Макроэргические молекулы

К макроэргическим относятся соединения, при гид­ролизе которых выделяется энергия не менее 7 ккал/моль. Это число — условная единица, означающая всего лишь некий уровень отсчета, согласно которому АТФ и несколь­ко других соединений отличаются от остальных природ­ных соединений. Соответственно название «макроэргический» употребляется для объединения соединений в груп­пу веществ макроэргических и для указания их особой важности в переносе энергии в живой клетке.

Нуклеозидтрифосфаты

Наиболее распространенными высокоэнергетически­ми общими промежуточными продуктами являются нук­леозидтрифосфаты (НТФ), которые могут передавать свою концевую высокоэнергетическую фосфатную груп­пу любой из многочисленных органических молекул - акцепторов (чаще всего энергия образуется в виде АТФ). Особ енность высокоэнергетических нуклеотидов состоит в том, что они выступают в качестве универсального ис­точника энергии для большого числа энергозависимых реакций.

Молекула АТФ состоит из аденилатной группы и трех остатков фосфорной группы. Значительная часть свобод­ной энергии этой молекулы обусловлена взаимным электростатическим отталкиванием этих фосфатных остатков аналогично взаимному отталкиванию одноименно заря­женных зарядов. Разрыв связей между остатками фос­форной кислоты сопровождается освобождением энергии. Соединением, играющим наиболее важную роль в кле­точной энергетике, является АТФ, так как:

1. Химическая энергия запасается путем образования АТФ, сопряженного с катаболическими реакциями расщепления.

2. Затем химически энергия утилизируется путем рас­щепления АТФ, сопряженного с эндэргическими ре­акциями синтеза в ходе анаболизма и других процес­сов, требующих затрат энергии, например активного транспорта и сокращения мышц.

Гидролиз АТФ — термодинамическая движущая сила процессов, которые сами по себе являются термодинами­чески невыгодными.

АТФ и другие нуклеозидтрифосфаты ответственны за перенос энергии во многих сопряженных реакциях. АТФ — постоянный источник энергии для клетки. Он мобилен и может доставлять химическую энергию в лю­бую часть клетки. Когда клетка нуждается в энергии, единственное, что потребуется для ее получения, — это гидро­лиз АТФ. АДФ может быть рефосфорилирован в АТФ в результате дыхательной активности или за счет другого высокоэнергетического соединения, например, креатинфосфата, присутствующего в мышечных клетках. Если весь АДФ мышечной ткани превращается в АТФ, то фос­фат от АТФ переносится на креатин с образованием креатинфосфата. При этом вновь появляется некоторое количество АДФ, который может, присоединив фосфат, образовать АТФ. При понижении уровня АТФ происхо­дит обратный процесс: фосфат переносится от креатинфосфата на АДФ, и запасы АТФ восстанавливаются.

Таким образом, АТФ играет важную метаболическую роль благодаря своему центральному положению в кле­точной активности. Он действует как связующее клеточ­ное звено между дыханием и процессами, требующими затраты энергии. При этом его высокоэнергетические фосфатные группы непрерывно отщепляются и замеща­ются новыми.

Аргининфосфат и креатинфосфат выполняют роль своеобразных аккумуляторов химической энергии, кото­рые используются для быстрого фосфорилирования АТФ во время энергичного мышечного сокращения. Их назы­вают фосфагенами.

Ацилфосфаты — макроэргические соединения с ан­гидридной связью, в которых карбонильный атом углеро­да ацильной группы особенно легко участвует в реакции с нуклеофилами. Значение G = -12,8 ккал/моль.

Например, глицеро-1,3-дифосфат + НОН  глицеро-3-фосфат + Н₃РО₄.

Тиоэфиры играют очень важную роль в метаболизме в качестве метаболически активной формы ацильной группы. В природе основными тиолсодержащими соеди­нениями являются: кофермент А, липоевая кислота, бел­ки с -SH группой:

ацетил-КоА + НОН  ацетат + HSKoA;

G = -7,37 ккал/моль.

Восстановленные формы НАДН + Н⁺ и НАДФН + Н⁺, будучи синтезированными в клетке, затем вновь окисля­ются, при этом происходит перенос электронов на кисло­род. Этот способ используется в качестве основного спосо­ба, посредством которого клетка превращает химическую энергию поступивших извне питательных веществ в ути­лизируемую метаболическую энергию.

С тандартная энергия гидролиза некоторых соединений

G, ккал/моль

Нуклеозидтрифосфаты —7,3

1,3-Дифосфоглицерат —11,8

Фосфоенолпируват —14,8

Ацилтиоэфиры —7,37

Креатинфосфат —10,3

Восстановленные эквиваленты (при окислении):

НАДН + Н⁺; НАДФН + Н⁺ —52,6

Структура макроэргических соединений

1. НТФ, например ГТФ:

2. 1,3-Дифосфоглицерат:

3. Фосфоенолпируват:

4. Ацилтиоэфиры:

5. Восстановленные эквиваленты, например ФМН-Н2:

6. Креатинфосфат: