Caracteristicile moleculei de ATP. Structura ATP și rolul biologic. Funcțiile ATP. Decarboxilarea oxidativă - oxidarea piruvatului la acetil-CoA are loc cu participarea unui număr de enzime și coenzime, combinate structural într-un sistem multienzimatic care a primit

Orice organism poate exista atâta timp cât există un aport de nutrienți din mediul extern și atâta timp cât produsele activității sale vitale sunt eliberate în acest mediu. În interiorul celulei există un complex continuu foarte complex de transformări chimice, datorită căruia componentele corpului celular sunt formate din nutrienți. Totalitatea proceselor de transformare a materiei într-un organism viu, însoțite de reînnoirea sa constantă, se numește metabolism.

O parte a schimbului general, care constă în absorbția, asimilarea nutrienților și crearea componentelor structurale ale celulei pe cheltuiala lor, se numește asimilare - acesta este un schimb constructiv. A doua parte a schimbului general este procesele de disimilare, i.e. procesele de descompunere și oxidare a substanțelor organice, în urma cărora celula primește energie, este un schimb de energie. Schimbul constructiv și de energie constituie un singur întreg.

În procesul de schimb constructiv, o celulă sintetizează biopolimeri ai corpului său dintr-un număr destul de limitat de compuși cu greutate moleculară mică. Reacțiile biosintetice au loc cu participarea diferitelor enzime și necesită energie.

Organismele vii pot folosi doar energia legată chimic. Fiecare substanță are o anumită cantitate de energie potențială. Principalii săi purtători de materiale sunt legăturile chimice, a căror rupere sau transformare duce la eliberarea de energie. Nivelul de energie al unor legături are o valoare de 8-10 kJ - aceste legături se numesc normale. Alte legături conțin mult mai multă energie - 25-40 kJ - acestea sunt așa-numitele legături macroergice. Aproape toți compușii cunoscuți cu astfel de legături au atomi de fosfor sau sulf în compoziția lor, în locul cărora aceste legături sunt localizate în moleculă. Acidul adenozin trifosforic (ATP) este unul dintre compușii care joacă un rol important în viața celulară.

Acidul adenozin trifosforic (ATP) constă dintr-o bază organică adenină (I), un carbohidrat de riboză (II) și trei resturi de acid fosforic (III). Combinația de adenină și riboză se numește adenozină. Grupările pirofosfat au legături macroergice, indicate de ~. Descompunerea unei molecule de ATP cu participarea apei este însoțită de eliminarea unei molecule de acid fosforic și eliberarea de energie gratis, care este egal cu 33-42 kJ/mol. Toate reacțiile care implică ATP sunt reglementate de sisteme enzimatice.

Fig.1. Acid adenozin trifosforic (ATP)

Metabolismul energetic în celulă. sinteza ATP

Sinteza ATP are loc în membranele mitocondriale în timpul respirației, prin urmare toate enzimele și cofactorii lanțului respirator, toate enzimele de fosforilare oxidativă sunt localizate în aceste organite.

Sinteza ATP are loc în așa fel încât doi ioni H + sunt separați de ADP și fosfat (P) pe partea dreaptă a membranei, compensând pierderea a doi H + în timpul reducerii substanței B. Unul dintre atomii de oxigen al fosfatului este transferat pe cealaltă parte a membranei și, având atașați doi ioni de H + din compartimentul din stânga, formează H 2 O. Reziduul fosforil se leagă de ADP, formând ATP.

Fig.2. Schema oxidării și sintezei ATP în membranele mitocondriale

În celulele organismelor au fost studiate multe reacții de biosinteză care folosesc energia conținută în ATP, în timpul cărora procesele de carboxilare și decarboxilare, sinteza legăturilor amidice, formarea de compuși macroergici capabili să transfere energie de la ATP la reacțiile anabolice ale are loc sinteza substanțelor. Aceste reacții joacă un rol important în procesele metabolice ale organismelor vegetale.

Cu participarea ATP și a altor polifosfați nucleozidici de înaltă energie (GTP, CTP, UGF), moleculele de monozaharide, aminoacizi, baze azotate, acilgliceroli pot fi activate prin sinteza intermediarilor activi care sunt derivați de nucleotide. Deci, de exemplu, în procesul de sinteză a amidonului cu participarea enzimei ADP-glucoză pirofosforilază, se formează o formă activată de glucoză - adenozin difosfat glucoză, care devine cu ușurință un donator de reziduuri de glucoză în timpul formării structurii moleculele acestei polizaharide.

Sinteza ATP are loc în celulele tuturor organismelor în procesul de fosforilare, adică. adăugarea de fosfat anorganic la ADP. Energia pentru fosforilarea ADP este generată în timpul metabolismului energetic. Metabolismul energetic, sau disimilarea, este un set de reacții de scindare a substanțelor organice, însoțite de eliberarea de energie. În funcție de habitat, disimilarea poate avea loc în două sau trei etape.

În majoritatea organismelor vii - aerobi care trăiesc în mediu de oxigen, - în cursul disimilării se efectuează trei etape: pregătitoare, fără oxigen și oxigen, în timpul cărora materie organică se descompun în compuși anorganici. La anaerobii care trăiesc într-un mediu lipsit de oxigen, sau în aerobii cu lipsă de oxigen, disimilarea are loc doar în primele două etape cu formarea de compuși organici intermediari care sunt încă bogați în energie.

