Кіріспе
АТФ-ның АДФ-ға дейінгі катаболизмі – аденозин трифосфатындағы (АТФ) жоғары энергиялы фосфоангидридтік байланыстарда сақталған химиялық энергияның, мысалы, бұлшық еттерде, осы байланыстардың үзілуінен кейін механикалық энергия түрінде жұмыс істеу арқылы босатылатын гидролиз процесі. Нәтижесінде аденозин дифосфаты (АДФ) және бейорганикалық фосфат (Pi) түзіледі. АДФ одан әрі гидролизделгенде энергия, аденозин монофосфаты (АМФ) және тағы бір бейорганикалық фосфат (Pi) бөлінеді. АТФ гидролизі – тамақтан немесе күн сәулесінен алынған энергия мен бұлшық еттердің жирылуы, мембраналар арқылы электрохимиялық градиенттердің қалыптасуы және тіршілікті сақтауға қажетті биосинтез процестері сияқты пайдалы жұмыс арасындағы соңғы байланыс. Ангидридтік байланыстар көбінесе «жоғары энергиялы байланыстар» деп аталады. P-O байланыстары іс жүзінде күшті (~30 кДж/моль C-N байланыстарынан күштірек) және оларды үзу оңай емес. Төменде көрсілгендей, АТФ гидролизі кезінде энергия бөлінеді. Дегенмен, P-O байланысы үзілген кезде энергия жұмсау қажет. Жүйенің жалпы энергиясын төмендетіп, оны тұрақтандыратын – жаңа байланыстардың пайда болуы және энергияның көп мөлшерін бөліп шығаратын төмен энергетикалық бейорганикалық фосфаттың түзілуі. АТФ, АДФ және бейорганикалық фосфаттың қышқылдық-негіздік қасиеттеріне байланысты, АТФ гидролизі реакциялық ортаның pH деңгейін төмендетуге әсер етеді. Белгілі бір жағдайларда, АТФ гидролизінің жоғары деңгейі сүт қышқылының пайда болуына себеп болуы мүмкін.
ATP hydrolysis is the catabolic reaction process by which chemical energy that has been stored in the high energy phosphoanhydride bonds in adenosine triphosphate (ATP) is released after splitting these bonds, for example in muscles, by producing work in the form of mechanical energy. The product is adenosine diphosphate (ADP) and an inorganic phosphate (Pi). ADP can be further hydrolyzed to give energy, adenosine monophosphate (AMP), and another inorganic phosphate (Pi). ATP hydrolysis is the final link between the energy derived from food or sunlight and useful work such as muscle contraction, the establishment of electrochemical gradients across membranes, and biosynthetic processes necessary to maintain life. Anhydridic bonds are often labelled as "high energy bonds". P O bonds are in fact fairly strong (~30 kJ/mol stronger than C N bonds) and themselves not particularly easy to break. As noted below, energy is released by the hydrolysis of ATP. However, when the P O bonds are broken, input of energy is required. It is the formation of new bonds and lower energy inorganic phosphate with a release of a larger amount of energy that lowers the total energy of the system and makes it more stable. Due to the acid base properties of ATP, ADP, and inorganic phosphate, the hydrolysis of ATP has the effect of lowering the pH of the reaction medium. Under certain conditions, high levels of ATP hydrolysis can contribute to lactic acidosis.
Өндірілген энергия мөлшері
Терминал фосфоангидридтік байланыстың гидролизі – өте эксергонды процесс. Босатылатын энергияның мөлшері нақты жасушадағы жағдайларға байланысты. Атап айтқанда, босатылған энергия АТФ, АДФ және Пи концентрацияларына тәуелді. Бұл молекулалардың концентрациясы тепе-теңдік мәндерінен ауытқанда, Гиббс еркін энергиясының өзгеруінің (ΔG) мәні одан да әртүрлі болады. Стандартты жағдайда (АТФ, АДФ және Пи концентрациясы 1 М, су концентрациясы 55 М) ΔG мәні 28-34 кДж/моль аралығында. ΔG мәнінің диапазоны бар, себебі бұл реакция АТФ молекуласын тұрақтандыратын Mg2+ катиондарының концентрациясына байланысты. Жасушалық орта да ΔG мәнінің айырмашылықтарына әсер етеді, өйткені АТФ гидролизі тек зерттелген жасушаға ғана емес, сонымен қатар оны қоршаған тіндерге және тіпті жасуша ішіндегі бөлімдерге де тәуелді. Сондықтан ΔG мәндерінің өзгеруі күтілуге тиіс. Бір зерттеуде адамдарда ΔG-ні in vivo анықтау үшін, АТФ, АДФ және Пи концентрациясы ядролық магниттік резонанс арқылы өлшенді. ΔG стандарттық мәнін және ΔG эксперименттік мәнін салыстыру арқылы, адамдарда өлшенген АТФ гидролизінен босатылатын энергия, стандартты жағдайда алынатын энергиядан шамамен екі есе көп екенін көруге болады.