Molecula de ATP în biologie: compoziție, funcții și rol în organism. Structura ATP. Valoare ATP Funcții adp și amp

Milioane de reacții biochimice au loc în orice celulă a corpului nostru. Ele sunt catalizate de o varietate de enzime care necesită adesea energie. Unde o duce celula? La această întrebare se poate răspunde dacă luăm în considerare structura moleculei ATP - una dintre principalele surse de energie.

ATP este o sursă universală de energie

ATP înseamnă adenozin trifosfat sau adenozin trifosfat. Materia este una dintre cele mai importante două surse de energie din orice celulă. Structura ATP și rol biologic strâns legate. Majoritatea reacțiilor biochimice pot avea loc numai cu participarea moleculelor unei substanțe, în special acest lucru se aplică.Cu toate acestea, ATP este rareori implicat direct în reacție: pentru ca orice proces să aibă loc, este nevoie de energie care este conținută exact în adenozin trifosfat.

Structura moleculelor substanței este astfel încât legăturile formate între grupele de fosfat transportă o cantitate imensă de energie. Prin urmare, astfel de legături sunt numite și macroergice, sau macroenergetice (macro=mulți, număr mare). Termenul a fost introdus pentru prima dată de omul de știință F. Lipman, iar el a sugerat, de asemenea, folosirea pictogramei ̴ pentru a le desemna.

Este foarte important ca celula să mențină un nivel constant de adenozin trifosfat. Acest lucru este valabil mai ales pentru celulele musculare și fibrele nervoase, deoarece acestea sunt cele mai dependente de energie și au nevoie de un conținut ridicat de adenozin trifosfat pentru a-și îndeplini funcțiile.

Structura moleculei de ATP

Adenozin trifosfat este alcătuit din trei elemente: riboză, adenină și

Riboza- un carbohidrat care apartine grupului pentozelor. Aceasta înseamnă că riboza conține 5 atomi de carbon, care sunt încadrați într-un ciclu. Riboza este legată de adenină printr-o legătură β-N-glicozidică pe primul atom de carbon. De asemenea, reziduurile de acid fosforic de pe al 5-lea atom de carbon sunt atașate de pentoză.

Adenina este o bază azotată.În funcție de ce bază azotată este atașată de riboză, sunt izolate și GTP (guanozin trifosfat), TTP (timidină trifosfat), CTP (citidin trifosfat) și UTP (uridin trifosfat). Toate aceste substanțe sunt similare ca structură cu adenozin trifosfat și îndeplinesc aproximativ aceleași funcții, dar sunt mult mai puțin frecvente în celulă.

Reziduuri de acid fosforic. La o riboză pot fi atașate maximum trei resturi de acid fosforic. Dacă există două sau doar una dintre ele, atunci, respectiv, substanța se numește ADP (difosfat) sau AMP (monofosfat). Între reziduurile de fosfor se încheie legăturile macroenergetice, după ruperea cărora se eliberează de la 40 la 60 kJ de energie. Dacă două legături sunt rupte, se eliberează 80, mai rar - 120 kJ de energie. Când legătura dintre riboză și reziduul de fosfor este ruptă, se eliberează doar 13,8 kJ, prin urmare, există doar două legături de mare energie în molecula de trifosfat (P ̴ P ̴ P) și una în molecula ADP (P ̴). P).

Care sunt caracteristicile structurale ale ATP. Datorită faptului că între resturile de acid fosforic se formează o legătură macroenergetică, structura și funcțiile ATP sunt interconectate.

Structura ATP și rolul biologic al moleculei. Funcții suplimentare ale adenozin trifosfat

Pe lângă energie, ATP poate îndeplini multe alte funcții în celulă. Alături de alți trifosfați nucleotid, trifosfatul este implicat în construcția acizilor nucleici. În acest caz, ATP, GTP, TTP, CTP și UTP sunt furnizorii de baze azotate. Această proprietate este utilizată în procese și transcriere.

ATP este, de asemenea, necesar pentru funcționarea canalelor ionice. De exemplu, canalul Na-K pompează 3 molecule de sodiu din celulă și pompează 2 molecule de potasiu în celulă. Un astfel de curent ionic este necesar pentru a menține o sarcină pozitivă pe suprafața exterioară a membranei și numai cu ajutorul adenozin trifosfatului poate funcționa canalul. Același lucru este valabil și pentru canalele de protoni și calciu.

ATP este un precursor al celui de-al doilea mesager cAMP (ciclic adenozin monofosfat) - cAMP nu numai că transmite semnalul primit de receptorii membranei celulare, dar este și un efector alosteric. Efectorii alosterici sunt substanțe care accelerează sau încetinesc reacțiile enzimatice. Deci, adenozin trifosfat ciclic inhibă sinteza unei enzime care catalizează descompunerea lactozei în celulele bacteriene.

Molecula de adenozin trifosfat în sine poate fi, de asemenea, un efector alosteric. Mai mult, în astfel de procese, ADP acționează ca un antagonist ATP: dacă trifosfatul accelerează reacția, atunci difosfatul încetinește și invers. Acestea sunt funcțiile și structura ATP.

Cum se formează ATP în celulă

Funcțiile și structura ATP sunt astfel încât moleculele substanței sunt rapid utilizate și distruse. Prin urmare, sinteza trifosfatului este un proces important în formarea energiei în celulă.

Există trei moduri cele mai importante de a sintetiza adenozin trifosfat:

1. Fosforilarea substratului.

2. Fosforilarea oxidativă.

3. Fotofosforilarea.

Fosforilarea substratului se bazează pe reacții multiple care au loc în citoplasma celulei. Aceste reacții se numesc glicoliză - etapa anaerobă.Ca urmare a unui ciclu de glicoliză, din 1 moleculă de glucoză sunt sintetizate două molecule, care sunt utilizate în continuare pentru producerea de energie și sunt, de asemenea, sintetizate două ATP.

  • C6H12O6 + 2ADP + 2Fn --> 2C3H4O3 + 2ATP + 4H.

Respirația celulară

Fosforilarea oxidativă este formarea de adenozin trifosfat prin transferul de electroni de-a lungul lanțului de transport de electroni al membranei. Ca urmare a acestui transfer, pe una dintre laturile membranei se formează un gradient de protoni, iar cu ajutorul setului integral proteic al ATP sintetazei se construiesc molecule. Procesul are loc pe membrana mitocondrială.

Secvența etapelor de glicoliză și fosforilare oxidativă în mitocondrii formează procesul general numit respirație. După un ciclu complet, din 1 moleculă de glucoză din celulă se formează 36 de molecule de ATP.

Fotofosforilarea

Procesul de fotofosforilare este aceeași fosforilare oxidativă cu o singură diferență: reacțiile de fotofosforilare au loc în cloroplastele celulei sub acțiunea luminii. ATP este produs în timpul etapei de lumină a fotosintezei, principalul proces de producere a energiei în plantele verzi, alge și unele bacterii.

În procesul de fotosinteză, electronii trec prin același lanț de transport de electroni, rezultând formarea unui gradient de protoni. Concentrația de protoni pe o parte a membranei este sursa sintezei ATP. Asamblarea moleculelor este realizată de enzima ATP sintaza.

Celula medie conține 0,04% adenozin trifosfat din masa totală. Cu toate acestea, cea mai mare valoare se observă în celulele musculare: 0,2-0,5%.

Într-o celulă există aproximativ 1 miliard de molecule de ATP.

Fiecare moleculă nu trăiește mai mult de 1 minut.

O moleculă de adenozin trifosfat este reînnoită de 2000-3000 de ori pe zi.

În total, corpul uman sintetizează 40 kg de adenozin trifosfat pe zi, iar în fiecare moment furnizarea de ATP este de 250 g.

Concluzie

Structura ATP-ului și rolul biologic al moleculelor sale sunt strâns legate. Substanța joacă un rol cheie în procesele vieții, deoarece legăturile macroergice dintre reziduurile de fosfat conțin o cantitate imensă de energie. Trifosfatul de adenozină îndeplinește multe funcții în celulă și, prin urmare, este important să se mențină o concentrație constantă a substanței. Dezintegrarea și sinteza au loc cu o viteză mare, deoarece energia legăturilor este utilizată în mod constant în reacțiile biochimice. Este o substanță indispensabilă oricărei celule a corpului. Acesta este, probabil, tot ce se poate spune despre structura ATP.

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

postat pe http://www.allbest.ru/

  • Introducere
  • 1.1 Proprietățile chimice ale ATP
  • 1.2 Proprietăți fizice ATP
  • 2.1
  • 3.1 Rolul în cușcă
  • 3.2 Rolul în activitatea enzimelor
  • 3.4 Alte funcții ale ATP
  • Concluzie
  • Lista bibliografică

Lista de simboluri

ATP - adenozin trifosfat

ADP - adenozin difosfat

AMP - adenozin monofosfat

ARN - acid ribonucleic

ADN - acid dezoxiribonucleic

NAD - nicotinamidă adenin dinucleotidă

PVC - acid piruvic

G-6-F - izomeraza fosfoglucoza

F-6-F - fructoză-6-fosfat

TPP - tiamină pirofosfat

FAD - dinucleotidă feniladenină

Fn - fosfat nelimitat

G - entropie

RNR - ribonucleotid reductază

Introducere

Energia este principala sursă de energie pentru toate ființele vii care locuiesc pe planeta noastră. lumina soarelui, care este folosit direct doar de celulele plantelor verzi, algelor, bacteriilor verzi și violete. În aceste celule, substanțele organice (glucide, grăsimi, proteine, acizi nucleici etc.) se formează din dioxid de carbon și apă în timpul fotosintezei. Mâncând plante, animalele primesc materie organică în formă finită. Energia stocată în aceste substanțe trece odată cu ele în celulele organismelor heterotrofe.

