Аденозинтрифосфат или аденозинтрифосфорная кислота (сокращенное обозначение – АТФ) – основной энергетический субстрат в организме.  Вещество обнаруживается во всех установленных формах жизни на планете. Представляет собой высокоэнергетическую субстанцию, выполняющую функции медиатора – транспортера химической энергии в клетках. Именно благодаря топливным ресурсам АТФ возможен полноценный метаболизм – обмен веществ.

Аденозинтрифосфат производится посредством фотофосфорилирования – процесса синтеза из АДФ (нуклеотида, состоящего из аденина, рибозы и двух остатков фосфорной кислоты)за счет световой энергии. АТФ, слабо растворимый в воде, является очень сильным кислотным соединением. Важный поставщик энергии обнаруживается в ряде пищевых продуктов, таких как: личи китайское, орех пекан обыкновенный и черная шелковица, что делает его потенциальным биомаркером для потребления этих плодов. Аденозинтрифосфат определяется, главным образом, в крови, клеточной цитоплазме, спинномозговой жидкости и слюне, а также в большинстве тканей организма человека. АТФ присутствует у всех живых организмов, от бактерий до людей.

аденозинтрифосфорная кислота

Функции

У хомо сапиенс аденозинтрифосфат участвует в нескольких метаболических путях, которые включают биосинтез фосфатидилэтаноламина PE, путь действия картеолола. Соединение также играет роль в метаболических нарушениях, таких как: дефицит лизосомной кислой липазы (болезнь Вольмана), дефицит фосфоенолпируваткарбоксикиназы 1, пропионовую ацидемию. Кроме того, аденозинтрифосфат, как установлено, связан с:

  • брахиалгией (синдромом Вартенберга идеопатических парестезий);
  • спондилодинией (болью в области позвоночника);
  • эпилепсией;
  • нейроинфекционными заболеваниями;
  • ишемическим инсультом;
  • субарахноидальным кровоизлиянием.

Аденозинтрифосфат является неканцерогенным (не перечисленным IARC) потенциально токсичным соединением. Как лекарственное средство, он используется в терапии состояний, вызванных нехваткой пищи и нарушением баланса в организме. АТФ часто называют «молекулярной единицей»внутриклеточного переноса энергии. Он способен сохранять и транспортировать химическую энергию в клетках. АТФ также играет важную роль в синтезе нуклеиновых кислот.

Аденозинтрифосфатможет продуцироваться различными клеточными процессами, чаще всего в митохондриях, путем окислительного фосфорилирования под каталитическим воздействием АТФ-синтазы. Общее количество АТФ в организме человека составляет около 0,1 моль. Энергия, используемая клетками человека, требует гидролиза от 200 до 300 молей аденозинтрифосфата ежедневно. Это означает, что каждая молекула АТФ перерабатывается от 2000 до 3000 раз в течение одного дня. Вещество не способно к накоплению и сохранению, поэтому его расход должен следовать за синтезом.

Роль АТФ в патогенезе инсульта

Острое нарушение мозгового кровообращения является основной причиной физической и умственной инвалидности у взрослых и остается ведущей причиной смертности в развитых странах. Данные Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) показывают, что около 15 миллионов человек ежегодно страдают от инсульта во всем мире. Из них 5 миллионов умирают, а еще 5 миллионов остаются инвалидами навсегда, что создает огромное бремя для семьи и общества. Подавляющее большинство (80–90%) случаев инсульта вызваны тромботическими или эмболическими событиями.

В настоящее время большинство пациентов с острым ишемическим инсультом не получают активного эффективного лечения. Поэтому основная цель заключается в разработке действенных методов лечения, направленных на уменьшение поражений головного мозга от ишемического инсульта путем лучшего понимания основных патогенных молекулярных механизмов.

Как известно, основным биоэнергетическим субстратом в организме (в том числе в центральной нервной системе) являются молекулы аденозинтрифосфорной кислоты. Фундаментом биосинтеза АТФ служат реакции гликолиза. Процессы выработки энергии в тканях мозга зависят от катализируемых ферментами окислительных реакций, для которых абсолютно необходимым компонентом служит молекулярный кислород. Эти процессы происходят в митохондриях, играющих важнейшую роль в процессах тканевого дыхания и уязвимых даже при небольшой степени гипоксии в результате ишемии головного мозга. Это в первую очередь касается митохондриальных мембран.

Митохондрии представляют собой широко распространенные внутриклеточные органеллы, заключенные в двойную мембрану. Внешняя фосфолипидная двухслойная мембрана содержит структуры белковых каналов, делающие мембрану проницаемой для молекул, таких как ионы, вода, молекулы питательных веществ, АДФ и АТФ.Основная роль митохондрий заключается в генерировании клеточной энергии в форме АТФ митохондриальной электронной транспортной цепью посредством окислительного фосфорилирования.

Биохимические данные свидетельствуют о том, что большая часть церебральной АТФ расходуется на электрогенную активность нейронов. Таким образом, достаточное количество энергии в митохондриях имеет решающее значение для возбудимости и выживания нейронов. Помимо производства энергии, митохондрии являются основным источником активных форм кислорода (АФК) и служат апоптотическими регуляторами (управляющими процессом программируемой клеточной гибели). Обе эти функции критически вовлечены в патогенез нейродегенеративных заболеваний и церебральной ишемии.

Накопленные данные свидетельствуют о тесной взаимосвязи между перепроизводством активных форм кислорода и гибелью нейронов при различных неврологических расстройствах, включая латеральный амиотрофический склероз, эпилепсию, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, ишемический инсульт и черепно-мозговую травму. Чрезмерные уровни АФК вызывают как функциональные, так и структурные нарушения мозговой ткани и играют ключевую роль в патогенезе церебральной ишемии. Критическая роль дисфункциональных митохондрий, а также чрезмерного окислительного стресса в ишемических каскадах хорошо известна. Таким образом, уменьшение вредного воздействия окислительного стресса за счет лучшего понимания апоптотического и некротического повреждения нейронов является перспективным для лечения заболеваний, связанных с активными формами кислорода, таких как ишемический инсульт. Недавние исследования показали, что АФК-детоксифицирующая система и митохондриальный биогенез являются двумя основными эндогенными защитными механизмами, вовлеченными в хронические нейродегенеративные заболевания и острую церебральную ишемию.

Предполагается, что динамика митохондрий играет жизненно важную функцию в ишемическом повреждении и восстановлении нейронов.При ишемическом поражении мозга митохондрии утрачивают возможность производить АТФ, поскольку им не хватает исходных субстратов. Это называется нарушением ионного гомеостаза (дефект в деятельности энергозависимого натриевого насоса, накопление внутриклеточного натрия и внеклеточного калия).

Такой феномен в дальнейшем может инициировать отек и набухание астроглии (совокупности астроцитов), чтоусугубляет ишемическое повреждение мозга. При дефиците АТФ следующий этап ишемических поражений – повышение концентрации кальция внутри нервных клеток. В дальнейшем это снижает адаптационно-компенсаторные возможности нейронов, и усиливает нейрометаболические нарушения. Именно поэтому стимуляция накопления АТФ в нейронах и восстановление транспорта вещества – важная составляющая патогенетической терапии.

аденозинтрифосфорная кислота (2)

Заключение

АТФ – основной универсальный поставщик энергии. Его дефицит делает невозможным полноценное проведение всех биохимических процессов в живых организмах. Снижение продукции АТФ вызывает неустойчивость мембранного потенциала и увеличивает судорожную готовность нервной системы. Неспособность митохондрий синтезировать аденозинтрифосфат усиливает ишемический дефект при острых нарушениях мозгового кровообращения.