Гидролиз АТФ: распад АТФ на АДФ и АМФ – источник энергии для мышц и биохимических процессов. Важнейший этап в использовании энергии питательных веществ.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Катаболизм АТФ до АДФ
Catabolism of ATP into ADP
Гидролиз АТФ — это катаболический процесс, в ходе которого химическая энергия, запасенная в высокоэнергетических фосфоангидридных связях аденозинтрифосфата (АТФ), высвобождается при разрыве этих связей, например, в мышцах, в результате выполнения работы в форме механической энергии. Продуктами являются аденозиндифосфат (АДФ) и неорганический фосфат (Pi). АДФ может быть дополнительно гидролизован с образованием энергии, аденозинмонофосфата (АМФ) и еще одного неорганического фосфата (Pi). Гидролиз АТФ является конечным звеном между энергией, полученной из пищи или солнечного света, и полезной работой, такой как сокращение мышц, создание электрохимических градиентов через мембраны и биосинтетические процессы, необходимые для поддержания жизни. Фосфоангидридные связи часто называют "связями высокой энергии". P-O связи на самом деле довольно прочные (~на 30 кДж/моль прочнее, чем C-N связи) и сами по себе нелегко разрываются. Как указано ниже, энергия высвобождается при гидролизе АТФ. Однако, когда P-O связи разрываются, требуется затрата энергии. Именно образование новых связей и низкоэнергетического неорганического фосфата с высвобождением большего количества энергии снижает общую энергию системы и повышает ее стабильность. В силу кислотно-основных свойств АТФ, АДФ и неорганического фосфата, гидролиз АТФ приводит к снижению pH реакционной среды. При определенных условиях интенсивный гидролиз АТФ может способствовать развитию молочнокислого ацидоза.
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.
Количество произведенной энергии
Гидролиз терминальной фосфоангидридной связи — высокоэкзергонический процесс. Количество высвобождаемой энергии зависит от условий в конкретной клетке. В частности, высвобождаемая энергия зависит от концентраций АТФ, АДФ и фосфата (Pi). По мере отклонения концентраций этих молекул от равновесных значений, изменение свободной энергии Гиббса (ΔG) будет существенно различаться. В стандартных условиях (концентрации АТФ, АДФ и фосфата равны 1 М, концентрация воды равна 55 М) значение ΔG составляет от 28 до 34 кДж/моль. Диапазон значений ΔG обусловлен зависимостью этой реакции от концентрации катионов Mg2+, которые стабилизируют молекулу АТФ. Клеточная среда также вносит вклад в различия в значении ΔG, поскольку гидролиз АТФ зависит не только от исследуемой клетки, но и от окружающей ткани и даже от компартмента внутри клетки. Следовательно, изменчивость значений ΔG вполне ожидаема. В одном исследовании для определения ΔG in vivo у человека концентрации АТФ, АДФ и фосфата измерялись с помощью ядерного магнитного резонанса. Сравнение стандартного и экспериментального значений ΔG показало, что энергия, высвобождаемая при гидролизе АТФ у человека, почти вдвое превышает энергию, выделяемую в стандартных условиях.
Hydrolysis of the terminal phosphoanhydridic bond is a highly exergonic process. The amount of released energy depends on the conditions in a particular cell. Specifically, the energy released is dependent on concentrations of ATP, ADP and Pi. As the concentrations of these molecules deviate from values at equilibrium, the value of Gibbs free energy change (ΔG) will be increasingly different. In standard conditions (ATP, ADP and Pi concentrations are equal to 1M, water concentration is equal to 55 M) the value of ΔG is between 28 and 34 kJ/mol. The range of the ΔG value exists because this reaction is dependent on the concentration of Mg2+ cations, which stabilize the ATP molecule. The cellular environment also contributes to differences in the ΔG value since ATP hydrolysis is dependent not only on the studied cell, but also on the surrounding tissue and even the compartment within the cell. Variability in the ΔG values is therefore to be expected. In one particular study, to determine ΔG in vivo in humans, the concentration of ATP, ADP, and Pi was measured using nuclear magnetic resonance. By comparing the standard value of ΔG and the experimental value of ΔG, one can see that the energy released from the hydrolysis of ATP, as measured in humans, is almost twice as much as the energy produced under standard conditions.