În celulele organismelor animale, energia compușilor organici în timpul oxidării lor este transformată în energia ATP. ( Dioxid de carbon iar apa eliberată în același timp este din nou folosită de organismele autotrofe pentru procesele de fotosinteză.) Datorită energiei ATP, se desfășoară toate procesele de viață: biosinteza compușilor organici, mișcarea, creșterea, diviziunea celulară etc.

Tema formării și utilizării ATP în organism nu este nouă pentru o lungă perioadă de timp, dar rareori, unde veți găsi o analiză completă a ambelor într-o singură sursă și chiar mai rar o analiză a ambelor procese simultan și în diferite organisme.

În acest sens, relevanța muncii noastre a devenit un studiu amănunțit al formării și utilizării ATP în organismele vii, deoarece. această temă nu este studiată la nivelul corespunzător în literatura de știință populară.

Scopul muncii noastre a fost:

· studiul mecanismelor de formare și modalități de utilizare a ATP în corpul animalelor și al oamenilor.

Ni s-au dat următoarele sarcini:

· Să studieze natura chimică și proprietățile ATP;

· Analizează căile de formare a ATP în organismele vii;

· Luați în considerare modalități de utilizare a ATP în organismele vii;

Luați în considerare importanța ATP pentru oameni și animale.

Capitolul 1. Natura chimică și proprietățile ATP

1.1 Proprietățile chimice ale ATP

Adenozin trifosfat este o nucleotidă care joacă un rol extrem de important în schimbul de energie și substanțe în organism; În primul rând, compusul este cunoscut ca o sursă universală de energie pentru toate procesele biochimice care au loc în sistemele vii. ATP a fost descoperit în 1929 de Karl Lohmann, iar în 1941 Fritz Lipmann a arătat că ATP este principalul purtător de energie în celulă.

Denumirea sistematică a ATP:

9-in-D-ribofuranosiladenin-5"-trifosfat, sau

9-in-D-ribofuranozil-6-amino-purină-5"-trifosfat.

Din punct de vedere chimic, ATP este esterul trifosfat al adenozinei, care este un derivat al adeninei și ribozei.

Baza azotată purinică - adenina - este legată printr-o legătură n-N-glicozidică de carbonul 1" al ribozei. Trei molecule de acid fosforic sunt atașate succesiv de carbonul 5" al ribozei, notate respectiv cu literele: b, c și d.

De structura ATP similar cu nucleotida adenină care face parte din ARN, numai că în loc de un acid fosforic, ATP conține trei resturi de acid fosforic. Celulele nu sunt capabile să conțină acizi în cantități vizibile, ci doar sărurile lor. Prin urmare, acidul fosforic intră în ATP ca reziduu (în loc de grupa OH a acidului, există un atom de oxigen încărcat negativ).

Sub acțiunea enzimelor, molecula de ATP este ușor hidrolizată, adică se leagă de o moleculă de apă și se descompune pentru a forma acid adenozin difosforic (ADP):

ATP + H2O ADP + H3PO4.

Scindarea unui alt reziduu de acid fosforic transformă ADP în acid adenozin monofosforic AMP:

ADP + H2O AMP + H3PO4.

Aceste reacții sunt reversibile, adică AMP poate fi convertit în ADP și apoi în ATP, acumulând energie. Distrugerea obișnuitului legătură peptidică eliberează doar 12 kJ/mol de energie. Iar legăturile care leagă reziduurile de acid fosforic sunt de mare energie (se mai numesc și macroergice): atunci când fiecare dintre ele este distrusă, se eliberează 40 kJ/mol de energie. Prin urmare, ATP joacă un rol central în celule ca acumulator de energie biologică universală. Moleculele de ATP sunt sintetizate în mitocondrii și cloroplaste (doar o cantitate mică din ele este sintetizată în citoplasmă), apoi intră în diferitele organite ale celulei, furnizând energie pentru toate procesele vieții.

Datorită energiei ATP are loc diviziunea celulară, transferul activ de substanțe prin membranele celulare, menținerea potențialului electric al membranei în procesul de transfer impulsuri nervoase, precum și biosinteza compușilor macromoleculari și munca fizică.

Cu o sarcină crescută (de exemplu, la sprint), mușchii lucrează exclusiv datorită aportului de ATP. În celulele musculare, această rezervă este suficientă pentru câteva zeci de contracții, iar apoi cantitatea de ATP trebuie completată. Sinteza ATP din ADP și AMP are loc datorită energiei eliberate în timpul descompunerii carbohidraților, lipidelor și altor substanțe. O cantitate mare de ATP este, de asemenea, cheltuită pentru efectuarea muncii mentale. Din acest motiv, lucrătorii psihici necesită o cantitate crescută de glucoză, a cărei descompunere asigură sinteza ATP.

1.2 Proprietățile fizice ale ATP

ATP este format din adenozină și riboză - și trei grupe fosfat. ATP este foarte solubil în apă și destul de stabil în soluții la pH 6,8-7,4, dar se hidrolizează rapid la pH extrem. Prin urmare, ATP este cel mai bine stocat în săruri anhidre.

ATP este o moleculă instabilă. În apă netamponată, se hidrolizează în ADP și fosfat. Acest lucru se datorează faptului că rezistența legăturilor dintre grupările fosfat din ATP este mai mică decât rezistența legăturilor de hidrogen (legături de hidratare) dintre produsele sale (ADP + fosfat) și apă. Astfel, dacă ATP și ADP sunt în echilibru chimic în apă, aproape tot ATP-ul va fi în cele din urmă transformat în ADP. Un sistem care este departe de echilibru conține energie liberă Gibbs și este capabil să lucreze. Celulele vii mențin raportul dintre ATP și ADP la un punct de zece ordine de mărime față de echilibru, cu o concentrație de ATP de o mie de ori mai mare decât concentrația de ADP. Această schimbare de la poziția de echilibru înseamnă că hidroliza ATP în celulă eliberează o cantitate mare de energie gratis.

Cele două legături fosfat de înaltă energie (cele care leagă fosfații adiacenți) dintr-o moleculă de ATP sunt responsabile pentru conținutul ridicat de energie al acelei molecule. Energia stocată în ATP poate fi eliberată din hidroliză. Situată cel mai departe de zahărul riboză, gruparea z-fosfat are o energie de hidroliză mai mare decât β- sau β-fosfat. Legăturile formate după hidroliza sau fosforilarea unui reziduu de ATP au o energie mai mică decât alte legături ATP. În timpul hidrolizei ATP catalizate de enzime sau fosforilării ATP, energia liberă disponibilă poate fi folosită de sistemele vii pentru a lucra.

Orice sistem instabil de molecule potențial reactive poate servi ca o modalitate de a stoca energie liberă dacă celulele și-au păstrat concentrația departe de punctul de echilibru al reacției. Totuși, așa cum este cazul majorității biomoleculelor polimerice, descompunerea ARN, ADN-ului și ATP în monomeri simpli se datorează atât eliberării de energie, cât și entropiei, o creștere în considerare, atât în ​​concentrații standard, cât și în acele concentrații în care apare în celulă.

Cantitatea standard de energie eliberată ca urmare a hidrolizei ATP poate fi calculată din modificări ale energiei care nu sunt legate de condițiile naturale (standard), apoi corectând concentrația biologică. Modificarea netă a energiei termice (entalpie) la temperatura și presiunea standard pentru descompunerea ATP în ADP și fosfați anorganici este de 20,5 kJ/mol, cu o modificare a energiei libere de 3,4 kJ/mol. Energia este eliberată prin divizarea fosfatului sau pirofosfatului din ATP la standardul de stat 1 M sunt:

ATP + H 2 O > ADP + P I DG? = - 30,5 kJ/mol (-7,3 kcal/mol)

ATP + H 2 O > AMP + PP i DG? = - 45,6 kJ/mol (-10,9 kcal/mol)

Aceste valori pot fi utilizate pentru a calcula modificarea energiei în condiții fiziologice și ATP/ADP celular. Cu toate acestea, o semnificație mai reprezentativă, numită încărcare energetică, funcționează adesea. Sunt date valori pentru energia liberă Gibbs. Aceste reacții depind de o serie de factori, inclusiv puterea ionică globală și prezența metalelor alcalino-pământoase, cum ar fi ionii Mg2+ și Ca2+. În condiții normale, DG este de aproximativ -57 kJ/mol (-14 kcal/mol).

energie baterie biologică a proteinelor

capitolul 2

În organism, ATP este sintetizat prin fosforilarea ADP:

ADP + H3P04+ energie> ATP + H2O.

Fosforilarea ADP este posibilă în două moduri: fosforilarea substratului și fosforilarea oxidativă (folosind energia substanțelor oxidante). Cea mai mare parte a ATP se formează pe membranele mitocondriale în timpul fosforilării oxidative de către ATP sintaza H-dependentă. Fosforilarea substratului ATP nu necesită participarea enzimelor membranare; are loc în procesul de glicoliză sau prin transferul unei grupări fosfat de la alți compuși macroergici.

Reacțiile de fosforilare ADP și utilizarea ulterioară a ATP ca sursă de energie formează un proces ciclic care este esența metabolismului energetic.

În organism, ATP este una dintre cele mai frecvent actualizate substanțe. Deci, la om, durata de viață a unei molecule de ATP este mai mică de 1 minut. În timpul zilei, o moleculă de ATP trece printr-o medie de 2000-3000 de cicluri de resinteză (corpul uman sintetizează aproximativ 40 kg de ATP pe zi), adică practic nu există nicio rezervă de ATP în organism, iar pentru viața normală este necesar pentru a sintetiza constant noi molecule de ATP.

Fosforilarea oxidativă -

Cu toate acestea, cel mai adesea carbohidrații sunt folosiți ca substrat. Deci, celulele creierului nu sunt capabile să folosească niciun alt substrat pentru nutriție, cu excepția carbohidraților.

