2. Макроэргические соединения. Атф как универсальный источник энергии. Другие макроэргические соединения и их биологическая роль.

К числу макроэргических соединений относятся, например, сахароза, уридин-дифосфат-глюкоза, АТФ.

Макроэргические связи представлены главным образом сложноэфирными связями. При этом почти все соединения с макроэргическими связями содержат атомы фосфора или серы, по месту которых эти связи локализованы.

Наиболее важным макроэргическим соединением в живых организмах является АТФ.

АТФ и его производные: АДФ и АМФ – присутствуют в клетке в довольно значительных количествах.

Во-первых, распределение зарядов у атомов фосфора и кислорода в трифосфатной группировке АТФ таково:

Т.е., кислородно-фосфорный остов трифосфатной группировки АТФ составлен положительно заряженными атомами кислорода и фосфора.

Во-вторых, трифосфатная группа молекулы АТФ содержит 4 ОН-группы, способные к ионизации. Три из них имеют рК между 2 и 3 и при рН 7,0 полностью диссоциируют. рК четвертой группы равно около 6,5. Поэтому при рН 7,0 эта группа диссоциирована примерно на 75%. Известно, что в ряде случаев реакции с участием АТФ идут при рН близком к 8,0. Таким образом, можно считать, что у молекулы АТФ при физиологических условиях ионизированы все 4 ОН-группы.

В-третьих, следует также учесть, что АТФ в интактной клетке присутствует в основном в виде Mg-AТФ^-2-комплекса, т.е.:

Таким образом, ионы магния оттягивают электроны от двух последних ионов кислорода, внося дополнительное напряжение в кислородно-фосфатный остов молекулы АТФ. Такая необычная структура молекулы АТФ в значительной степени объясняет то, что при гидролизе или преобразовании фосфатной связи этого вещества выделяется гораздо больше энергии, чем при разрушении химической связи иной природы.

Аналогично с точки зрения квантово-механических представлений построены и остальные макроэргические соединения. При этом неустойчивая система сопряжения электронов в них при любых преобразованиях легко и необратимо нарушается.

Учитывая, что молекула АТФ (или иного макроэргического соединения) связана в процессе реакции с белком-ферментом, необходимо отметить чрезвычайную важность белковой молекулы в передаче энергии вначале на пуриновую часть молекулы АТФ, а затем посредством изменения конформации фермента – на субстрат реакции, который претерпевает соответствующее изменение, превращаясь в продукт реакции.

Энергия, выделяемая при распаде макроэргических соединений, за счёт которой может быть совершена та или иная работа, используется не только для химического синтеза. Она может служить в организме для теплообразования, свечения, накопления электричества, выполнения механической работы и т.д. При этом химическая энергия преобразуется в тепловую, лучистую, электрическую, механическую и др.

Следует также подчеркнуть, что в живых системах энергия, необходимая для осуществления химической реакции, будучи высвобождена в одной точке, может быть передана в другую точку, где она непосредственно используется. При этом идёт непрерывный процесс запасания энергии в виде химических связей органических веществ.

Таким образом, обмен веществ и энергии представляет собой единый, неразрывный процесс, где видоизменение вещества всегда сопровождается выделением или поглощением свободной энергии. Т.е. закономерности обмена веществ и энергии в живой природе являются частным случаем общего закона сохранения материи и энергии.