АТФ — сокращённое название аденозинтрифосфорной кислоты. В химических связях этого вещества запасается энергия. Молекулы АТФ транспортируются в те части клетки и органы целостного организма, где усиленно расходуются энергетические запасы. Постоянный синтез АТФ обеспечивает потребности в энергии, необходимой для роста, развития и других процессов жизнедеятельности.
Схемы превращений:
АТФ → АДФ + Ф + Е
АДФ → АМФ + Ф + Е
Связи между кислородом и фосфором в АТФ называют макроэргическими. В одной молекуле АТФ две такие связи. АТФ в реакциях отдает только одну молекулу Н3РО4 и превращается в АДФ. При отщеплении остатка фосфорной кислоты высвобождается около 30 кДж/моль энергии.
Синтез в хлоропластах
Органеллы растительной клетки, где происходит синтез АТФ, — хлоропласты. Свет приводит электрон в составе реакционного центра хлорофилла в возбуждённое состояние, а затем он перемещается по цепочке переносчиков электронов. Далее осуществляется перенос электрона с помощью фермента редуктазы на НАДФ+, восстановление этого вещества до НАДФ Н (никотинамидадениндинуклеотидфосфат).
Окисленную форму НАДФ обозначают знаком «+», в восстановленной добавляют Н (водород). НАДФ является аккумулятором энергии для синтеза АТФ. Энергия возбуждённого электрона нужна для фосфорилирования АДФ и образования АТФ при участи АТФ-синтетазы. Присоединяется остаток фосфорной кислоты и образуется макроэргическая связь. Часть электронов используется для восстановления окисленной формы НАДФ.
Гликолиз
АТФ в цитоплазме прокариотов и эукариотов образуется в процессе гликолиза — ферментативного окисления глюкозы. Акцепторами электронов в реакциях служат молекулы НАД+ (НАДФ без остатка фосфорной кислоты). Две молекулы НАД+ восстанавливаются до НАД.Н, запасённая в них энергия используется для синтеза 6 молекул АТФ.
Всего в процессе бескислородного расщепления глюкозы (гликолиза) возникает 8 молекул АТФ.
АТФ образуется в бактериальных клетках, не содержащих хлорофилл. Первоначальным источником энергии служат химические реакции окисления неорганических веществ: сероводорода, аммиака, диоксида железа.
Синтез в митохондриях
Местом, где синтезируется АТФ, являются также митохондрии. Основная функция «энергетических станций» клетки — осуществление ферментативных реакций цикла Кребса и окислительное фосфорилирование. Кратко цикл Кребса можно описать так: исходный материал — пировиноградная кислота и молекулы ацетилкофермента А, возникающие при окислении глюкозы, жирных кислот и аминокислот. Энергию запасают молекулы НАД Н и ФАД Н2 (флавинадениндинуклеотид).
Следующий этап — окислительное фосфорилирование (реакции с участием кислорода). Энергия, запасённая в молекулах НАД Н и ФАД Н2 в процессе гликолиза и цикла Кребса, используется для синтеза АТФ из АДФ. Всего при окислении одной молекулы глюкозы в присутствии кислорода выделяется энергия, которую запасают 38 молекул АТФ.
Что мы узнали?
В световую фазу фотосинтеза образуются молекулы АТФ и НАДФ.Н, необходимые для биосинтеза органических соединений. АТФ в хлоропластах растений запасают энергию, которую используют сами растения, животные и человек. В митохондриях клеток всех организмов протекают реакции восстановления и окисления, в результате которых из одной молекулы глюкозы синтезируются 38 молекул АТФ. Полученные знания о синтезе АТФ помогут лучше изучить биологию в 9–10 классах и подготовиться к ЕГЭ.
