Биологиядағы АТФ молекуласы: құрамы, қызметі және организмдегі рөлі. АТФ құрылымы. ATP мәні adp және amp функциялары

Біздің денеміздің кез келген жасушасында миллиондаған биохимиялық реакциялар жүреді. Олар көбінесе энергияны қажет ететін әртүрлі ферменттермен катализденеді. Жасуша оны қайда апарады? Негізгі энергия көздерінің бірі – АТФ молекуласының құрылымын қарастырсақ, бұл сұраққа жауап беруге болады.

АТФ энергияның әмбебап көзі болып табылады

ATP аденозинтрифосфатты немесе аденозинтрифосфатты білдіреді. Материя кез келген жасушадағы энергияның ең маңызды екі көзінің бірі болып табылады. АТФ құрылымы және биологиялық рөлітығыз байланысты. Көптеген биохимиялық реакциялар заттың молекулаларының қатысуымен ғана жүреді, әсіресе бұл қолданылады.Бірақ реакцияға АТФ сирек тікелей қатысады: кез келген процестің жүруі үшін дәл аденозинтрифосфаттың құрамында болатын энергия қажет.

Заттың молекулаларының құрылымы фосфат топтары арасында түзілетін байланыстар үлкен энергияны тасымалдайтындай. Сондықтан мұндай байланыстарды макроэргиялық, немесе макроэнергетикалық (макро=көп, үлкен сан) деп те атайды. Терминді алғаш рет ғалым Ф.Липман енгізді, сонымен қатар оларды белгілеу үшін ̴ белгішесін пайдалануды ұсынды.

Жасуша үшін аденозинтрифосфаттың тұрақты деңгейін ұстап тұру өте маңызды. Бұл әсіресе бұлшықет жасушалары мен жүйке талшықтарына қатысты, өйткені олар энергияға ең тәуелді және өз функцияларын орындау үшін аденозинтрифосфаттың жоғары мазмұнын қажет етеді.

АТФ молекуласының құрылымы

Аденозинтрифосфаты үш элементтен тұрады: рибоза, аденин және

Рибоза- пентозалар тобына жататын көмірсу. Бұл рибозада 5 көміртегі атомы бар екенін білдіреді, олар циклге кіреді. Рибоза аденинмен 1-ші көміртегі атомындағы β-N-гликозидтік байланыс арқылы байланысады. Сондай-ақ 5-ші көміртегі атомындағы фосфор қышқылының қалдықтары пентозаға қосылады.

Аденин - азотты негіз.Рибозаға қай азотты негіз бекінетініне қарай GTP (гуанозинтрифосфаты), ТТФ (тимидинтрифосфаты), ЦТП (цитидинтрифосфаты) және УТФ (уридинтрифосфаты) да оқшауланады. Бұл заттардың барлығы құрылымы бойынша аденозинтрифосфатқа ұқсас және шамамен бірдей функцияларды орындайды, бірақ олар жасушада әлдеқайда аз кездеседі.

Фосфор қышқылының қалдықтары. Рибозаға ең көбі үш фосфор қышқылының қалдығы қосылуы мүмкін. Егер олардың екеуі немесе біреуі ғана болса, онда тиісінше зат АДФ (дифосфат) немесе АМФ (монофосфат) деп аталады. Фосфор қалдықтарының арасында макроэнергетикалық байланыстар түзіледі, олар үзілгеннен кейін 40-тан 60 кДж-ға дейін энергия бөлінеді. Екі байланыс үзілсе, 80, азырақ – 120 кДж энергия бөлінеді. Рибоза мен фосфор қалдығы арасындағы байланыс үзілгенде небәрі 13,8 кДж бөлінеді, демек, үшфосфат молекуласында екі ғана жоғары энергиялы байланыс (P ̴ P ̴ P), ал АДФ молекуласында (P ̴) біреуі ғана болады. P).

АТФ құрылымдық ерекшеліктері қандай. Фосфор қышқылының қалдықтары арасында макроэнергетикалық байланыс түзілетіндіктен АТФ құрылымы мен қызметі өзара байланысты.

АТФ құрылымы және молекуласының биологиялық рөлі. Аденозинтрифосфаттың қосымша қызметтері

Энергиядан басқа АТФ жасушада басқа да көптеген қызметтерді атқара алады. Басқа нуклеотидтрифосфаттармен қатар трифосфат нуклеин қышқылдарының құрылысына қатысады. Бұл жағдайда ATP, GTP, TTP, CTP және UTP азотты негіздердің жеткізушілері болып табылады. Бұл қасиет процестерде және транскрипцияда қолданылады.

АТФ иондық арналардың жұмысы үшін де қажет. Мысалы, Na-K каналы жасушадан натрийдің 3 молекуласын сорып шығарады және жасушаға 2 калий молекуласын айдайды. Мұндай иондық ток мембрананың сыртқы бетінде оң зарядты ұстап тұру үшін қажет және тек аденозинтрифосфаттың көмегімен канал жұмыс істей алады. Бұл протон және кальций арналарына да қатысты.

ATP екінші хабаршы cAMP (циклдік аденозинмонофосфат) прекурсоры болып табылады - cAMP жасуша мембранасының рецепторлары қабылдаған сигналды ғана емес, сонымен қатар аллостериялық эффектор болып табылады. Аллостериялық эффекторлар – ферментативті реакцияларды тездететін немесе баяулататын заттар. Сонымен, циклдік аденозинтрифосфаты бактерия жасушаларында лактозаның ыдырауын катализдейтін ферменттің синтезін тежейді.

Аденозинтрифосфат молекуласының өзі де аллостериялық эффектор бола алады. Оның үстіне мұндай процестерде АДФ АТФ антагонисті ретінде әрекет етеді: егер трифосфат реакцияны тездетсе, дифосфат баяулайды және керісінше. Бұл АТФ функциялары мен құрылымы.

Жасушада АТФ қалай түзіледі

АТФ функциялары мен құрылымы заттың молекулалары тез пайдаланылады және жойылады. Сондықтан үшфосфаттың синтезі жасушада энергияның түзілуіндегі маңызды процесс болып табылады.

Аденозинтрифосфатты синтездеудің ең маңызды үш әдісі бар:

1. Субстраттың фосфорлануы.

2. Тотықтырғыш фосфорлану.

3. Фотофосфорлану.

Субстраттың фосфорлануы жасуша цитоплазмасында болатын көптеген реакцияларға негізделген. Бұл реакциялар гликолиз – анаэробты кезең деп аталады.1 гликолиз циклінің нәтижесінде 1 глюкоза молекуласынан екі молекула синтезделеді, олар әрі қарай энергия өндіруге жұмсалады және екі АТФ де синтезделеді.

  • C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2Fn --> 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 4H.

Жасушаның тыныс алуы

Тотықтырғыш фосфорлану – мембрананың электронды тасымалдау тізбегі бойымен электрондардың тасымалдануы арқылы аденозинтрифосфаттың түзілуі. Бұл тасымалдау нәтижесінде мембрананың бір жағында протондық градиент пайда болады және АТФ синтазасының ақуыздық интегралдық жиынтығының көмегімен молекулалар тұрғызылады. Процесс митохондриялық мембранада жүреді.

Митохондриядағы гликолиз және тотығу фосфорлану кезеңдерінің тізбегі тыныс алу деп аталатын жалпы процесті құрайды. Толық циклден кейін жасушадағы 1 глюкоза молекуласынан 36 АТФ молекуласы түзіледі.

Фотофосфорлану

Фотофосфорлану процесі бір ғана айырмашылығы бар бірдей тотығу фосфорлануы: жарық әсерінен жасушаның хлоропласттарында фотофосфорлану реакциялары жүреді. АТФ жасыл өсімдіктерде, балдырларда және кейбір бактерияларда негізгі энергия өндіруші процесс болып табылатын фотосинтездің жеңіл кезеңінде түзіледі.

Фотосинтез процесінде электрондар бір электронды тасымалдау тізбегі арқылы өтеді, нәтижесінде протондық градиент пайда болады. Мембрананың бір жағындағы протондардың концентрациясы АТФ синтезінің көзі болып табылады. Молекулалардың жиналуын АТФ синтаза ферменті жүзеге асырады.

Орташа жасушада жалпы массаның 0,04% аденозинтрифосфаты бар. Дегенмен, ең жоғары көрсеткіш бұлшықет жасушаларында байқалады: 0,2-0,5%.

Жасушада шамамен 1 миллиард АТФ молекуласы бар.

Әрбір молекула 1 минуттан аспайды.

Аденозинтрифосфаттың бір молекуласы күніне 2000-3000 рет жаңарады.

Жалпы алғанда, адам ағзасы тәулігіне 40 кг аденозинтрифосфатты синтездейді және әр уақытта АТФ жеткізілімі 250 г құрайды.

Қорытынды

АТФ құрылымы мен оның молекулаларының биологиялық рөлі бір-бірімен тығыз байланысты. Зат өмірлік процестерде шешуші рөл атқарады, өйткені фосфат қалдықтары арасындағы макроэргиялық байланыстар энергияның үлкен мөлшерін қамтиды. Аденозинтрифосфаты жасушада көптеген функцияларды орындайды, сондықтан заттың тұрақты концентрациясын сақтау маңызды. Ыдырау мен синтез жоғары жылдамдықпен жүреді, өйткені байланыс энергиясы биохимиялық реакцияларда үнемі пайдаланылады. Бұл дененің кез келген жасушасының таптырмас заты. Бұл, мүмкін, АТФ құрылымы туралы айтуға болатын нәрсе.

Жақсы жұмысыңызды білім қорына жіберу оңай. Төмендегі пішінді пайдаланыңыз

Білім қорын оқу мен жұмыста пайдаланатын студенттер, аспиранттар, жас ғалымдар сізге шексіз алғысын білдіреді.

Жарияланды http://www.allbest.ru/

  • Кіріспе
  • 1.1 АТФ химиялық қасиеттері
  • 1.2 Физикалық қасиеттер ATP
  • 2.1
  • 3.1 Тордағы рөл
  • 3.2 Ферменттердің жұмысындағы рөлі
  • 3.4 АТФ-ның басқа қызметтері
  • Қорытынды
  • Библиографиялық тізім

Таңбалар тізімі

АТФ – аденозинтрифосфаты

АДФ – аденозиндифосфат

АМФ – аденозинмонофосфаты

РНҚ – рибонуклеин қышқылы

ДНҚ – дезоксирибонуклеин қышқылы

NAD – никотинамид адениндинуклеотиді

ПВХ - пирожүзім қышқылы

G-6-F - фосфоглюкоза изомеразасы

F-6-F - фруктоза-6-фосфат

ТПП – тиамин пирофосфат

FAD – фениладениндинуклеотиді

Fn – шексіз фосфат

G – энтропия

RNR - рибонуклеотид редуктаза

Кіріспе

Энергия біздің планетамызды мекендейтін барлық тіршілік иелері үшін энергияның негізгі көзі болып табылады. күн сәулесі, оны тек жасыл өсімдіктердің жасушалары, балдырлар, жасыл және күлгін бактериялар тікелей пайдаланады. Бұл жасушаларда фотосинтез кезінде көмірқышқыл газы мен судан органикалық заттар (көмірсулар, майлар, белоктар, нуклеин қышқылдары және т.б.) түзіледі. Өсімдіктерді жеу арқылы жануарлар органикалық заттарды дайын күйінде алады. Бұл заттарда жинақталған энергия олармен бірге гетеротрофты организмдердің жасушаларына өтеді.

