АТФ и другие органические соединения клетки

Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК — это полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.

Нуклеотиды образованы остатком пятиуглеродного сахара — дезоксирибозы (у ДНК) и рибозы у (РНК), остатком фосфорной кислоты и остатком одного из азотистых оснований.

Азотистое основание связывается с углеводом, так образуется нуклеозид. Схематически образование нуклеозида можно изобразить так.

В состав нуклеиновых кислот входят 8 нуклеозидов, 4 — в состав РНК и 4 — в состав ДНК. Нуклеозид, связанный с остатком фосфорной кислоты, называется нуклеотидом.

При этом остаток фосфорной кислоты может быть связан с третьим или пятым атомом углерода.

Сокращённо аденозин-5-монофосфат обозначается как АМФ. В его состав входит рибоза.

К нуклеозидмонофосфатам (НМФ) могут присоединиться ещё 1 или 2 остатка фосфорной кислоты.

При этом образуются нуклеозиддифосфаты или нуклеозидтрифосфаты.

Таким образом, нуклеотиды являются структурной основой для целого ряда важных для жизнедеятельности органических веществ. Например, макроэргических соединений (высокоэнергетических соединений). К таким соединениям и относится АТФ (аденозинтрифосфат).

Строение и функции АТФ

Эта молекула является универсальным источником энергии для многих биохимических процессов, протекающих в живых системах.

Химически АТФ представляет собой трифосфорный эфир аденозина, который является производным аденина и рибозы.

Пуриновое азотистое основание — аденин — соединяется β-N-гликозидной (бета эн гликозидной) связью с первым углеродом рибозы.

К пятому углероду рибозы последовательно присоединяются три молекулы фосфорной кислоты.

АТФ, как мы уже сказали относится к так называемым макроэргическим соединениям, то есть к химическим соединениям, содержащим связи, при гидролизе (разрыве) которых происходит освобождение значительного количества энергии.

При разрыве одной макроэргической связи, который сопровождается с отщеплением фосфорной кислоты, выделяется приблизительно 40 кДж энергии.

Высвобожденная энергия используется в разнообразных процессах, протекающих с затратой энергии, например при делении клетки.

У животных большое количество АТФ синтезируется на кристах митохондрий (а конкретнее — на дыхательной цепи) в процессе клеточного дыхания.

У растений АТФ образуется при дыхании и фотосинтезе за счёт энергии света.

Главная роль аденозинтрифосфорной кислоты в организме связана с обеспечением энергией многочисленных биохимических реакций.

Вместе с другими нуклеозидтрифосфатами АТФ является исходным продуктом при синтезе нуклеиновых кислот.

Присоединяясь к регуляторным центрам ферментов, АТФ усиливает или подавляет их активность.

Известна роль АТФ в качестве медиатора в синапсах.

К органическим веществам также относятся витамины.

Витамины — это биологически активные органические соединения различной химической природы. Они синтезируются как самим организмом, так и поступают из вне с пищей.

Многие витамины являются незаменимыми пищевыми веществами, так как большинство из них не образуется в организме человека. Они синтезируются растениями и животными, которые служат человеку пищей.

Витамины часто входят в состав многих ферментов, в результате становясь их коферментами.

Мы знаем, что ферменты ускоряют химические реакции в организме. Если кофермент не присоединится к ферменту, то работа его прекращается. В следствие этого нарушается обмен веществ, а затем развиваются болезни.

Действие витаминов специфично, нельзя, например, вместо недостающего витамина употреблять другой.

Витамины условно обозначаются большими буквами латинского алфавита: A, B, C, D, E, H, K и т. д. В настоящее время известно около пятидесяти витаминов.

Классифицируют их на водорастворимые и жирорастворимые.

К водорастворимым витаминам относят:

Витамин В1 (тиамин);

Витамин В2 (рибофлавин);

Витамин РР (никотиновая кислота);

Витамин С (аскорбиновая кислота).

К жирорастворимым витаминам относят:

Витамин А (ретинол);

Витамин D (холекальциферол);

Витамин Е (токоферол);

Витамин К (филлохинон).

Витамин B1 (Бэ-1) (тиамин). Структура витамина включает пиримидиновое и тиазоловое кольца, соединённые метановым мостиком.

Витамин B1 содержится в продуктах растительного происхождения (оболочке семян хлебных злаков и риса, горохе, фасоли, сое и др.).

Суточная потребность взрослого человека в среднем составляет 2-3 мг этого витамина.

Тиамин входит в состав некоторых ферментов и ферментных комплексов.

Недостаточность витамина В1 приводит к дегенеративному изменению нервов, нарушению сердечной деятельности, нарушению секреторной и моторной функций желудочно-кишечного тракта.

Витамин В2 (рибофлавин)

Он находится в таких продуктах, как печень, яйца, молоко, дрожжи. Также содержится в шпинате, пшенице и ржи.

Суточная потребность в витамине В2 взрослого человека составляет 1,8-2,6 мг.

После всасывания рибофлавина в слизистой оболочке кишечника происходит образование коферментов, к которые входят в состав определённых ферментов, принимающих участие в окислительно-восстановительных реакциях.

Недостаточность рибофлавина приводит к остановке роста у молодых организмов, развитию воспалительных процессов на слизистой оболочке ротовой полости, а также дерматитов носогубной складки, воспалению глаз (конъюнктивита, катаракты), развитию общей мышечной слабости и слабости сердечной мышцы.

Витамин РР (никотиновая кислота)

Никотиновая кислота широко распространена в растительных продуктах, высоко её содержание в рисовых и пшеничных отрубях, дрожжах, много витамина в печени крупного рогатого скота и свиней.

