Аденозин трифосфат (АТФ) – синтез и участие в енергийния метаболизъм

Аденозин трифосфат (АТФ) осигурява енергия на всички клетки чрез интересни процеси. Той се открива в цитоплазмата и нуклеоплазмата на клетките. 

Устройство и синтез

Нуклеотидът е изграден от три структури – азотна основа (аденин), захарна рибоза, както и три фосфата (откъдето идва и втората част на името му). Той доставя енергия чрез фосфатите, наредени на “опашка” към молекулата. Енергията в молекулата се пренася във веригата на трите фосфата. Връзките между тях носят количеството енергия. 

Под въздействието на хидролиза (добавяне на молекула вода) връзките между фосфатите се разпадат и наличната енергия се отдава. Когато трифосфатната верига се разпадне, в състава на нуклеотида намалява броя на фосфатите. Новото съединение наричаме аденозин монофосфат или аденозин дифосфат.  

От монофосфатния и дифосфатния нуклеотид се създават нови трифосфатови съединения чрез клетъчното дишане, като опашката се възстановява. Това презарежда нуклеотида с енергия и той е готов да започне преноса отново. 

Митохондриите могат да контролират синтеза на аденозин трифосфат. Когато клетките са достатъчно захранени, производството му се забавя. Митохондрията може да стимулира производството на нуклеотида, когато клетките имат нужда от това.  

Ензимът, който събира фосфатите в състава на молекулата, се открива в митохондриите и в хлоропластите. Човешкото тяло използва и презарежда количество АТФ еквивалентно на собственото му телесно тегло за едно денонощие.   При растенията нуклеотидът се произвежда чрез фотосинтезата. В процеса на ферментация също се синтезира тази молекула, но в малки количества и това не е основният начин за синтез на АТФ в клетките.

Функции и значение

АТФ е забележителен с умението си да осъществява връзки и реакции с разнообразните физиологични процеси. Нуклеотидът има няколко важни задачи:

• Транспортира йони и енергия до клетките 
• Съдейства за свиването на мускулите 
• Разпространява и предава нервни импулси 
• Участва в химични реакции и синтези. 

Освен като енергиен дистрибутор, молекулата осъществява междуклетъчната комуникация. Нуклеотидът е важна част от процеса по синтезиране на ДНК.  

Енергиен дистрибутор за клетките 

Аденозин трифосфат осигурява път на енергията към клетката. Той е краен продукт от процесите на фотофосфорилиране. Живите същества използват молекулата като батерия. Енергията, с която нуклеотидът захранва клетките, е нужна за всички механизми и системи в тялото. Те включват синтез на ДНК и РНК, различни видове вътреклетъчно и външноклетъчно сигнализиране, транспорт на вещества и мускулни контракции.

Съхранената енергия се преобразува в АТФ, когато клетките имат нужда от нея.  

Фосфатните групи могат да носят голямо количество енергия. Нуклеотидът непрестанно заменя фосфатите си с нови, за да може непрекъснато да захранва клетките. Разпадът дори на една връзка носи енергия, равна на енергийната стойност на един фъстък. 

Чрез това съединение тялото отдава енергия на клетъчните структури. То поема химическата енергия от разградените хранителни молекули и с нея захранва другите клетки. 

След като храната се приеме от тялото и разгради, тя се променя и се превръща в глюкоза. Митохондриите могат да преобразуват глюкозата в АТФ както при наличието на кислород, така и без него. Производство в безкислородна среда е нужно на растения, водорасли и бактерии. 

Глюкозата е основният източник на гориво, което митохондриите на нашите клетки използват, за да преобразуват калорийната енергия от храната във важната молекула. При този синтез клетките успешно използват енергийния източник. Важно свойство на нуклеотида, което прави преноса възможен, е неговата способност да работи еднакво добре и вътре, и извън клетките. 

Нервни импулси 

АТФ има важна функция за осъществяването на комуникация между невроните.  Нуклеотидът е ко-невротрансмитер. АТФ модулира действието на други невротрансмитери като например глутамат и гама-аминобутирова киселина. Той може да повлияе върху силата и продължителността на синаптичните сигнали.