Жануарлар ағзаларының жасушаларында органикалық қосылыстардың тотығуы кезіндегі энергиясы АТФ энергиясына айналады. ( Көміртегі диоксидіал бір уақытта бөлінген суды қайтадан автотрофты организмдер фотосинтез процестеріне пайдаланады.) АТФ энергиясының арқасында барлық тіршілік процестері: органикалық қосылыстардың биосинтезі, қозғалуы, өсуі, жасушаның бөлінуі және т.б.

Ағзада АТФ түзілу және қолдану тақырыбы ұзақ уақыт бойы жаңа емес, бірақ сирек, мұнда сіз бір көзде екеуінің де толық қарастырылуын таба аласыз, сонымен қатар осы екі процестің екеуін де бірден және сирек талдауды таба аласыз. әртүрлі организмдер.

Осыған байланысты біздің жұмысымыздың өзектілігі тірі организмдерде АТФ түзілуі мен қолданылуын жан-жақты зерттеуге айналды, өйткені. бұл тақырып ғылыми-көпшілік әдебиеттерде тиісті деңгейде зерттелмеген.

Жұмысымыздың мақсаты:

· жануарлар мен адам ағзасында АТФ түзілу механизмдері мен қолдану жолдарын зерттеу.

Бізге мынадай тапсырмалар берілді:

· АТФ химиялық табиғаты мен қасиеттерін зерттеу;

· Тірі ағзалардағы АТФ түзілу жолдарын талдау;

· Тірі организмдерде АТФ қолдану жолдарын қарастыру;

Адамдар мен жануарлар үшін АТФ маңыздылығын қарастырыңыз.

1-тарау. АТФ химиялық табиғаты мен қасиеттері

1.1 АТФ химиялық қасиеттері

Аденозинтрифосфаты – организмдердегі энергия мен заттардың алмасуында аса маңызды рөл атқаратын нуклеотид; Біріншіден, қосылыс тірі жүйелерде жүретін барлық биохимиялық процестер үшін әмбебап энергия көзі ретінде белгілі. АТФ 1929 жылы Карл Ломан ашты, ал 1941 жылы Фриц Липман АТФ жасушадағы негізгі энергия тасымалдаушы екенін көрсетті.

АТФ жүйелі атауы:

9-д-D-рибофураносиладенин-5"-трифосфат, немесе

9-д-D-рибофуранозил-6-амино-пурин-5"-трифосфат.

Химиялық жағынан АТФ аденин мен рибозаның туындысы болып табылатын аденозиннің үшфосфатты эфирі болып табылады.

Пуриндік азотты негіз – аденин – рибозаның 1 "-көміртегімен n-N-гликозидтік байланыс арқылы байланысады. Фосфор қышқылының үш молекуласы рибозаның 5"-көміртегіне тізбектей жалғасады, сәйкесінше әріптермен белгіленеді: b, c. және d.

Авторы АТФ құрылымыРНҚ құрамына кіретін аденин нуклеотидіне ұқсас, тек бір фосфор қышқылының орнына АТФ құрамында үш фосфор қышқылының қалдығы болады. Жасушалар қышқылдарды айтарлықтай мөлшерде емес, олардың тұздарын ғана сақтай алады. Демек, фосфор қышқылы АТФ-ға қалдық ретінде енеді (қышқылдың ОН тобының орнына теріс зарядты оттегі атомы бар).

Ферменттердің әсерінен АТФ молекуласы оңай гидролизденеді, яғни су молекуласын қосып, аденозиндифосфор қышқылын (АДФ) түзу үшін ыдырайды:

ATP + H2O ADP + H3PO4.

Фосфор қышқылының басқа қалдығының ыдырауы АДФ-ны АМФ аденозин монофосфор қышқылына айналдырады:

ADP + H2O AMP + H3PO4.

Бұл реакциялар қайтымды, яғни АМФ энергияны жинақтай отырып, АДФ, содан кейін АТФ-қа айналуы мүмкін. Қарапайымның жойылуы пептидтік байланыстек 12 кДж/моль энергия бөледі. Ал фосфор қышқылының қалдықтарын байланыстыратын байланыстар жоғары энергиялы (оларды макроэргиялық деп те атайды): олардың әрқайсысы жойылғанда 40 кДж/моль энергия бөлінеді. Сондықтан АТФ әмбебап биологиялық энергия жинақтаушы ретінде жасушаларда орталық рөл атқарады. АТФ молекулалары митохондриялар мен хлоропластарда синтезделеді (олардың аз ғана мөлшері цитоплазмада синтезделеді), содан кейін олар жасушаның әртүрлі органеллаларына еніп, барлық тіршілік процестерін энергиямен қамтамасыз етеді.

АТФ энергиясының арқасында жасушаның бөлінуі жүреді, заттардың жасуша мембраналары арқылы белсенді тасымалдануы, тасымалдау процесінде мембраналық электрлік потенциалдың сақталуы. жүйке импульстары, сонымен қатар макромолекулярлық қосылыстардың биосинтезі және физикалық жұмыс.

Жүктеменің жоғарылауымен (мысалы, спринтингте) бұлшықеттер тек АТФ жеткізілуіне байланысты жұмыс істейді. Бұлшықет жасушаларында бұл резерв бірнеше ондаған жиырылу үшін жеткілікті, содан кейін АТФ мөлшері толықтырылуы керек. АДФ пен АМФ-дан АТФ синтезі көмірсулар, липидтер және басқа заттардың ыдырауы кезінде бөлінетін энергия есебінен жүреді. АТФ көп мөлшері ақыл-ой жұмысын орындауға да жұмсалады. Осы себепті психикалық қызметкерлер глюкозаның жоғарылауын қажет етеді, оның ыдырауы АТФ синтезін қамтамасыз етеді.

1.2 АТФ физикалық қасиеттері

АТФ аденозин мен рибозадан және үш фосфат тобынан тұрады. АТФ суда жақсы ериді және рН 6,8-7,4 ерітінділерде жеткілікті тұрақты, бірақ экстремалды рН кезінде тез гидролизденеді. Сондықтан АТФ сусыз тұздарда жақсы сақталады.

АТФ – тұрақсыз молекула. Буферлік емес суда ол АДФ пен фосфатқа дейін гидролизденеді. Себебі, АТФ-дағы фосфат топтары арасындағы байланыстардың беріктігі оның өнімдері (АДФ+фосфат) мен су арасындағы сутектік байланыстардың (гидратация байланыстары) беріктігінен аз. Осылайша, егер АТФ және АДФ суда химиялық тепе-теңдікте болса, АТФ-ның барлығы дерлік ақырында ADP-ге айналады. Тепе-теңдіктен алыс жүйеде Гиббс бос энергиясы бар және жұмыс істеуге қабілетті. Тірі жасушалар АТФ пен АДФ қатынасын тепе-теңдіктен он реттік нүктеде сақтайды, АТФ концентрациясы АДФ концентрациясынан мың есе жоғары. Бұл тепе-теңдік күйден ығысу жасушадағы АТФ гидролизінен көп мөлшерде бос энергия.

ATP молекуласындағы екі жоғары энергиялы фосфат байланысы (көрші фосфаттарды байланыстыратындар) сол молекуланың жоғары энергия мазмұнына жауап береді. АТФ-да жинақталған энергия гидролизден босатылуы мүмкін. Рибоза қантынан ең алыс орналасқан z-фосфат тобы β- немесе β-фосфатқа қарағанда жоғары гидролиздік энергияға ие. АТФ қалдығының гидролизінен немесе фосфорланғаннан кейін түзілетін байланыстар энергиясы басқа АТФ байланыстарына қарағанда төмен. Ферментпен катализделген АТФ гидролизі немесе АТФ фосфорлануы кезінде бос энергияны тірі жүйелер жұмыс істеу үшін пайдалана алады.

Потенциалды реактивті молекулалардың кез келген тұрақсыз жүйесі, егер жасушалар өздерінің концентрациясын реакцияның тепе-теңдік нүктесінен алыс ұстаса, бос энергияны сақтау әдісі ретінде қызмет ете алады. Алайда, көптеген полимерлік биомолекулалар сияқты, РНҚ, ДНҚ және АТФ қарапайым мономерлерге ыдырауы энергияның бөлінуімен де, энтропиямен де байланысты, стандартты концентрацияларда да, сондай-ақ концентрацияларда да есепке алудың жоғарылауымен байланысты. жасушада пайда болады.

АТФ гидролизі нәтижесінде бөлінетін энергияның стандартты мөлшерін табиғи (стандартты) жағдайларға байланысты емес энергияның өзгеруінен, содан кейін биологиялық концентрацияны түзету арқылы есептеуге болады. АТФ АДФ және бейорганикалық фосфаттарға ыдырауы үшін стандартты температура мен қысымда жылу энергиясының (энтальпияның) таза өзгерісі 20,5 кДж/моль, бос энергияның өзгеруі 3,4 кДж/моль. Фосфатты немесе пирофосфатты АТФ-дан мемлекеттік стандартқа 1 М бөлу арқылы энергия бөлінеді:

ATP + H 2 O > ADP + P I DG? = - 30,5 кДж/моль (-7,3 ккал/моль)

ATP + H 2 O > AMP + PP i DG? = - 45,6 кДж/моль (-10,9 ккал/моль)

Бұл мәндерді физиологиялық жағдайларда және жасушалық ATP/ADP жағдайында энергияның өзгеруін есептеу үшін пайдалануға болады. Дегенмен, энергия заряды деп аталатын анағұрлым өкілдік мән жиі жұмыс істейді. Мәндер Гиббстің бос энергиясы үшін берілген. Бұл реакциялар бірқатар факторларға, соның ішінде жалпы иондық күшке және Mg 2 + және Са 2 + иондары сияқты сілтілі жер металдарының болуына байланысты. Қалыпты жағдайда DG шамамен -57 кДж/моль (-14 ккал/моль) құрайды.

ақуыздық биологиялық батарея энергиясы

2-тарау

Организмде АТФ АДФ фосфорлану арқылы синтезделеді:

ADP + H 3 PO 4 + энергия> ATP + H 2 O.

АДФ фосфорлануы екі жолмен мүмкін: субстратты фосфорлану және тотықтырғыш фосфорлану (тотықтырғыш заттардың энергиясын пайдалану). АТФ негізгі бөлігі митохондриялық мембраналарда Н-тәуелді АТФ синтазасының тотығу фосфорлануы кезінде түзіледі. АТФ субстратты фосфорлануы мембраналық ферменттердің қатысуын қажет етпейді, ол гликолиз процесінде немесе басқа макроэргиялық қосылыстардан фосфат тобын тасымалдау арқылы жүреді.

АДФ фосфорлану реакциялары және АТФ кейіннен энергия көзі ретінде пайдалану энергия алмасуының мәні болып табылатын циклдік процесті құрайды.

Денедегі АТФ ең жиі жаңартылатын заттардың бірі болып табылады. Сонымен, адамдарда бір АТФ молекуласының өмір сүру ұзақтығы 1 минуттан аз. Тәулік ішінде бір АТФ молекуласы орта есеппен 2000-3000 ресинтез циклінен өтеді (адам ағзасы тәулігіне 40 кг АТФ синтездейді), яғни организмде іс жүзінде АТФ қоры жоқ, ал қалыпты өмір сүру үшін ол үнемі жаңа АТФ молекулаларын синтездеу үшін қажет.

Тотықтырғыш фосфорлану -

Дегенмен, көбінесе көмірсулар субстрат ретінде пайдаланылады. Сонымен, ми жасушалары көмірсулардан басқа тамақтану үшін басқа субстратты пайдалана алмайды.