Prima etapă - pregătitoare - constă în scindarea enzimatică a compușilor organici complecși în compuși mai simpli (proteine ​​- în aminoacizi, grăsimi - în glicerol și acizi grași, polizaharide - în monozaharide, acizi nucleici - în nucleotide). Defalcarea substraturilor alimentare organice se realizează la diferite niveluri ale tractului gastrointestinal al organismelor multicelulare. Scindarea intracelulară a substanțelor organice are loc sub acțiunea enzimelor hidrolitice ale lizozomilor. Energia eliberată în acest caz este disipată sub formă de căldură, iar moleculele organice mici rezultate pot suferi o scindare suplimentară sau pot fi folosite de celulă ca „material de construcție” pentru sinteza propriilor compuși organici.

A doua etapă - oxidarea incompletă (fără oxigen) - se realizează direct în citoplasma celulei, nu are nevoie de prezența oxigenului și constă în scindarea ulterioară a substraturilor organice. Principala sursă de energie din celulă este glucoza. Defalcarea anoxică, incompletă a glucozei se numește glicoliză.

Glicoliza este un proces enzimatic în mai multe etape de transformare a glucozei cu șase atomi de carbon în două molecule cu trei atomi de carbon de acid piruvic (piruvat, PVA) C3H4O3. În timpul reacțiilor de glicoliză, un numar mare de energie - 200 kJ/mol. O parte din această energie (60%) este disipată sub formă de căldură, restul (40%) este folosită pentru sinteza ATP.

Ca urmare a glicolizei unei molecule de glucoză, se formează două molecule de PVC, ATP și apă, precum și atomi de hidrogen, care sunt stocați de celulă sub formă de NADH, adică. ca parte a unui purtător specific - nicotinamidă adenin dinucleotidă. Soarta ulterioară a produselor de glicoliză - piruvat și hidrogen sub formă de NAD H - se poate dezvolta în moduri diferite. În drojdii sau în celulele vegetale, cu o lipsă de oxigen, are loc fermentația alcoolică - PVC este redus la alcool etilic:

În celulele animale care se confruntă cu o lipsă temporară de oxigen, de exemplu, în celulele musculare umane în timpul exercițiilor excesive, precum și la unele bacterii, are loc fermentația acidului lactic, în care piruvatul este redus la acid lactic. În prezența oxigenului în mediul înconjurător, produsele glicolizei suferă o divizare suplimentară în produsele finale.

A treia etapă - oxidarea completă (respirația) - continuă cu participarea obligatorie a oxigenului. Respirația aerobă este un lanț de reacții controlate de enzimele membranei interne și ale matricei mitocondriale. Odată ajuns în mitocondrie, PVC interacționează cu enzimele matricei și formează: dioxid de carbon, care este excretat din celulă; atomi de hidrogen, care, ca parte a purtătorilor, sunt trimiși către membrana interioară; acetil coenzima A (acetil-CoA), care este implicată în ciclul acidului tricarboxilic (ciclul Krebs). Ciclul Krebs este un lanț de reacții succesive în timpul cărora două molecule de CO2, o moleculă de ATP și patru perechi de atomi de hidrogen sunt formate dintr-o moleculă de acetil-CoA, transferate la molecule purtătoare - NAD și FAD (flavin adenin dinucleotide). Reacția globală a glicolizei și ciclul Krebs poate fi reprezentată după cum urmează:

Deci, ca urmare a etapei de disimilare fără oxigen și a ciclului Krebs, molecula de glucoză este descompusă în dioxid de carbon anorganic (CO2), iar energia eliberată în acest proces este cheltuită parțial pentru sinteza ATP, dar este în principal economisită. în purtătorii încărcaţi cu electroni NAD H2 şi FAD H2. Proteinele purtătoare transportă atomii de hidrogen către membrana mitocondrială interioară, unde sunt trecuți de-a lungul unui lanț de proteine ​​construit în membrană. Transportul particulelor de-a lungul lanțului de transport se realizează în așa fel încât protonii să rămână pe partea exterioară a membranei și să se acumuleze în spațiul intermembranar, transformându-l într-un rezervor de H+, în timp ce electronii sunt transferați pe suprafața interioară a membranei. membrana mitocondrială, unde se combină în cele din urmă cu oxigenul.

Ca urmare a activității enzimelor lanțului de transport de electroni, membrana mitocondrială interioară este încărcată negativ din interior și încărcată pozitiv din exterior (datorită H), astfel încât se creează o diferență de potențial între suprafețele sale. Se știe că moleculele enzimei ATP sintetaza cu un canal ionic sunt încorporate în membrana interioară a mitocondriilor. Când diferența de potențial de-a lungul membranei atinge un nivel critic (200 mV), particulele de H+ încărcate pozitiv încep să împingă prin canalul ATPazei prin forța câmpului electric și, odată ajunse pe suprafața interioară a membranei, interacționează cu oxigenul, formând apă.

Cursul normal al reacțiilor metabolice la nivel molecular se datorează îmbinării armonioase a proceselor de catabolism și anabolism. Când procesele catabolice sunt perturbate, în primul rând, apar dificultăți energetice, regenerarea ATP este întreruptă, precum și furnizarea substraturilor inițiale de anabolism necesare proceselor de biosinteză. La rândul său, deteriorarea proceselor anabolice care este primară sau asociată cu modificări ale proceselor de catabolism duce la o întrerupere a reproducerii compușilor importanți funcțional - enzime, hormoni etc.

Încălcarea diferitelor legături ale lanțurilor metabolice este inegală în consecințele sale. Cele mai semnificative și profunde modificări patologice ale catabolismului apar atunci când sistemul de oxidare biologică este deteriorat din cauza blocării enzimelor respirației tisulare, hipoxiei etc., sau deteriorarea mecanismelor de conjugare a respirației tisulare și fosforilarea oxidativă (de exemplu, decuplarea țesuturilor). respiraţia şi fosforilarea oxidativă în tireotoxicoză). În aceste cazuri, celulele sunt private de principala sursă de energie, aproape toate reacțiile oxidative ale catabolismului sunt blocate sau își pierd capacitatea de a acumula energia eliberată în moleculele de ATP. Prin inhibarea reacțiilor ciclului acidului tricarboxilic, producția de energie din catabolism este redusă cu aproximativ două treimi.