Carbohidrații precomplexi sunt descompuși în alții simpli, până la formarea glucozei. Glucoza este un substrat universal în procesul de respirație celulară. Oxidarea glucozei este împărțită în 3 etape:

1. glicoliză;

2. decarboxilarea oxidativă și ciclul Krebs;

3. fosforilarea oxidativă.

În acest caz, glicoliza este o fază comună pentru respirația aerobă și anaerobă.

2 .1.1 ChikoLiz- un proces enzimatic de descompunere secvenţială a glucozei în celule, însoţit de sinteza ATP. Glicoliza în condiții aerobe duce la formarea acidului piruvic (piruvat), glicoliza în condiții anaerobe duce la formarea acidului lactic (lactat). Glicoliza este principala cale de catabolism al glucozei la animale.

Calea glicolitică constă din 10 reacții consecutive, fiecare dintre ele catalizată de o enzimă separată.

Procesul de glicoliză poate fi împărțit condiționat în două etape. Prima etapă, care procedează cu consumul de energie a 2 molecule de ATP, este împărțirea unei molecule de glucoză în 2 molecule de gliceraldehidă-3-fosfat. În a doua etapă, are loc oxidarea dependentă de NAD a gliceraldehidei-3-fosfatului, însoțită de sinteza ATP. În sine, glicoliza este un proces complet anaerob, adică nu necesită prezența oxigenului pentru ca reacțiile să apară.

Glicoliza este unul dintre cele mai vechi procese metabolice cunoscute în aproape toate organismele vii. Probabil, glicoliza a apărut cu mai bine de 3,5 miliarde de ani în urmă la procariotele primare.

Rezultatul glicolizei este conversia unei molecule de glucoză în două molecule de acid piruvic (PVA) și formarea a doi echivalenți reducători sub forma coenzimei NAD H.

Ecuația completă pentru glicoliză este:

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

În absența sau lipsa oxigenului în celulă, acidul piruvic suferă reducerea la acid lactic, atunci ecuația generală a glicolizei va fi următoarea:

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

Astfel, în timpul descompunerii anaerobe a unei molecule de glucoză, randamentul net total de ATP este de două molecule obținute în reacțiile de fosforilare a substratului ADP.

În organismele aerobe, produșii finali ai glicolizei suferă transformări ulterioare în ciclurile biochimice legate de respirația celulară. Ca urmare, după oxidarea completă a tuturor metaboliților unei molecule de glucoză în ultima etapă a respirației celulare - fosforilarea oxidativă care are loc pe lanțul respirator mitocondrial în prezența oxigenului - sunt sintetizate suplimentar 34 sau 36 de molecule de ATP pentru fiecare glucoză. moleculă.

Prima reacție a glicolizei este fosforilarea unei molecule de glucoză, care are loc cu participarea enzimei hexokinaze specifice țesutului cu consumul de energie a 1 moleculă de ATP; se formează forma activă a glucozei - glucoză-6-fosfat (G-6-F):

Pentru ca reacția să continue, este necesară prezența ionilor de Mg 2+ în mediu, cu care se leagă complexul de molecule ATP. Această reacție este ireversibilă și este prima cheie reacţie glicoliza.

Fosforilarea glucozei are două scopuri: în primul rând, deoarece membrana plasmatică, care este permeabilă la o moleculă neutră de glucoză, nu permite trecerea moleculelor G-6-P încărcate negativ, glucoza fosforilată este blocată în interiorul celulei. În al doilea rând, în timpul fosforilării, glucoza este transformată într-o formă activă care poate participa la reacții biochimice și poate fi inclusă în ciclurile metabolice.

Izoenzima hepatică a hexokinazei - glucokinaza - are importanţăîn reglarea nivelului de glucoză din sânge.

În următoarea reacție ( 2 ) de către enzima fosfoglucoizomeraza G-6-P este transformată în fructoză-6-fosfat (F-6-F):

Nu este necesară energie pentru această reacție, iar reacția este complet reversibilă. În această etapă, fructoza poate fi inclusă și în procesul de glicoliză prin fosforilare.

Apoi urmează aproape imediat una după alta două reacții: fosforilarea ireversibilă a fructozei-6-fosfatului ( 3 ) și scindarea aldolică reversibilă a rezultatului fructoză-1,6-bifosfat (F-1,6-bF) în două trioze ( 4 ).

Fosforilarea F-6-F este efectuată de fosfofructokinază cu cheltuirea de energie a unei alte molecule de ATP; acesta este al doilea cheie reacţie glicoliza, reglarea acesteia determină intensitatea glicolizei în ansamblu.

Clivaj aldolic F-1,6-bF apare sub acțiunea fructozo-1,6-bisfosfat aldolazei:

Ca rezultat al celei de-a patra reacții, dihidroxiacetonă fosfatȘi gliceraldehidă-3-fosfat, iar primul este aproape imediat sub acțiune fosfotrioza izomeraza trece la al doilea 5 ), care este implicată în transformări ulterioare:

Fiecare moleculă de gliceraldehidă fosfat este oxidată de NAD+ în prezența dehidrogenaze fosfat de gliceraldehidă inainte de 1,3- disfosfoglice- rata (6 ):

Provin de la 1,3-difosfoglicerat, conținând o legătură macroergică în 1 poziție, enzima fosfoglicerat kinază transferă un reziduu de acid fosforic către molecula ADP (reacție 7 ) - se formează o moleculă de ATP:

Aceasta este prima reacție de fosforilare a substratului. Din acest moment, procesul de descompunere a glucozei încetează să fie neprofitabil din punct de vedere energetic, deoarece costurile energetice ale primei etape sunt compensate: se sintetizează 2 molecule de ATP (una pentru fiecare 1,3-difosfoglicerat) în loc de cele două cheltuite în reactii 1 Și 3 . Pentru ca această reacție să apară, este necesară prezența ADP în citosol, adică cu un exces de ATP în celulă (și cu o lipsă de ADP), rata acestuia scade. Deoarece ATP, care nu este metabolizat, nu se depune în celulă, ci este pur și simplu distrus, această reacție este un regulator important al glicolizei.

Apoi secvenţial: se formează fosfoglicerol mutază 2-fosfo- glicerat (8 ):

Forme de enolază fosfoenolpiruvat (9 ):

Și, în sfârșit, a doua reacție de fosforilare a substratului ADP are loc cu formarea formei enolice de piruvat și ATP ( 10 ):

Reacția se desfășoară sub acțiunea piruvat kinazei. Aceasta este ultima reacție cheie a glicolizei. Izomerizarea formei enolice de piruvat la piruvat are loc neenzimatic.

Inca de la inceputuri F-1,6-bF numai reacțiile au loc cu eliberarea de energie 7 Și 10 , în care are loc fosforilarea substratului ADP.

Regulament glicoliza

Distingeți între reglementările locale și cele generale.

Reglarea locală se realizează prin modificarea activității enzimelor sub influența diverșilor metaboliți din interiorul celulei.

Reglarea glicolizei în ansamblu, imediat pentru întregul organism, are loc sub acțiunea hormonilor, care, influențând prin molecule de mesageri secundari, modifică metabolismul intracelular.

Insulina joacă un rol important în stimularea glicolizei. Glucagonul și adrenalina sunt cei mai importanți inhibitori hormonali ai glicolizei.

Insulina stimulează glicoliza prin:

activarea reacției hexokinazei;

stimularea fosfofructokinazei;

stimularea piruvat kinazei.

Alți hormoni influențează și glicoliza. De exemplu, somatotropina inhibă enzimele de glicoliză, iar hormonii tiroidieni sunt stimulatori.

Glicoliza este reglată prin mai mulți pași cheie. Reacții catalizate de hexokinază ( 1 ), fosfofructokinaza ( 3 ) și piruvat kinaza ( 10 ) se caracterizează printr-o scădere semnificativă a energiei libere și sunt practic ireversibile, ceea ce le permite să fie puncte eficiente pentru reglarea glicolizei.

Glicoliza este o cale catabolică de o importanță excepțională. Oferă energie pentru reacțiile celulare, inclusiv pentru sinteza proteinelor. Produșii intermediari ai glicolizei sunt utilizați în sinteza grăsimilor. Piruvatul poate fi, de asemenea, utilizat pentru a sintetiza alanină, aspartat și alți compuși. Datorită glicolizei, performanța mitocondrială și disponibilitatea oxigenului nu limitează puterea musculară în timpul sarcinilor extreme pe termen scurt.

2.1.2 Decarboxilarea oxidativă - oxidarea piruvatului la acetil-CoA are loc cu participarea unui număr de enzime și coenzime, unite structural într-un sistem multienzimatic, numit „complexul piruvat dehidrogenază”.

În etapa I a acestui proces, piruvatul își pierde gruparea carboxil ca urmare a interacțiunii cu tiamin pirofosfat (TPP) ca parte a centrului activ al enzimei piruvat dehidrogenază (E 1). În stadiul II, gruparea hidroxietil a complexului E1-TPF-CHOH-CH3 este oxidată pentru a forma o grupare acetil, care este transferată simultan la amida acidului lipoic (coenzimă) asociată cu enzima dihidrolipoilacetiltransferaza (E2). Această enzimă catalizează etapa III - transferul grupării acetil la coenzima CoA (HS-KoA) cu formarea produs final acetil-CoA, care este un compus de mare energie (macroergic).

În stadiul IV, forma oxidată a lipoamidei este regenerată din complexul redus de dihidrolipoamidă-E2. Cu participarea enzimei dihidrolipoil dehidrogenază (E 3), atomii de hidrogen sunt transferați din grupările sulfhidril reduse ale dihidrolipoamidei la FAD, care acționează ca o grupare protetică a acestei enzime și este puternic asociată cu aceasta. În stadiul V, FADH 2 dihidro-lipoil dehidrogenaza redusă transferă hidrogen la coenzima NAD cu formarea NADH + H + .

