АТФ – это сокращение от аденозинтрифосфорной кислоты. Энергия запасается в химических связях этого вещества. Молекулы АТФ транспортируются в те части клетки и органы по всему организму, где интенсивно расходуются запасы энергии. Постоянный синтез АТФ обеспечивает энергию, необходимую для роста, развития и других жизненных процессов.

Состав и значение

Что такое АТФ? Вещество содержит аденозин — азотсодержащее основание аденин (А), связанное с моносахаридом рибозой. Аденозин в составе АТФ содержит 3 остатка фосфорной кислоты (Р) – H3PO4. Аденозинмонофосфорная кислота (АМФ) содержит 1 остаток фосфорной кислоты, аденозиндифосфорная кислота (АДФ) содержит 2 остатка Н3РО4.

В результате происходящих в клетке реакций запасается много энергии (Е) между остатками фосфорной кислоты.

Схемы трансформации:

АТФ → АДФ + Ф + Э

АДФ → AMP + P + E

Связи между кислородом и фосфором в АТФ называются макроэргическими. Таких связей в одной молекуле АТФ две. АТФ в реакциях отдает всего одну молекулу Н3РО4 и становится АДФ. После удаления остатков фосфорной кислоты ок. 30 кДж/моль энергии.

Синтез в хлоропластах

Органоидами растительной клетки, в которых происходит синтез АТФ, являются хлоропласты. Свет вызывает возбуждение электрона в реакционном центре хлорофилла, а затем он движется по цепочке переносчиков электронов. Затем с помощью фермента редуктазы электрон переносится на НАДФ+, восстанавливая это вещество до НАДФ Н (никотинамидадениндинуклеотидфосфат).

Синтез АТФ

Рис. 1. Схема световой фазы фотосинтеза.

Окисленная форма НАДФ обозначается знаком «+»; в восстановленной форме добавляется H (водород). НАДФ – аккумулятор энергии для синтеза АТФ. Энергия возбужденного электрона необходима для фосфорилирования АДФ и образования АТФ при участии АТФ-синтетазы. Добавляется остаток фосфорной кислоты и образуется высокоэнергетическая связь. Некоторые электроны используются для восстановления окисленной формы НАДФ.

Гликолиз

АТФ в цитоплазме прокариот и эукариот образуется в процессе гликолиза — ферментативного окисления глюкозы. Акцепторами электронов в реакциях являются молекулы НАД+ (НАДФ без остатка фосфорной кислоты). Две молекулы НАД+ восстанавливаются до НАДН, запасенная в них энергия используется для синтеза 6 молекул АТФ.

Всего в процессе бескислородного расщепления глюкозы (гликолиза) возникает 8 молекул АТФ.

Синтез АТФ

Рис. 2. Хемосинтезирующие бактерии.

АТФ вырабатывается в бактериальных клетках, не содержащих хлорофилла. Первым источником энергии являются химические реакции окисления неорганических веществ: сероводорода, аммиака, диоксида железа.

Синтез в митохондриях

Местом синтеза АТФ также являются митохондрии. Основная функция «энергетических станций» клетки — проведение ферментативных реакций цикла Кребса и окислительного фосфорилирования. Кратко цикл Кребса можно описать следующим образом: исходным материалом являются молекулы пировиноградной кислоты и ацетилкофермента А, которые возникают в результате окисления глюкозы, жирных кислот и аминокислот. Энергия запасается молекулами НАД Н и ФАД Н2 (флавинадениндинуклеотид).

Синтез АТФ

Рис. 3. Схема цикла Кребса.

Следующим шагом является окислительное фосфорилирование (реакции с участием кислорода). Энергия, запасенная в молекулах НАД Н и ФАД Н2 во время гликолиза и цикла Кребса, используется для синтеза АТФ из АДФ. Всего при окислении одной молекулы глюкозы в присутствии кислорода высвобождается энергия, запасенная 38 молекулами АТФ.

Что мы узнали?

В световую фазу фотосинтеза образуются молекулы АТФ и НАДФ.Н, необходимые для биосинтеза органических соединений. АТФ в хлоропластах растений хранит энергию, которая используется растениями, животными и человеком. В митохондриях клеток всех организмов происходят реакции восстановления и окисления, в результате которых из одной молекулы глюкозы синтезируется 38 молекул АТФ. Полученные знания о синтезе АТФ помогут лучше изучить биологию в 9-10 классах и подготовиться к ЕГЭ.