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 Proprietățile fizice ale 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

Principala sursă de energie pentru toate ființele vii care locuiesc pe planeta noastră este energia luminii solare, care este utilizată 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.

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).

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 chimicîn apă, aproape tot ATP-ul va fi convertit 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 liberă.

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 - este importantă în 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 pentru o revoluție a ciclului Krebs este:

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

Regulament cicluA:

Ciclul Krebs este reglat „în funcție de mecanismul de feedback negativ”, în prezența unui număr mare de substraturi (acetil-CoA, oxaloacetat), ciclul funcționează activ, iar cu un exces de produse 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 bio reacții chimice. 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 sinteză a unor substanțe complexe în 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, două astfel de surse de energie predomină în natură - aceasta este energie solarași 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 are loc, de exemplu, în timpul scindării hidrolitice a proteinelor, acizilor nucleici și polizaharidelor în subunități.

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 + P

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 utilizat 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 folosite în viață este determinată în principal de legături chimice slabe care se descompun și se restructura cu ușurință. 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, un precursor direct al sintezei de adenozin monofosfat ciclic, un mesager secundar pentru transmiterea unui semnal hormonal în 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 moleculară / 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

compuși organici din 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.

În celulele tuturor organismelor există molecule de ATP - acid adenozin trifosforic. ATP este o substanță celulară universală, a cărei moleculă are legături bogate în energie. Molecula de ATP este un fel de nucleotide, care, ca și alte nucleotide, constă din trei componente: o bază azotată - adenină, un carbohidrat - riboză, dar în loc de una conține trei resturi de molecule de acid fosforic (Fig. 12). Legăturile indicate în figură de pictogramă sunt bogate în energie și se numesc macroergice. Fiecare moleculă de ATP conține două legături macroergice.

Când legătura de înaltă energie este ruptă și o moleculă de acid fosforic este scindată cu ajutorul enzimelor, se eliberează 40 kJ / mol de energie, iar ATP este transformat în ADP - acid adenozin difosforic. Odată cu eliminarea încă o moleculă de acid fosforic, se eliberează încă 40 kJ / mol; Se formează AMP - acid adenozin monofosforic. Aceste reacții sunt reversibile, adică AMP poate fi convertit în ADP, ADP în ATP.

Moleculele de ATP nu sunt doar descompuse, ci și sintetizate, astfel încât conținutul lor în celulă este relativ constant. Importanța ATP-ului în viața celulei este enormă. Aceste molecule joacă un rol principal în metabolismul energetic necesar pentru a asigura activitatea vitală a celulei și a organismului în ansamblu.

O moleculă de ARN, de regulă, este un singur lanț format din patru tipuri de nucleotide - A, U, G, C. Sunt cunoscute trei tipuri principale de ARN: ARNm, ARNr, ARNt. Conținutul de molecule de ARN din celulă nu este constant, ele sunt implicate în biosinteza proteinelor. ATP este substanța energetică universală a celulei, în care există legături bogate în energie. ATP joacă un rol central în schimbul de energie în celulă. ARN și ATP se găsesc atât în ​​nucleu, cât și în citoplasma celulei.

Orice celulă, ca orice sistem viu, are capacitatea de a-și menține compoziția și toate proprietățile la un nivel relativ constant. De exemplu, conținutul de ATP în celule este de aproximativ 0,04%, iar această valoare este menținută constant, în ciuda faptului că ATP este consumat constant în celulă pe parcursul vieții. Un alt exemplu: reacția conținutului celular este ușor alcalină, iar această reacție este menținută stabil, în ciuda faptului că acizii și bazele se formează în mod constant în procesul de metabolism. Menținute cu fermitate la un anumit nivel, nu numai compoziție chimică celule, dar și celelalte proprietăți ale acestuia. Stabilitatea ridicată a sistemelor vii nu poate fi explicată prin proprietățile materialelor din care sunt construite, deoarece proteinele, grăsimile și carbohidrații au o stabilitate redusă. Stabilitatea sistemelor vii este activă, se datorează unor procese complexe de coordonare și reglare.

Luați în considerare, de exemplu, cum este menținută constanta conținutului de ATP din celulă. După cum știm, ATP este consumat de celulă atunci când efectuează orice activitate. Sinteza ATP are loc ca urmare a proceselor fără oxigen și descompunerea oxigenului a glucozei. Este evident că constanța conținutului de ATP se realizează datorită echilibrării exacte a ambelor procese - consumul de ATP și sinteza acestuia: de îndată ce conținutul de ATP din celulă scade, procesele fără oxigen și descompunerea oxigenului a glucozei imediat. pornește, timp în care ATP este sintetizat și conținutul de ATP din celulă crește. Când nivelul de ATP atinge norma, sinteza ATP încetinește.

Pornirea și oprirea proceselor care asigură menținerea compoziției normale a celulei are loc automat în ea. O astfel de reglementare se numește autoreglare sau autoreglare.

Baza pentru reglarea activității celulei sunt procesele informaționale, adică procesele în care comunicarea între legăturile individuale ale sistemului se realizează folosind semnale. Semnalul este o schimbare care are loc într-o anumită parte a sistemului. Ca răspuns la semnal, este pornit un proces, în urma căruia schimbarea care a avut loc este eliminată. Când starea normală a sistemului este restabilită - acesta servește ca un nou semnal pentru a opri procesul.

Cum funcționează sistemul de semnalizare celulară, cum oferă procese de autoreglare în el?

