Значение АТФ в энергетике биохимических реакций

11.04.2017
Все биохимические реакции в живых клетках подчиняются основным законам термодинамики, Первый закон — закон сохранения энергии. Энергия может превращаться из одного вида в другой, но общее количество энергии остается постоянным.
Второй закон термодинамики предусматривает существование двух форм энергии — свободной и рассеиваемой. Первая форма полезной энергии используется в протекающих реакциях, т. е. производит работу, вторая рассеивается в виде теплоты и не может быть использована в данной реакции,
Обмен веществ в живом организме неразрывно связан с обменом и превращением энергии. Сначала высокомолекулярные вещества гидролитически распадаются на низкомолекулярные. Количество освобождающейся при этом энергии незначительно. Затем в процессах окисления углеводов, жирных кислот и аминокислот происходит выделение значительных количеств энергии. Из большого количества продуктов гидролиза основное энергетическое значение имеют три: ацетил-коэнзим А, ?-кето-глутаровая кислота и щавелевоуксусная кислота, которые подвергаются окислению в конечной стадии через цикл лимонной кислоты (так называемый цикл Кребса), где освобождается примерно 2/3 энергии. Около 30—40% химической энергии превращается в теплоту, а более 60% ее используется для синтеза богатых энергией макроэргических соединений.
Наиболее важным показателем энергетического эффекта служит величина свободной энергии, т. е. энергии, производящей определенную работу. Изменение свободной энергии выражают в килокалориях на моль, и она представляет собой разницу между количеством свободной энергии в начале реакции и количеством ее в момент достижения равновесия.
В клетках живых организмов содержится много различных соединений, содержащих эфиры фосфорной кислоты. У одной группы этих соединений величина свободной анергии гидролиза не превышает 12,6 кДж/моль (3 ккал/моль), Сюда можно отнести глицерофосфат, 3-фоефоглицерн новую кислоту, глюкозо-6-фосфат, фруктозо-6-фосфат и др. Однако имеются соединения, при гидролизе которых выделяется значительно большие количества свободной энергии — 40—50 кДж/модь (10—12 ккал/ /моль). Эти соединения принято называть макроэргическими и обозначать их знаком -. Из них наиболее важной, играющей центральную роль в процессах обмена веществ живых организмов, является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ).
АТФ является связующим звеном между двумя противоположными процессами ассимиляции и диссимиляции веществ. В первом процессе используются и перерабатываются продукты, поступающие в организм из внешней среды, Процессы диссимиляции связаны с распадом продуктов на более простые соединения, выделяемые в окружающую среду в качестве конечных продуктов жизнедеятельности.
Все реакции в биологических системах протекают при участии ферментов за счет энергии, освобождаемой при распаде молекул углеводов, белков, жиров и других веществ, в то время как при проведении обычных химических реакций основная часть энергии выделяется или поглощается в виде тепловой энергии и эти реакции, как правило, протекают при высоких температурах, Наоборот, все биохимические реакции протекают при невысокой температуре, причем энергия, затрачиваемая в этом случае, поставляется или накапливается обычно в виде указанных макроэргических фосфатных связей.