АТФ как источник энергии для биохимических реакций

В организме человека непрерывно происходят процессы, которые нуждаются в энергетических расходах. Это – транспортировка ионов сквозь мембрану клеток, поддержка давления и кровообращения, робота сердца и сокращения мышц, передача нервных импульсов, химическая работа, связанная с синтезом разных биологически активных веществ и биополимеров. Единственной движущей силой физиологичных процессов является химическая энергия, которая сконцентрирована в молекулах биосубстратов. Она зависит от вида, количества и характера соединения атомов в молекулах этих соединений.

В процессе освобождения энергии из разных субстратов условно выделяют три фазы.

Первая фаза – подготовительная. Она необходима для перевода биовеществ, поступающих с едой, в удобную для высвобождающейся энергии форму, то есть в мономеры. Эта фаза происходит посредством реакции гидролиза при участии ферментов в кишечнике или клетках. Энергетическая ценность этой фазы незначительная и составляет приблизительно 1% энергии субстратов; она не используется организмом, а рассевается в виде теплоты.

Вторая фаза – частичное разложение мономеров до ключевых промежуточных соединений. В этой фазе большое число биосубстратов сокращается до трех (ацетил-КоА, оксалоацетат, 2-оксоглутарат). На этом этапе происходит частичное (до 20%) высвобождение энергии субстратов в анаэробных условиях. Часть этой энергии аккумулируется в форфатных связях АТФ, а остальные рассеваются в виде теплоты.

Третья фаза – разложение веществ до конечных продуктов обмена с участием кислорода. Это аэробное биологическое окисление веществ, во время которого происходит полное высвобождение энергии из биосубстратов. Особенностью преобразования веществ на этом этапе является то, что из трех метаболитов предыдущей фазы остаются только атомы водорода, связанные с носителями – НАД или ФАД. Поэтому атомы водорода – это универсальное „энергетическое топливо”, которое используется в дыхательной цепи для образования АТФ и воды. На этой стадии высвобождается приблизительно 80% всей энергии химических связей. Причем высвобождение энергии в клетках происходит постепенно, в результате чего она на разных этапах процесса аккумулируется в удобной для клетки форме – АТФ и других макроэргических соединениях.

Путь поступления энергии, необходимой для организма для построения и сохранения структуры и выполнения физиологических функций, начинается в биосфере процессом фотосинтеза.

Фотосинтез – это процесс превращения автотрофами солнечной энергии в химическую с последующим использованием ее в синтезе углеводов из углекислого газа и воды.

Вторым по значению источником энергии в организме является окислительное расщепление жирных кислот, которые образуются из жиров при действии тканевых ферментов липаз. Как в случае аэробного расщепления углеводов, окисление жирных кислот приводит к образованию макроэргических соединений (ацетилкоензиму А). Энергетическая ценность жирных кислот выше, чем, например, глюкозы. Так, полное окисление одного моля капроновой кислоты, которая имеет такое же число атомов углерода, что и глюкоза, дает 45 моль АТФ, а моль пальмитиновой кислоты с 16 атомами углерода в молекуле – 130 моль АТФ.

Следовательно, биологическое окисление является главным источником энергии во всех организмах. Нарушение этого биохимического процесса преимущественно приводит к гибели организма.

Таким образом, макроэргические соединения, среди которых главная роль принадлежит АТФ, являются накопителями полезной энергии.