Алдын ала күрделі көмірсулар глюкоза түзілгенге дейін қарапайымға дейін ыдырайды. Глюкоза жасушалық тыныс алу процесінде әмбебап субстрат болып табылады. Глюкозаның тотығуы 3 кезеңге бөлінеді:

1. гликолиз;

2. тотығу декарбоксилдену және Кребс циклі;

3. тотықтырғыш фосфорлану.

Бұл жағдайда гликолиз аэробты және анаэробты тыныс алудың жалпы кезеңі болып табылады.

2 .1.1 ЧikoЛиз- АТФ синтезімен жүретін жасушалардағы глюкозаның дәйекті ыдырауының ферментативті процесі. Аэробты жағдайда гликолиз пирожүзім қышқылының (пируват), анаэробты жағдайда гликолиз сүт қышқылының (лактат) түзілуіне әкеледі. Гликолиз - жануарлардағы глюкоза катаболизмінің негізгі жолы.

Гликолиздік жол 10 ретті реакциядан тұрады, олардың әрқайсысы жеке ферментпен катализденеді.

Гликолиз процесін шартты түрде екі кезеңге бөлуге болады. 2 АТФ молекуласының энергия тұтынуымен жүретін бірінші кезең глюкоза молекуласының глицеральдегид-3-фосфаттың 2 молекуласына бөлінуі болып табылады. Екінші кезеңде АТФ синтезімен жүретін глицеральдегид-3-фосфаттың NAD-тәуелді тотығуы жүреді. Өздігінен гликолиз толығымен анаэробты процесс болып табылады, яғни реакциялар жүруі үшін оттегінің болуын қажет етпейді.

Гликолиз - барлық дерлік тірі организмдерде белгілі ең көне метаболикалық процестердің бірі. Болжам бойынша, гликолиз бастапқы прокариоттарда 3,5 миллиард жыл бұрын пайда болған.

Гликолиздің нәтижесі глюкозаның бір молекуласының пирожүзім қышқылының екі молекуласына (PVA) айналуы және NAD H коферменті түріндегі екі қалпына келтіретін эквиваленттің түзілуі болып табылады.

Гликолиздің толық теңдеуі:

C 6 H 12 O 6 + 2NAD + + 2ADP + 2P n \u003d 2NAD H + 2PVC + 2ATP + 2H 2 O + 2H +.

Жасушада оттегі болмаған немесе жетіспейтін жағдайда пирожүзім қышқылы сүт қышқылына дейін тотықсызданады, онда гликолиздің жалпы теңдеуі келесідей болады:

C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2P n \u003d 2 лактат + 2ATP + 2H 2 O.

Осылайша, глюкозаның бір молекуласының анаэробты ыдырауы кезінде жалпы таза АТФ шығымы АДФ субстратының фосфорлану реакцияларында алынған екі молекуланы құрайды.

Аэробты организмдерде гликолиздің соңғы өнімдері жасушалық тыныс алумен байланысты биохимиялық циклдерде әрі қарай өзгерістерге ұшырайды. Нәтижесінде бір глюкоза молекуласының барлық метаболиттерінің толық тотығуынан кейін жасушалық тыныс алудың соңғы сатысында – митохондриялық тыныс алу тізбегінде оттегінің қатысуымен жүретін тотығу фосфорлануы – әрбір глюкоза үшін қосымша 34 немесе 36 АТФ молекуласы қосымша синтезделеді. молекуласы.

Гликолиздің бірінші реакциясы 1 АТФ молекуласының энергия шығынымен ұлпаға тән гексокиназа ферментінің қатысуымен жүретін глюкоза молекуласының фосфорлануы; глюкозаның белсенді түрі түзіледі - глюкоза-6-фосфат (G-6-F):

Реакцияның жүруі үшін ортада АТФ молекулалық кешені байланысатын Mg 2+ иондарының болуы қажет. Бұл реакция қайтымсыз және бірінші болып табылады кілт реакция гликолиз.

Глюкозаның фосфорлануы екі мақсатты көздейді: біріншіден, глюкозаның бейтарап молекуласын өткізетін плазмалық мембрана теріс зарядты G-6-P молекулаларының өтуіне мүмкіндік бермейтіндіктен, фосфорланған глюкоза жасуша ішінде құлыпталады. Екіншіден, фосфорлану кезінде глюкоза биохимиялық реакцияларға қатыса алатын және метаболикалық циклдерге қатыса алатын белсенді түрге айналады.

Гексокиназаның бауыр изоферменті – глюкокиназа бар маңыздылығықандағы глюкоза деңгейін реттеуде.

келесі реакцияда ( 2 ) G-6-P фосфоглюкоизомераза ферментімен айналады фруктоза-6-фосфат (F-6-F):

Бұл реакция үшін энергия қажет емес, реакция толығымен қайтымды. Бұл кезеңде фруктозаны фосфорлану арқылы гликолиз процесіне де қосуға болады.

Содан кейін бірден екі реакция бірінен соң бірі жүреді: фруктоза-6-фосфаттың қайтымсыз фосфорлануы ( 3 ) және нәтижесінде алынған альдолдың қайтымды бөлінуі фруктоза-1,6-бисфосфат (F-1,6-bF) екі триозаға ( 4 ).

F-6-F фосфорлануы басқа АТФ молекуласының энергиясын жұмсаумен фосфофруктокиназа арқылы жүзеге асады; бұл екінші кілт реакциягликолиз, оның реттелуі жалпы гликолиздің қарқындылығын анықтайды.

Альдолдың бөлінуі F-1,6-bFфруктоза-1,6-бисфосфат альдолазаның әсерінен жүреді:

Төртінші реакция нәтижесінде дигидроксиацетонфосфатыЖәне глицеральдегид-3-фосфат, ал біріншісі бірден дерлік әрекет астында фосфотриоза изомеразаекіншісіне барады 5 ), одан әрі түрлендіруге қатысатын:

Глицеральдегидфосфаттың әрбір молекуласы NAD+ қатысуымен тотығады. дегидрогеназалар глицеральдегидфосфатыбұрын 1,3- гизофосфоглице- мөлшерлеме (6 ):

Келген 1,3-дифосфоглицерат, 1 позицияда макроэргиялық байланыс бар, фосфоглицераткиназа ферменті фосфор қышқылының қалдығын АДФ молекуласына тасымалдайды (реакция 7 ) - АТФ молекуласы түзіледі:

Бұл субстраттың фосфорлануының алғашқы реакциясы. Осы сәттен бастап глюкозаның ыдырау процесі энергия тұрғысынан тиімсіз болуын тоқтатады, өйткені бірінші кезеңдегі энергия шығындары өтеледі: 2 АТФ молекуласы синтезделеді (әрбір 1,3-дифосфоглицератқа бір) жұмсалған екінің орнына. реакциялар 1 Және 3 . Бұл реакцияның жүруі үшін цитозолда АДФ болуы қажет, яғни жасушада АТФ артық болғанда (және АДФ жетіспесе) оның жылдамдығы төмендейді. Метаболизденбейтін АТФ жасушада жиналмай, жай ғана жойылатындықтан, бұл реакция гликолиздің маңызды реттеушісі болып табылады.

Содан кейін кезекпен: фосфоглицерин мутазасы түзіледі 2-фосфо- глицерат (8 ):

Энолаза формалары фосфоэнолпируват (9 ):

Ақырында, АДФ субстратының фосфорлануының екінші реакциясы пируват пен АТФ-ның энолдық формасының түзілуімен жүреді. 10 ):

Реакция пируваткиназаның әсерінен жүреді. Бұл гликолиздің соңғы негізгі реакциясы. Пируваттың энол түрінің пируватқа изомерленуі ферментативті емес жолмен жүреді.

Құрылғаннан бері F-1,6-bFэнергияның бөлінуімен реакциялар ғана жүреді 7 Және 10 , онда АДФ субстрат фосфорлануы жүреді.

Ереже гликолиз

Жергілікті және жалпы реттеуді ажыратыңыз.

Жергілікті реттеу жасуша ішіндегі әртүрлі метаболиттердің әсерінен ферменттердің белсенділігін өзгерту арқылы жүзеге асады.

Гликолиздің реттелуі тұтастай алғанда, бірден бүкіл организм үшін гормондардың әсерінен жүреді, олар екіншілік хабаршылардың молекулалары арқылы әсер етіп, жасушаішілік метаболизмді өзгертеді.

Инсулин гликолизді ынталандыруда маңызды рөл атқарады. Глюкагон мен адреналин гликолиздің ең маңызды гормондық ингибиторлары болып табылады.

Инсулин гликолизді ынталандырады:

гексокиназа реакциясын белсендіру;

фосфофруктокиназаны ынталандыру;

пируваткиназаны ынталандыру.

Басқа гормондар да гликолизге әсер етеді. Мысалы, соматотропин гликолиз ферменттерін тежейді, ал қалқанша безінің гормондары стимулятор болып табылады.

Гликолиз бірнеше негізгі қадамдар арқылы реттеледі. Гексокиназамен катализденетін реакциялар ( 1 ), фосфофруктокиназа ( 3 ) және пируваткиназа ( 10 ) бос энергияның айтарлықтай төмендеуімен сипатталады және іс жүзінде қайтымсыз, бұл оларға гликолизді реттеудің тиімді нүктелері болуға мүмкіндік береді.

Гликолиз – ерекше маңызы бар катаболикалық жол. Ол жасушалық реакцияларды, соның ішінде ақуыз синтезін энергиямен қамтамасыз етеді. Майларды синтездеуде гликолиздің аралық өнімдері қолданылады. Пируват аланинді, аспартатты және басқа қосылыстарды синтездеу үшін де қолданылуы мүмкін. Гликолиздің арқасында митохондриялық өнімділік және оттегінің қолжетімділігі қысқа мерзімді төтенше жүктемелер кезінде бұлшықет күшін шектемейді.

2.1.2 Тотығу декарбоксилдену – пируваттың ацетил-КоА-ға дейін тотығуы «пируватдегидрогеназа кешені» деп аталатын көп ферментті жүйеге құрылымдық түрде біріккен бірқатар ферменттер мен коферменттердің қатысуымен жүреді.

Бұл процестің I сатысында пируват дегидрогеназа ферментінің (Е 1) белсенді орталығының бөлігі ретінде тиаминпирофосфатпен (ТПП) әрекеттесу нәтижесінде пируват өзінің карбоксил тобын жоғалтады. II сатыда E 1 -TPF-CHOH-CH3 кешенінің гидроксиэтил тобы тотығады, ацетил тобын түзеді, ол бір уақытта дигидролипойлацетилтрансфераза (Е 2) ферментімен байланысқан липой қышқылы амидіне (коферментіне) ауысады. Бұл фермент III кезеңді катализдейді – түзілуімен ацетил тобының КоА коферментіне (HS-KoA) ауысуы. соңғы өнімацетил-КоА, ол жоғары энергиялы (макроэргиялық) қосылыс.

IV сатыда тотықсызданған липамид түрі тотықсызданған дигидролипоамид-Е 2 кешенінен регенерацияланады. Дигидролипоилдегидрогеназа (Е 3) ферментінің қатысуымен сутегі атомдары дигидролипамидтің тотықсызданған сульфгидрильді топтарынан осы ферменттің протездік тобы ретінде әрекет ететін және онымен күшті байланысқан ФАД-ға ауысады. V сатысында төмендеген FADH 2 дигидро-липойлдегидрогеназа NADH+H+ түзе отырып, сутегін NAD коферментіне береді.

