. Freeman. I2004: SBN 978-0-7167-4366-8.|title=|url=|journal=|volume=|pages=|via=}}</ref>
▲В гликолизата хексокиназата директно се инхибира от своя продукт, глюкозо-6-фосфат, а пируват киназата се инхибира от самия Аланин, цАМФ (глюкагон). Ключовата реакция на гликолитичния път е фосфофруктокиназата (ФФК), която алостерично се инхибира от високи концентрации на АТФ, цитрат, цАМФ (цикличен АМФ) (глюкагон) и се активира от високи концентрации на фруктозо-2,6-бисфосфат (продукт на ФФК2), АМФ, фруктозо-6-фосфат и Фн. Инхибирането на ФФК от АТФ е необичайно, тъй като ATP също е субстрат в реакцията, катализирана от ФФК; активната форма на ензима е тетрамер, който съществува в две конформации, само една от които свързва втория субстрат фруктоза-6-фосфат (Ф6Ф). Протеинът има две свързващи места за ATP - активният център е достъпен и при двете конформации R- и T-, но свързването на ATP към алостеричният (инхибиторен) център стабилизира Т-конформацията, която свързва слабо Ф6Ф.<ref name=":1" /> При ниски конценрации на АТФ гликолизата се усилва и се синтезира АТФ. Редица други малки молекули могат да компенсират индуцираното от АТФ изместване на конформацията и да реактивират отново ФФК, включително цикличен АМФ, амониеви йони, неорганичен фосфат и фруктоза-1,6- и -2,6-бифосфат.<ref name=":1" />,<ref name=":0" />,<ref>{{Цитат книга|last=Косекова Г, Митев В, Алексеев А|first=Медицински Университет - София, 2016|title=Лекции по медицинска Биохимия|year=|month=|publisher=|location=|isbn=|pages=}}</ref>
▲=== Цикъл на Кребс ===
▲В митохондриона пируватът се окислява от пируват дехидрогеназния комплекс до ацетилна група, активирана с макроергична връзка с КоА (коеннзим А), която се окислява напълно до въглероден диоксид чрез Цикъла на Лимонената Киселина (известен също като Цикъл на Кребс). Всеки Цикъл на Лимонена Киселина продуцира две молекули въглероден диоксид, една молекула ATP (гуанозин трифосфат (ГТФ)) чрез фосфорилиране на субстратно ниво, катализирано от сукцинил-CoA синтетаза, като сукцинил-CoA се превръща в Succinate, три еквивалента на НАДН.Н и един еквивалент на ФАДH2. НАДН.Н и ФАДH2 се рециклират (съответно до НАД+ и ФАД), генерирайки допълнително АТФ чрез окислително фосфорилиране в дихателните вериги. Окисляването на НАДН.Н води до синтеза на 2,5 (3) еквивалента АТФ, а окисляването на един ФАДH2 до 1,5 (2) еквивалента АТФ. [16] По-голямата част от клетъчните АТФ се генерират от този процес. Въпреки че самият Цикъл на Лимонената Киселина не включва молекулен кислород, той е задължително аеробен процес, тъй като O2 се използва за окисление на НАДН.Н и ФАДH2. При липса на кислород Цикълът на Лимонената Киселина се инихибира.<ref name=":2">{{Cite journal|last=Lodish, H.; Berk, A.; Matsudaira, P.; Kaiser, C. A.; Krieger, M.; Scott, M. P.; Zipursky, S. L.; Darnell, J.|first=|date=Molecular Cell Biology (5th ed.). New York, NY: W. H. Freeman. I2004: SBN 978-0-7167-4366-8.|title=|url=|journal=|volume=|pages=|via=}}</ref>
Генерирането на АТФ от митохондриите от цитозолния НАДН.Н разчита на малат-аспартатната совалка (и в по-малка степен на глицерол-фосфатната совалка), тъй като вътрешната митохондриална мембрана е непроницаема за НАДН.Н и НАД+. Вместо да прехвърля генерирания НАДН.Н, ензимът малат дехидрогеназа превръща оксалоацетатът в малат, който трамслокира в митохондриалният матрикс. Друга реакция, катализирана от малат дехидрогеназа, протича в обратна посока, продуцира оксалоацетат и НАДН.Н от транспортирания в митохондриите малат и митоходриалният НАД+. Трансаминазата превръща оксалоацетата в аспартат за транспортиране обратно през мембраната и в междумембранното пространство.<ref name=":2" />
