Что такое АТФ? Источник энергии ваших клеток

Каждая функция и движение тела требуют энергия. Энергетической валютой тела (и всех живых организмов) является молекула, несущая энергию, известная как аденозинтрифосфат, или сокращенно АТФ.

Хотя некоторые люди могут вспомнить, что слышали об АТФ на уроках биологии в средней школе, для большинства людей остается непонятным, как функционирует АТФ и как он производится.

Итак, что же такое АТФ? Как как производится АТФ? Из чего из чего состоит АТФ? Где где производится АТФ? И самое главное, что делает АТФ делает?

В этой статье мы вернемся к некоторым понятиям школьной биологии и рассмотрим, что такое АТФ, как производится АТФ и как АТФ функционирует в организме.

Мы рассмотрим:

• Что такое АТФ?

• Как работает АТФ?

• Как вырабатывается АТФ?

• Почему АТФ важен?

Давайте попрыгаем!

Что такое АТФ?

АТФ, что расшифровывается как аденозинтрифосфат, - это большая биомолекула, состоящая из азотистого основания (аденина) и молекулы сахара (рибозы), которые вместе образуют аденозин.

Компонент трифосфата означает три молекулы фосфата, соединенные с аденозином.

Молекула АТФ была впервые открыта в 1929 году немецким химиком Карлом Ломанном, который выделил ее в процессе изучения мышечных сокращений.

Однако для полного понимания АТФ потребовалось еще десятилетие. В 1939 году Фриц Липманн получил Нобелевскую премию за то, что установил, что АТФ имеет 'богатые энергией фосфатные связи' и является универсальным носителем энергии во всех живых клетках.

Как работает АТФ?

Молекула АТФ хранит энергию в фосфатных связях. При расщеплении молекул фосфатов высвобождается полезная энергия.

АТФ имеет самую высокую энергетическую конфигурацию; по мере удаления фосфатов энергия высвобождается, и в молекуле остается меньше запасенной энергии.

АТФ и АДФ постоянно находятся в цикле, переходя из более высокого энергетического состояния АТФ в низкое энергетическое состояние АДФ по мере того, как молекула фосфата либо отщепляется, либо добавляется обратно.

Таким образом, молекулу АТФ/АДФ можно уподобить перезаряжаемому аккумулятору: когда аккумулятор 'полон', молекула находится в трифосфатном состоянии - АТФ с тремя молекулами фосфата, несущими максимальное количество энергии, которое молекула может вместить для работы клетки.

Когда клетке требуется энергия, одна молекула фосфата удаляется, таким образом, молекула 'разряжается' от части своей энергии. В дифосфатном состоянии две молекулы фосфата, аденозиндифосфат, АДФ, - это низкоэнергетическая форма молекулы.

Затем, после приема пищи, организм может преобразовать энергию пищи в энергию фосфатных связей.

Другой фосфат может быть добавлен к состоянию 'разряженной батареи' ДП и превратить молекулу обратно в полностью заряженную АТФ.

Одна молекула АДФ/АТФ может пройти через этот цикл потери и приобретения молекулы фосфата или, по сути, быть заряженной и незаряженной бесчисленное количество раз в течение своего жизненного цикла.

Как вырабатывается АТФ?

Как же производится АТФ?

Организм производит молекулы АТФ в результате процесса, известного как гидролиз.

Энергия, получаемая из молекул углеводов, белков и жиров, содержащихся в потребляемых нами продуктах и напитках, может быть использована для образования молекулы АТФ, несущей энергию.

Основным источником пищи, используемым для получения АТФ, являются углеводы, потому что глюкозапростой сахар, на который расщепляются молекулы углеводов, является основным источником топлива для митохондрий в наших клетках.

Митохондрии - это органеллы, или маленькие клеточные компоненты, которые преобразуют калорийную энергию из пищи в клеточную энергию, или АТФ, посредством процесса, называемого клеточным дыханием.

По сути, митохондрии способны извлекать из пищи калорийную энергию, содержащуюся в связях молекул сахара, и преобразовывать ее в полезную энергию для клеток, которая, опять же, представляет собой молекулу АТФ.

Существуют различные типы клеточного дыхания - процесса, в ходе которого происходит преобразование энергии. Если клеточное дыхание происходит в присутствии кислорода, оно известно как аэробное дыхание.

Аэробное дыхание происходит по пути, известному как цикл Кребса или лимонной кислоты и цепь переноса электронов.

При недостатке кислорода, например, во время высокоинтенсивных тренировок, клеточное дыхание все равно происходит, но для этого используются другие пути, называемые анаэробным метаболизмом, а точнее, гликолизом и системой АТФ/ПК.

