5. Макроэргические молекулы. Атф: строение, синтез, значение.

Макроэрги́ческие соедине́ния (греч. makros большой + ergon работа, действие; синоним: высокоэргические соединения, высокоэнергетические соединения) группа природных веществ, молекулы которых содержат богатые энергией, или макроэргические, связи; присутствуют во всех живых клетках и участвуют в накоплении и превращении энергии. Разрыв макроэргических связей в молекулах макроэргических соединениях сопровождается выделением энергии, используемой для биосинтеза и транспорта веществ, мышечного сокращения, пищеварения и других процессов жизнедеятельности организма.

Все известные макроэргические соединения содержат фосфорильную (—РО₃Н₂) или ацильную группы.

Свободная энергия гидролиза макроэргических соеднений составляет 6—14 ккал/моль.

АТФ

Наиболее важным таким метаболитом, макроэргом, обеспечивающим энергией большое число энергозависимых реакций, является нуклеотидный кофермент аденозитрифосфат - АТФ.

В АТФ цепочка из трех фосфатных остатков связана с 5'-OH-группой аденозина. Фосфатные группы обозначаются как α, β и γ. Рибоза связана с α-фосфатом фосфоэфирной связью. Три фосфатных остатка соединены между собой менее устойчивыми фосфоангидридными связями.

Способы синтеза АТФ

Так как синтез АТФ является высоко эндоэргической реакцией, он должен сопрягаться с другим высоко экзоэргическим процессом. В ходе эволюции сформировались следующие способы синтеза АТФ, которые реализуются в клетках.

1. эволюционно более ранний способ синтеза АТФ осуществляется в анаэробных условиях. Он основан на переносе фосфатных остатков на АДФ через метаболит с высоким потенциалом переноса фосфатных групп. Типичным примером является образование АТФ из креатинфосфата.

Креатинфосфат, подобно АТФ, явлется высокоэнергетическим соединением. Однако, в отличие от АТФ, гидролизуемой по пирофосфатной связи O-P, креатин гидролизуется по фосфамидной связи N-P, что обуславливает значительно больший энергетический эффект реакции. Так, при гидролизе изменение свободной энергии для креатина ~ -43 кДж/моль, в то время как при гидролизе АТФ до АДФ ~ -30 кДж/моль

В клетках различных млекопитающих креатинкиназа присутствует в виде цитоплазматических изоферментов - мышечного, мозговога, а также в виде митохондриального изофермента.

Митохондриальная креатинкиназа превращает синтезированный в митохондриях АТФ в креатинфосфат; в виде креатинфосфата энергия транспортируется к местам ее утилизации, где и происходит обратная реакция образования АТФ из креатинфосфата и АДФ с помощью цитоплазматических изофермен­тов.

2. субстратное фосфорилирование - реакции, в которых реакциях неорганический фосфат (Рi) переносится на АДФ за счет высокого химического потенциала, эти, являются частью метаболического пути («субстратной цепи»): одна из таких реакций - образование ГТФ в цитратном цикле; вторая подобная реакция осуществляется в процессе гликолиза (реакции, катализируемые фосфоглицеральдегиддегидрогеназой и енолазой).

3. фотосинтетическое фосфорилирование

4. наиболее эффективный способ синтеза АТФ использует энергию градиента электрохимического потенциала. Энергия для создания такого градиента возникает в результате окислительно-восстановительного процесса. Этот механизм называют окислительным фосфорилированием. Окислительное фосфорилирование происходит только в присутствии кислорода (т. е. в аэробных условиях).

Другие нуклеозидтрифосфатные коферменты (ГТФ, ЦТФ и УТФ), химически похожие на АТФ, но их роль в организме более специфична – играют роль поставщиков энергии в различных биосинтетических процессах и взаимопревращениях углеводов, липидов.

Так ГТФ играет роль как источник энергии для активации субстратов в метаболических реакциях, при этом ГТФ более специфичен, чем АТФ. Используется как источник энергии в биосинтезе белка.

ЦТФ используется как источник энергии и как коэнзим в метаболических реакциях, таких как синтез глицерофосфолипидов и гликозирование протеинов.

К макроэргическим соединениям относятся также соответствующие пирофосфорная и полифосфорная кислоты (фосфоенолпировиноградная и 1,3-дифосфоглицериновая кислоты, ацетил- и сукцинилкофермент А, аминоацильные производные адениловой и рибонуклеиновых кислот и др .