ATP: основные сведения
5'-ATP; аденозин-5'-трифосфат; аденозинтрифосфат. Мол. масса 507,2 C10H16O13N5P3 . Белые иглоподобные кристаллы без запаха. 66% фосфора освобождается как Pi через 10 мин при температуре 100 градусов С в 1 н HCI. Нейтральные соли Na и К стабильны в растворах при температуре - 15 градусов С в течение нескольких месяцев, при 0 градусах С около 1 недели, в 7% ТХУ - неск. часов. В щелочных растворах разлагается на Pi и AMP даже при 0 градусах С. рК=4,0 (осн.), 6,0-7,0 (фосф.). Макс. поглощения при 257 нм (рН 2) с =14700, 259 нм (рН 7-11) с =15400 Т пл. натриевой соли 188 градусов. Имеет две фосфатные макроэнергетические связи.
АТФ (ATP) играет выдающуюся роль в энергетике клетки. Cистеме АТФ принадлежит центральное место в процессах переноса химической энергии. АТФ образуется в реакциях субстратного фосфорилирования и мембранзависимого фосфорилирования .
При субстратном фосфорилировании источником образования АТФ служат реакции двух типов:
I. Субстрат~Ф + АДФ обратимо переходит в субстрат + АТФ,
где символ "~", введенный американским биохимиком Ф.Липманом (F.Lipmann), служит для обозначения макроэргической связи;
II. Субстрат~Х + АДФ + Фн обратимо переходит в субстрат + X +АТФ,
где Фн - неорганический фосфат.
В реакциях первого типа осуществляется перенос высокоэнергетической фосфатной группы от молекулы-донора на АДФ , катализируемый соответствующими киназами. Реакциями такого типа являются реакции субстратного фосфорилирования на пути анаэробного превращения сахаров . У прокариот, имеющих ЦТК , реакция превращения сукцинил-КоА в янтарную кислоту сопровождается запасанием энергии в фосфатной связи ГТФ , который затем отдает фосфатную группу АДФ. Эту реакцию можно рассматривать как реакцию субстратного фосфорилирования второго типа.
АТФ образуется также за счет энергии дельта мю Н+ в процессе мембранзависимого фосфорилирования.
Молекула АТФ содержит две макроэргические фосфатные связи, при гидролизе которых высвобождается значительное количество свободной энергии:
АТФ + Н2О переходит в АДФ + Фн; дельта G'0 = -31,8 кДж/моль;
АДФ + Н2О переходит в АМФ + Фн; дельта G'0 = -31,8 кДж/моль,
где Фн - неорганический фосфат.
Отщепление последней фосфатной группы от молекулы АМФ приводит к значительно меньшему высвобождению свободной энергии:
АМФ + Н2О переходит в аденозин + Фн; дельта G'0 = -14,3 кДж/моль.
Молекула АТФ обладает определенными свойствами, которые и привели к тому, что в процессе эволюции ей была отведена столь важная роль в энергетическом метаболизме клеток. Термодинамически молекула АТФ нестабильна, что вытекает из большой отрицательной величины дельта G ее гидролиза. В то же время скорость неферментативного гидролиза АТФ в нормальных условиях очень мала, т.е. химически молекула АТФ высокостабильна. Последнее свойство обеспечивает эффективное сохранение энергии в молекуле АТФ, поскольку химическая стабильность молекулы препятствует тому, чтобы запасенная в ней энергия бесполезно рассеивалась в виде тепла. Малые размеры молекулы АТФ позволяют ей легко диффундировать в различные участки клетки, где необходим подвод энергии извне для выполнения химической, осмотической, механической работы.
И наконец, еще одно свойство молекулы АТФ, обеспечившее ей центральное место в энергетическом метаболизме клетки. Изменение свободной энергии при гидролизе АТФ составляет -31,8 кДж/моль. Если сравнить эту величину с аналогичными величинами для ряда других фосфорилированных соединений, то мы получим определенную шкалу. На одном из ее полюсов будут расположены фосфорилированные соединения, гидролиз которых приводит к высвобождению значительного количества свободной энергии (высокие отрицательные значения дельта G. Это так называемые "высокоэнергетические соединения". На другом полюсе будут располагаться фосфорилированные соединения, дельта G гидролиза которых имеет невысокое отрицательное значение ("низкоэнергетические" соединения).
Пример высокоэнергетического соединения - фосфоенолпировиноградная кислота (дельта G'0 = -58,2 кДж/моль), низкоэнергетического - глицеро-1-фосфат (дельта G'0 = -9,2 кДж/моль). АТФ на этой шкале занимает промежуточное положение, что и дает ему возможность наилучшим образом выполнять энергетические функции: переносить энергию от высокоэнергетических к низкоэнергетическим соединениям.
Если часто АТФ называют "энергетической валютой" клетки, то, продолжая эту аналогию, можно сказать, что "валютная единица" выбрана клеткой в процессе эволюции весьма рационально. Порция свободной энергии в макроэргической фосфатной связи АТФ - это как раз та энергетическая порция, использование которой в биохимических реакциях елает клетку высокоэффективным энергетическим механизмом.
Аденозинмонофосфорная кислота ( АМФ ) входит в состав всех РНК; при присоединении еще двух молекул фосфорной кислоты (Н3РО4) она превращается в АТФ и становится источником энергии, которая запасается в двух последних остатках фосфатов: рис СХЕМА стр.45 Как во всякий нуклеотид, в АТФ входит остаток азотистого основания (аденин), пентоза (рибоза) и остатки фосфорной кислоты (у АТФ их три). Из состава АТФ под действием фермента АТФ-азы отщепляются остатки фосфорной кислоты. При отщеплении одной молекулы фосфорной кислоты АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорная кислота), а если отщепляются две молекулы фосфорной кислоты, АТФ переходит в АМФ (аденозинмонофосфорная кислота). Реакции отщепления каждой молекулы фосфорной кислоты сопровождаются освобождением 419 кДж/моль. Для того чтобы подчеркнуть высокую энергетическую "стоимость" фосфорно-кислородной связи в АТФ, ее принято обозначать знаком и называть макроэргической связью. В АТФ имеются две макроэргические связи. Значение АТФ в жизни клетки велико, она играет центральную роль в клеточных превращениях энергии. В реакциях с участием АТФ она, как правило, теряет одну молекулу фосфорной кислоты и переходит в АДФ. А далее АДФ может присоединить остаток фосфорной кислоты с поглощением 419 кДж/моль, восстановив запас энергии. Основной синтез АТФ происходит в митохондриях .