Суточная потребность этого витамина для взрослых составляет 15-25 мг, для детей - 15 мг.

Никотиновая кислота в организме входит в состав NAD, который является коферментом.

Недостаточность витамина РР приводит к заболеванию «пеллагра».

Пеллагра проявляется в виде дерматита на участках кожи, расстройств желудочно-кишечного тракта (диарея) и воспалительных поражений слизистых оболочек рта и языка.

Витамин С (аскорбиновая кислота)

Аскорбиновая кислота существует в двух формах: восстановленной и окисленной.

Источники витамина С — это свежие фрукты, овощи, зелень.

Суточная потребность человека в витамине С самая большая по сравнению с потребностью в других витаминах, она составляет 50-75 мг. 

Аскорбиновая кислота: участвует во многих реакциях гидроксилирования; восстанавливает в кишечнике Fe3+ (железо три с плюсом) способствуя его всасыванию. Являясь природным антиоксидантом, аскорбиновая, кислота нейтрализует свободные радикалы.

Аскорбиновая кислота также регулирует свёртываемость крови, нормализует проницаемость капилляров, необходима для кроветворения, оказывает противовоспалительное и потивоаллергическое действие.

Недостаточность аскорбиновой кислоты приводит к заболеванию, называемому цингой, при котором нарушается образование коллагена в соединительной ткани.

Вследствие этого наблюдают разрыхление дёсен, расшатывание зубов, нарушение целостности капилляров (сопровождающееся подкожными кровоизлияниями).

Витамин А (ретинол)

Витамин А это циклический, ненасыщенный, одноатомный спирт.

Ретинол содержится в продуктах животного происхождения — печени крупного рогатого скота и свиней, яичном желтке, молочных продуктах; особенно богат этим витамином рыбий жир.

В растительных продуктах (моркови, томатах, перце и др.) содержатся каротиноиды, являющиеся провитаминами А.

В слизистой оболочке кишечника и клетках печени содержится специфический фермент каротиндиоксигеназа, превращающий каротиноиды в активную форму витамина А.

Суточная потребность витамина А взрослого человека составляет от 1 до 2,5 мг витамина или от 2 до 5 мг каротинов.

Различные формы витамина А участвуют в следующих процессах:

1. Регулируют нормальный рост и дифференцировку клеток развивающегося организма (эмбриона, молодого организма);

2. Регулируют деление и дифференцировку быстро делящихся тканей - хряща и костной ткани, эпителия кожи и слизистых;

3. Участвуют в фотохимическом акте зрения.

Биохимическая основа действия витамина А чаще всего связана с влиянием на проницаемость мембран.

Наиболее ранний и характерный признак недостаточности витамина А у людей — это нарушение сумеречного зрения (гемералопия, или куриная слепота).

Витамин D3 (холекальциферол).

Витамин D3 образуется в коже человека под действием ультрафиолетовых лучей.

Наибольшее количество витамина D3 содержится в продуктах животного происхождения: сливочном масле, желтке яиц и рыбьем жире.

Суточная потребность для детей составляет 12-25 мкг (микрограмм), для взрослого человека потребность значительно меньше.

Основная функция витамина D3 — это обеспечение нормального роста и развития костей, предупреждение рахита и остеопороза, регуляция минерального обмена и отложения кальция в костной ткани и дентине.

При недостатке витамина D3 у детей развивается заболевание рахит, характеризуемое нарушением кальцификации растущих костей. При этом наблюдается деформация скелета с характерными изменениями костей.

Витамин Е (токоферол)

Токоферол представляет собой маслянистую жидкость, хорошо растворимую в органических растворителях.

Витамин Е содержится в растительных маслах, салате, капусте, семенах злаков, сливочном масле, яичном желтке.

Суточная потребность взрослого человека в витамине составляет примерно 5 мг.

Витамин Е улучшает циркуляцию крови, необходим для регенерации тканей, обеспечивает нормальную свёртываемость крови и заживление, снижает кровяное давление, способствует предупреждению катаракт, поддерживает здоровье нервов и мускулов, укрепляет стенки капилляров; предотвращает анемию. Так же токоферол повышает биологическую активность витамина А.

Дефицит витамина Е проявляется мышечной и скелетной дистрофией.  При этом мышечные волокна подвергаются распаду. Так же дефицит этого витамина проявляется развитием анемии — сокращением длительности жизни красных кровяных клеток (эритроцитов). Также могут страдать сердечная мышца и репродуктивные функции организма.

Витамин К (филлохинон)

Витамин К существует в нескольких формах в растениях как филлохинон (К1), а в клетках кишечной флоры — как менахинон (К2).

Витамин К содержится в капусте, шпинате, киви, а также в печени крупного рогатого скота и свиней.

Суточная потребность в витамине взрослого составляет 1-2 мг.

Витамин К играет важную роль в формировании и восстановлении костей, обеспечивает синтез остеокальцина — белка костной такни, на котором кристаллизуется кальций. Он способствует предупреждению остеопороза, участвует в регуляции окислительно-восстановительных процессов в организме, а также в процессе свёртывания крови.

Водорастворимые витамины при их избыточном поступлении в организм, будучи хорошо растворимыми в воде, быстро выводятся из организма.

Жирорастворимые витамины хорошо растворимы в жирах и легко накапливаются в организме при их избыточном поступлении с пищей. Их накопление в организме может вызвать расстройство обмена веществ, называемое гипервитаминозом, и даже гибель организма.