sinteza ATP

ATP (adenozin trifosfat) molecula, celulele vii furnizează energie [regula]

Fig. 10.1. Structura adenozintrifosfat (ATP)

moleculele de ATP sunt vitale. ATP este sursa de energie necesară pentru contracția musculară, impuls nervos conducție, scurgeri de multe reactii biochimice, etc. La repaus consumat 28 g (1 oz) de ATP per minut, echivalent cu 1,4 kg (3 livre) pe oră, și în timpul efortului consum de ATP atinge 0,5 kg pe minut! ATP este format din adenină, riboză și trei grupări fosfat numite a-, β- și grupe y-fosfat (Fig. 10.1). Hidroliza legăturilor înalt fosfoangidridnyh β- între atomii de fosfor în sau între energia atomilor a- și p-fosforos versiuni necesare pentru reacțiile biochimice, adică pentru a menține durata de viață a organismului.

Metoda cea mai energic favorabilă pentru sinteza ATP - aceasta fosforilare oxidativă aerob. Cu toate acestea, ATP poate fi de asemenea formate în condiții anaerobe. deși cu eficiență mai mică. Există trei moduri sinteza anaerobă a ATP: Fosforilarea substratului, formarea de ATP si fosfocreatina rezultând reacția adenilatkinaznoy. Deși sinteza anaerobă a ATP și nu energetic favorabil, capacitatea de a sintetiza ATP în absența oxigenului poate fi vitală.

Sinteza ATP prin fosforilarea substratului [citare]

Fig. 10.2 arată că ATP se formează în timpul glicolizei și în timpul reacțiilor piruvatkinaznoy fosfoglitseratkinaznoy și în ciclul Krebs în timpul reacției catalizată de enzima succinil-CoA sintetazei implicând nukleozidtsifosfatkinazy (Fig. 10.3). Notă: În cazul acestor reacții nu este necesară de oxigen.

Fig. 10.2. Formarea de ATP prin glicoliză în timpul fosforilării substratului

Fig. 10.3. Ciclul Krebs este format de substrat de fosforilare GTP, care este apoi transformat prin acțiunea difosfat kinazei nucleozid la ATP

Prepararea ATP de la fosfocreatina [citare]

Fosfocreatina - o „furnizare de urgență“ de fosfat cu energie ridicată, care poate fi utilizat pentru formarea rapidă a ATP necesare pentru contracția musculară în condiții anaerobe. Acest mecanism intensiv sinteza ATP poate, în situații de urgență pentru a salva vieți; Cu toate acestea rezervele fosfocreatină sunt cheltuite foarte repede, în doar câteva secunde.

In perioadele Quiescent atunci când o mulțime de ATP, creatin kinazei phosphorylates creatina pentru a forma fosfocreatina. Deosebit de important este rolul acestei reacții în mușchi. Dacă doriți să faceți o smucitură bruscă, fosfocreatină phosphorylates ADP ATP necesare pentru contracția musculară (Fig. 10.4) Din acest motiv, de asemenea, numit fosfocreatina „phosphogen“.

Fig. 10.4. Formarea ATP-ul este fosfocreatina în timpul sintezei exercitarea si fosfocreatina de creatina in perioada de repaus

Creatina este redat sub forma de creatinină [citare]

Creatina - este un aminoacid. nu o parte a proteinei. Creatina este sintetizat din arginină și excretat în urină sub formă de creatinină. creatininei din sânge și clearance-ul creatininei sunt utilizate pentru a estima rata de filtrare glomerulară cu munca renală. Notă: A nu se confunda creatina, creatinina și carnitină.

Suplimentarea cu creatina îmbunătățește performanța [citare]

Agenți ergogenic - substanțe care cresc viteza, forta sau rezistenta atlet. Multe dintre ele sunt periculoase și interzise pentru utilizare. Opiniile sunt contradictorii, cu toate acestea, mulți oameni de știință sunt de acord ca creatina - singurul agent ergogenic pentru care este dovedit științific pentru a crește eficiența de proprietate ca în sprint, și sub presiune continuă.