При окислително фосфорилиране преминаването на електрони от НАДН.Н и ФАДH2 през електрон-пренасящите вериги изпомпва протони от митохондриалният матрикс в междумембранното пространство. Това изпомпване генерира протонна движеща сила, която е нетният ефект на pH градиент и градиент на електрически потенциал през вътрешната митохондриална мембрана. Потокът на протони по този потенциален градиент
Въпреки че консумацията на кислород изглежда фундаментална за поддържането на протонната движеща сила, в случай на недостиг на кислород (хипоксия), вътреклетъчната ацидоза (медиирана от повишени гликолитични нива и ATP хидролиза) допринася за потенциала на митохондриалната мембрана и директно задвижва синтеза на АТФ<ref>{{Cite journal|last=Devaux, JBL; Hedges, CP; Hickey, AJR|first="Acidosis Maintains the Function of Brain Mitochondria in Hypoxia-Tolerant Triplefin Fish: A Strategy to Survive Acute Hypoxic Exposure?|date=Front Physiol. (January 2019): 9, 1914.|title=|url=|journal=|volume=|pages=|via=}}</ref>.
Повечето от АТФ, синтезирана в митохондриите, ще се използва за клетъчни процеси в цитозола; затова той трябва да бъде изнесен от мястото на синтез в митохондриалният матрикс. АТФ движението към цитоплазмата се благоприятства от електрохимичния потенциал на мембраната, тъй като цитозолът има относително положителен заряд в сравнение с относително отрицателния матрикс. За всеки транспортиран АТФ се изразходва 1 H +. Следователно
Цикълът на лимонената киселина се регулира главно от наличието на ключови субстрати, по-специално съотношението на НАД+ към НАДН.Н и концентрациите на калций, неорганичен фосфат, АТФ, АДФ и АМФ. Цитратът
В присъствието на въздух и различни кофактори и ензими, мастните киселини се превръщат в ацетил-КоА. Пътят се нарича бета-окисление. Всеки цикъл на бета-окисляване съкращава веригата на мастните киселини с два въглеродни атома и продуцира по един еквивалент ацетил-
=== Регулация ===▼
При окислителното фосфорилиране ключовата контролна точка е реакцията, катализирана от цитохром с оксидаза, която се регулира от наличието на нейния субстрат - редуцираната форма на цитохром c. Количеството на наличния редуциран цитохром с е пряко свързано с количествата на други субстрати:▼
▲При окислителното фосфорилиране ключовата контролна точка е реакцията, катализирана от цитохром с оксидаза, която се регулира от наличието на нейния субстрат
По този начин, високото съотношение на [НАДН.Н] към [НАД+] или високото съотношение [АДФ] [Фн] към [ATP] предполага голямо количество редуцирана цитохром с и високо ниво на активност на цитохром с оксидаза.<ref name=":3" /> Допълнително ниво на регулиране се въвежда от нивата на транспорт на АТФ и НАДН.Н между митохондриалният матрикс и цитоплазмата.<ref name=":1" />
<references />▼
= Външни препратки =▼
▲== Външни препратки ==
* {{икона|en}} [http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/BioBookATP.html АТФ и биологичната енергия]
Line 136 ⟶ 117:
[[Категория:Клетъчна биология]]
[[Категория:Нуклеотиди]]
▲<references />
| |||