Recepția semnalelor în interiorul celulei este efectuată de enzimele acesteia. Enzimele, ca majoritatea proteinelor, au o structură instabilă. Sub influența mai multor factori, inclusiv mulți agenți chimici, structura enzimei este perturbată și activitatea sa catalitică se pierde. Această modificare, de regulă, este reversibilă, adică după îndepărtarea factorului activ, structura enzimei revine la normal și funcția sa catalitică este restabilită.

Mecanismul de autoreglare celulară se bazează pe faptul că substanța, al cărei conținut este reglat, este capabilă de interacțiune specifică cu enzima care o generează. Ca urmare a acestei interacțiuni, structura enzimei este deformată și activitatea sa catalitică se pierde.

Mecanismul de autoreglare celulară funcționează după cum urmează. Știm deja asta substanțe chimice, produse în celulă, de regulă, apar ca urmare a mai multor reacții enzimatice consecutive. Amintiți-vă de procesele fără oxigen și fără oxigen de descompunere a glucozei. Fiecare dintre aceste procese este o serie lungă - cel puțin o duzină de reacții consecutive. Este destul de evident că, pentru reglarea unor astfel de procese multinomiale, este suficient să dezactivați orice legătură. Este suficient să opriți cel puțin o reacție - și întreaga linie se va opri. În acest fel se realizează reglarea conținutului de ATP din celulă. În timp ce celula este în repaus, conținutul de ATP din ea este de aproximativ 0,04%. Cu asa concentrație mare ATP reacționează cu una dintre enzime fără procesul de descompunere a oxigenului al glucozei. Ca urmare a acestei reacții, toate moleculele acestei enzime sunt lipsite de activitate și liniile transportoare fără oxigen și procesele de oxigen sunt inactive. Dacă, din cauza oricărei activități a celulei, concentrația de ATP în aceasta scade, atunci structura și funcția enzimei sunt restabilite și fără oxigen și procesele de oxigen sunt lansate. Ca urmare, se produce ATP, concentrația acestuia crește. Când atinge norma (0,04%), transportorul fără oxigen și procese de oxigen se oprește automat.

2241-2250

2241. Izolarea geografică duce la speciație, întrucât în ​​populațiile speciei originare
a) divergenta
B) convergenta
B) aromorfoza
D) degenerare

2242. La neregenerabile resurse naturale biosferele includ
A) depuneri de var
B) pădurile tropicale
B) nisip și argilă
D) cărbune

2243. Care este probabilitatea de manifestare a unei trăsături recesive în fenotip la descendenții primei generații, dacă ambii părinți au genotipul Aa?
A) 0%
B) 25%
C) 50%
D) 75%

Abstract

2244. Legăturile bogate în energie între reziduurile de acid fosforic sunt prezente în moleculă
O veverita
B) ATP
B) ARNm
D) ADN

2245. Din ce motive este animalul descris în figură atribuit clasei de insecte?
A) trei perechi de picioare care merg
B) doi ochi simpli
c) o pereche de aripi transparente
D) dezmembrarea corpului în cap și abdomen

Abstract

2246. Un zigot, spre deosebire de un gamet, se formează ca urmare a
a) fertilizarea
B) partenogeneza
B) spermatogeneza
D) I diviziunea meiozei

2247. Hibrizii infertili la plante se formează ca urmare a
A) încrucișarea intraspecifică
B) poliploidizare
B) hibridizare la distanta
D) analizând cruce

Cât de mult ATP este în organism?

2249. La persoanele Rh-negative, comparativ cu Rh-pozitive, eritrocitele sanguine diferă în compoziție
a) lipide
b) carbohidrați
b) minerale
d) proteine

2250. Când celulele lobului temporal al cortexului cerebral sunt distruse, o persoană
A) are o idee distorsionată a formei obiectelor
B) nu face distincție între puterea și înălțimea sunetului
B) pierde coordonarea
D) nu distinge semnalele vizuale

© D.V. Pozdnyakov, 2009-2018

detector de blocuri de anunțuri

1. Ce cuvinte lipsesc din propoziție și sunt înlocuite cu litere (а-г)?

„Compoziția moleculei de ATP include o bază azotată (a), o monozaharidă cu cinci atomi de carbon (b) și (c) un reziduu (d) al unui acid”.

Următoarele cuvinte sunt înlocuite cu litere: a - adenină, b - riboză, c - trei, d - fosforic.

2. Comparați structura ATP și structura unei nucleotide. Găsiți asemănări și diferențe.

De fapt, ATP este un derivat al adenil nucleotidei ARN (adenozin monofosfat sau AMP). Compoziția moleculelor ambelor substanțe include baza azotată adenina și zahărul riboză cu cinci atomi de carbon. Diferențele se datorează faptului că în compoziția nucleotidei adenil a ARN (ca și în compoziția oricărei alte nucleotide) există un singur reziduu de acid fosforic și nu există legături macroergice (de înaltă energie). Molecula de ATP conține trei resturi de acid fosforic, între care există două legături macroergice, astfel încât ATP poate acționa ca acumulator și purtător de energie.

3. Care este procesul de hidroliză a ATP?

ATP: moneda energetică

sinteza ATP? Ce este rol biologic ATP?