Пируваттың тотығу декарбоксилдену процесі митохондриялық матрицада жүреді. Ол (күрделі мультиферменттік кешеннің бөлігі ретінде) 3 ферментті (пируватдегидрогеназа, дигидролипойлацетилтрансфераза, дигидролипойлдегидрогеназа) және 5 коферментті (TPF, липой қышқылы амиді, кофермент А, FAD және NAD) қамтиды, олардың үшеуі ферменттермен салыстырмалы түрде тығыз байланысты ( TPF-E 1 , липамид-Е 2 және FAD-E 3) және екеуі оңай диссоциацияланады (HS-KoA және NAD).

Күріш. 1 Пируватдегидрогеназа кешенінің әсер ету механизмі

Е 1 - пируватдегидрогеназа; E 2 - ди-гидролипоилацетилтрансфсраз; Е 3 - дигидролипоилдегидрогеназа; шеңберлердегі сандар процестің кезеңдерін көрсетеді.

Суббірлік құрылымы бар осы ферменттер мен коферменттердің барлығы бір кешенге ұйымдасқан. Сондықтан аралық өнімдер бір-бірімен тез әрекеттесе алады. Комплексті құрайтын дигидролипоилацетилтрансфераза суббірліктерінің полипептидтік тізбектері кешеннің өзегі сияқты, оның айналасында пируватдегидрогеназа және дигидролипоилдегидрогеназа орналасқаны көрсетілген. Нәтижелі ферменттік кешен өздігінен жиналу арқылы түзілетіні жалпы қабылданған.

Пируватдегидрогеназа кешенімен катализденетін жалпы реакцияны келесідей көрсетуге болады:

Пируват + NAD + + HS-KoA -\u003e Ацетил-КоА + NADH + H + + CO 2.

Реакция стандартты бос энергияның айтарлықтай төмендеуімен бірге жүреді және іс жүзінде қайтымсыз.

Тотығу декарбоксилдену процесінде түзілген ацетил-КоА одан әрі тотығудан СО 2 және H 2 O түзілуімен өтеді. Ацетил-КоА толық тотығуы үшкарбон қышқылының циклінде (Кребс циклі) жүреді. Бұл процесс пируваттың тотығу декарбоксилденуі сияқты жасушалардың митохондрияларында жүреді.

2 .1.3 Циклүш көміртекқышқылТ (цикл Crebsa, цитраtny цикл) катаболизмнің жалпы жолының орталық бөлігі, көмірсулардың, майлардың және белоктардың ыдырауы кезінде тірі организмдерде аралық өнім ретінде түзілетін екі және үш көміртекті қосылыстардың түрленуі жүретін циклдік биохимиялық аэробтық процесс, СО 2-ге дейін жүреді. Бұл жағдайда бөлінген сутегі ұлпалардың тыныс алу тізбегіне жіберіледі, онда ол әмбебап энергия көзі – АТФ синтезіне тікелей қатыса отырып, одан әрі суға дейін тотығады.

Кребс циклі оттегін пайдаланатын барлық жасушалардың тыныс алуындағы негізгі қадам, ағзадағы көптеген метаболикалық жолдардың қиылысы. Маңызды энергетикалық рөлден басқа, циклге маңызды пластикалық функция да тағайындалады, яғни ол басқа биохимиялық трансформациялар барысында аминқышқылдары сияқты жасуша тіршілігі үшін маңызды қосылыстардың прекурсорлық молекулаларының маңызды көзі болып табылады. , көмірсулар, май қышқылдары және т.б. синтезделеді.

Трансформация циклі лимонқышқылдартірі жасушаларда неміс биохимигі сэр Ганс Кребс ашты және зерттеді, бұл жұмысы үшін ол (Ф. Липманмен бірге) марапатталды. Нобель сыйлығы(1953).

Эукариоттарда Кребс циклінің барлық реакциялары митохондрия ішінде жүреді, ал оларды катализдейтін ферменттер, біреуінен басқасы, ішкі митохондриялық мембранада локализацияланған сукцинатдегидрогеназаны қоспағанда, митохондриялық матрицада бос күйде болады. липидтердің қос қабатына біріктіріледі. Прокариоттарда цикл реакциялары цитоплазмада жүреді.

Жалпы теңдеуКребс циклінің бір айналымы:

Ацетил-КоА > 2CO 2 + CoA + 8e?

Ереже циклА:

Кребс циклі «теріс кері байланыс механизміне сәйкес», қатысуымен реттеледі үлкен сансубстраттар (ацетил-КоА, оксалоацетат), цикл белсенді түрде жұмыс істейді және реакция өнімдерінің артық болуымен (NAD, ATP) тежеледі. Реттеу гормондардың көмегімен де жүзеге асырылады, ацетил-КоА-ның негізгі көзі глюкоза болып табылады, сондықтан глюкозаның аэробты ыдырауына ықпал ететін гормондар Кребс цикліне ықпал етеді. Бұл гормондар:

Инсулин

адреналин.

Глюкагон глюкоза синтезін ынталандырады және Кребс циклінің реакцияларын тежейді.

Әдетте, Кребс циклінің жұмысы циклді субстраттармен толықтыратын анаплеротикалық реакцияларға байланысты үзілмейді:

Пируват + CO 2 + ATP = Оксалоацетат (Кребс циклінің субстраты) + ADP + Fn.

Жұмыс ATP синтазасы

Тотығу фосфорлану процесі митохондриялық тыныс алу тізбегінің бесінші кешені – 5 типті 9 суббірліктен тұратын Протон АТФ синтазасымен жүзеге асады:

3 суббірлік (d,e,f) АТФ синтазасының тұтастығына ықпал етеді

· Ішкі бірлік негізгі функционалдық бірлік болып табылады. Оның 3 конформациясы бар:

L-конформация - АДФ пен фосфатты бекітеді (олар цитоплазмадан арнайы тасымалдаушылар арқылы митохондрияға енеді)

Т-конформация – фосфат АДФ-ға қосылып, АТФ түзіледі

O-конформациясы - ATP b-бөлімшеден бөлініп, b-бөлімшеге өтеді.

Сутегі бірлігі конформацияны өзгерту үшін сутегі протоны қажет, өйткені конформация 3 рет өзгереді, 3 сутегі протоны қажет. Протондар электрохимиялық потенциалдың әсерінен митохондриялардың мембрана аралық кеңістігінен айдалады.

· b-суббірлігі АТФ-ны мембраналық тасымалдаушыға тасымалдайды, ол цитоплазмаға АТФ «шығарады». Өз кезегінде сол тасымалдаушы цитоплазмадан АДФ тасымалдайды. Митохондриялардың ішкі мембранасында цитоплазмадан митохондрияға дейін фосфат тасымалдаушы да болады, бірақ оның жұмыс істеуі үшін сутегі протоны қажет. Мұндай тасымалдаушылар транслоказалар деп аталады.

Барлығы Шығу

1 АТФ молекуласын синтездеу үшін 3 протон қажет.

Ингибиторлар тотықтырғыш фосфорлану

Ингибиторлар V кешенін блоктайды:

Олигомицин - АТФ синтазасының протондық арналарын блоктайды.

Атрактилозид, циклофиллин – транслоказаларды блоктайды.

Ажыратқыштар тотықтырғыш фосфорлану

Ажыратқыштар- протондарды қабылдауға және V комплексті (оның протондық арнасын) айналып өтіп, митохондриялардың ішкі мембранасы арқылы тасымалдауға қабілетті липофильді заттар. Ажыратқыштар:

· табиғи- липидтердің асқын тотығу өнімдері, ұзын тізбекті май қышқылдары; Қалқанша безінің гормондарының үлкен дозалары.

· жасанды- динитрофенол, эфир, К витаминінің туындылары, анестетиктер.

2.2 Субстраттың фосфорлануы

SubstrА басқафосфорилЖәне ing (биохимиялық), гликолиздің тотығу-тотықсыздану реакцияларының энергиясы есебінен (фосфоглицеральдегиддегидрогеназа және энолаза катализдейді) және үшкарбон қышқылының цикліндегі а-кетоглутар қышқылының тотығуы кезінде (а-кетоглутарат әсерінен) энергияға бай фосфор қосылыстарының синтезі. дегидрогеназа және сукцинатиокиназа). Бактериялар үшін S. жағдайлары сипатталған f. пирожүзім қышқылының тотығуы кезінде.S. f., электрондарды тасымалдау тізбегіндегі фосфорланудан айырмашылығы, «ажырату» улармен (мысалы, динитрофенол) тежелмейді және митохондриялық мембраналардағы ферменттердің фиксациясымен байланысты емес. С.ф. қосқан үлесі. Аэробты жағдайда АТФ жасушалық пулына фосфорланудың электрон тасымалдау тізбегіне қосқан үлесінен әлдеқайда аз.

3-тарау

3.1 Тордағы рөл

Ағзадағы АТФ негізгі рөлі көптеген биохимиялық реакцияларды энергиямен қамтамасыз етумен байланысты. Екі жоғары энергетикалық байланыстың тасымалдаушысы бола отырып, АТФ энергияны көп тұтынатын биохимиялық және физиологиялық процестер үшін тікелей энергия көзі ретінде қызмет етеді. Бұлардың барлығы синтез реакциялары. күрделі заттарорганизмде: арқылы молекулалардың белсенді тасымалдануын жүзеге асыру биологиялық мембраналар, оның ішінде трансмембраналық электрлік потенциалды құру үшін; бұлшықеттің жиырылуын жүзеге асыру.

Өздеріңіз білетіндей, тірі организмдердің биоэнергетикасында екі негізгі тармақ маңызды:

а) химиялық энергия органикалық субстраттардың тотығуының экзергониялық катаболикалық реакцияларымен қосылатын АТФ түзілуі арқылы сақталады;

б) химиялық энергия анаболизмнің эндергоникалық реакцияларымен және энергия шығынын қажет ететін басқа процестермен байланысты АТФ-ны бөлу арқылы пайдаланылады.

Неліктен АТФ молекуласы оның биоэнергетикадағы орталық рөліне сәйкес келеді деген сұрақ туындайды. Оны шешу үшін АТФ құрылымын қарастырыңыз Құрылым ATP - (сағ рН 7,0 тетразаряд анион) .

АТФ – термодинамикалық тұрақсыз қосылыс. АТФ тұрақсыздығы, біріншіден, бүкіл молекуланың кернеуіне әкелетін аттас теріс зарядтар шоғыры аймағындағы электростатикалық серпіліспен анықталады, бірақ ең күшті байланыс P - O - P, екіншіден, арнайы резонанс арқылы. Соңғы факторға сәйкес, фосфор атомдары арасында олардың арасында орналасқан оттегі атомының жалғыз жылжымалы электрондары үшін бәсекелестік бар, өйткені әрбір фосфор атомы P=O және P - маңызды электронды акцепторлық әсерге байланысты ішінара оң зарядқа ие. О- топтары. Сонымен, АТФ-ның болу мүмкіндігі молекулада осы физика-химиялық кернеулердің орнын толтыруға мүмкіндік беретін жеткілікті мөлшердегі химиялық энергияның болуымен анықталады. АТФ молекуласында екі фосфоангидридті (пирофосфатты) байланыс бар, олардың гидролизі бос энергияның айтарлықтай төмендеуімен (рН 7,0 және 37 o С кезінде) жүреді.

ATP + H 2 O \u003d ADP + H 3 RO 4 G0I \u003d - 31,0 кДж / моль.

ADP + H 2 O \u003d AMP + H 3 RO 4 G0I \u003d - 31,9 кДж / моль.

Биоэнергетиканың орталық мәселелерінің бірі - жабайы табиғатта АДФ фосфорлану арқылы жүретін АТФ биосинтезі.