Procesul de decarboxilare oxidativă a piruvatului are loc în matricea mitocondrială. Implica (ca parte a unui complex multienzimatic complex) 3 enzime (piruvat dehidrogenaza, dihidrolipoliacetiltransferaza, dihidrolipoil dehidrogenaza) si 5 coenzime (TPF, amida acidului lipoic, coenzima A, FAD si NAD), dintre care trei sunt relativ puternic asociate cu enzimele ( TPF-E1, lipoamidă-E2 şi FAD-E3) şi două sunt uşor disociate (HS-KoA şi NAD).

Orez. 1 Mecanismul de acțiune al complexului de piruvat dehidrogenază

E 1 - piruvat dehidrogenază; E2 - di-hidrolipoliacetiltransfsraz; E3 - dihidrolipoil dehidrogenază; numerele din cercuri indică etapele procesului.

Toate aceste enzime, care au o structură subunitară, și coenzimele sunt organizate într-un singur complex. Prin urmare, produsele intermediare sunt capabile să interacționeze rapid între ele. S-a demonstrat că lanțurile polipeptidice ale subunităților dihidrolipoil acetiltransferazei care alcătuiesc complexul formează, așa cum ar fi, miezul complexului, în jurul căruia se află piruvat dehidrogenaza și dihidrolipoil dehidrogenaza. Este în general acceptat că complexul enzimatic nativ este format prin auto-asamblare.

Reacția globală catalizată de complexul de piruvat dehidrogenază poate fi reprezentată după cum urmează:

Piruvat + NAD + + HS-KoA -\u003e Acetil-CoA + NADH + H + + CO 2.

Reacția este însoțită de o scădere semnificativă a energiei libere standard și este practic ireversibilă.

Acetil-CoA format în procesul de decarboxilare oxidativă suferă o oxidare suplimentară cu formarea de CO 2 și H 2 O. Oxidarea completă a acetil-CoA are loc în ciclul acidului tricarboxilic (ciclul Krebs). Acest proces, ca și decarboxilarea oxidativă a piruvatului, are loc în mitocondriile celulelor.

2 .1.3 CiclutricarbonacruT (ciclu Crebsa, citaratny ciclu) este partea centrală a căii generale a catabolismului, un proces aerob biochimic ciclic, în timpul căruia transformarea compușilor cu doi și trei atomi de carbon, care se formează ca produse intermediare în organismele vii în timpul descompunerii carbohidraților, grăsimilor și proteinelor, la CO 2 are loc. În acest caz, hidrogenul eliberat este trimis în lanțul de respirație a țesuturilor, unde este oxidat în continuare în apă, participând direct la sinteza sursei de energie universală - ATP.

Ciclul Krebs este un pas cheie în respirația tuturor celulelor care folosesc oxigen, răscrucea multor căi metabolice din organism. Pe lângă un rol energetic semnificativ, ciclului i se atribuie și o funcție plastică semnificativă, adică este o sursă importantă de molecule precursoare, din care, în cursul altor transformări biochimice, compuși atât de importanți pentru viața celulară precum aminoacizii. , se sintetizează carbohidrați, acizi grași etc.

Ciclul de transformare lămâieaciziîn celulele vii a fost descoperit și studiat de biochimistul german Sir Hans Krebs, pentru această lucrare el (împreună cu F. Lipman) a fost premiat Premiul Nobel(1953).

La eucariote, toate reacțiile ciclului Krebs au loc în interiorul mitocondriilor, iar enzimele care le catalizează, cu excepția uneia, sunt în stare liberă în matricea mitocondrială, cu excepția succinat dehidrogenazei, care este localizată pe membrana mitocondrială interioară, integrându-se în bistratul lipidic. La procariote, reacțiile ciclului au loc în citoplasmă.

Ecuația generală o tură a ciclului Krebs:

Acetil-CoA > 2CO2 + CoA + 8e?

Regulament cicluA:

Ciclul Krebs este reglat „în funcție de mecanismul de feedback negativ”, în prezența un numar mare substraturi (acetil-CoA, oxaloacetat), ciclul funcționează activ, iar cu un exces de produși de reacție (NAD, ATP) este inhibat. Reglarea se realizează și cu ajutorul hormonilor, principala sursă de acetil-CoA este glucoza, prin urmare hormonii care promovează descompunerea aerobă a glucozei contribuie la ciclul Krebs. Acești hormoni sunt:

Insulină

adrenalina.

Glucagonul stimulează sinteza glucozei și inhibă reacțiile ciclului Krebs.

De regulă, activitatea ciclului Krebs nu este întreruptă din cauza reacțiilor anaplerotice care completează ciclul cu substraturi:

Piruvat + CO 2 + ATP = Oxaloacetat (substrat al ciclului Krebs) + ADP + Fn.

Loc de munca ATP sintetaza

Procesul de fosforilare oxidativă este realizat de al cincilea complex al lanțului respirator mitocondrial - Proton ATP sintetaza, format din 9 subunități de 5 tipuri:

3 subunități (d,e,f) contribuie la integritatea ATP sintetazei

· Subunitatea este unitatea funcțională de bază. Are 3 conformații:

Conformatia L - ataseaza ADP si Fosfatul (acestea patrund in mitocondrii din citoplasma folosind purtari speciali)

T-conformație - fosfatul este atașat de ADP și se formează ATP

O-conformație - ATP se desprinde de subunitatea b și trece la subunitatea b.

Pentru ca o subunitate să își schimbe conformația, este nevoie de un proton de hidrogen, deoarece conformația se schimbă de 3 ori, sunt necesari 3 protoni de hidrogen. Protonii sunt pompați din spațiul intermembranar al mitocondriilor sub acțiunea unui potențial electrochimic.

· subunitatea b transportă ATP la purtătorul de membrană, care „aruncă” ATP în citoplasmă. În schimb, același purtător transportă ADP din citoplasmă. Pe membrana interioară a mitocondriilor există și un purtător de fosfat de la citoplasmă la mitocondrie, dar funcționarea sa necesită un proton de hidrogen. Astfel de purtători se numesc translocaze.

Total Ieșire

Pentru sinteza unei molecule de ATP sunt necesari 3 protoni.

Inhibitori oxidativ fosforilare

Inhibitorii blochează complexul V:

Oligomicină - blochează canalele de protoni ale ATP sintazei.

Atractilozidă, ciclofilină - bloc translocaze.

Decuplatoare oxidativ fosforilare

Decuplatoare- substanțe lipofile care sunt capabile să accepte protoni și să-i transporte prin membrana interioară a mitocondriilor, ocolind complexul V (canalul său de protoni). Separatoare:

· natural- produse ale peroxidării lipidelor, acizi grași cu lanț lung; doze mari de hormoni tiroidieni.

· artificial- dinitrofenol, eter, derivați de vitamina K, anestezice.

2.2 Fosforilarea substratului

Substr A altefosforilȘi ing ( biochimic), sinteza compușilor fosforici bogați în energie datorită energiei reacțiilor redox de glicoliză (catalizate de fosfogliceraldehida dehidrogenază și enolază) și în timpul oxidării acidului a-cetoglutaric în ciclul acidului tricarboxilic (sub acțiunea a-cetoglutaratului). dehidrogenaza si succinatetiokinaza). Pentru bacterii sunt descrise cazuri de S. f. în timpul oxidării acidului piruvic.S. f., spre deosebire de fosforilarea în lanțul de transport de electroni, nu este inhibată de otrăvurile de „decuplare” (de exemplu, dinitrofenolul) și nu este asociată cu fixarea enzimelor în membranele mitocondriale. Contribuția lui S. f. la fondul celular de ATP în condiții aerobe este mult mai mică decât contribuția fosforilării la lanțul de transport de electroni.

capitolul 3

3.1 Rolul în cușcă

Rolul principal al ATP în organism este asociat cu furnizarea de energie pentru numeroase reacții biochimice. Fiind purtătorul a două legături de înaltă energie, ATP servește ca sursă directă de energie pentru multe procese biochimice și fiziologice consumatoare de energie. Toate acestea sunt reacții de fuziune. substanțe complexeîn organism: implementarea transferului activ de molecule prin membrane biologice, inclusiv pentru crearea unui potențial electric transmembranar; implementarea contractiei musculare.

După cum știți, în bioenergetica organismelor vii, două puncte principale sunt importante:

a) energia chimică este stocată prin formarea de ATP, cuplată cu reacții catabolice exergonice de oxidare a substraturilor organice;

b) energia chimică este utilizată prin divizarea ATP-ului, asociată cu reacții endergonice de anabolism și alte procese care necesită consum de energie.

Se pune întrebarea de ce molecula de ATP corespunde rolului său central în bioenergetică. Pentru a o rezolva, luați în considerare structura ATP Structura ATP - (la pH 7,0 tetraîncărcare anion) .

ATP este un compus instabil termodinamic. Instabilitatea ATP este determinată, în primul rând, de repulsia electrostatică în regiunea unui grup de sarcini negative cu același nume, ceea ce duce la o tensiune a întregii molecule, dar cea mai puternică legătură este P - O - P și, în al doilea rând, printr-o rezonanţă specifică. În conformitate cu ultimul factor, există o competiție între atomii de fosfor pentru electronii mobili singuri ai atomului de oxigen situat între ei, deoarece fiecare atom de fosfor are o sarcină pozitivă parțială datorită efectului acceptor de electroni semnificativ al P=O și P - O- grupuri. Astfel, posibilitatea existenței ATP este determinată de prezența unei cantități suficiente de energie chimică în moleculă, ceea ce face posibilă compensarea acestor tensiuni fizico-chimice. Molecula de ATP are două legături fosfoanhidride (pirofosfat), a căror hidroliză este însoțită de o scădere semnificativă a energiei libere (la pH 7,0 și 37 o C).

