Svi živi procesi temelje se na atomskom i molekularnom kretanju. I respiratorni proces i razvoj ćelija, podela su nemogući bez energije. Izvor opskrbe energijom je ATP, šta je to i kako se formira, razmotrit ćemo dalje.

Prije proučavanja koncepta ATP-a, potrebno ga je dešifrirati. Ovaj izraz označava nukleozid trifosfat, koji je neophodan za energetski i materijalni metabolizam u tijelu.

Ovo je jedinstveni izvor energije u osnovi biohemijskih procesa. Ovo jedinjenje je osnovno za formiranje enzima.

ATP je otkriven na Harvardu 1929. Osnivači su bili naučnici sa Harvardske medicinske škole. Među njima su bili Karl Loman, Cyrus Fiske i Yellapragada Subbarao. Identificirali su spoj koji je po strukturi nalikovao adenil nukleotidu ribonukleinskih kiselina.

Posebnost ovog spoja bio je sadržaj tri ostatka fosforne kiseline umjesto jednog. 1941. godine naučnik Fritz Lipmann je dokazao da ATP ima energetski potencijal unutar ćelije. Nakon toga je otkriven ključni enzim, koji se zvao ATP sintaza. Njegov zadatak je formiranje kiselih molekula u mitohondrijima.

ATP je akumulator energije u ćelijskoj biologiji i neophodan je za uspešno sprovođenje biohemijskih reakcija.

Biologija adenozin trifosforne kiseline sugerira njeno stvaranje kao rezultat energetskog metabolizma. Proces se sastoji od stvaranja 2 molekula u drugom koraku. Preostalih 36 molekula pojavljuje se u trećoj fazi.

Akumulacija energije u strukturi kiseline događa se u vezivu između ostataka fosfora. U slučaju odvajanja 1 fosfornog ostatka dolazi do oslobađanja energije od 40 kJ.

Kao rezultat, kiselina se pretvara u adenozin difosfat (ADP). Naknadno odvajanje fosfata potiče proizvodnju adenozin monofosfata (AMP).

Treba napomenuti da biljni ciklus uključuje ponovnu upotrebu AMP i ADP, što rezultira redukcijom ovih jedinjenja u kiselo stanje. To je omogućeno procesom.

Struktura

Otkrivanje suštine jedinjenja moguće je nakon proučavanja koja su jedinjenja deo ATP molekula.

Koja su jedinjenja u kiselini?

• 3 ostatka fosforne kiseline. Kiselinski ostaci se međusobno kombinuju energetskim vezama nestabilne prirode. Takođe se nalazi pod imenom ortofosforna kiselina;
• adenin: je azotna baza;
• Riboza: To je pentoza ugljikohidrat.

Uključivanje ovih elemenata u ATP daje mu nukleotidnu strukturu. Ovo omogućava da se molekul klasifikuje kao nukleinska kiselina.

Bitan! Kao rezultat odvajanja molekula kiseline, oslobađa se energija. ATP molekul sadrži 40 kJ energije.

Obrazovanje

Formiranje molekula događa se u mitohondrijima i hloroplastima. Osnovni momenat u molekularnoj sintezi kiseline je proces disimilacije. Disimilacija je proces tranzicije složenog spoja u relativno jednostavan zbog razaranja.

Kao dio sinteze kiseline, uobičajeno je razlikovati nekoliko faza:

1. Pripremni. Osnova cijepanja je probavni proces, koji se ostvaruje enzimskim djelovanjem. Hrana koja uđe u organizam se uništava. Masnoća se razlaže na masne kiseline i glicerol. Proteini se razlažu na aminokiseline, skrob se razgrađuje do glukoze. Faza je praćena oslobađanjem toplotne energije.
2. Anoksična ili glikoliza. Proces dezintegracije je osnova. Razgradnja glukoze se odvija uz sudjelovanje enzima, dok se 60% oslobođene energije pretvara u toplinu, a ostatak ostaje u sastavu molekula.
3. Kiseonik ili hidroliza; Javlja se unutar mitohondrija. Javlja se uz pomoć kiseonika i enzima. Uključen je kiseonik koji telo izdahne. Završava se. To podrazumijeva oslobađanje energije za formiranje molekula.

Postoje sljedeći načini molekularne formacije:

1. Fosforilacija supstratne prirode. Zasnovan na energiji tvari kao rezultat oksidacije. Preovlađujući dio molekule formira se u mitohondrijima na membranama. Izvodi se bez sudjelovanja membranskih enzima. Odvija se u citoplazmatskom dijelu putem glikolize. Dozvoljena je mogućnost formiranja zbog transporta fosfatne grupe iz drugih visokoenergetskih spojeva.
2. Fosforilacija oksidativne prirode. Nastaje zbog oksidativne reakcije.
3. Fotofosforilacija u biljkama tokom fotosinteze.