Formarea ATP din ADP sub acțiunea adenilat [citare]

Odată ce ATP este hidrolizată pentru a elibera energia necesară pentru contracția musculară, în celulele produse și acumulate ADP. Cu toate acestea, ADP conține, de asemenea, mari consumatoare de energie și fosfoangidridnuyu-legătură (Fig. 10.1). Natura inventiv: (. Figura 10.5) această energie devine disponibilă după anaerob două molecule de ADP adenilat kinază sub formă de ATP (numite anterior enzimei adenilat miokinazoy).

Fig. 10.5. Formarea a două molecule de ATP din ADP în adenilatkinaznoy reacție

Sinteza ATP aerobă [citare]

sinteza ATP în lanțul respirator prin fosforilare oxidativă [citare]

Mitocondriile [citare]

Fig. 11.1. Diagrama structurii mitocondrie

Mitocondriile - organite, comparabile ca dimensiune a celulei bacteriene. Este demn de remarcat faptul că mitocondriile au două membrane. Porin membrana exterioara pătrunsă molecule. formează canale prin porins care pot trece prin membrana cu o greutate moleculă mai mică de 10 kDa. Membrana internă este substanțial impermeabil; aceasta face invaginațiile - Kristen. Peste membrana interioară trece liber molecule numai mici - cum ar fi H2 0 și NH3. Puține alte molecule cu ajutorul proteinelor transportoare și a sistemelor de transfer sunt capabile să depășească această barieră.

Se crede că mitocondriile - un exemplu de endosymbiosis. Membrana interioara a mitocondriilor cu un prizonier în conținutul ei a fost o dată o bacterie anaerobă veche, care a pătruns în celule primitive în primele stadii de evoluție. urme Conservele din trecut: de exemplu, mitocondriile au propriul lor ADN (mtDNA), genele care codifică 37. 24 dintre acestea participă la un alt lanț respirator conțin proteine ​​de difuzare mtDNA. Remarcabil, doar 13 din toate proteinele din lanțul respirator mitocondrial (un total de 85) sunt codificate în ADNmt. Cealalta codifica un ADN nuclear, iar acestea sunt transportate în mitocondriile din citosol.

lanțului respirator [citare]

Fig. 11.2. transportul de electroni în lanțul respirator. Diagrama arată fluxul de electroni de metabolit intermediar al ciclului Krebs (malat și succinat) la oxigen asupra complecșilor cu lanț de transfer de electroni prin I, II, III, IV

lanțul respirator - o modalitate eficientă de a produce ATP si NADH folosind FADN2 care se formează în timpul oxidării metabolic „combustibil“ [în primul rând, hidrați de carbon și acizi grași]. Lanțul respirator este format din cinci complecși - I, II, III, IV, și un set complex de formă de ciupercă (V complex). Ciuperca "multicomplex" constă din subunități F1 (subunitate "una") și F0 (subunitate "O" se conectează oligomycin). Unele dintre complecși lanțului respirator conțin citocromilor care transporta electronii de-a lungul lanțului: complexul citocrom III conține b și complexul IV - citocromul / dS. Mai mult decât atât, în transportul de electroni participa ubiquinone (coenzima Q10) și citocromul C. Toate complexele lanțului respirator sunt localizate în membrana mitocondrială internă. Complexele I, III și IV nu numai transportul de electroni, dar, de asemenea, funcționa ca pompele de protoni moleculare: acestea sunt „pompate“ protoni din matrice în spațiul intermembrane. Membrana internă este impermeabilă, în special, este impermeabil la protoni, astfel încât acestea să se întoarcă la matricea doar o singură cale - prin canalul de protoni complex F1 / F0, care în acest moment sintetizeze ATP.