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

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

Una dintre problemele centrale ale bioenergeticii este biosinteza ATP, care la fauna sălbatică are loc prin fosforilarea ADP.

Fosforilarea ADP este un proces endergonic și necesită o sursă de energie. După cum sa menționat mai devreme, în natură predomină două astfel de surse de energie - energia solară și energia chimică a compușilor organici redusi. Plantele verzi și unele microorganisme sunt capabile să transforme energia cuantelor de lumină absorbite în energie chimică, care este cheltuită pentru fosforilarea ADP în stadiul de lumină al fotosintezei. Acest proces de regenerare a ATP se numește fosforilare fotosintetică. Transformarea energiei de oxidare a compușilor organici în legături macroenergetice ale ATP în condiții aerobe are loc în principal prin fosforilare oxidativă. Energia liberă necesară pentru formarea ATP este generată în lanțul oxidativ respirator al mitocodriilor.

Este cunoscut un alt tip de sinteză a ATP, numit fosforilarea substratului. Spre deosebire de fosforilarea oxidativă asociată cu transferul de electroni, donorul grupării fosforil activate (-PO3 H2), necesar pentru regenerarea ATP, sunt intermediarii proceselor de glicoliză și a ciclului acidului tricarboxilic. În toate aceste cazuri, procesele oxidative duc la formarea de compuși cu energie înaltă: 1,3 - difosfoglicerat (glicoliză), succinil - CoA (ciclul acidului tricarboxilic), care, cu participarea enzimelor adecvate, sunt capabili să folirate ADP și formează ATP. Transformarea energiei la nivel de substrat este singura modalitate de sinteza ATP în organismele anaerobe. Acest proces de sinteză a ATP vă permite să mențineți munca intensivă a mușchilor scheletici în perioadele de lipsă de oxigen. Trebuie amintit că este singura modalitate de sinteză a ATP în eritrocitele mature fără mitocondrii.

Nucleotida adenil joacă un rol deosebit de important în bioenergetica celulară, la care sunt atașate două resturi de acid fosforic. Această substanță se numește adenozin trifosfat (ATP). În legăturile chimice dintre reziduurile de acid fosforic ale moleculei de ATP, energia este stocată, care este eliberată atunci când fosforitul organic este separat:

ATP \u003d ADP + P + E,

unde F este o enzimă, E este o energie eliberatoare. În această reacție, se formează acidul adenozin fosforic (ADP) - restul moleculei de ATP și fosfat organic. Toate celulele folosesc energia ATP pentru procesele de biosinteză, mișcare, producere de căldură, impulsuri nervoase, luminescență (de exemplu, bacterii luminescente), adică pentru toate procesele vieții.

ATP este un acumulator universal de energie biologică. Energia luminoasă conținută în alimentele consumate este stocată în molecule de ATP.

Aportul de ATP în celulă este mic. Deci, într-un mușchi, rezerva de ATP este suficientă pentru 20-30 de contracții. Cu o muncă sporită, dar pe termen scurt, mușchii lucrează numai datorită divizării ATP-ului conținut în ei. După terminarea lucrului, o persoană respiră greu - în această perioadă, are loc descompunerea carbohidraților și a altor substanțe (se acumulează energie) și este restabilită furnizarea de ATP în celule.

De asemenea, este cunoscut rolul ATP ca neurotransmițător în sinapse.

3.2 Rolul în activitatea enzimelor

O celulă vie este un sistem chimic departe de echilibru: la urma urmei, apropierea unui sistem viu de echilibru înseamnă dezintegrarea și moartea acestuia. Produsul fiecărei enzime este de obicei consumat rapid, deoarece este folosit ca substrat de către o altă enzimă din calea metabolică. Mai important, un număr mare de reacții enzimatice sunt asociate cu descompunerea ATP în ADP și fosfat anorganic. Pentru ca acest lucru să fie posibil, rezervorul de ATP, la rândul său, trebuie menținut la un nivel departe de echilibru, astfel încât raportul dintre concentrația de ATP și concentrația produșilor săi de hidroliză să fie mare. Astfel, rezervorul de ATP joacă rolul unui „acumulator” care menține un transfer constant de energie și atomi în celulă de-a lungul căilor metabolice determinate de prezența enzimelor.

Deci, să luăm în considerare procesul de hidroliză a ATP și efectul său asupra activității enzimelor. Imaginați-vă un proces de biosinteză tipic, în care doi monomeri - A și B - trebuie să se combine între ei într-o reacție de deshidratare (se mai numește și condensare), însoțită de eliberarea de apă:

A - H + B - OH - AB + H2O

Reacția inversă, care se numește hidroliză, în care o moleculă de apă descompune un compus A-B legat covalent, va fi aproape întotdeauna favorabilă din punct de vedere energetic. Acest lucru se întâmplă, de exemplu, în timpul scindării hidrolitice a proteinelor, acizi nucleici iar polizaharidele în subunităţi.

Strategia generală prin care se formează celula A-B cu A-N și B-OH include o secvență de reacții în mai multe etape, în urma căreia are loc o sinteză nefavorabilă energetic a compușilor doriti cu o reacție favorabilă echilibrată.

Hidroliza ATP corespunde unei valori negative mari? G, prin urmare, hidroliza ATP joacă adesea rolul unei reacții favorabile energetic, datorită căreia se efectuează reacții de biosinteză intracelulară.

Pe drumul de la A - H și B - OH-A - B asociat cu hidroliza ATP, energia hidrolizei transformă mai întâi B - OH într-un intermediar de înaltă energie, care apoi reacționează direct cu A - H, formând A - B. un mecanism simplu pentru acest proces include transferul de fosfat de la ATP la B - OH cu formarea de B - ORO 3 sau B - O - R, iar în acest caz reacția totală are loc în doar două etape:

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

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

Deoarece compusul intermediar B - O - P, format în timpul reacției, este din nou distrus, reacțiile globale pot fi descrise folosind următoarele ecuații:

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

Prima reacție, energetic nefavorabilă, este posibilă deoarece este asociată cu cea de-a doua reacție, energetic favorabilă (hidroliza ATP). Un exemplu de reacții biosintetice înrudite de acest tip poate fi sinteza aminoacidului glutamină.

Valoarea G a hidrolizei ATP la ADP și fosfat anorganic depinde de concentrația tuturor reactanților și, de obicei, pentru condițiile celulare se află în intervalul de la -11 la -13 kcal/mol. Reacția de hidroliză ATP poate fi utilizată în cele din urmă pentru a efectua o reacție termodinamică nefavorabilă cu o valoare G de aproximativ +10 kcal/mol, desigur în prezența unei secvențe de reacție adecvate. Cu toate acestea, pentru multe reacții de biosinteză, chiar? G = - 13 kcal/mol. În aceste cazuri și în alte cazuri, calea hidrolizei ATP se modifică astfel încât să se formeze mai întâi AMP și PP (pirofosfat). În etapa următoare, pirofosfatul suferă și hidroliză; modificarea totală a energiei libere a întregului proces este de aproximativ - 26 kcal/mol.

Cum este utilizată energia hidrolizei pirofosfatului în reacțiile de biosinteză? Una dintre modalități poate fi demonstrată prin exemplul sintezei de mai sus a compușilor A - B cu A - H și B - OH. Cu ajutorul enzimei adecvate, B - OH poate reacționa cu ATP și se poate transforma într-un compus de înaltă energie B - O - R - R. Acum reacția constă din trei etape:

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

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

3) PP + H2O - 2P

Reacția globală poate fi reprezentată după cum urmează:

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

Deoarece o enzimă accelerează întotdeauna reacția pe care o catalizează, atât direct, cât și indirect. direcție inversă, compusul A - B se poate descompune prin reacția cu pirofosfat (reacție inversă etapei 2). Cu toate acestea, reacția favorabilă energetic de hidroliză a pirofosfatului (etapa 3) contribuie la menținerea stabilității conexiuni A-B datorită faptului că concentrația de pirofosfat rămâne foarte scăzută (acest lucru împiedică reacția, invers la etapa 2). Astfel, energia hidrolizei pirofosfatului asigură că reacția se desfășoară în direcția înainte. Un exemplu de reacție biosintetică importantă de acest tip este sinteza polinucleotidelor.

3.3 Rolul în sinteza ADN și ARN și proteine

În toate organismele cunoscute, dezoxiribonucleotidele care alcătuiesc ADN-ul sunt sintetizate prin acțiunea enzimelor ribonucleotid reductază (RNR) asupra ribonucleotidelor corespunzătoare. Aceste enzime reduc reziduul de zahăr de la riboză la deoxiriboză prin îndepărtarea oxigenului din grupările hidroxil de 2", substraturile ribonucleozidice difosfaților și produșii dezoxiribonucleozidicilor difosfați. Toate enzimele reductazei folosesc un mecanism comun de radical sulfhidril, care depinde de reziduurile reactive de cisteină, oxidat pentru a forma legături disulfurice în timpul reacţiei.Enzima PHP este procesată prin reacţia cu tioredoxina sau glutaredoxina.

Reglarea PHP și a enzimelor înrudite menține un echilibru unul în raport cu celălalt. O concentrație foarte scăzută inhibă sinteza ADN-ului și repararea ADN-ului și este letală pentru celulă, în timp ce un raport anormal este mutagen datorită creșterii probabilității de încorporare a ADN-polimerazei în timpul sintezei ADN-ului.

În sinteza acizilor nucleici ARN, adenozina derivată din ATP este una dintre cele patru nucleotide încorporate direct în moleculele de ARN de către ARN polimeraza. Energie, această polimerizare are loc cu eliminarea pirofosfatului (două grupe fosfat). Acest proces este similar în biosinteza ADN-ului, cu excepția faptului că ATP este redus la dezoxiribonucleotida dATP înainte de a fi încorporat în ADN.