Značenje

Fundamentalni značaj molekula za tijelo otkriva se kroz funkciju ATP-a.

ATP funkcionalnost uključuje sljedeće kategorije:

1. Energija. Osigurava tijelo energijom, energetska je osnova fizioloških biohemijskih procesa i reakcija. Nastaje zbog 2 visokoenergetske veze. Podrazumijeva kontrakciju mišića, formiranje transmembranskog potencijala, obezbjeđivanje molekularnog transporta kroz membrane.
2. osnova sinteze. Smatra se početnim spojem za kasnije formiranje nukleinskih kiselina.
3. Regulatorno. U osnovi je regulacije većine biohemijskih procesa. Obezbeđuje pripadnost alosteričkom efektoru enzimske serije. Utiče na aktivnost regulatornih centara tako što ih jača ili potiskuje.
4. Posrednik. Smatra se sekundarnom karikom u prijenosu hormonskog signala do stanice. To je preteča formiranja cikličnog ADP-a.
5. posrednik. To je signalna supstanca u sinapsama i drugim ćelijskim interakcijama. Pruža purinergičku signalizaciju.

Među navedenim tačkama, dominantno mjesto je dato energetskoj funkciji ATP-a.

Važno je razumjeti, bez obzira koju funkciju ATP obavlja, njegova vrijednost je univerzalna.

Koristan video

Sažimanje

Osnova fizioloških i biohemijskih procesa je postojanje ATP molekula. Glavni zadatak priključaka je opskrba energijom. Bez veze nemoguća je vitalna aktivnost i biljaka i životinja.

U kontaktu sa

Nastavak. Vidi br. 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005.

Časovi biologije na časovima prirodnih nauka

Napredno planiranje, 10. razred

Lekcija 19

Oprema: tabele iz opšte biologije, dijagram strukture molekula ATP, dijagram odnosa plastike i razmene energije.

I. Test znanja

Izvođenje biološkog diktata "Organska jedinjenja žive materije"

Nastavnik čita teze pod brojevima, učenici zapisuju u svesku brojeve onih teza koji po sadržaju odgovaraju njihovoj verziji.

Opcija 1 - proteini.
Opcija 2 - ugljikohidrati.
Opcija 3 - lipidi.
Opcija 4 - nukleinske kiseline.

1. U svom čistom obliku, oni se sastoje samo od C, H, O atoma.

2. Pored C, H, O atoma, sadrže N i obično S atome.

3. Pored C, H, O atoma, sadrže N i P atome.

4. Imaju relativno malu molekulsku masu.

5. Molekularna težina može biti od hiljada do nekoliko desetina i stotina hiljada daltona.

6. Najveća organska jedinjenja sa molekulskom težinom do nekoliko desetina i stotina miliona daltona.

7. Imaju različite molekularne težine – od vrlo male do veoma velike, u zavisnosti od toga da li je supstanca monomer ili polimer.

8. Sastoje se od monosaharida.

9. Sastoje se od aminokiselina.

10. Sastoje se od nukleotida.

11. Oni su estri viših masnih kiselina.

12. Osnovna strukturna jedinica: "azotna baza - pentoza - ostatak fosforne kiseline".

13. Osnovna strukturna jedinica: "aminokiseline".

14. Osnovna strukturna jedinica: "monosaharid".

15. Osnovna strukturna jedinica: "glicerol-masna kiselina".

16. Molekuli polimera su građeni od istih monomera.

17. Molekuli polimera su građeni od sličnih, ali ne baš identičnih monomera.

18. Nisu polimeri.

19. Obavljaju gotovo isključivo energetske, građevinske i skladišne ​​funkcije, u nekim slučajevima - zaštitne.

20. Osim energetske i građevinske, obavljaju katalitičke, signalne, transportne, motorne i zaštitne funkcije;

21. Oni čuvaju i prenose nasledna svojstva ćelije i tela.

Opcija 1 – 2; 5; 9; 13; 17; 20.
Opcija 2 – 1; 7; 8; 14; 16; 19.
Opcija 3 – 1; 4; 11; 15; 18; 19.
Opcija 4– 3; 6; 10; 12; 17; 21.

II. Učenje novog gradiva

1. Struktura adenozin trifosforne kiseline

Osim proteina, nukleinskih kiselina, masti i ugljikohidrata, živa tvar sintetizira veliki broj druga organska jedinjenja. Među njima, važnu ulogu u bioenergetici ćelije imaju adenozin trifosfat (ATP). ATP se nalazi u svim biljnim i životinjskim ćelijama. U ćelijama je adenozin trifosforna kiselina najčešće prisutna u obliku soli tzv adenozin trifosfati. Količina ATP-a varira i u prosjeku iznosi 0,04% (u jednoj ćeliji u prosjeku ima oko 1 milijardu ATP molekula). Najveća količina ATP-a nalazi se u skeletnim mišićima (0,2-0,5%).