АДФ фосфорлануы эндергоникалық процесс және энергия көзін қажет етеді. Бұрын атап өтілгендей, табиғатта осындай екі энергия көзі – күн энергиясы және қалпына келтірілген органикалық қосылыстардың химиялық энергиясы басым. Жасыл өсімдіктер мен кейбір микроорганизмдер жұтылған жарық кванттарының энергиясын химиялық энергияға айналдыруға қабілетті, ол фотосинтездің жеңіл сатысында АДФ фосфорлануына жұмсалады. АТФ регенерациясының бұл процесі фотосинтетикалық фосфорлану деп аталады. Органикалық қосылыстардың тотығу энергиясының аэробтық жағдайда АТФ-ның макроэнергетикалық байланыстарына айналуы негізінен тотықтырғыш фосфорлану арқылы жүреді. АТФ түзілуіне қажетті бос энергия митоходриялардың тыныс алу тотығу тізбегінде түзіледі.

АТФ синтезінің тағы бір түрі субстрат фосфорлануы деп аталады. Электронды тасымалдаумен байланысты тотығу фосфорлануынан айырмашылығы, АТФ регенерациясына қажетті белсендірілген фосфорил тобының (-PO3 H2) доноры гликолиз процестерінің және трикарбон қышқылының циклінің аралық өнімдері болып табылады. Осы жағдайлардың барлығында тотығу процестері жоғары энергиялы қосылыстардың түзілуіне әкеледі: 1,3 - дифосфоглицерат (гликолиз), сукцинил - КоА (үш карбон қышқылының циклі), олар сәйкес ферменттердің қатысуымен АДФ фолирлеуге қабілетті және АТФ құрайды. Субстрат деңгейінде энергияның өзгеруі анаэробты организмдерде АТФ синтезінің жалғыз жолы болып табылады. АТФ синтезінің бұл процесі оттегі ашығуы кезінде қаңқа бұлшықеттерінің қарқынды жұмысын сақтауға мүмкіндік береді. Бұл митохондриясыз жетілген эритроциттерде АТФ синтезінің жалғыз жолы екенін есте ұстаған жөн.

Аденил нуклеотиді жасуша биоэнергетикасында ерекше маңызды рөл атқарады, оған екі фосфор қышқылының қалдықтары қосылады. Бұл зат аденозинтрифосфаты (АТФ) деп аталады. АТФ молекуласының фосфор қышқылының қалдықтары арасындағы химиялық байланыстарда органикалық фосфорит бөлінгенде бөлінетін энергия сақталады:

ATP \u003d ADP + P + E,

мұндағы F – фермент, Е – босатушы энергия. Бұл реакцияда аденозинфосфор қышқылы (АДФ) түзіледі – АТФ молекуласының қалдығы және органикалық фосфат. Барлық жасушалар АТФ энергиясын биосинтез, қозғалыс, жылу өндіру, жүйке импульсі, люминесценция процестеріне (мысалы, люминесцентті бактериялар), яғни барлық тіршілік процестеріне пайдаланады.

ATP әмбебап биологиялық энергия жинақтаушы болып табылады. Тұтынылатын тағамның құрамындағы жарық энергиясы АТФ молекулаларында сақталады.

Жасушада АТФ қоры аз. Сонымен, бұлшықетте АТФ қоры 20-30 жиырылу үшін жеткілікті. Жоғары, бірақ қысқа мерзімді жұмыс кезінде бұлшықеттер тек олардың құрамындағы АТФ бөлінуіне байланысты жұмыс істейді. Жұмысты аяқтағаннан кейін адам қатты тыныс алады - бұл кезеңде көмірсулар мен басқа заттардың ыдырауы орын алады (энергия жинақталады) және жасушаларда АТФ жеткізілімі қалпына келтіріледі.

Синапстардағы нейротрансмиттер ретінде АТФ рөлі де белгілі.

3.2 Ферменттердің жұмысындағы рөлі

Тірі жасуша – тепе-теңдіктен алыс химиялық жүйе: ақыр соңында, тірі жүйенің тепе-теңдікке жақындауы оның ыдырауы мен өлуін білдіреді. Әрбір ферменттің өнімі әдетте тез жұмсалады, өйткені оны метаболизм жолындағы басқа фермент субстрат ретінде пайдаланады. Ең бастысы, ферментативті реакциялардың үлкен саны АТФ-ның АДФ және бейорганикалық фосфатқа ыдырауымен байланысты. Бұл мүмкін болу үшін АТФ пулы, өз кезегінде, АТФ концентрациясының оның гидролиз өнімдерінің концентрациясына қатынасы жоғары болатындай тепе-теңдіктен алыс деңгейде сақталуы керек. Осылайша, АТФ пулы ферменттердің қатысуымен анықталатын зат алмасу жолдары бойымен жасушадағы энергия мен атомдардың тұрақты тасымалдануын қамтамасыз ететін «аккумулятор» рөлін атқарады.

Сонымен, АТФ гидролизі процесін және оның ферменттердің жұмысына әсерін қарастырайық. Типтік биосинтетикалық процесті елестетіп көріңіз, онда екі мономер - А және В - судың бөлінуімен жүретін дегидратация реакциясында (оны конденсация деп те аталады) бір-бірімен қосылуы керек:

A - H + B - OH - AB + H2O

Су молекуласы ковалентті байланысқан A-B қосылысын ыдырататын гидролиз деп аталатын кері реакция әрқашан дерлік энергетикалық жағынан қолайлы болады. Бұл, мысалы, белоктардың гидролитикалық ыдырауы кезінде, нуклеин қышқылдарыжәне полисахаридтер суббірліктерге бөлінеді.

A-B жасушасының A-N және B-OH-мен түзілуінің жалпы стратегиясы реакциялардың көп сатылы тізбегін қамтиды, нәтижесінде теңдестірілген қолайлы реакциясы бар қажетті қосылыстардың энергетикалық қолайсыз синтезі жүреді.

АТФ гидролизі үлкен теріс мәнге сәйкес келе ме? G, сондықтан АТФ гидролизі көбінесе энергетикалық қолайлы реакция рөлін атқарады, соның арқасында жасушаішілік биосинтез реакциялары жүзеге асады.

АТФ гидролизімен байланысты А - Н және В - ОН-А - В жолында гидролиз энергиясы алдымен В - ОН-ды жоғары энергиялы аралық затқа айналдырады, содан кейін ол тікелей А - Н-мен әрекеттесіп, А - В түзеді. бұл процестің қарапайым механизмі фосфатты АТФ-дан B - OH-ға B - ORO 3 немесе B - O - R түзу арқылы беруді қамтиды және бұл жағдайда жалпы реакция тек екі кезеңде жүреді:

1) B - OH + ATP - B - C - R + ADP

2) A - N + B - O - R - A - B + R

Реакция кезінде түзілген В - О - Р аралық қосылысы қайтадан жойылатындықтан, жалпы реакцияларды келесі теңдеулерді қолдану арқылы сипаттауға болады:

3) A-N + B - OH - A - B және ATP - ADP + R

Бірінші, энергетикалық қолайсыз реакция мүмкін, өйткені ол екінші, энергетикалық қолайлы реакциямен (АТФ гидролизі) байланысты. Осы типтегі байланысты биосинтетикалық реакциялардың мысалы ретінде глутамин амин қышқылының синтезін келтіруге болады.

АДФ және бейорганикалық фосфатқа дейін АТФ гидролизінің G мәні барлық әрекеттесуші заттардың концентрациясына байланысты және әдетте жасуша жағдайлары үшін - 11-ден - 13 ккал/моль аралығында болады. АТФ гидролиз реакциясын ең соңында G мәні шамамен +10 ккал/моль болатын термодинамикалық қолайсыз реакцияны жүзеге асыру үшін қолдануға болады, әрине сәйкес реакция тізбегі болған жағдайда. Дегенмен, көптеген биосинтетикалық реакциялар үшін тіпті ? G = - 13 ккал/моль. Осы және басқа жағдайларда АТФ гидролизінің жолы алдымен АМФ және РР (пирофосфат) түзілетіндей өзгереді. Келесі сатыда пирофосфат та гидролизге ұшырайды; бүкіл процестің жалпы бос энергиясының өзгеруі шамамен - 26 ккал/моль.

Пирофосфат гидролизінің энергиясы биосинтетикалық реакцияларда қалай пайдаланылады? Тәсілдердің бірін жоғарыда келтірілген А - В қосылыстарының А - Н және В - OH синтезінің мысалы арқылы көрсетуге болады. Тиісті ферменттің көмегімен В – ОН АТФ-мен әрекеттесіп, жоғары энергиялы В – О – Р – Р қосылысына айнала алады.Енді реакция үш кезеңнен тұрады:

1) B - OH + ATP - B - C - R - R + AMP

2) A - N + B - O - R - R - A - B + PP

3) PP + H2O - 2P

Жалпы реакцияны келесідей көрсетуге болады:

A - H + B - OH - A - B және ATP + H2O - AMP + 2P

Фермент әрқашан реакцияны тездететіндіктен, ол тікелей және жанама түрде катализдейді. кері бағыт, А - В қосылысы пирофосфатпен әрекеттесу арқылы ыдырауы мүмкін (2-кезеңнің кері реакциясы). Дегенмен, пирофосфат гидролизінің энергетикалық қолайлы реакциясы (3-кезең) тұрақтылықты сақтауға ықпал етеді. A-B қосылымдарыпирофосфаттың концентрациясы өте төмен болып қалуына байланысты (бұл реакцияны болдырмайды, 2-кезеңге кері). Осылайша, пирофосфат гидролизінің энергиясы реакцияның алға бағытта жүруін қамтамасыз етеді. Осы түрдегі маңызды биосинтетикалық реакцияның мысалы полинуклеотидтердің синтезі болып табылады.

3.3 ДНҚ мен РНҚ және белоктар синтезіндегі рөлі

Барлық белгілі организмдерде ДНҚ құрайтын дезоксирибонуклеотидтер рибонуклеотид-редуктаза (RNR) ферменттерінің сәйкес рибонуклеотидтерге әсері арқылы синтезделеді. Бұл ферменттер 2" гидроксил топтарынан, рибонуклеозид-дифосфаттардың субстраттарынан және дезоксирибонуклеозид-дифосфаттардың өнімдерінен оттегін жою арқылы қант қалдығын рибозадан дезоксирибозаға дейін төмендетеді. Барлық редуктаза ферменттері реактивтілікке тәуелді жалпы сульфгидрильді радикалды механизмді пайдаланады. реакция барысында дисульфидтік байланыс түзу үшін тотығады.РНР ферменті тиоредоксинмен немесе глутаредоксинмен әрекеттесу арқылы өңделеді.

РНР мен онымен байланысты ферменттердің реттелуі бір-біріне қатысты тепе-теңдікті сақтайды. Өте төмен концентрация ДНҚ синтезін және ДНҚ репарациясын тежейді және жасуша үшін өлімге әкеледі, ал қалыптан тыс қатынас ДНҚ синтезі кезінде ДНҚ полимеразаның қосылу ықтималдығының жоғарылауына байланысты мутагенді болып табылады.

РНҚ нуклеин қышқылдарының синтезінде АТФ-дан алынған аденозин РНҚ-полимераза арқылы РНҚ молекулаларына тікелей қосылған төрт нуклеотидтің бірі болып табылады. Энергия, бұл полимерлену пирофосфаттың (екі фосфат тобының) жойылуымен жүреді. Бұл процесс ДНҚ биосинтезінде ұқсас, тек АТФ ДНҚ-ға қосылмас бұрын dATP дезоксирибонуклеотидіне дейін тотықсызданады.