ÎN sinteză veveriţă. Aminoacil-ARNt sintetaze folosesc enzimele ATP ca sursă de energie pentru a atașa o moleculă de ARNt la aminoacidul său specific, formând un aminoacil-ARNt gata de translație în ribozomi. Energia devine disponibilă ca urmare a hidrolizei ATP a adenozin monofosfatului (AMP) pentru a elimina două grupări fosfat.

ATP este folosit pentru multe funcții celulare, inclusiv pentru transportul substanțelor în mișcare prin membranele celulare. Se foloseste si pentru munca mecanica, furnizând energia necesară contracției musculare. Furnizează energie nu numai mușchiului inimii (pentru circulația sângelui) și mușchilor scheletici (de exemplu, pentru mișcarea brută a corpului), ci și cromozomilor și flagelilor, astfel încât să își poată îndeplini numeroasele funcții. Rolul important al ATP în lucru chimic, furnizând energia necesară pentru sinteza a câteva mii de tipuri de macromolecule de care celula are nevoie pentru a exista.

ATP este, de asemenea, folosit ca un comutator de pornire-oprire atât pentru a controla reacțiile chimice, cât și pentru a trimite informații. Forma lanțurilor de proteine ​​care produc blocurile de construcție și alte structuri utilizate în viață este determinată în principal de slaba legături chimice, care dispar și se restructurează ușor. Aceste circuite se pot scurta, prelungi și schimba forma ca răspuns la intrarea sau ieșirea de energie. Modificările în lanțuri modifică forma proteinei și, de asemenea, pot modifica funcția acesteia sau pot face ca aceasta să devină activă sau inactivă.

Moleculele de ATP se pot lega de o parte a unei molecule de proteină, determinând o altă parte a aceleiași molecule să alunece sau să se miște ușor, ceea ce o face să își schimbe conformația, inactivând moleculele. Odată ce ATP-ul este îndepărtat, aceasta face ca proteina să revină la forma sa originală și astfel este din nou funcțională.

Ciclul poate fi repetat atâta timp cât molecula revine, acționând efectiv atât ca comutator, cât și ca comutator. Atât adăugarea de fosfor (fosforilare), cât și îndepărtarea fosforului dintr-o proteină (defosforilare) pot servi fie ca comutator de pornire, fie ca oprire.

3.4 Alte funcții ale ATP

Rol V metabolism, sinteză Și activ transport

Astfel, ATP transferă energie între reacții metabolice separate spațial. ATP este principala sursă de energie pentru majoritatea funcțiilor celulare. Aceasta include sinteza macromoleculelor, inclusiv ADN și ARN, și proteine. ATP joacă, de asemenea, un rol important în transportul macromoleculelor prin membranele celulare, cum ar fi exocitoza și endocitoza.

Rol V structura celule Și circulaţie

ATP este implicat în menținerea structurii celulare facilitând asamblarea și dezasamblarea elementelor citoscheletice. Datorită acestui proces, ATP este necesar pentru contracția filamentelor de actină, iar miozina este necesară pentru contracția musculară. Acest ultim proces este una dintre cerințele energetice de bază ale animalelor și este esențial pentru mișcare și respirație.

Rol V semnal sisteme

Înextracelularsemnalsisteme

ATP este, de asemenea, o moleculă de semnalizare. ATP, ADP sau adenozina sunt recunoscuți ca receptori purinergici. Purinoreceptorii pot fi cei mai abundenți receptori în țesuturile mamiferelor.

La om, acest rol de semnalizare este important atât în ​​sistemul nervos central, cât și în cel periferic. Activitatea depinde de eliberarea de ATP din sinapse, axoni și glia purinergică activează receptorii membranari

Înintracelularsemnalsisteme

ATP este critic în procesele de transducție a semnalului. Este folosit de kinaze ca sursă de grupări fosfat în reacțiile lor de transfer de fosfat. Kinazele de pe substraturi precum proteinele sau lipidele membranare sunt o formă de semnal comună. Fosforilarea unei proteine ​​de către o kinază poate activa această cascadă, cum ar fi cascada protein kinazei activate de mitogen.

ATP este, de asemenea, utilizat de adenilat ciclază și este transformat într-o moleculă de mesager secundă AMP, care este implicată în declanșarea semnalelor de calciu pentru a elibera calciu din depozitele intracelulare. [38] Această formă de undă este deosebit de importantă în funcția creierului, deși este implicată în reglarea a numeroase alte procese celulare.

Concluzie

1. Adenozin trifosfat - o nucleotidă care joacă un rol extrem de important în metabolismul energiei și substanțelor din organisme; În primul rând, compusul este cunoscut ca o sursă universală de energie pentru toate procesele biochimice care au loc în sistemele vii. Din punct de vedere chimic, ATP este esterul trifosfat al adenozinei, care este un derivat al adeninei și ribozei. Din punct de vedere al structurii, ATP este similar cu nucleotida adenină care face parte din ARN, doar că în loc de un acid fosforic, ATP conține trei resturi de acid fosforic. Celulele nu sunt capabile să conțină acizi în cantități vizibile, ci doar sărurile lor. Prin urmare, acidul fosforic intră în ATP ca reziduu (în loc de grupa OH a acidului, există un atom de oxigen încărcat negativ).

2. În organism, ATP este sintetizat prin fosforilarea ADP:

ADP + H3P04+ energie> ATP + H2O.

Fosforilarea ADP este posibilă în două moduri: fosforilarea substratului și fosforilarea oxidativă (folosind energia substanțelor oxidante).

Fosforilarea oxidativă - una dintre cele mai importante componente ale respirației celulare, ducând la producerea de energie sub formă de ATP. Substraturile fosforilării oxidative sunt produsele de descompunere a compușilor organici - proteine, grăsimi și carbohidrați. Procesul de fosforilare oxidativă are loc pe cresta mitocondriilor.

Substr A altefosforilȘi ing ( biochimic), sinteza compușilor fosforici bogați în energie datorită energiei reacțiilor redox de glicoliză și în timpul oxidării acidului a-cetoglutaric în ciclul acidului tricarboxilic.

3. Rolul principal al ATP în organism este asociat cu furnizarea de energie pentru numeroase reacții biochimice. Fiind purtătorul a două legături de înaltă energie, ATP servește ca sursă directă de energie pentru multe procese biochimice și fiziologice consumatoare de energie. În bioenergetica organismelor vii sunt importante următoarele: energia chimică este stocată prin formarea de ATP, cuplată cu reacții catabolice exergonice de oxidare a substraturilor organice; energia chimică este utilizată prin divizarea ATP, asociată cu reacții endergonice de anabolism și alte procese care necesită consum de energie.

4. Cu o sarcină crescută (de exemplu, la sprint), mușchii lucrează numai datorită aportului de ATP. În celulele musculare, această rezervă este suficientă pentru câteva zeci de contracții, iar apoi cantitatea de ATP trebuie completată. Sinteza ATP din ADP și AMP are loc datorită energiei eliberate în timpul descompunerii carbohidraților, lipidelor și altor substanțe. O cantitate mare de ATP este, de asemenea, cheltuită pentru efectuarea muncii mentale. Din acest motiv, lucrătorii psihici necesită o cantitate crescută de glucoză, a cărei descompunere asigură sinteza ATP.

Pe lângă energia ATP, acesta îndeplinește o serie de alte funcții la fel de importante în organism:

· Împreună cu alți nucleozidici trifosfați, ATP este produsul de plecare în sinteza acizilor nucleici.

În plus, ATP joacă un rol important în reglarea multor procese biochimice. Fiind un efector alosteric al unui număr de enzime, ATP, prin alăturarea centrilor lor de reglare, sporește sau suprimă activitatea acestora.

ATP este, de asemenea, precursorul imediat pentru sinteza adenozin monofosfat ciclic - intermediar secundar transmiterea unui semnal hormonal către celulă.

Este cunoscut și rolul ATP ca mediator în sinapse.

Lista bibliografică

1. Lemeza, N.A. Manual de biologie pentru solicitanții la universități / L.V. Kamlyuk N.D. Lisov. - Minsk: Unipress, 2011 - 624 p.

2. Lodish, H, Berk A, Matsudaira P, Kaiser CA, Krieger M, Scott MP, Zipursky SL, Darnell J. Molecular Cell Biology, ed. a 5-a. - New York: W. H. Freeman, 2004.

3. Romanovsky, Yu.M. Convertoare de energie moleculară a unei celule vii. Proton ATP sintază - un motor molecular rotativ / Yu.M. Romanovsky A.N. Tihonov // UFN. - 2010. - T.180. - S.931 - 956.

4. Voet D, Voet JG. Biochimie Vol. 1 Ed. a III-a. Wiley: Hoboken, NJ. - N-Y: W. H. Freeman and Company, 2002. - 487 de ruble.

5. Chimie generală. Chimie biofizică. Chimia elementelor biogene. M.: facultate, 1993

6. Vershubsky, A.V. Biofizică. / A.V. Vershubsky, V.I. Priklonsky, A.N. Tihonov. - M: 471-481.

7. Alberts B. Biologia moleculară a celulei în 3 volume. / Alberts B., Bray D., Lewis J. și colab. M.: Mir, 1994.1558 p.

8. Nikolaev A.Ya. Chimie biologică - M .: SRL „Agenția de informații medicale”, 1998.

9. Berg, J. M. Biochimie, ediție internațională. / Berg, J. M, Tymoczko, J. L, Stryer, L. - New York: W.H. Freeman, 2011; p 287.

10. Knorre D.G. Chimie biologică: Proc. pentru chimie, biol. Și miere. specialist. universități. - Ed. a 3-a, Rev. / Knorre D.G., Mysina S.D. - M.: Mai sus. scoala, 2000. - 479 p.: ill.

11. Eliot, V. Biochimie și biologie moleculara/ V. Eliot, D. Eliot. - M.: Editura Institutului de Cercetare a Chimiei Biomedicale al Academiei Ruse de Științe Medicale, OOO "Materik-alpha", 1999, - 372 p.