În procesul de hidroliză, un reziduu de acid fosforic este scindat din molecula ATP (defosforilare). În acest caz, legătura macroergică este ruptă, se eliberează 40 kJ/mol de energie și ATP este transformat în ADP (acid adenozin difosforic):

ATP + H2O → ADP + H3PO4 + 40 kJ

ADP poate suferi o hidroliză suplimentară (ceea ce se întâmplă rar) cu eliminarea unei alte grupări fosfat și eliberarea unei a doua „porțiuni” de energie. În acest caz, ADP este transformat în AMP (acid adenozin monofosforic):

ADP + H2O → AMP + H3PO4 + 40 kJ

Sinteza ATP are loc ca urmare a adăugării unui reziduu de acid fosforic la molecula de ADP (fosforilare). Acest proces se desfășoară în principal în mitocondrii și cloroplaste, parțial în hialoplasma celulelor. Pentru formarea a 1 mol de ATP din ADP, trebuie cheltuiți cel puțin 40 kJ de energie:

ADP + H3PO4 + 40 kJ → ATP + H2O

ATP este un depozit universal (acumulator) și purtător de energie în celulele organismelor vii. În aproape toate procesele biochimice care au loc în celule cu costuri energetice, ATP este folosit ca furnizor de energie. Datorită energiei ATP, se sintetizează noi molecule de proteine, carbohidrați, lipide, se realizează transportul activ al substanțelor, se realizează mișcarea flagelilor și cililor, are loc diviziunea celulară, mușchii lucrează, temperatura corpului constantă a animalelor cu sânge cald este intretinute etc.

4. Ce legături se numesc macroergice? Ce funcții pot îndeplini substanțele care conțin legături macroergice?

Legăturile macroergice se numesc legături, la ruperea cărora se eliberează o cantitate mare de energie (de exemplu, ruperea fiecărei legături macroergice ATP este însoțită de eliberarea a 40 kJ/mol de energie). Substanțele care conțin legături macroergice pot servi ca acumulatori, purtători și furnizori de energie pentru diferite procese de viață.

5. Formula generală a ATP este С10H16N5O13P3. Hidroliza a 1 mol de ATP la ADP eliberează 40 kJ de energie. Câtă energie este eliberată în timpul hidrolizei a 1 kg de ATP?

● Calculați masa molară a ATP:

M (С10H16N5O13P3) = 12 × 10 + 1 × 16 + 14 × 5 + 16 × 13 + 31 × 3 = 507 g/mol.

● Hidroliza a 507 g de ATP (1 mol) eliberează 40 kJ de energie.

Aceasta înseamnă că în timpul hidrolizei a 1000 g de ATP se vor elibera următoarele: 1000 g × 40 kJ: 507 g ≈ 78,9 kJ.

Răspuns: în timpul hidrolizei a 1 kg de ATP la ADP, se vor elibera aproximativ 78,9 kJ de energie.

6. Moleculele de ATP marcate cu fosfor radioactiv 32P la ultimul (al treilea) rest de acid fosforic au fost introduse într-o celulă, iar moleculele de ATP marcate cu 32P la primul (cel mai apropiat de riboză) restul au fost introduse într-o altă celulă. După 5 minute, conținutul de ion fosfat anorganic marcat cu 32P a fost măsurat în ambele celule. Unde este mai sus și de ce?

Ultimul (al treilea) reziduu de acid fosforic este scindat cu ușurință în timpul hidrolizei ATP, în timp ce primul (cel mai apropiat de riboză) nu este scindat nici măcar în timpul hidrolizei în două etape a ATP la AMP. Prin urmare, conținutul de fosfat anorganic radioactiv va fi mai mare în celula în care a fost introdus ATP, marcat cu ultimul (al treilea) reziduu de acid fosforic.

Dashkov M.L.

Site: dashkov.by

O moleculă de ARN, spre deosebire de ADN, este de obicei un singur lanț de nucleotide, care este mult mai scurt decât ADN-ul. Cu toate acestea, masa totală de ARN într-o celulă este mai mare decât cea a ADN-ului. Moleculele de ARN se găsesc atât în ​​nucleu, cât și în citoplasmă.

Sunt cunoscute trei tipuri principale de ARN: informațional, sau matriceal, - ARNm; ribozomal - ARNr, transport - ARNt, care diferă prin forma, dimensiunea și funcția moleculelor. Funcția lor principală este participarea la biosinteza proteinelor.

Vedeți că molecula de ARN, ca și molecula de ADN, constă din patru tipuri de nucleotide, dintre care trei conțin aceleași baze azotate ca și nucleotidele ADN (A, G, C). Cu toate acestea, în locul bazei azotate a timinei, compoziția ARN-ului include o altă bază azotată - uracil (U). Astfel, compoziția nucleotidelor moleculei de ARN include baze azotate: A, G, C, U. În plus, în locul carbohidratului dezoxiriboză, ARN conține riboză.

În celulele tuturor organismelor există molecule de ATP - acid adenozin trifosforic. ATP este o substanță celulară universală, a cărei moleculă are legături bogate în energie. Molecula ATP este un fel de nucleotide, care, ca și alte nucleotide, constă din trei componente: o bază azotată - adenină, un carbohidrat - riboză, dar în loc de una conține trei resturi de molecule de acid fosforic. Fiecare moleculă de ATP conține două legături macroergice.

Când o legătură de înaltă energie este ruptă și o moleculă de acid fosforic este scindată cu ajutorul enzimelor, se eliberează 40 kJ / mol de energie, iar ATP este transformat în ADP - acid adenozin difosforic. Odată cu eliminarea încă o moleculă de acid fosforic, se eliberează încă 40 kJ / mol; Se formează AMP - acid adenozin monofosforic. Aceste reacții sunt reversibile, adică AMP poate fi convertit în ADP, ADP în ATP.

Molecula de ATP - ce este și care este rolul ei în organism

Moleculele de ATP nu sunt doar descompuse, ci și sintetizate, astfel încât conținutul lor în celulă este relativ constant. Importanța ATP-ului în viața celulei este enormă. Aceste molecule joacă un rol principal în metabolismul energetic necesar pentru a asigura activitatea vitală a celulei și a organismului în ansamblu.