IN синтез тиін. Аминоацил-тРНҚ синтетазалары тРНҚ молекуласын оның ерекше амин қышқылына қосу үшін энергия көзі ретінде АТФ ферменттерін пайдаланады, рибосомаларға трансляцияға дайын аминоацил-тРНҚ құрайды. Энергия екі фосфат тобын жою үшін аденозинмонофосфаттың (АМФ) АТФ гидролизі нәтижесінде қол жетімді болады.

ATP көптеген жасушалық функциялар үшін қолданылады, соның ішінде жасуша мембраналары арқылы қозғалатын заттарды тасымалдау жұмысы. Ол үшін де қолданылады механикалық жұмыс, бұлшықеттің жиырылуына қажетті энергияны қамтамасыз етеді. Ол жүрек бұлшықеттерін (қан айналымы үшін) және қаңқа бұлшықеттерін (мысалы, дененің өрескел қозғалысы үшін) ғана емес, сонымен қатар хромосомалар мен жіліктерді де олардың көптеген қызметтерін атқаруы үшін энергиямен қамтамасыз етеді. АТФ-ның маңызды рөлі химиялық жұмыс, жасуша өмір сүруге қажетті макромолекулалардың бірнеше мың түрін синтездеу үшін қажетті энергиямен қамтамасыз ету.

ATP химиялық реакцияларды басқару үшін де, ақпаратты жіберу үшін де қосу-өшіру қосқышы ретінде пайдаланылады. Құрылыс материалдарын және өмірде қолданылатын басқа құрылымдарды жасайтын ақуыз тізбектерінің пішіні негізінен әлсіздермен анықталады химиялық байланыстар, ол оңай жойылып, қайта құрылымдалады. Бұл тізбектер энергияның кірісіне немесе шығысына жауап ретінде қысқартуы, ұзартылуы және пішінін өзгертуі мүмкін. Тізбектердегі өзгерістер белоктың пішінін өзгертеді, сонымен қатар оның қызметін өзгертуі немесе оның белсенді немесе белсенді емес болуына әкелуі мүмкін.

АТФ молекулалары ақуыз молекуласының бір бөлігімен байланысып, сол молекуланың басқа бөлігінің аздап жылжуына немесе қозғалуына себеп болады, бұл оның конформациясын өзгертіп, молекулаларды белсендірмейді. АТФ жойылғаннан кейін ол ақуызды бастапқы түріне қайтарады және осылайша ол қайтадан жұмыс істейді.

Молекула қайта оралғанша цикл қайталануы мүмкін, ол қосқыш пен қосқыш ретінде тиімді әрекет етеді. Фосфорды қосу (фосфорлану) және ақуыздан фосфорды жою (дефосфорлану) қосу немесе өшіру функциясын атқара алады.

3.4 АТФ-ның басқа қызметтері

Рөл В метаболизм, синтез Және белсенді тасымалдау

Осылайша, АТФ кеңістікте бөлінген метаболикалық реакциялар арасында энергияны тасымалдайды. ATP көптеген жасушалық функциялар үшін энергияның негізгі көзі болып табылады. Бұған макромолекулалардың, соның ішінде ДНҚ мен РНҚ, ақуыздардың синтезі жатады. АТФ сонымен қатар макромолекулаларды экзоцитоз және эндоцитоз сияқты жасуша мембраналары арқылы тасымалдауда маңызды рөл атқарады.

Рөл В құрылым жасушалар Және қозғалыс

АТФ цитоскелеттік элементтерді құрастыру мен бөлшектеуді жеңілдету арқылы жасушалық құрылымды сақтауға қатысады. Осы процеске байланысты актин жіптерінің жиырылуы үшін АТФ қажет, ал бұлшықеттің жиырылуы үшін миозин қажет. Бұл соңғы процесс жануарлардың негізгі энергия талаптарының бірі болып табылады және қозғалыс пен тыныс алу үшін өте маңызды.

Рөл В сигнал жүйелер

жылыжасушадан тыссигналжүйелер

АТФ сонымен қатар сигналдық молекула болып табылады. АТФ, АДФ немесе аденозин пуринергиялық рецепторлар ретінде танылады. Пуринорецепторлар сүтқоректілердің тіндеріндегі ең көп рецепторлар болуы мүмкін.

Адамдарда бұл сигналдық рөл орталық және перифериялық жүйке жүйелерінде маңызды. Белсенділігі синапстардан, аксондардан және глиядан АТФ бөлінуіне байланысты мембраналық рецепторларды пуринергиялық белсендіреді.

жылыжасушаішіліксигналжүйелер

ATP сигнал беру процестерінде маңызды болып табылады. Оны киназалар фосфатты тасымалдау реакцияларында фосфат топтарының көзі ретінде пайдаланады. Ақуыздар немесе мембраналық липидтер сияқты субстраттардағы киназалар жалпы сигнал формасы болып табылады. Ақуыздың киназа арқылы фосфорлануы бұл каскадты белсендіруі мүмкін, мысалы, митогенмен белсендірілген протеинкиназа каскады.

ATP сонымен қатар аденилатциклазамен қолданылады және жасушаішілік қоймалардан кальцийді босату үшін кальций сигналдарын қоздыруға қатысатын екінші хабаршы AMP молекуласына айналады. [38] Бұл толқын пішіні мидың қызметінде әсіресе маңызды, бірақ ол көптеген басқа жасушалық процестерді реттеуге қатысады.

Қорытынды

1. Аденозинтрифосфаты – организмдердегі энергия мен заттардың алмасуында аса маңызды рөл атқаратын нуклеотид; Біріншіден, қосылыс тірі жүйелерде жүретін барлық биохимиялық процестер үшін әмбебап энергия көзі ретінде белгілі. Химиялық жағынан АТФ аденин мен рибозаның туындысы болып табылатын аденозиннің үшфосфатты эфирі болып табылады. Құрылымы бойынша АТФ РНҚ құрамына кіретін аденин нуклеотидіне ұқсас, тек бір фосфор қышқылының орнына АТФ құрамында үш фосфор қышқылының қалдығы болады. Жасушалар қышқылдарды айтарлықтай мөлшерде емес, олардың тұздарын ғана сақтай алады. Демек, фосфор қышқылы АТФ-ға қалдық ретінде енеді (қышқылдың ОН тобының орнына теріс зарядты оттегі атомы бар).

2. Ағзада АТФ АДФ фосфорлану арқылы синтезделеді:

ADP + H 3 PO 4 + энергия> ATP + H 2 O.

АДФ фосфорлануы екі жолмен мүмкін: субстратты фосфорлану және тотықтырғыш фосфорлану (тотықтырғыш заттардың энергиясын пайдалану).

Тотықтырғыш фосфорлану - жасушалық тыныс алудың маңызды құрамдастарының бірі, АТФ түріндегі энергияны өндіруге әкеледі. Тотығу фосфорлану субстраттары органикалық қосылыстардың – белоктардың, майлардың және көмірсулардың ыдырау өнімдері болып табылады. Митохондриялардың кристалдарында тотығу фосфорлану процесі жүреді.

SubstrА басқафосфорилЖәне ing (биохимиялық), гликолиздің тотығу-тотықсыздану реакцияларының энергиясы есебінен және үшкарбон қышқылының цикліндегі а-кетоглутар қышқылының тотығуы кезіндегі энергияға бай фосфор қосылыстарының синтезі.

3. АТФ-ның ағзадағы негізгі рөлі көптеген биохимиялық реакцияларды энергиямен қамтамасыз етумен байланысты. Екі жоғары энергетикалық байланыстың тасымалдаушысы бола отырып, АТФ энергияны көп тұтынатын биохимиялық және физиологиялық процестер үшін тікелей энергия көзі ретінде қызмет етеді. Тірі организмдердің биоэнергетикасында мыналар маңызды: химиялық энергия органикалық субстраттардың тотығуының экзергониялық катаболикалық реакцияларымен АТФ түзілуі арқылы жинақталады; химиялық энергия анаболизмнің эндергоникалық реакцияларымен және энергия шығынын қажет ететін басқа процестермен байланысты АТФ-ны бөлу арқылы пайдаланылады.

4. Жүктеменің жоғарылауымен (мысалы, спринтингте) бұлшықеттер тек АТФ жеткізілуіне байланысты жұмыс істейді. Бұлшықет жасушаларында бұл резерв бірнеше ондаған жиырылу үшін жеткілікті, содан кейін АТФ мөлшері толықтырылуы керек. АДФ пен АМФ-дан АТФ синтезі көмірсулар, липидтер және басқа заттардың ыдырауы кезінде бөлінетін энергия есебінен жүреді. АТФ көп мөлшері ақыл-ой жұмысын орындауға да жұмсалады. Осы себепті психикалық қызметкерлер глюкозаның жоғарылауын қажет етеді, оның ыдырауы АТФ синтезін қамтамасыз етеді.

Энергетикалық АТФ-дан басқа, ол организмде басқа да бірдей маңызды функцияларды орындайды:

· Басқа нуклеозидтрифосфаттармен бірге АТФ нуклеин қышқылдарының синтезінің бастапқы өнімі болып табылады.

Сонымен қатар, АТФ көптеген биохимиялық процестерді реттеуде маңызды рөл атқарады. Бірқатар ферменттердің аллостериялық эффекторы бола отырып, АТФ олардың реттеу орталықтарына қосылу арқылы олардың белсенділігін күшейтеді немесе басады.

АТФ сонымен қатар циклдік аденозинмонофосфат синтезінің тікелей прекурсоры болып табылады. қосалқы делдалжасушаға гормоналды сигнал беру.

Синапстардағы медиатор ретінде АТФ рөлі де белгілі.

Библиографиялық тізім

1. Лемеза, Н.А. Жоғары оқу орындарына түсушілерге арналған биология бойынша оқу құралы / Л.В. Камлюк Н.Д. Лисов. - Минск: Unipress, 2011 - 624 б.

2. Lodish, H, Berk A, Matsudaira P, Kaiser CA, Krieger M, Scott MP, Zipursky SL, Darnell J. Molecular Cell Biology, 5-ші басылым. - Нью-Йорк: В.Х. Фриман, 2004 ж.

3. Романовский, Ю.М. Тірі жасушаның молекулалық энергиясын түрлендіргіштер. Протонды АТФ синтаза – айналмалы молекулалық қозғалтқыш / Ю.М. Романовский А.Н. Тихонов // УФН. - 2010. - Т.180. - С.931 - 956.

4. Воет Д, Воет Дж.Г. Биохимия 1 том 3-ші басылым. Уайли: Хобокен, Нью-Дж. - N-Y: W. H. Freeman and Company, 2002. - 487 рубль.

5. Жалпы химия. Биофизикалық химия. Биогенді элементтердің химиясы. М.: магистратура, 1993 ж

6. Вершубский, А.В. Биофизика. / А.В. Вершубский, В.И. Приклонский, А.Н. Тихонов. - М: 471-481.

7. Альберт Б. Жасушаның молекулалық биологиясы 3 томдық. / Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж. және басқалар М.: Мир, 1994.1558 б.

8. Николаев А.Я. Биологиялық химия – М .: «Медициналық ақпарат агенттігі» ЖШС, 1998 ж.

9. Берг, Дж. М. Биохимия, халықаралық басылым. / Берг, Дж. М, Тимоцко, Дж. Л, Страйер, Л. - Нью-Йорк: В.Х. Фриман, 2011; 287 б.

10. Норре Д.Г. Биологиялық химия: Прок. химиялық, биол үшін. Және бал. маман. университеттер. - 3-ші басылым, Аян. / Knorre D.G., Mysina S.D. - М.: Жоғары. мектеп, 2000. - 479 б.: ауру.