12. Shina CL, K., 7 Areieh, W. On the Energetics of ATP Hydrolysis in Solution. Journal of Physical Chemistry B,113 (47), (2009).

13. Berg, J. M. Biochimie / J. M. Berg: J. L. Tymoczko, L. Stryer. - N-Y: W. H. Freeman and Company, 2002. - 1514 p.

...

Documente similare

    compusi organiciîn corpul uman. Structura, funcțiile și clasificarea proteinelor. Acizi nucleici (polinucleotide), caracteristici structurale și proprietăți ale ARN și ADN-ului. Carbohidrați în natură și în corpul uman. Lipidele sunt grăsimi și substanțe asemănătoare grăsimilor.

    rezumat, adăugat 09.06.2009

    Procesul de sinteză a proteinelor și rolul lor în viața organismelor vii. Funcții și Proprietăți chimice aminoacizi. Cauzele deficienței lor în corpul uman. Tipuri de alimente care conțin acizi esențiali. Aminoacizi sintetizati in ficat.

    prezentare, adaugat 23.10.2014

    Funcțiile energetice, de stocare și de susținere a carbohidraților. Proprietățile monozaharidelor ca principală sursă de energie în corpul uman; glucoză. Principalii reprezentanți ai dizaharidelor; zaharoza. Polizaharide, formarea amidonului, metabolismul carbohidraților.

    raport, adaugat 30.04.2010

    Funcții metabolice în organism: furnizarea organelor și sistemelor cu energie produsă în timpul descompunerii nutrienților; transformarea moleculelor alimentare în blocuri de construcție; formarea acizilor nucleici, lipidelor, carbohidraților și a altor componente.

    rezumat, adăugat 20.01.2009

    Rolul și importanța proteinelor, grăsimilor și carbohidraților pentru desfășurarea normală a tuturor proceselor vitale. Compoziția, structura și proprietățile cheie ale proteinelor, grăsimilor și carbohidraților, acestora sarcini criticeși funcții în organism. Principalele surse ale acestor nutrienți.

    prezentare, adaugat 04.11.2013

    Caracterizarea structurii moleculelor de colesterol ca componentă importantă membrana celulara. Studiul mecanismelor de reglare a metabolismului colesterolului în corpul uman. Analiza caracteristicilor apariției excesului de lipoproteine ​​cu densitate joasă în fluxul sanguin.

    rezumat, adăugat 17.06.2012

    Metabolismul proteinelor, lipidelor și carbohidraților. Tipuri de nutriție umană: nutriție omnivoră, separată și săracă în carbohidrați, vegetarianism, alimentație cu crudități. Rolul proteinelor în metabolism. Lipsa de grăsime în organism. Modificări în organism ca urmare a unei modificări a tipului de dietă.

    lucrare de termen, adăugată 02.02.2014

    Luarea în considerare a participării fierului la procesele oxidative și la sinteza colagenului. Cunoașterea importanței hemoglobinei în procesele de formare a sângelui. Amețeli, dificultăți de respirație și tulburări metabolice ca urmare a deficienței de fier în corpul uman.

    prezentare, adaugat 02.08.2012

    Proprietățile fluorului și fierului. necesarul zilnic al organismului. Funcțiile fluorului în organism, influență, doză letală, interacțiune cu alte substanțe. Fierul în corpul uman, sursele sale. Consecințele deficienței de fier pentru organism și supraabundența acestuia.

    prezentare, adaugat 14.02.2017

    Proteinele ca surse alimentare, principalele lor funcții. Aminoacizi implicați în producerea proteinelor. Structura lanțului polipeptidic. Transformarea proteinelor în organism. Proteine ​​complete și incomplete. Structura proteinelor, proprietăți chimice, reacții calitative.

Cea mai importantă substanță din celulele organismelor vii este adenozin trifosfat sau adenozin trifosfat. Dacă introducem abrevierea acestui nume, obținem ATP (ing. ATP). Această substanță aparține grupului de trifosfați nucleozidici și joacă un rol principal în procesele metabolice din celulele vii, fiind o sursă indispensabilă de energie pentru acestea.

In contact cu

Colegi de clasa

Descoperitorii ATP au fost biochimiștii Școlii de Medicină Tropicală Harvard - Yellapragada Subbarao, Karl Loman și Cyrus Fiske. Descoperirea a avut loc în 1929 și a devenit o piatră de hotar majoră în biologia sistemelor vii. Mai târziu, în 1941, biochimistul german Fritz Lipmann a descoperit că ATP-ul din celule este principalul purtător de energie.

Structura ATP

Această moleculă are o denumire sistematică, care este scrisă după cum urmează: 9-β-D-ribofuranosyladenin-5’-trifosfat sau 9-β-D-ribofuranosil-6-amino-purină-5’-trifosfat. Ce compuși sunt în ATP? Din punct de vedere chimic, este esterul trifosfat al adenozinei - derivat al adeninei și ribozei. Această substanță este formată prin conexiunea adeninei, care este o bază azotată purinică, cu carbonul 1’ al ribozei folosind o legătură β-N-glicozidică. Moleculele a-, β- și y de acid fosforic sunt apoi atașate secvenţial la carbonul 5' al ribozei.

Astfel, molecula de ATP conține compuși precum adenina, riboza și trei resturi de acid fosforic. ATP este un compus special care conține legături care eliberează o cantitate mare de energie. Astfel de legături și substanțe se numesc macroergice. În timpul hidrolizei acestor legături ale moleculei de ATP, se eliberează o cantitate de energie de la 40 la 60 kJ/mol, în timp ce acest proces este însoțit de eliminarea unuia sau a două reziduuri de acid fosforic.

Așa sunt scrise aceste reacții chimice:

  • 1). ATP + apă → ADP + acid fosforic + energie;
  • 2). ADP + apă → AMP + acid fosforic + energie.

Energia eliberată în timpul acestor reacții este utilizată în procese biochimice ulterioare care necesită anumite aporturi de energie.

Rolul ATP într-un organism viu. Funcțiile sale

Care este funcția ATP-ului?În primul rând, energie. După cum sa menționat mai sus, rolul principal al adenozin trifosfat este furnizarea de energie a proceselor biochimice într-un organism viu. Acest rol se datorează faptului că, datorită prezenței a două legături de înaltă energie, ATP acționează ca sursă de energie pentru multe procese fiziologice și biochimice care necesită costuri mari de energie. Astfel de procese sunt toate reacțiile de sinteză a substanțelor complexe din organism. Acesta este, în primul rând, transferul activ al moleculelor prin membranele celulare, inclusiv participarea la crearea unui potențial electric intermembranar și implementarea contracției musculare.

Pe lângă cele de mai sus, mai enumeram câteva, funcții nu mai puțin importante ale ATP, ca:

Cum se formează ATP în organism?

Sinteza acidului adenozin trifosforic este în curs de desfășurare, pentru că organismul are întotdeauna nevoie de energie pentru o viață normală. În orice moment, există foarte puțin din această substanță - aproximativ 250 de grame, care reprezintă o „rezervă de urgență” pentru o „zi ploioasă”. În timpul bolii, există o sinteză intensivă a acestui acid, deoarece este necesară multă energie pentru activitatea sistemului imunitar și sistemele excretoare, precum și sistemul de termoreglare a organismului, care este necesar pentru lupta eficientă împotriva apariției bolii.

Care celulă are cel mai mult ATP? Acestea sunt celule ale țesuturilor musculare și nervoase, deoarece procesele de schimb de energie sunt cele mai intense în ele. Și acest lucru este evident, deoarece mușchii sunt implicați în mișcare, ceea ce necesită contracția fibrelor musculare, iar neuronii transmit impulsuri electrice, fără de care munca tuturor sistemelor corpului este imposibilă. Prin urmare, este atât de important ca celula să mențină neschimbată și nivel inalt adenozin trifosfat.

Cum se pot forma moleculele de adenozin trifosfat în organism? Ele sunt formate din așa-numitele fosforilarea ADP (adenozin difosfat). Acest reactie chimica după cum urmează:

ADP + acid fosforic + energie→ATP + apă.

Fosforilarea ADP are loc cu participarea unor catalizatori precum enzimele și lumina și se realizează într-unul din trei moduri:

Atât fosforilarea oxidativă, cât și fosforilarea substratului folosesc energia substanțelor oxidate în cursul unei astfel de sinteze.

Concluzie

Acid adenozin trifosforic este substanța actualizată cel mai frecvent din organism. Cât timp trăiește în medie o moleculă de adenozin trifosfat? În corpul uman, de exemplu, durata sa de viață este mai mică de un minut, așa că o moleculă dintr-o astfel de substanță se naște și se descompune de până la 3000 de ori pe zi. În mod uimitor, în timpul zilei corpul uman sintetizează aproximativ 40 kg din această substanță! Atât de mare este nevoia de această „energie internă” pentru noi!

Întregul ciclu de sinteză și utilizarea ulterioară a ATP ca combustibil energetic pentru procesele metabolice din organismul unei ființe vii este însăși esența metabolismului energetic în acest organism. Astfel, trifosfatul de adenozină este un fel de „baterie” care asigură funcționarea normală a tuturor celulelor unui organism viu.

Monozaharide(zaharurile simple) constau dintr-o singură moleculă care conține 3 până la 6 atomi de carbon. dizaharide- compuși formați din două monozaharide. Polizaharidele sunt substanțe macromoleculare compuse din un numar mare(de la câteva zeci la câteva zeci de mii) de monozaharide.