Молекулы глюкозы начинают превращаться в АТФ с помощью гликолиза - серии химических реакций, в результате которых молекулы глюкозы распадаются на более мелкие молекулы, называемые пируватом, и четыре молекулы АТФ.

Если гликолиз происходит в присутствии кислорода, то молекулы пирувата попадают в цикл Кребса или цикл лимонной кислоты, в котором оставшаяся часть молекул сахара расщепляется до переносчиков электронов.

Переносчики электронов - это специальные молекулы, которые участвуют в синтезе АТФ.

Они поступают в электронно-транспортную цепь (ЭТЦ), которая является еще одним аэробным путем клеточного дыхания. Этот путь прокачивает положительно заряженные протоны по внутренней мембране митохондрий, что в конечном итоге приводит к относительно большому количеству АТФ, по сравнению с более ранними стадиями и фазами процесса клеточного дыхания.

Хотя большая часть АТФ в человеческом организме вырабатывается в митохондриях при аэробном дыхании, АТФ также может вырабатываться анаэробно, без доступа кислорода, как в организме, так и в других живых организмах, таких как животные, растения и даже некоторые бактерии.

Например, в человеческом организме при интенсивной тренировке может не хватать кислорода для аэробного производства энергии. В таких случаях происходит анаэробный гликолиз, то есть вместо пирувата, конечного продукта всех химических реакций, входящих в цикл гликолиза, образуется лактат, конечным продуктом является лактат.

В результате молочнокислого брожения АТФ вырабатывается анаэробным путем. Однако цикл Кребса и электронно-транспортная цепь не могут работать без достаточного количества кислорода, поэтому потенциальный выход АТФ на каждую расщепленную молекулу глюкозы значительно снижается.

Кроме того, при анаэробном гликолизе образуются ионы водорода, которые являются кислотой и снижают уровень pH в мышечной ткани. Снижение pH может вызвать чувство жжения, которое возникает при высокоинтенсивных тренировках, таких как спринт или HIIT Тренировки.

Согласно исследованиям, при синтезе АТФ в процессе аэробного клеточного дыхания в митохондриях на каждую молекулу окисленной глюкозы приходится примерно 32 молекулы АТФ.

Обычно считается, что в организме происходит гидролиз от 100 до 150 молей АТФ в день для поддержания всех различных функций. Поскольку один моль равен 6,022 × 10²³ молекул, это представляет собой огромную потребность организма в АТФ в день.

Хотя большая часть АТФ вырабатывается в процессе клеточного дыхания, АТФ также может вырабатываться в процессе бета-окисления (при котором молекулы жира расщепляются для получения энергии) и кетоза (при котором кетоны сжигаются для получения энергии).

Кроме того, растения, водоросли и некоторые бактерии могут производить АТФ, преобразуя солнечный свет, а не энергию пищи в клеточную энергию (АТФ) с помощью фотосинтеза.

У этих организмов даже нет митохондрий. Они используют хлоропласты для осуществления функции клеточного дыхания.

Почему АТФ важен?

АТФ жизненно необходим для поддержания жизни любого организма, включая человеческое тело. Без АТФ клетки не могли бы выполнять свои функции, мышцы не могли бы сокращаться, пищеварение не происходило бы, сердце не могло бы биться и т. д.

АТФ необходима для использования энергии, содержащейся в продуктах, которые мы едим, поэтому без АТФ, даже если бы вы ели, вы не смогли бы использовать потенциальную энергию, содержащуюся в углеводах, белкахи жирах.

АТФ можно приравнять к бензину в автомобиле или к заряду батареи вашего смартфона. Если вы на нуле и у вас нет ни бензина, ни аккумулятора, автомобиль не будет работать, а ваш телефон нельзя будет использовать.

Важно отметить, что помимо макроэлементов (углеводов, белков и жиров) для производства АТФ необходимы микроэлементы, такие как витамины группы В и минералы - медь, магний, марганец и фосфор.

При условии, что вы потребляете хорошо сбалансированную диету, содержащую достаточное количество калорий для той физической активности, которую вы выполняетеЕсли вы потребляете хорошо сбалансированную пищу, содержащую достаточное количество калорий для вашей физической активности, остаетесь хорошо увлажненным и получаете достаточно отдыха, ваш организм должен иметь все необходимые ресурсы для производства АТФ и поддержания постоянного цикла АТФ/АДФ для обеспечения энергией ваших основных жизненных функций, а также вашей добровольной физической активности и упражнений.

Чтобы понять, какова суточная потребность вашего организма в калориях, вы можете обратиться к нашей статье, Что такое TDEE? Общий расход энергии, объяснение.