11. Элиот, В. Биохимия және молекулалық биология/ В.Элиот, Д.Элиот. - М.: Ресей медицина ғылымдары академиясының биомедициналық химия ғылыми-зерттеу институтының баспасы, ООО «Материк-альфа», 1999, - 372 б.

12. Shina CL, K., 7 Areieh, W. Ерітіндідегі АТФ гидролизінің энергетикасы туралы. Физикалық химия журналы B,113 (47), (2009).

13. Берг, Дж. М. Биохимия / Дж. М. Берг: Дж. Л. Тимоцко, Л. Страйер. - N-Y: W. H. Freeman and Company, 2002. - 1514 б.

...

Ұқсас құжаттар

    органикалық қосылыстарадам ағзасында. Белоктардың құрылысы, қызметі және жіктелуі. Нуклеин қышқылдары (полинуклеотидтер), РНҚ мен ДНҚ-ның құрылымдық ерекшеліктері мен қасиеттері. Табиғаттағы және адам ағзасындағы көмірсулар. Липидтер - майлар және май тәрізді заттар.

    аннотация, 09.06.2009 қосылған

    Ақуыз синтезі процесі және олардың тірі организмдер тіршілігіндегі рөлі. Функциялар және Химиялық қасиеттеріамин қышқылдары. Адам ағзасында олардың жетіспеушілігінің себептері. Құрамында алмастырылмайтын қышқылдары бар тағам түрлері. Бауырда синтезделген аминқышқылдары.

    презентация, 23/10/2014 қосылды

    Көмірсулардың энергетикалық, сақтаушы және тірек-құрылыстық функциялары. Моносахаридтердің адам ағзасындағы негізгі энергия көзі ретіндегі қасиеттері; глюкоза. Дисахаридтердің негізгі өкілдері; сахароза. Полисахаридтер, крахмал түзілуі, көмірсулар алмасуы.

    есеп, 30.04.2010 қосылған

    Организмдегі зат алмасу қызметтері: қоректік заттардың ыдырауы кезінде түзілетін органдар мен жүйелерді энергиямен қамтамасыз ету; тағам молекулаларын құрылыс блоктарына айналдыру; нуклеин қышқылдарының, липидтердің, көмірсулардың және басқа компоненттердің түзілуі.

    аннотация, 20.01.2009 қосылған

    Барлық өмірлік процестердің қалыпты жүруі үшін белоктардың, майлардың және көмірсулардың рөлі мен маңызы. Белоктардың, майлардың және көмірсулардың құрамы, құрылысы және негізгі қасиеттері, олардың сыни тапсырмаларжәне ағзадағы қызметтері. Бұл қоректік заттардың негізгі көздері.

    презентация, 04/11/2013 қосылды

    Маңызды компонент ретінде холестерин молекулаларының құрылымын сипаттау жасуша мембранасы. Адам ағзасындағы холестерин алмасуының реттелу механизмдерін зерттеу. Қан ағымында төмен тығыздықтағы артық липопротеидтердің пайда болу ерекшеліктерін талдау.

    аннотация, 17.06.2012 қосылған

    Белоктардың, липидтердің және көмірсулардың алмасуы. Адамның тамақтану түрлері: барлық қоректі, бөлек және төмен көмірсутекті тамақтану, вегетариандық, шикі тағамдық диета. Белоктардың зат алмасудағы рөлі. Денедегі майдың болмауы. Тамақтану түрін өзгерту нәтижесінде организмдегі өзгерістер.

    курстық жұмыс, 02.02.2014 жылы қосылған

    Темірдің тотығу процестеріне және коллаген синтезіне қатысуын қарастыру. Қан түзілу процестеріндегі гемоглобиннің маңызымен таныстыру. Адам ағзасында темір тапшылығының салдарынан бас айналу, ентігу және зат алмасудың бұзылуы.

    презентация, 02/08/2012 қосылды

    Фтор мен темірдің қасиеттері. дененің күнделікті қажеттілігі. Фтордың ағзадағы қызметі, әсері, өлімге әкелетін мөлшері, басқа заттармен әрекеттесуі. Адам ағзасындағы темір, оның көздері. Денеге темір тапшылығының салдары және оның шамадан тыс көп болуы.

    презентация, 14.02.2017 қосылды

    Белоктар қоректік заттар ретінде, олардың негізгі қызметтері. Амин қышқылдары белоктардың түзілуіне қатысады. Полипептидтік тізбектің құрылымы. Ағзадағы белоктардың трансформациясы. Толық және толық емес белоктар. Белоктардың құрылысы, химиялық қасиеттері, сапалық реакциялары.

Тірі организмдердің жасушаларындағы ең маңызды зат – аденозинтрифосфат немесе аденозинтрифосфат. Бұл атауды аббревиатураға енгізсек, АТФ (ағыл. ATP) аламыз. Бұл зат нуклеозидтрифосфаттар тобына жатады және олар үшін таптырмас энергия көзі бола отырып, тірі жасушалардағы зат алмасу процестерінде жетекші рөл атқарады.

Байланыста

Сыныптастар

АТФ ашушылары Гарвард тропикалық медицина мектебінің биохимиктер – Йеллапрагада Суббарао, Карл Ломан және Сайрус Фиске болды. Ашылу 1929 жылы болды және тірі жүйелер биологиясындағы маңызды кезең болды. Кейінірек, 1941 жылы неміс биохимигі Фриц Липман жасушалардағы АТФ негізгі энергия тасымалдаушысы екенін анықтады.

АТФ құрылымы

Бұл молекуланың жүйелі атауы бар, ол былай жазылады: 9-β-D-рибофураносиладенин-5'-трифосфат немесе 9-β-D-рибофуранозил-6-амино-пурин-5'-трифосфат. АТФ құрамында қандай қосылыстар бар? Химиялық тұрғыдан бұл аденозиннің үшфосфатты эфирі - аденин мен рибозаның туындысы. Бұл зат пуринді азотты негіз болып табылатын адениннің рибозаның 1'-көміртегімен β-N-гликозидтік байланысы арқылы қосылуынан түзіледі. Содан кейін фосфор қышқылының α-, β- және γ-молекулалары рибозаның 5'-көміртегіне ретімен қосылады.

Осылайша, АТФ молекуласында аденин, рибоза және үш фосфор қышқылының қалдығы сияқты қосылыстар болады. АТФ – көп мөлшерде энергия бөлетін байланысы бар ерекше қосылыс. Мұндай байланыстар мен заттар макроэргиялық деп аталады. АТФ молекуласының осы байланыстарының гидролизі кезінде 40-тан 60 кДж/мольге дейінгі энергия мөлшері бөлінеді, бұл процесс бір немесе екі фосфор қышқылының қалдықтарының жойылуымен бірге жүреді.

Бұл химиялық реакциялар осылай жазылады:

  • 1). АТФ + су → АДФ + фосфор қышқылы + энергия;
  • 2). АДФ+су →АМФ+фосфор қышқылы+энергия.

Бұл реакциялар кезінде бөлінетін энергия белгілі бір энергия шығындарын қажет ететін келесі биохимиялық процестерде қолданылады.

Тірі организмдегі АТФ рөлі. Оның функциялары

АТФ қандай қызмет атқарады?Ең алдымен, энергия. Жоғарыда айтылғандай, аденозинтрифосфаттың негізгі рөлі тірі ағзадағы биохимиялық процестерді энергиямен қамтамасыз ету болып табылады. Бұл рөл екі жоғары энергетикалық байланыстың болуына байланысты АТФ үлкен энергия шығындарын қажет ететін көптеген физиологиялық және биохимиялық процестер үшін энергия көзі ретінде әрекет етеді. Мұндай процестер организмдегі күрделі заттардың синтезінің барлық реакциялары болып табылады. Бұл, ең алдымен, жасуша мембраналары арқылы молекулалардың белсенді тасымалдануы, соның ішінде мембранааралық электрлік потенциалды құруға қатысу және бұлшықеттің жиырылуын жүзеге асыру.

Жоғарыда айтылғандардан басқа, біз тағы бірнеше тізім береміз, АТФ-ның маңызды функциялары кем емес, сияқты:

Ағзада АТФ қалай түзіледі?

Аденозин үшфосфор қышқылының синтезі жалғасуда, өйткені дененің қалыпты өмір сүруі үшін әрқашан энергия қажет. Кез келген сәтте бұл зат өте аз - шамамен 250 грамм, бұл «жаңбырлы күн» үшін «төтенше резерв». Ауру кезінде бұл қышқылдың қарқынды синтезі жүреді, өйткені иммундық және иммундық жүйенің жұмысы үшін көп энергия қажет. экскреторлық жүйелер, сондай-ақ аурудың басталуына қарсы тиімді күресу үшін қажетті дененің терморегуляция жүйесі.

Қай жасушада АТФ көп? Бұл бұлшықет және жүйке тіндерінің жасушалары, өйткені оларда энергия алмасу процестері ең қарқынды. Және бұл анық, өйткені бұлшықеттер бұлшықет талшықтарының жиырылуын қажет ететін қозғалысқа қатысады, ал нейрондар электрлік импульстарды береді, онсыз барлық дене жүйелерінің жұмысы мүмкін емес. Сондықтан жасушаның өзгермеген күйін сақтауы өте маңызды жоғары деңгейаденозинтрифосфаты.

Аденозинтрифосфат молекулалары ағзада қалай түзіледі? Олар деп аталатындар арқылы қалыптасады АДФ (аденозиндифосфат) фосфорлануы. Бұл химиялық реакциякелесідей:

АДФ+фосфор қышқылы+энергия→АТФ+су.

АДФ фосфорлануы ферменттер мен жарық сияқты катализаторлардың қатысуымен жүреді және үш жолдың бірімен жүзеге асырылады:

Тотығу да, субстрат фосфорлану да осындай синтез барысында тотыққан заттардың энергиясын пайдаланады.

Қорытынды

Аденозин үшфосфор қышқылыағзадағы ең жиі жаңартылатын зат болып табылады. Аденозинтрифосфат молекуласы орта есеппен қанша уақыт өмір сүреді? Адам ағзасында, мысалы, оның өмір сүру ұзақтығы бір минуттан аз, сондықтан мұндай заттың бір молекуласы күніне 3000 рет туады және ыдырайды. Бір таңғаларлығы, күн ішінде адам ағзасы шамамен 40 кг осы затты синтездейді! Біз үшін бұл «ішкі энергияның» қажеттілігі қаншалықты зор!

АТФ синтезінің және одан әрі тірі организмдегі зат алмасу процестерінің энергетикалық отыны ретінде пайдаланудың бүкіл циклі осы организмдегі энергия алмасуының мәні болып табылады. Осылайша, аденозинтрифосфаты тірі ағзаның барлық жасушаларының қалыпты жұмысын қамтамасыз ететін «аккумулятордың» бір түрі болып табылады.

Моносахаридтер(қарапайым қанттар) құрамында 3-6 көміртек атомы бар бір молекуладан тұрады. дисахаридтер- екі моносахаридтен түзілген қосылыстар. Полисахаридтер – жоғары молекулалық заттардан тұрады үлкен сан(бірнеше оннан бірнеше ондаған мыңға дейін) моносахаридтер.