Există aproximativ 70 de trilioane de celule în corpul uman. Pentru o creștere sănătoasă, fiecare dintre ele are nevoie de ajutoare - vitamine. Moleculele de vitamine sunt mici, dar deficiența lor este întotdeauna vizibilă. Dacă este dificil să te adaptezi la întuneric, ai nevoie de vitaminele A și B2, a apărut mătreața - nu este suficientă B12, B6, P, vânătăile nu se vindecă mult timp - deficiență de vitamina C. În această lecție, vei aflați cum și unde este strategică aprovizionarea cu vitamine, cum vitaminele activează organismul și veți afla, de asemenea, despre ATP - principala sursă de energie în celulă.

Subiect: Fundamentele citologiei

Lecția: Structura și funcțiile ATP

După cum vă amintiți, acizi nucleiciformat din nucleotide. S-a dovedit că nucleotidele dintr-o celulă pot fi în stare legată sau în stare liberă. În stare liberă, ele îndeplinesc o serie de funcții importante pentru viața corpului.

La așa liber nucleotide se aplică molecula de ATP sau acid adenozin trifosforic(adenozin trifosfat). Ca toate nucleotidele, ATP este alcătuit dintr-un zahăr cu cinci atomi de carbon. riboza, baza azotata - adeninași, spre deosebire de nucleotidele ADN și ARN, trei resturi de acid fosforic(Fig. 1).

Orez. 1. Trei reprezentări schematice ale ATP

Cel mai important Funcția ATP este că este un custode și un purtător universal energie intr-o cusca.

Toate reacțiile biochimice din celulă care necesită consum de energie folosesc ATP ca sursă.

La separarea unui reziduu de acid fosforic, ATP intră în ADP (adenozin difosfat). Dacă se separă un alt reziduu de acid fosforic (ceea ce se întâmplă în cazuri speciale), ADP intră în AMF(adenozin monofosfat) (Fig. 2).

Orez. 2. Hidroliza ATP-ului și transformarea lui în ADP

La separarea celui de al doilea și al treilea reziduu de acid fosforic, se eliberează o cantitate mare de energie, până la 40 kJ. De aceea legătura dintre aceste resturi de acid fosforic se numește macroergică și se notează prin simbolul corespunzător.

În timpul hidrolizei unei legături obișnuite, o cantitate mică de energie este eliberată (sau absorbită), iar în timpul hidrolizei unei legături macroergice, este eliberată mult mai multă energie (40 kJ). Legătura dintre riboză și primul reziduu de acid fosforic nu este macroergică; hidroliza sa eliberează doar 14 kJ de energie.

Compușii macroergici pot fi formați și pe baza altor nucleotide, de exemplu GTP(guanozin trifosfat) este folosit ca sursă de energie în biosinteza proteinelor, participă la reacțiile de transducție a semnalului, este un substrat pentru sinteza ARN în timpul transcripției, dar ATP este cea mai comună și universală sursă de energie în celulă.

ATP cuprins ca în citoplasmă, și în nucleu, mitocondrii și cloroplaste.

Astfel, ne-am amintit ce este ATP, care sunt funcțiile sale și ce este o legătură macroergică.

Vitamine - biologic active compusi organici, care în cantități mici sunt necesare pentru menținerea proceselor vitale din celulă.

Ele nu sunt componente structurale ale materiei vii și nu sunt folosite ca sursă de energie.

Majoritatea vitaminelor nu sunt sintetizate în organismul uman și animal, ci intră în el cu alimente, unele sunt sintetizate în cantități mici de microflora intestinală și țesuturi (vitamina D este sintetizată de piele).

Nevoia de vitamine la oameni și animale nu este aceeași și depinde de factori precum sexul, vârsta, starea fiziologică și condițiile de mediu. Unele vitamine nu sunt necesare pentru toate animalele.

De exemplu, acidul ascorbic, sau vitamina C, este esențial pentru oameni și alte primate. În același timp, este sintetizat în corpul reptilelor (marinarii duceau țestoase în călătorii pentru combaterea scorbutului - deficit de vitamina C).

Vitaminele au fost descoperite la sfârșitul secolului al XIX-lea datorită muncii oamenilor de știință ruși N. I. LuninaȘi V. Pashutina, ceea ce a arătat că pentru o alimentație bună este necesar nu numai proteine, grăsimi și carbohidrați, ci și alte substanțe, la acea vreme necunoscute.

În 1912, un om de știință polonez K. Funk(Fig. 3), studiind componentele cojii de orez, care protejează împotriva bolii Beri-Beri (avitaminoza vitaminei B), a sugerat că aceste substanțe trebuie să includă în mod necesar grupări amine. El a propus să numească aceste substanțe vitamine, adică aminele vieții.

Ulterior s-a constatat că multe dintre aceste substanțe nu conțin grupe amino, dar termenul de vitamine a prins bine rădăcini în limbajul științei și practicii.

Pe măsură ce au fost descoperite vitamine individuale, acestea au fost desemnate cu litere latine și denumite în funcție de funcțiile lor. De exemplu, vitamina E a fost numită tocoferol (din greaca veche τόκος - „naștere”, și φέρειν - „aduce”).

Astăzi, vitaminele sunt împărțite în funcție de capacitatea lor de a se dizolva în apă sau în grăsimi.

Pentru vitamine solubile în apă includ vitamine H, C, P, IN.

la vitamine liposolubile referi A, D, E, K(poate fi amintit ca un cuvânt: keda) .

După cum sa menționat deja, nevoia de vitamine depinde de vârstă, sex, starea fiziologică a organismului și habitat. La o vârstă fragedă, există o nevoie clară de vitamine. Un organism slăbit necesită, de asemenea, doze mari din aceste substanțe. Odată cu vârsta, capacitatea de a absorbi vitaminele scade.

Nevoia de vitamine este determinată și de capacitatea organismului de a le utiliza.

