АТФ: енергетична валюта

АТФ: енергетична валюта

Безперечно, найважливішою молекулою в нашому організмі з точки зору виробництва енергії є АТФ (аденозинтрифосфат: аденіловий нуклеотид, що містить три залишку фосфорної кислоти і утворений в мітохондріях).

В насправді, кожна клітина нашого організму зберігає і використовує енергію для біохімічних реакцій за допомогою АТФ, таким чином, АТФ може вважатися універсальною валютою біологічної енергії. Всі живі істоти мають потребу в безперервному енергопостачанні для підтримки синтезу білка і ДНК, метаболізму і транспорту різних іонів і молекул, підтримки життєдіяльності організму. М'язові волокна в ході силових тренувань також вимагають легкодоступною енергії. Як уже згадувалося, енергію для всіх цих процесів постачає АТФ. Однак для того, щоб сформувати АТФ, нашим клітинам потрібна сировина. Люди отримують цю сировину через калорії за допомогою окислення споживаної їжі. Для отримання енергії, ця їжа спочатку повинна бути перероблена в легко використовувану молекулу — АТФ. 

Перед використанням молекула АТФ повинна пройти через кілька фаз.

Спочатку за допомогою спеціального коензиму відділяється один із трьох фосфатів (кожен з яких містить десять калорій енергії), завдяки чому вивільняється велика кількість енергії і формується продукт реакції аденозиндифосфат (АДФ). Якщо потрібно більше енергії, то відділяється наступна фосфатна група, формуючи аденозинмонофосфат (АМФ).

АТФ + H ₂ O> АДФ + H ₃ PO ₄ + енергія

АТФ + H ₂ O> АМФ + H ₄ P ₂ O ₇ + енергія

Коли швидкого виробництва енергії не потрібно, відбувається зворотна реакція — за допомогою АДФ, фосфагена і глікогену фосфатна група знову приєднується до молекули, завдяки чому формується АТФ. Даний процес включає перенесення вільних фосфатів до інших містяться в м'язах речовин, до яких відносяться глюкоза і креатин . При цьому із запасів глікогену береться і розщеплюється глюкоза.

Отримана з цієї глюкози енергія допомагає знову перетворювати глюкозу в її первісну форму, після чого вільні фосфати знову можуть бути приєднані до АДФ для формування нового АТФ. Після завершення циклу новостворений АТФ готовий до наступного використання.

По суті АТФ працює як молекулярна батарея, зберігаючи енергію, коли вона не потрібна, і вивільняючи в разі потреби. Дійсно, АТФ схожий на повністю акумуляторну батарею.

Структура АТФ

Молекула АТФ складається з трьох компонентів:

• Рибоза (той же самий п'ятивуглецевий цукор, що формує основу ДНК)
  
  
• Аденин (з'єднані атоми вуглецю і азоту)
  
  
• Трифосфат

молекула рибози розташовується в центрі молекули АТФ, край якої служить базою для аденозину.

Ланцюжок з трьох фосфатів розташовується з іншого боку молекули рибози. АТФ насичує довгі, тонкі волокна, що містять білок міозин, який формує основу наших м'язових клітин.

Збереження АТФ

В організмі середньої дорослої людини щодня використовується близько 200-300 молей АТФ (моль — це хімічний термін, що позначає кількість речовини в системі, в якому міститься стільки елементарних частинок, скільки атомів вуглецю міститься в 0,012 кг ізотопу вуглець-12). Загальна кількість АТФ в організмі в кожен окремо взятий момент становить 0,1 моли. Це означає, що АТФ повинен повторно використовуватися 2000-3000 разів протягом дня. АТФ не може бути збережений, тому рівень його синтезу майже відповідає рівню споживання.

Системи АТФ

З огляду на важливість АТФ з енергетичної точки зору, а також з-за його широкого використання у організму є різні способи виробництва АТФ. Це три різні біохімічні системи. Розглянемо їх по порядку:

1. Фосфагенная система
   
   
2. Система глікогену і молочної кислоти
   
   
3. Аеробне дихання

Фосфагенная система

Коли м'язам має бути короткий, але інтенсивний період активності (близько 8-10 секунд), використовується фосфагенная система — АТФ з'єднується з креатинфосфат. Фосфагенная система забезпечує постійну циркуляцію невеликої кількості АТФ в наших м'язових клітинах.

М'язові клітини також містять високоенергетичний фосфат — фосфат креатину, який використовується для відновлення рівня АТФ після короткочасної, високоинтенсивной активності. Ензим креатинкиназа забирає фосфатну групу в креатину фосфату і швидко передає її АДФ для формування АТФ. Отже, м'язова клітина перетворює АТФ в АДФ, а фосфаген швидко відновлює АДФ до АТФ. Рівень креатину фосфату починає знижуватися вже через 10 секунд високоинтенсивной активності, і рівень енергії падає. Прикладом роботи фосфагенной системи є, наприклад, спринт на 100 метрів.

Система глікогену і молочної кислоти

Система глікогену і молочної кислоти постачає організм енергією в більш повільному темпі, ніж фосфагенная система, хоча і працює відносно швидко і надає досить АТФ приблизно для 90 секунд високоинтенсивной активності. У даній системі молочна кислота утворюється з глюкози в м'язових клітинах в результаті анаеробного метаболізму.

З огляду на той факт, що в анаеробному стані організм не використовує кисень, ця система дає короткочасну енергію без активації кардіо-респіраторної системи точно так же, як і аеробне система, але з економією часу. Більш того, коли в анаеробному режимі м'язи працюють швидко, потужно скорочуються, вони перекривають надходження кисню, оскільки судини виявляються стислими.

Цю систему ще іноді називають анаеробним диханням, і хорошим прикладом в даному випадку послужить 400-метровий спринт.

Аеробне дихання

Якщо фізична активність триває більше дух хвилин, в роботу включається аеробне система, і м'язи отримують АТФ спочатку з вуглеводів , потім з жирів і нарешті з амінокислот ( білків ). Білок використовується для отримання енергії в основному в умовах голоду (дієти в деяких випадках).

При аеробному диханні виробництво АТФ проходить найбільше повільно, але енергії виходить досить, щоб підтримувати фізичну активність протягом кількох годин. Це відбувається тому, що при аеробному диханні глюкоза розпадається на вуглекислий газ і воду, не відчуваючи протидії з боку молочної кислоти в системі глікогену і молочної кислоти. Глікоген (накопичується форма глюкози) при аеробному диханні поставляється з трьох джерел:

1. Всмоктування глюкози з їжі в шлунково-кишковому тракті, яка через систему кровообігу потрапляє в м'язи.
   
   
2. Залишки глюкози в м'язах
   
   
3. Розщеплення глікогену печінки до глюкози, яка через систему кровообігу потрапляє в м'язи.

Висновок

Якщо ви коли-небудь замислювалися над тим, звідки у нас береться енергія для виконання різноманітних видів активності при різних умовах, то відповіддю буде в основному за рахунок АТФ . Ця складна молекула надає допомогу в перетворенні різних харчових компонентів в легко використовувану енергію.

Без АТФ наш організм просто не зміг би функціонувати. Таким чином, роль АТФ в виробництві енергії багатогранна, але в той же час проста.