Fluxul de electroni este prezentat în Fig simplist.

patologia mitocondrial [citare]

Există o varietate de tulburări ale lanțului respirator. Multe dintre ele sunt transmise genetic pe linie maternă, ca și toate mitocondriile zigotului provin din mitocondriile de ou. In celulele care se divid mii molecule mtDNA sunt distribuite aleator între celulele fiice, totuși diferite țesuturi pot conține atât molecule normale și mutante ADNmt (această stare se numește heteroplasmy). În consecință, tabloul clinic în astfel de patologii este foarte schimbătoare. Mutațiile în genele care codifică proteine ​​nucleare lanțului respirator, transmise ca un tip autosomal și cauzează de obicei tulburări severe.

atrofie optică Leber [citare]

Leber atrofie optică este cauzată de mutații a ADN-ului mitocondrial, care codifică una din subunitățile I. complexe Din această încălcare a lanțului respirator mitocondrial suferă cel mai mult, aparent, nervul optic. Boala se manifesta la varsta adulta si provoaca pierderea vederii.

encephalomyopathies mitocondrială, acidoză lactică și timpi episoade (sindromul MELAS) [regula]

Motivul pentru sindromul MELAS - mutatie mtDNA in gena care codifică mitocondriile ARN de transfer leucină. Această mutație afectează traducerea ADNmt și, prin urmare, sindromul MELAS perturbat structura complexelor lanțului respirator cu excepția II Complex, care pe deplin codificate de genomul nuclear.

Boala lui Leigh [edita]

Boala lui Leigh - o boală degenerativă a sistemului nervos central, cu modificări patologice caracteristice. De obicei, se dezvoltă la o vârstă fragedă. Boala este heterogenă genetic: cel mai adesea cauza bolii este situsurilor de mutație ale genomului nuclear care codifica componente ale lanțului respirator, dar în unele cazuri, dacă boala se dezvoltă din cauza mutatii in gene mitocondriale. Când boala Li poate fi perturbat activitatea ATP-sintaza (V complex) sau complecși I, II, III IV. In unele forme ale bolii Lee au fost încălcări ale activității complexului piruvat dehidrogenază.

Piruvatdehidrogenazei deficit de complex duce la o creștere a concentrației sanguine de piruvat, lactat și alanină. La unii pacienți observat îmbunătățiri în timpul tratamentului cu acid lipoic și tiamina (coenzima complexului piruvat dehidrogenază). Cu un succes limitat de terapie cetogena se aplică dieta saraca in carbohidrati. (Cetonice trece ușor bariera hematoencefalică și catabolismul lor format acetil CoA independent piruvatdegirogenaznogo complex.)

Biosinteza de ATP prin fosforilare oxidativa (partea I) [regula]

Biosinteza ATP în lanțul respirator, care este implicat ca un flux de electroni (e-) și fluxul de protoni (H +), are loc prin fosforilare oxidativă. Lanțul respirator este alcătuit din patru complecși (I, II, III, IV) și în formă de ciupercă structura - ATP sintaza subunitate F0 / F1 sau V complex, care sintetizeaza ATP din ADP și fosfat anorganic (Pi). Mai jos se va discuta modul de a crea un flux de electroni și protoni în circuitul de respirație: pornește de la un prim set de I, al doilea - complexul II.

Complexul I [regula]

Fluxul de electroni de la NADH începe. Energia pentru sinteza ATP-ului se datorează taxa de separare în I complex, care determină mișcarea electronilor (curent electric) și protoni (curent proton). complex pompa moleculara I pompeaza patru protoni din spațiul intermembrane. Alți complecși (III și VI), prin pompare și protoni în spațiul intermembrane, și se formează un gradient electrochimic de protoni; în cele din urmă toate aceste protoni sunt returnate înapoi prin canalul de protoni ATP sintaza (cm. mai jos). Complexul electronii I sunt transferate de la NADH la ubiquinone (coenzima Q). Doi electroni și doi protoni sunt reduse ubichinonă la Ubiquinol (QH2) și se mută Ubiquinol în grosimea membranei la complexul III.

Complex II [regula]

Fluxul pornește de la FADN2 protoni. II Complexul contine FAD ca grupare prostetică a mai multor dehidrogenaze (de exemplu, succinat). Acest FAD redus la FADN2. În plus, complexul II transferă electroni ubichinonă (Q), pentru transferul de electroni la complexul III. Notă, incisivii complex nu este de pompare protoni.

Complex III [regula]

Rolul donorul de electroni acționează QH2 ubiquinol, care apoi este oxidat la ubichinonă Q și în această formă poate merge înapoi și să ia următoarea pereche de electroni și protoni. transferă Ubiquinol electroni citocrom-, care le transportă la IV complexe. Proton pompa Complex role III 4 protoni din spațiul intermembrane.