În 1912, un om de știință polonez Casimir Funk a primit vitamina B1 parțial purificată - tiamină din coji de orez. A fost nevoie de încă 15 ani pentru a obține această substanță în stare cristalină.

Vitamina B1 cristalină este incoloră, are un gust amar și este ușor solubilă în apă. Tiamina se găsește atât în ​​celulele vegetale, cât și în cele microbiene. Mai ales mult în culturile de cereale și drojdie (Fig. 4).

Orez. 4. Tablete și alimente cu tiamină

Tratamentul termic al alimentelor și diverșii aditivi distrug tiamina. Cu avitaminoză, patologii ale sistemului nervos, cardiovascular și sistemele digestive. Avitaminoza duce la perturbarea metabolismului apei și a funcției hematopoiezei. Unul dintre cele mai clare exemple de deficit de tiamină este dezvoltarea bolii Beri-Beri (Fig. 5).

Orez. 5. O persoană care suferă de deficit de tiamină - boala beriberi

Vitamina B1 este utilizată pe scară largă în practica medicală pentru tratamentul diferitelor boli nervoase, tulburări cardiovasculare.

În copt, tiamina, împreună cu alte vitamine - riboflavină și acid nicotinic, este folosită pentru a fortifica produsele de panificație.

În 1922 G. EvansȘi A. Bisho au descoperit o vitamina liposolubila, pe care au numit-o tocoferol sau vitamina E (literal: „promovarea nasterii”).

Vitamina E în forma sa cea mai pură este un lichid uleios. Este larg răspândit în cereale, cum ar fi grâul. Este abundent în grăsimi vegetale și animale (Fig. 6).

Orez. 6. Tocoferol și produsele care îl conțin

Multă vitamina E în morcovi, ouă și lapte. Vitamina E este antioxidant, adică protejează celulele de oxidarea patologică, care le duce la îmbătrânire și moarte. Este „vitamina tinereții”. Importanța vitaminei pentru sistemul reproducător este enormă, așa că este adesea numită vitamina de reproducere.

Ca urmare, deficiența de vitamina E, în primul rând, duce la perturbarea embriogenezei și a organelor reproducătoare.

Producerea vitaminei E se bazează pe izolarea acesteia din germeni de grâu - prin metoda extracției alcoolice și distilării solvenților la temperaturi scăzute.

În practica medicală se folosesc atât preparate naturale, cât și cele sintetice - acetat de tocoferol în ulei vegetal, închis într-o capsulă (celebrul „ulei de pește”).

Preparatele de vitamina E sunt utilizate ca antioxidanți pentru iradiere și alte afecțiuni patologice asociate cu un conținut crescut de particule ionizate și specii reactive de oxigen în organism.

În plus, vitamina E este prescrisă femeilor însărcinate și este folosită și în terapia complexă pentru tratamentul infertilității, cu distrofie musculară și unele boli hepatice.

Vitamina A (Fig. 7) a fost descoperită N. Drummondîn 1916.

Această descoperire a fost precedată de observațiile prezenței unui factor solubil în grăsimi în alimente, care este necesar pentru dezvoltarea deplină a animalelor de fermă.

Vitamina A se află chiar în vârful alfabetului vitaminelor. Este implicat în aproape toate procesele vieții. Această vitamină este esențială pentru restabilirea și menținerea vederii bune.

De asemenea, ajută la dezvoltarea imunității la multe boli, inclusiv răceli.

Fără vitamina A, o stare sănătoasă a epiteliului pielii este imposibilă. Daca ai pielea de gaina, care apare cel mai des pe coate, coapse, genunchi, tibie, daca apare pielea uscata la maini, sau apar alte fenomene asemanatoare, asta inseamna ca ai deficit de vitamina A.

Vitamina A, ca și vitamina E, este necesară pentru funcționarea normală a glandelor sexuale (gonade). Cu hipovitaminoza vitaminei A, s-au observat leziuni ale sistemului reproducător și ale organelor respiratorii.

Una dintre consecințele specifice ale lipsei de vitamina A este o încălcare a procesului de vedere, în special, o scădere a capacității ochilor de a se adapta la întuneric - orbirea nocturnă. Avitaminoza duce la apariția xeroftalmiei și la distrugerea corneei. Ultimul proces este ireversibil și se caracterizează prin pierderea completă a vederii. Hipervitaminoza duce la inflamarea ochilor și căderea părului, pierderea poftei de mâncare și epuizarea completă a organismului.

Orez. 7. Vitamina A și alimentele care o conțin

Vitaminele din grupa A se găsesc în principal în produsele de origine animală: în ficat, în uleiul de pește, în ulei, în ouă (Fig. 8).

Orez. 8. Conținutul de vitamina A în produsele de origine vegetală și animală

Produsele vegetale conțin carotenoide, care în corpul uman sunt transformate în vitamina A prin acțiunea enzimei carotenoze.

Astfel, astăzi v-ați familiarizat cu structura și funcțiile ATP și, de asemenea, v-ați amintit de importanța vitaminelor și ați aflat cum unele dintre ele sunt implicate în procesele vieții.

Cu un aport insuficient de vitamine în organism, se dezvoltă deficiența primară de vitamine. Diferite alimente conțin cantități diferite de vitamine.

De exemplu, morcovii conțin multă provitamina A (caroten), varza conține vitamina C etc. De aici și necesitatea unei alimentații echilibrate care să includă o varietate de produse vegetale și animale.

Avitaminoza la conditii normale alimentația este foarte rară, mult mai frecventă hipovitaminoza, care sunt asociate cu un aport inadecvat de vitamine cu alimente.

Hipovitaminoza poate apărea nu numai ca urmare a unei diete dezechilibrate, ci și ca urmare a diferitelor patologii ale tractului gastrointestinal sau ficatului, sau ca urmare a diferitelor boli endocrine sau infecțioase care duc la malabsorbția vitaminelor în organism.

