Макроэргические соединения. Их роль в клетке

Любой организм постоянно совершает работу: синтез молекул, входящих в состав его клеток, поглощение извне необходимых ему веществ и выброс различных шлаков; многие организмы способны также к перемещению в пространстве, активному восприятию внешнего мира и воздействию на него. Для совершения любой работы требуется энергия. Способ получения энергии связан с типом питания, по которому группы организмов делят на автотрофов и гетеротрофов. При всех типах энергетического обмена энергия запасается в живой клетке в виде макроэргических соединений. В клетке постоянно происходит метаболизм. Метаболизмом называется вся совокупность химических реакций в клетке. Метаболизм представляет собой высококоординированную и целенаправленную клеточную активность, обеспечиваемую участием многих мультиферментных систем.

Макроэргические соединения – органические соединения живых клеток, содержащие богатые энергией, или макроэргические связи. Эти соединения образуются в результате фото- и хемосинтеза и биологического окисления. К ним относятся, например, вещества, при гидролизе которых высвобождается энергии в 2—4 раза больше, чем при гидролизе других веществ. К макроэргическим соединениям относятся аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), аденозиндифосфорная кислота (АДФ), а также пирофосфат (H4P2O7), полифосфаты (полимеры метафосфорной кислоты — (НРО₃)ⁿ * Н₂О) и ряд других соединений. Самое важное макроэргическое соединение — АТФ. Используя энергию, заключенную в макроэргических связях АТФ, при действии ферментов, переносящих фосфатные группы, можно получить другие макроэргические соединения, например, ГТФ (гуанозинтрифосфорная кислота), ФЕП (фосфоенолпировиноградная кислота) и др. Образуется АТФ в процессах биологического окисления и при фотосинтезе. Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) - нуклеотид, образованный аденозином и тремя остатками фосфорной кислоты. Во всех живых организмах выполняет роль универсального аккумулятора и переносчика энергии. Под действием специальных ферментов концевые фосфатные группы отщепляются с освобождением энергии, которая идет на синтетические и другие процессы жизнедеятельности.

РОЛЬ АТФ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ ОБМЕНЕ

    Аденозинтрифосфат (АТФ) является источником энергии в клетке, посредником между всеми формами накопления энергии и работой клетки, единственной формой питания клетки, которую она может использовать для сокращения мышечных волокон, построения новых тканей и транспорта минеральных веществ. Энергия химических связей, накопленная в различных формах, передается в первую очередь АТФ. Затем АТФ передает энергию непосредственно структуре или соединению в клетке, которая нуждается в ней для выполнения своей функции.

 

  Во время этого процесса АТФ теряет энергию, а затем снова восстанавливает ее высокий уровень, используя энергию химических связей пищевых жиров или углеводов, используемых в виде жирных кислот или гликогена соответственно. АТФ постоянно образуется, расходуется и восстанавливается. Организм сохраняет только небольшое количество АТФ (до 80—100 г), это энергия, достаточная для того, чтобы выдержать максимальную физическую нагрузку в течение нескольких секунд. Когда уровень метаболизма энергии повышается, что ведет к увеличению потребности в энергии и АТФ, запасы энергии в организме немедленно расходуются. Различные формы накопленной энергии могут быть использованы одновременно.

 

       Объединение используемых форм накопленной энергии и метода передачи энергии к АТФ зависит от наличия накопленного запаса, особенности вида энергии и интенсивности физической нагрузки, состояния клетки и характера тренировочных занятий.

        Поэтому чтобы получить достаточный "заряд", необходимо подобрать правильный энергетический рацион из пищи, обладающей таким свойством. Это очень важно для видов спорта, требующих мощного быстрого взрыва. Фосфагенная система является первой системой для передачи энергии к АТФ, когда повышается потребность в энергии.

      Система не требует наличия кислорода. Это прямой и быстрый процесс. Энергия химических связей в молекуле КрФ (креатинфосфата) передается молекуле АТФ посредством реакции ферментативного катализа. Количество КрФ, накопленного в организме, примерно в 4—6 раз выше количества накопленного АТФ. Комбинированное накопление энергии АТФ и КрФ способно обеспечить только кратковременное сокращение мышц в зависимости от интенсивности нагрузки.

     Для человека массой 70 кг этого достаточно для быстрой ходьбы в течение 1 мин или максимального спринта в течение 5—6 с. Эта система также важна для выполнения кратковременных рывков и бросков во многих видах спорта, например тяжелой и легкой атлетике, бросков мяча в корзину в баскетболе и подачах его в теннисе. Когда потребность в энергии сохраняется, а запасы АТФ и КрФ истощены, накопление побочных продуктов распада АТФ инициирует систему анаэробного гликолиза. Эта система обеспечивает более низкий уровень энергии, поэтому интенcивность переносимых нагрузок немного снижается.