Аденозинтрифосфат как источник энергии клетки¶

Аденозинтрифосфат (сокращённо АТФ, ATP) — нуклеотид, играющий центральную роль в энергетическом обмене живых клеток. Молекула состоит из азотистого основания аденина, сахара рибозы и трёх последовательно соединённых остатков фосфорной кислоты. Именно связи между фосфатными группами служат универсальным источником энергии для подавляющего большинства внутриклеточных процессов.

¶Строение и свойства

АТФ относится к классу нуклеозидтрифосфатов. Две концевые фосфатные связи (между вторым и третьим, а также между первым и вторым остатками) являются макроэргическими: при их гидролизе выделяется около 30–40 кДж/моль энергии. Отщепление концевого фосфата превращает АТФ в аденозиндифосфат (АДФ), а отщепление второго — в аденозинмонофосфат (АМФ). Обратный процесс — фосфорилирование АДФ — запасает энергию.

Молекула хорошо растворима в воде, что позволяет ей свободно перемещаться в цитоплазме, однако концентрация АТФ в клетке невелика и постоянно поддерживается на относительно стабильном уровне.

¶Роль в энергетическом обмене

АТФ выполняет функцию «энергетической валюты» клетки: она связывает реакции, высвобождающие энергию (катаболизм), с реакциями, её потребляющими (анаболизм). Энергия макроэргических связей расходуется на:

• синтез белков, нуклеиновых кислот и липидов;
• активный транспорт ионов и молекул через мембраны (например, работа натрий-калиевого насоса);
• механическую работу — сокращение мышц, движение ресничек и жгутиков;
• передачу нервных импульсов и работу ферментов;
• деление клетки и внутриклеточный транспорт.

¶Синтез

Основной путь образования АТФ — окислительное фосфорилирование, протекающее в митохондриях. Электроны, переносимые дыхательной цепью, создают градиент протонов, а фермент АТФ-синтаза использует его для присоединения фосфата к АДФ. У фотосинтезирующих организмов часть АТФ образуется в световых реакциях фотосинтеза (фотофосфорилирование). Дополнительный, менее эффективный путь — субстратное фосфорилирование в реакциях гликолиза и цикла Кребса.

¶Круговорот и потребление

Молекула АТФ непрерывно расщепляется и восстанавливается: у человека за сутки синтезируется и расходуется количество АТФ, сопоставимое с массой тела. Запас АТФ в клетке рассчитан на секунды работы, поэтому его восполнение идёт постоянно. При интенсивной мышечной нагрузке быстро расходуемый АТФ регенерируется за счёт креатинфосфата.

¶Значение

АТФ служит связующим звеном между процессами получения и использования энергии, обеспечивая жизнедеятельность всех известных организмов — от бактерий до человека. Нарушения синтеза АТФ лежат в основе ряда наследственных митохондриальных заболеваний. Молекула также используется как сигнальное вещество во внеклеточной среде и как субстрат для синтеза циклического АМФ — вторичного посредника в передаче сигналов.