Unele vitamine sunt produse de microflora intestinală (microflora intestinală). Suprimarea proceselor de biosinteză ca urmare a acțiunii antibiotice poate duce, de asemenea, la dezvoltare hipovitaminoza, în consecință disbacterioza.

Consumul excesiv de suplimente de vitamine alimentare, precum și de medicamente care conțin vitamine, duce la apariția unei stări patologice - hipervitaminoza. Acest lucru este valabil mai ales pentru vitaminele solubile în grăsimi, cum ar fi A, D, E, K.

Teme pentru acasă

1. Ce substanțe sunt numite biologic active?

2. Ce este ATP? Care este structura moleculei de ATP? Ce tipuri legătură chimică există în această moleculă complexă?

3. Care sunt funcțiile ATP-ului în celulele organismelor vii?

4. Unde are loc sinteza ATP? Unde are loc hidroliza ATP?

5. Ce sunt vitaminele? Care sunt funcțiile lor în organism?

6. Prin ce sunt diferite vitaminele de hormoni?

7. Ce clasificări ale vitaminelor cunoașteți?

8. Ce este avitaminoza, hipovitaminoza și hipervitaminoza? Dați exemple ale acestor fenomene.

9. Ce boli pot fi rezultatul unui aport insuficient sau excesiv de vitamine din organism?

10. Discutați-vă meniul cu prietenii și rudele, calculați folosind Informații suplimentare despre conținutul de vitamine din diferite alimente, dacă obțineți suficiente vitamine.

1. O singură colecție de Resurse Educaționale Digitale ().

2. O singură colecție de Resurse Educaționale Digitale ().

3. O singură colecție de Resurse Educaționale Digitale ().

Bibliografie

1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Biologie generală clasa 10-11 Butarda, 2005.

2. Belyaev D.K. Biologie clasa 10-11. Biologie generală. Un nivel de bază de. - Ed. a 11-a, stereotip. - M.: Educație, 2012. - 304 p.

3. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazov V. I. Biologie clasa 10-11. Biologie generală. Un nivel de bază de. - Ed. a VI-a, add. - Buttard, 2010. - 384 p.

Pe lângă proteine, grăsimi și carbohidrați, în celulă sunt sintetizați un număr mare de alți compuși organici, care pot fi împărțiți condiționat în intermediarȘi final. Cel mai adesea, obținerea unei anumite substanțe este asociată cu funcționarea unui transportor catalitic (un număr mare de enzime) și este asociată cu formarea de produse intermediare de reacție, care sunt afectate de următoarea enzimă. Compușii organici finali îndeplinesc funcții independente în celulă sau servesc ca monomeri în sinteza polimerilor. Substanțele finale sunt aminoacizi, glucoză, nucleotide, ATP, hormoni, vitamine.

Acidul adenozin trifosforic (ATP) este o sursă universală și un acumulator principal de energie în celulele vii. ATP se găsește în toate celulele vegetale și animale. Cantitatea de ATP fluctuează și este în medie de 0,04% (per greutate celulară brută). Cel mai mare număr ATP (0,2-0,5%) se găsește în mușchii scheletici.

ATP este o nucleotidă formată dintr-o bază azotată (adenină), o monozaharidă (riboză) și trei resturi de acid fosforic. Deoarece ATP conține nu unul, ci trei reziduuri de acid fosforic, acesta aparține trifosfaților ribonucleozidici.

Pentru majoritatea tipurilor de lucru care au loc în celule, este utilizată energia hidrolizei ATP. În același timp, atunci când reziduul terminal al acidului fosforic este scindat, ATP trece în ADP ( adenozin difosfat acid), cu eliminarea celui de-al doilea reziduu de acid fosforic - în AMP ( adenozină monofosforică acid). Randamentul de energie liberă în timpul eliminării atât a resturilor terminale, cât și a celui de-al doilea de acid fosforic este de 30,6 kJ fiecare. Scindarea celei de-a treia grupări fosfat este însoțită de eliberarea a doar 13,8 kJ. Legăturile dintre terminal și al doilea, al doilea și primul reziduu de acid fosforic se numesc macroergice (de înaltă energie).

Rezervele de ATP sunt reînnoite în mod constant. În celulele tuturor organismelor, sinteza ATP are loc în procesul de fosforilare, adică. adăugarea de acid fosforic la ADP. Fosforilarea are loc cu intensitate diferită în mitocondrii, în timpul glicolizei în citoplasmă, în timpul fotosintezei în cloroplaste. Molecula de ATP este utilizată în celulă în 1-2 minute; la o persoană, ATP este format și distrus pe zi într-o cantitate egală cu masa corpului său.

final molecule organice, sunt deasemenea vitamineȘi hormoni. Rol major în viață organisme pluricelulare Joaca vitamine. Vitaminele sunt acei compuși organici pe care un anumit organism nu îi poate sintetiza (sau îi sintetizează în cantități insuficiente) și trebuie să îi primească împreună cu alimentele. Vitaminele se combină cu proteinele pentru a forma enzime complexe. Cu lipsa oricărei vitamine din alimente, nu se poate forma o enzimă și se dezvoltă cutare sau cutare deficiență de vitamine. De exemplu, lipsa vitaminei C duce la scorbut, lipsa vitaminei B 12 duce la anemie, o încălcare a formării normale a globulelor roșii.

Hormonii sunt regulatorii afectând activitatea organelor individuale și a întregului organism. Ele pot fi de natură proteică (hormoni ai glandei pituitare, pancreas), pot fi legate de lipide (hormoni sexuali), pot fi derivați ai aminoacizilor (tiroxina). Hormonii sunt produși atât de animale, cât și de plante.