В някои случаи АТФ се освобождава от невроните и участва директно в синапсите, като предизвиква сигнализация между нервните клетки. Но този процес не е основният в нервната система.

В рамките на периферната нервна система ролята му е да подпомага предаването на химически сигнали в сензорните и автономните нервни възли. Все още се изучава ролята на АТФ в централната нервна система и как нуклеотидът предизвиква светкавичната сигнализация, когато е нужно.  

Около 25% от произведеното количество се консумира от мозъка. Там се наблюдава голяма част от нервната сигнализация. Тялото има нужда от много енергия за поддържането на йоните, от които зависи правилната невронна комуникация.  

След като сигналът достигне до клетката, тя реагира по специфичен начин. Клетките получават сигнали да растат, да метаболизират и дори да умрат.  

Предизвикване на метаболитни процеси 

Нуклеотидът стимулира синтезирането на жизненоважни молекули – белтъчини, мазнини, нуклеинови киселини. С присъствието му процесът по създаване и сглобяване на различните мономери се захранва с енергия.  

Преодоляване на клетъчните мембрани 

Транспортирането на различни йони през защитните клетъчни мембрани е особено важно за правилното функциониране на клетките. Тази функция изпълнява аденозин трифосфата.  

По този начин се балансира концентрацията на вещества и молекули във вътреклетъчните пространства.

Влияние върху мускулните контракции 

Без този нуклеотид мускулите не могат да функционират. Използват се три различни начина за тяхното задвижване чрез хидролиза. Нуклеотидът подхранва свиването на мускулните влакна, като осигурява енергията, нужна за взаимодействието между протеините. 

Кетоза

Организмите използват глюкоза, за да синтезират важната молекула. В ситуации на ограничена глюкоза тялото се обръща към алтернативния енергиен източник на кето телата. От кетони също толкова ефикасно се произвежда нуклеотида. 

Клетките променят и адаптират пътищата, от които черпят енергия, и започват да консумират кетонови тела вместо глюкоза. По време на разпада на кетоните се генерират близо  двадесет и две АТФ молекули, но точният им брой варира в зависимост от наличното количество въглехидрати и мастни киселини в организма, метаболитната активност и други фактори.

Употреба на аденозин трифосфат в медицината 

Допълването на тялото с аденозин трифосфат в клинични условия има някои ползи за пациентите, засегнати от диабетна ретинопатия, глаукома, лупус, артрити, мускулни възпаления и др.

Контрол на болката 

При интравенозни вливания на аденозин пациентите споделят известно понижаване на болката. Този благоприятен ефект е от полза при хирургични намеси и възпаления. Чрез тези вливания се активират болкоуспояващите методи на тялото.  

По време на анестезия на пациентите се дават ниски дози аденозин. Това е още един момент, в който е нужно да се намали болката. В някои случаи ефектът е сравним с морфин.  С помощта на подобни вливания се намалява употребата на опиоиди след хирургични намеси. Действието на допълнителния АТФ е дълготрайно. 

Във фармацията 

При провеждането на фармакологични изследвания и при разработването на медикаменти, внимателно се наблюдава влиянието върху нуклеотида. При изследването на лекарствени продукти се разглежда как те биха повлияли на органичните съединения, които зависят от него.

Външно снабдяване

Във фармацевтичната индустрия се откриват инжекции и таблетки с аденозин трифосфат. В дерматологията се използват инжекциите за заздравяване на рани, против косопад и за забавяне на стареенето. 

Хранителни добавки се откриват под формата на таблетки и капсули. За тях се твърди, че подобряват спортните постижения, повишават енергийните нива и забързват телесните процеси за възстановяване. Изследванията за ползите от външното добавяне на нуклеотида са малко.  

Заключение

Въпреки медицинските приложения, основата роля в организма остава естествената му функция на носител на енергия. Без него се прекъсва функционирането на системите и животоподдържащите процеси в тялото.  

Често задавани въпроси