Түрлі көмірсулар организмдерде көп мөлшерде кездеседі. Олардың негізгі функциялары:

  1. Энергия: Бұл көмірсулар ағза үшін энергияның негізгі көзі болып табылады. Моносахаридтердің ішінде бұл фруктоза, ол өсімдіктерде кеңінен кездеседі (ең алдымен жемістерде), әсіресе глюкоза (оның бір граммын бөлгенде 17,6 кДж энергия бөлінеді). Глюкоза жемістерде және өсімдіктердің басқа бөліктерінде, қанда, лимфада, жануарлар ұлпаларында кездеседі. Дисахаридтерден глюкоза мен фруктозадан тұратын сахарозаны (құрақ немесе қызылша қантын) және лактозаны (сүт қанты) бөліп алу қажет. қосылыс арқылы түзілгенглюкоза және галактоза. Сахароза өсімдіктерде (негізінен жемістерде), ал лактоза сүтте кездеседі. Олар жануарлар мен адамдардың қоректенуінде маңызды рөл атқарады. Үлкен мәнэнергетикалық процестерде оларда крахмал және гликоген сияқты полисахаридтер бар, олардың мономері глюкоза. Олар сәйкесінше өсімдіктер мен жануарлардың резервтік заттары болып табылады. Егер организмде глюкоза көп болса, ол тіндер мен мүшелердің жасушаларында жиналатын осы заттарды синтездеу үшін қолданылады. Сонымен, крахмал жемістерде, тұқымдарда, картоп түйнектерінде көп мөлшерде кездеседі; гликоген – бауырда, бұлшықеттерде. Қажет болған жағдайда бұл заттар ыдырап, дененің әртүрлі органдары мен тіндерін глюкозамен қамтамасыз етеді.
  2. Құрылымдық: мысалы, дезоксирибоза және рибоза сияқты моносахаридтер нуклеотидтердің түзілуіне қатысады. Әртүрлі көмірсулар жасуша қабырғаларының құрамына кіреді (өсімдіктердегі целлюлоза, саңырауқұлақтардағы хитин).

Липидтер (майлар)- суда ерімейтін (гидрофобты), бірақ органикалық еріткіштерде (хлороформ, бензин және т.б.) оңай еритін органикалық заттар. Олардың молекуласы глицерин мен май қышқылдарынан тұрады. Соңғысының әртүрлілігі липидтердің әртүрлілігін анықтайды. Жасуша мембраналарында фосфолипидтер (майдан басқа, фосфор қышқылының қалдығы бар) және гликолипидтер (липидтер мен сахаридтердің қосылыстары) кең таралған.

Липидтердің қызметі – құрылымдық, энергетикалық және қорғаныстық.

Жасуша мембранасының құрылымдық негізін әртүрлі белоктардың молекулалары кіріктірілген липидтердің бимолекулярлы (молекулалардың екі қабатынан түзілген) қабаты құрайды.

1 г майды бөлгенде 38,9 кДж энергия бөлінеді, бұл 1 г көмірсу немесе ақуызды бөлгенде шамамен екі есе көп. Майлар әртүрлі ұлпалар мен мүшелердің жасушаларында жиналуы мүмкін (бауыр, жануарларда тері асты тіндері, өсімдіктерде тұқымдар), организмде көп мөлшерде «отынның» айтарлықтай қорын қалыптастырады.

Нашар жылу өткізгіштікке ие майлар гипотермиядан қорғауда маңызды рөл атқарады (мысалы, киттер мен аяқаяқтардың тері астындағы май қабаттары).

АТФ (аденозинтрифосфаты).Ол жасушаларда әмбебап энергия тасымалдаушысы қызметін атқарады. Бөлу кезінде бөлінетін энергия органикалық заттар(майлар, көмірсулар, белоктар және т.б.) ешбір жұмысты орындау үшін тікелей қолданыла алмайды, бірақ бастапқыда АТФ түрінде сақталады.

Аденозинтрифосфаты адениннің азотты негізінен, рибозадан және фосфор қышқылының үш молекуласынан (дәлірек айтқанда, қалдық) тұрады (1-сурет).

Күріш. 1. АТФ молекуласының құрамы

Фосфор қышқылының бір қалдығы ыдырағанда АДФ (аденозиндифосфат) түзіліп, жасушадағы кез келген жұмысты орындауға (мысалы, бұлшықет жасушасының жиырылуына, органикалық заттардың синтезі процестеріне) жұмсалатын шамамен 30 кДж энергия бөлінеді. заттар және т.б.):

Жасушада АТФ-ның қоректенуі шектеулі болғандықтан, ол басқа органикалық заттардың ыдырауы кезінде бөлінетін энергия есебінен үнемі қалпына келтіріліп отырады; АТФ АДФ-ға фосфор қышқылының молекуласын қосу арқылы қалпына келтіріледі:

Осылайша, в биологиялық трансформацияэнергияны екі негізгі кезеңге бөлуге болады:

1) АТФ синтезі – жасушада энергияның сақталуы;

2) жинақталған энергияның бөлінуі (АТФ ыдырауы кезінде) жасушадағы жұмыстарды орындау.

Суретте екі жол көрсетілген ATP құрылымының кескіндері. Аденозинмонофосфат (АМФ), аденозиндифосфат (АДФ) және аденозинтрифосфат (АТФ) нуклеозид деп аталатын қосылыстар класына жатады. Нуклеотид молекуласы бес көміртекті қанттан, азотты негізден және фосфор қышқылынан тұрады. АМФ молекуласында қант рибозамен, ал негіз аденинмен бейнеленген. ADP екі фосфат тобына ие, ал АТФ үш фосфат тобына ие.

ATP мәні

АТФ АДФ-ге ыдырағандажәне бейорганикалық фосфат (Fn) энергиясы бөлінеді:

Реакция судың сіңуімен жүреді, яғни бұл гидролиз (біздің мақалада біз биохимиялық реакциялардың өте кең таралған түрімен бірнеше рет кездестік). АТФ-дан бөлінген үшінші фосфат тобы жасушада бейорганикалық фосфат (Pn) түрінде қалады. Бұл реакциядағы бос энергия шығымы 1 моль АТФ үшін 30,6 кДж.

ADP-денжәне фосфат, АТФ қайтадан синтезделеді, бірақ бұл үшін жаңадан түзілген АТФ 1 моль үшін 30,6 кДж энергия қажет.

Бұл реакцияда, конденсация реакциясы деп аталады, су бөлінеді. АДФ-ға фосфаттың қосылуы фосфорлану реакциясы деп аталады. Жоғарыда аталған екі теңдеуді біріктіруге болады:


Мұны катализдейді қайтымды реакцияфермент деп аталады АТФаза.

Барлық жасушалар, жоғарыда айтылғандай, өз жұмысын орындау үшін энергияны қажет етеді, ал кез келген ағзаның барлық жасушалары үшін бұл энергияның көзі АТФ қызметін атқарады. Сондықтан АТФ жасушалардың «әмбебап энергия тасымалдаушысы» немесе «энергия валютасы» деп аталады. Электрлік батареялар жақсы аналог болып табылады. Неліктен біз оларды пайдаланбайтынымызды есте сақтаңыз. Олардың көмегімен біз бір жағдайда жарықты, екінші жағдайда дыбысты, кейде қабылдай аламыз механикалық қозғалыс, ал кейде бізге өздерінің электр энергиясы қажет. Батареялардың ыңғайлылығы сол, біз бір қуат көзі – аккумуляторды қайда қойғанымызға байланысты әртүрлі мақсатта пайдалана аламыз. АТФ жасушаларда бірдей рөл атқарады. Ол бұлшықеттердің жиырылуы, жүйке импульстарының берілуі, заттардың белсенді тасымалдануы немесе ақуыз синтезі сияқты әртүрлі процестерді және жасушалық белсенділіктің барлық басқа түрлерін энергиямен қамтамасыз етеді. Мұны істеу үшін ол жай ғана жасуша аппаратының тиісті бөлігіне «қосылуы» керек.

Аналогияны жалғастыруға болады. Батареяларды алдымен жасау керек, ал олардың кейбіреулерін (қайта зарядталатын) қайта зарядтауға болады. Зауытта аккумуляторларды өндіру кезінде оларда энергияның белгілі бір мөлшері болуы керек (және сол арқылы зауыт жұмсайды). АТФ синтезі де энергияны қажет етеді; оның көзі – тыныс алу процесінде органикалық заттардың тотығуы. Тотығу кезінде АДФ фосфорлану үшін энергия бөлінетіндіктен, бұл фосфорлану тотығу фосфорлану деп аталады. Фотосинтезде АТФ жарық энергиясы арқылы түзіледі. Бұл процесс фотофосфорлану деп аталады (7.6.2 бөлімін қараңыз). Сондай-ақ жасушада АТФ-ның көп бөлігін өндіретін «зауыттар» бар. Бұл митохондриялар; олар аэробты тыныс алу кезінде АТФ түзетін химиялық «құрастыру желілерін» орналастырады. Ақырында, разрядталған «аккумуляторлар» да жасушада қайта зарядталады: АТФ оның құрамындағы энергияны босатып, ADP және Phn-ға айналғаннан кейін, процесс кезінде алынған энергияның арқасында АДФ және Phn-дан қайтадан тез синтезделеді. органикалық заттардың жаңа бөліктерінің тотығуынан тыныс алу.

ATP мөлшерікез келген сәтте ұяшықта өте аз. Сондықтан ATP-деэнергияның қоймасын емес, тек тасымалдаушысын ғана көру керек. Ұзақ мерзімді энергияны сақтау үшін майлар немесе гликоген сияқты заттар қолданылады. Жасушалар АТФ деңгейіне өте сезімтал. Оны қолдану қарқыны жоғарылаған сайын осы деңгейді сақтайтын тыныс алу процесінің жылдамдығы да артады.

АТФ рөліжасушалық тыныс алу мен энергияны тұтынатын процестер арасындағы байланыс ретінде суреттен көруге болады.Бұл диаграмма қарапайым болып көрінеді, бірақ ол өте маңызды заңдылықты көрсетеді.

Осылайша, жалпы алғанда, тыныс алу функциясы мыналар деп айтуға болады АТФ түзеді.


Жоғарыда айтылғандарды қорытындылайық.
1. АДФ пен бейорганикалық фосфаттан АТФ синтезі үшін 1 моль АТФ үшін 30,6 кДж энергия қажет.
2. АТФ барлық тірі жасушаларда болады, сондықтан әмбебап энергия тасымалдаушысы болып табылады. Басқа энергия тасымалдаушылар пайдаланылмайды. Бұл мәселені жеңілдетеді - қажетті жасушалық аппарат қарапайым болуы мүмкін және тиімдірек және үнемді жұмыс істейді.
3. АТФ энергияны қажет ететін кез келген процеске жасушаның кез келген бөлігіне энергияны оңай жеткізеді.
4. АТФ энергияны тез бөледі. Бұл тек бір реакцияны қажет етеді - гидролиз.
5. АДФ пен бейорганикалық фосфаттан АТФ көбею жылдамдығы (тыныс алу процесінің жылдамдығы) қажеттіліктерге сәйкес оңай реттеледі.
6. АТФ глюкоза сияқты органикалық заттардың тотығуы кезінде бөлінетін химиялық энергия есебінен тыныс алу кезінде, ал фотосинтез кезінде күн энергиясының есебінен синтезделеді. АДФ пен бейорганикалық фосфаттан АТФ түзілуі фосфорлану реакциясы деп аталады. Егер фосфорлану үшін энергия тотығу арқылы берілсе, онда олар тотығу фосфорлану туралы айтады (бұл процесс тыныс алу кезінде жүреді), бірақ жарық энергиясы фосфорлану үшін пайдаланылса, онда процесс фотофосфорлану деп аталады (бұл фотосинтез кезінде жүреді).

Мақаланың рейтингі:
1 жұлдыз2 жұлдыз3 жұлдыз4 жұлдыз5 жұлдыз(Әлі рейтингтер жоқ)
Жүктелуде...
Достармен бөлісіңіз:
Ұқсас посттар