O varietate de carbohidrați se găsesc în cantități mari în organisme. Principalele lor funcții:

  1. Energie: sunt carbohidrații care servesc ca principală sursă de energie pentru organism. Printre monozaharide, aceasta este fructoza, care se găsește pe scară largă în plante (în primul rând în fructe), și în special glucoza (la împărțirea unui gram din aceasta, se eliberează 17,6 kJ de energie). Glucoza se găsește în fructe și alte părți ale plantelor, în sânge, limfă, țesuturi animale. Din dizaharide, este necesară izolarea zaharozei (zahăr din trestie sau sfeclă), constând din glucoză și fructoză, și lactoză (zahăr din lapte), format din compus glucoză și galactoză. Zaharoza se găsește în plante (în principal în fructe), în timp ce lactoza se găsește în lapte. Ele joacă un rol important în alimentația animalelor și a oamenilor. Mare importanțăîn procesele energetice, au astfel de polizaharide precum amidonul și glicogenul, al căror monomer este glucoza. Sunt substanțele de rezervă ale plantelor și, respectiv, animalelor. Dacă în organism există o cantitate mare de glucoză, aceasta este folosită pentru a sintetiza aceste substanțe, care se acumulează în celulele țesuturilor și organelor. Deci, amidonul se găsește în cantități mari în fructe, semințe, tuberculi de cartofi; glicogen - în ficat, mușchi. După cum este necesar, aceste substanțe sunt descompuse, furnizând glucoză diferitelor organe și țesuturi ale corpului.
  2. Structural: de exemplu, monozaharidele precum deoxiriboza și riboza sunt implicate în formarea nucleotidelor. Diferiți carbohidrați fac parte din pereții celulari (celuloză în plante, chitina în ciuperci).

Lipide (grasimi)- substanțe organice insolubile în apă (hidrofobe), dar ușor solubile în solvenți organici (cloroform, benzină etc.). Molecula lor este formată din glicerol și acizi grași. Diversitatea acestora din urmă determină diversitatea lipidelor. Fosfolipidele (care conțin, pe lângă grăsimi, un reziduu de acid fosforic) și glicolipidele (compuși ai lipidelor și zaharidelor) se găsesc pe scară largă în membranele celulare.

Funcțiile lipidelor sunt structurale, energetice și protectoare.

Baza structurală a membranei celulare este un strat bimolecular (format din două straturi de molecule) de lipide, în care sunt încorporate molecule de diferite proteine.

La împărțirea a 1 g de grăsime, se eliberează 38,9 kJ de energie, care este aproximativ de două ori mai mult decât la împărțirea a 1 g de carbohidrați sau proteine. Grăsimile se pot acumula în celulele diferitelor țesuturi și organe (ficat, țesut subcutanat la animale, semințe la plante), formând un aport semnificativ de „combustibil” în organism în cantități mari.

Având o conductivitate termică slabă, grăsimile joacă un rol important în protecția împotriva hipotermiei (de exemplu, straturile de grăsime subcutanată la balene și pinipede).

ATP (adenozin trifosfat). Acesta servește ca purtător de energie universal în celule. Energia eliberată în timpul divizării materie organică(grăsimi, carbohidrați, proteine ​​etc.) nu pot fi folosite direct pentru a efectua vreo lucrare, ci se depozitează inițial sub formă de ATP.

Trifosfatul de adenozină constă din baza azotată de adenină, riboză și trei molecule (mai precis, reziduuri) de acid fosforic (Fig. 1).

Orez. 1. Compoziția moleculei de ATP

Când un reziduu de acid fosforic este scindat, se formează ADP (adenozin difosfat) și se eliberează aproximativ 30 kJ de energie, care este cheltuită pentru efectuarea oricărei lucrări în celulă (de exemplu, contracția unei celule musculare, procesele de sinteză a substanțelor organice). substanțe etc.):

Deoarece furnizarea de ATP în celulă este limitată, acesta este în mod constant restabilit datorită energiei eliberate în timpul descompunerii altor substanțe organice; ATP este restaurat prin adăugarea unei molecule de acid fosforic la ADP:

Astfel, în transformare biologică energia poate fi împărțită în două etape principale:

1) Sinteza ATP - stocarea energiei în celulă;

2) eliberarea energiei stocate (în timpul descompunerii ATP) pentru a efectua munca în celulă.

Figura prezintă două moduri Imaginile structurii ATP. Adenozin monofosfat (AMP), adenozin difosfat (ADP) și adenozin trifosfat (ATP) aparțin unei clase de compuși numite nucleozide. O moleculă de nucleotide constă dintr-un zahăr cu cinci atomi de carbon, o bază azotată și acid fosforic. În molecula AMP, zahărul este reprezentat de riboză, iar baza este reprezentată de adenină. ADP are două grupe fosfat, în timp ce ATP are trei.

Valoarea ATP

Când ATP este descompus în ADP iar energia fosfatului anorganic (Fn) este eliberată:

Reacția continuă cu absorbția apei, adică este hidroliză (în articolul nostru ne-am întâlnit de multe ori cu acest tip foarte comun de reacții biochimice). Al treilea grup fosfat separat de ATP rămâne în celulă sub formă de fosfat anorganic (Pn). Randamentul de energie liberă în această reacție este de 30,6 kJ per 1 mol de ATP.

De la ADPși fosfat, ATP poate fi sintetizat din nou, dar aceasta necesită 30,6 kJ de energie per 1 mol de ATP nou format.

În această reacție, numită reacție de condensare, se eliberează apă. Adăugarea de fosfat la ADP se numește reacție de fosforilare. Ambele ecuații de mai sus pot fi combinate:


Catalizează asta reacție reversibilă o enzimă numită ATPaza.

Toate celulele, așa cum am menționat deja, au nevoie de energie pentru a-și îndeplini munca, iar pentru toate celulele oricărui organism, sursa acestei energie. servește ca ATP. Prin urmare, ATP este numit „purtător de energie universal” sau „moneda energetică” a celulelor. Bateriile electrice sunt o analogie bună. Amintiți-vă de ce nu le folosim. Cu ajutorul lor putem primi lumină într-un caz, sunet în altul, uneori mișcare mecanică, iar uneori avem nevoie de propria lor energie electrică. Comoditatea bateriilor este că putem folosi aceeași sursă de energie - o baterie - pentru o varietate de scopuri, în funcție de locul în care o punem. ATP joacă același rol în celule. Oferă energie pentru diferite procese precum contracția musculară, transmiterea impulsurilor nervoase, transportul activ de substanțe sau sinteza proteinelor și pentru toate celelalte tipuri de activitate celulară. Pentru a face acest lucru, trebuie pur și simplu „conectat” la partea corespunzătoare a aparatului celular.

Analogia poate fi continuată. Bateriile trebuie mai întâi fabricate, iar unele dintre ele (reîncărcabile) pot fi reîncărcate la fel. La fabricarea bateriilor din fabrică, acestea trebuie să conțină (și, prin urmare, să cheltuiască de către fabrică) o anumită cantitate de energie. Sinteza ATP necesită, de asemenea, energie; sursa sa este oxidarea substanţelor organice în procesul respiraţiei. Deoarece energia este eliberată pentru fosforilarea ADP în timpul oxidării, această fosforilare se numește fosforilare oxidativă. În fotosinteză, ATP este produs folosind energia luminoasă. Acest proces se numește fotofosforilare (vezi secțiunea 7.6.2). Există, de asemenea, „fabrici” în celulă care produc cea mai mare parte a ATP. Acestea sunt mitocondriile; ele adăpostesc „liniile de asamblare” chimice care formează ATP în timpul respirației aerobe. În cele din urmă, „acumulatorii” descărcați sunt de asemenea reîncărcați în celulă: după ce ATP, după ce a eliberat energia conținută în el, se transformă în ADP și Phn, poate fi sintetizat rapid din nou din ADP și Phn datorită energiei primite în procesul de respirația din oxidarea unor noi porțiuni de materie organică.

Cantitatea de ATPîntr-o celulă la un moment dat este foarte mic. Prin urmare, în ATP ar trebui să se vadă doar purtătorul de energie, și nu depozitul ei. Pentru stocarea pe termen lung a energiei se folosesc substanțe precum grăsimile sau glicogenul. Celulele sunt foarte sensibile la nivelul de ATP. De îndată ce rata de utilizare a acestuia crește, crește și rata procesului de respirație care menține acest nivel.

Rolul ATP ca o legătură între respirația celulară și procesele consumatoare de energie poate fi văzută din figură.Această diagramă pare simplă, dar ilustrează un model foarte important.

Se poate spune astfel că, în ansamblu, funcția respirației este de a produce ATP.


Să rezumam cele de mai sus.
1. Sinteza ATP din ADP și fosfat anorganic necesită 30,6 kJ de energie per 1 mol de ATP.
2. ATP este prezent în toate celulele vii și este, prin urmare, un purtător de energie universal. Alți purtători de energie nu sunt utilizați. Acest lucru simplifică problema - aparatul celular necesar poate fi mai simplu și poate funcționa mai eficient și mai economic.
3. ATP furnizează cu ușurință energie oricărei părți a celulei la orice proces care are nevoie de energie.
4. ATP eliberează rapid energie. Aceasta necesită o singură reacție - hidroliza.
5. Rata de reproducere a ATP din ADP și fosfat anorganic (ritmul procesului de respirație) este ușor de ajustat în funcție de nevoi.
6. ATP este sintetizat în timpul respirației datorită energiei chimice eliberate în timpul oxidării substanțelor organice precum glucoza, iar în timpul fotosintezei - datorită energiei solare. Formarea de ATP din ADP și fosfat anorganic se numește reacție de fosforilare. Dacă energia pentru fosforilare este furnizată prin oxidare, atunci se vorbește despre fosforilare oxidativă (acest proces are loc în timpul respirației), dar dacă energia luminoasă este folosită pentru fosforilare, atunci procesul se numește fotofosforilare (aceasta are loc în timpul fotosintezei).

Evaluare articol:
1 stea2 stele3 stele4 stele5 stele(Fără evaluări încă)
Se încarcă...
Impartasiti cu prietenii:
Postari similare