IV Complex [regula]

Electronii primite de la citocromului c, sunt transferate la oxigen, iar oxigenul este redus complet pentru a forma apa. IV Complexul emite spațiu intermembrane numai 2 protoni.

ATP sintaza (V complex) [regula]

Acest set este format din „picioare ciuperca“ - F0 subunitate, care cuprinde un canal de protoni și de „porțiunea convexă“ - sintaza ATP (sau F1). F0 subunitate a primit numele său, deoarece este inhibată de oligomycin, o subunitate a F1 a fost prima descoperire și izolarea „facțiuni“ între toate elementele lanțului respirator. Proton flux trece prin canalul de protoni și pornește un motor molecular, care provoacă ADP și Pi reacționează unul cu celălalt pentru a forma molecule ATP.

Pentru a sintetiza o moleculă de ATP și transporta la citosol, 4 protoni necesar. In oxidarea unei molecule de NADH este eliberată + 10 protoni, a căror energie este suficientă pentru a forma 2,5 molecule de ATP. In oxidarea 1 molecule FADN2 6 protoni eliberați, energia care este suficientă pentru sinteza ATP 1,5 [1].

Scurgerea de electroni conduce la formarea de specii reactive de oxigen [citare]

Aproximativ 2% din electronii sunt eliberați din lanțul respirator și se leagă direct cu oxigenul, formând specii reactive de oxigen (ROS). Dacă lucrarea este compromisă lanțul respirator, ROS sunt produse în cantități mai mari. Aceste substante daune mitocondriile, provocând încălcări crescânde ale lanțului respirator. Un cerc vicios, iar rezultatul acumulării diverselor leziuni prin acțiunea senescenței celulare ROS are loc.

otrăvuri respiratorii [citare]

Substanțele care inhibă formarea de ATP, potențial toxic pentru organism.

Amobarbital și rotenone blochează transportul electronilor în I. complexul Rotenona izolat din rădăcinile unei plante Derris (scandens Derris) și este adesea folosit ca un pesticid natural. El are o toxicitate redusă pentru om, așa cum este slab absorbit în tractul gastro-intestinal. Cu toate acestea, rotenone este toxic pentru pești, așa cum rapid absorbit prin branhii. În plus, în timpul pe termen lung expunerea la rotenonei este periculos pentru oameni, deoarece cauzează dezvoltarea bolii Parkinson.

Blocuri de antimicina Transportul de electroni în complexul III.

Cianura (CN-). monoxid de carbon (CO) și azide (N3-) inhibă IV Complex. Prin urmare, atunci când o intoxicație cu cianură blocat procesele metabolice aerobe, în ciuda faptului că suficient sânge oxigenat. Din cauza opririi metabolismului aerob, sânge venos ia culoarea de sânge arterial. Mai mult, există hiperventilație, deoarece din cauza acumulării de acid lactic este stimulată de centrul respirator.

Oligomycin blochează canalul de proton (complex F0 în V) și nu dă protoni înapoi în matrice. Prin urmare, ATP sintaza (F1) își pierde capacitatea de a sintetiza ATP.

Biosinteza ATP prin fosforilare oxidativă (Partea II) [regula]

Fig. 13.1 prezintă fluxul de electroni și protoni în lanțul respirator. Electronii și protonii din NADH + I prin complex și de la FADN2 transmise prin complex II complex III. electronii sunt transportate în IV complex atunci. unde acestea sunt atașate la oxigen. In acest moment, protoni ai pompei de protoni pompat din matrice în spațiul intermembrane și revenirea înapoi la matrice prin canalul de protoni F0 subunitatea ATP sintaza (V complex). Fluxul de protoni (curent de protoni) cuprinde un motor molecular - F1-ATP sintaza complex subunitate. si are o molecula de ADP și Pi în așa fel încât acestea sunt combinate în molecule de ATP.

[Referirea]

1. ↑ În manualele de biochimie interne presupus egal cu aceste valori „3“ și „2“, respectiv, adică, oxidarea 1 moleculă de NADH formată trei molecule de ATP, iar oxidarea FADN2 - 2 molecule ATP, care reflectă sinteza ATP maximă teoretică.