ATP molekul se sastoji od azotne baze - adenina, pentoze - riboze i tri ostatka fosforne kiseline, tj. ATP je poseban adenil nukleotid. Za razliku od drugih nukleotida, ATP sadrži ne jedan, već tri ostatka fosforne kiseline. ATP se odnosi na makroergijske supstance - supstance koje sadrže veliku količinu energije u svojim vezama.

Prostorni model (A) i strukturna formula (B) molekula ATP

Iz sastava ATP-a se pod dejstvom enzima ATPaze odvaja ostatak fosforne kiseline. ATP ima jaku tendenciju da odvoji svoju terminalnu fosfatnu grupu:

ATP 4– + H 2 O ––> ADP 3– + 30,5 kJ + Fn,

jer to dovodi do nestanka energetski nepovoljnog elektrostatičkog odbijanja između susjednih negativnih naboja. Nastali fosfat se stabilizuje stvaranjem energetski povoljnih vodikovih veza sa vodom. Raspodjela naboja u sistemu ADP + Fn postaje stabilnija nego u ATP. Kao rezultat ove reakcije, oslobađa se 30,5 kJ (kada se prekine konvencionalna kovalentna veza, oslobađa se 12 kJ).

Kako bi se naglasila visoka energetska "cijena" veze fosfor-kiseonik u ATP-u, uobičajeno je da se ona označi znakom ~ i nazove makroenergetskom vezom. Kada se jedan molekul fosforne kiseline odcijepi, ATP se pretvara u ADP (adenozin difosforna kiselina), a ako se odcijepe dva molekula fosforne kiseline, tada se ATP pretvara u AMP (adenozin monofosforna kiselina). Cepanje trećeg fosfata je praćeno oslobađanjem samo 13,8 kJ, tako da u molekulu ATP postoje samo dve makroergijske veze.

2. Formiranje ATP-a u ćeliji

Zalihe ATP-a u ćeliji su male. Na primjer, u mišićima, rezerve ATP-a su dovoljne za 20-30 kontrakcija. Ali mišić može raditi satima i proizvesti hiljade kontrakcija. Stoga, zajedno sa razgradnjom ATP-a u ADP, u ćeliji se mora kontinuirano odvijati reverzna sinteza. Postoji nekoliko načina ATP sinteza u ćelijama. Hajde da ih upoznamo.

1. anaerobna fosforilacija. Fosforilacija je proces sinteze ATP-a iz ADP-a i niskomolekularnog fosfata (Pn). U ovom slučaju govorimo o procesima oksidacije organskih tvari bez kisika (na primjer, glikoliza je proces oksidacije glukoze bez kisika u pirogrožđanu kiselinu). Otprilike 40% energije koja se oslobađa tokom ovih procesa (oko 200 kJ/mol glukoze) troši se na sintezu ATP-a, a ostatak se raspršuje u obliku topline:

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

2. Oksidativna fosforilacija- to je proces sinteze ATP-a zbog energije oksidacije organskih tvari kisikom. Ovaj proces je otkriven početkom 1930-ih. 20ti vijek V.A. Engelhardt. U mitohondrijima se odvijaju kisikovi procesi oksidacije organskih tvari. Otprilike 55% energije oslobođene u ovom slučaju (oko 2600 kJ/mol glukoze) pretvara se u energiju kemijskih veza ATP-a, a 45% se raspršuje u obliku topline.

Oksidativna fosforilacija je mnogo efikasnija od anaerobne sinteze: ako se samo 2 ATP molekula sintetiziraju tokom glikolize tokom razgradnje molekula glukoze, tada se 36 ATP molekula formira tokom oksidativne fosforilacije.

3. Fotofosforilacija- proces sinteze ATP-a zbog energije sunčeve svjetlosti. Ovaj put sinteze ATP-a karakterističan je samo za ćelije sposobne za fotosintezu (zelene biljke, cijanobakterije). Energiju kvanta sunčeve svjetlosti koriste fotosintetika u svetlosna faza fotosinteza za sintezu ATP-a.

3. Biološki značaj ATP-a

ATP je u središtu metaboličkih procesa u ćeliji, kao veza između reakcija biološke sinteze i propadanja. Uloga ATP-a u ćeliji može se uporediti sa ulogom baterije, jer se prilikom hidrolize ATP-a oslobađa energija neophodna za različite životne procese („pražnjenje“), a u procesu fosforilacije („punjenja“) , ATP ponovo akumulira energiju u sebi.

Zbog energije koja se oslobađa prilikom hidrolize ATP-a odvijaju se gotovo svi vitalni procesi u ćeliji i tijelu: prijenos nervnih impulsa, biosinteza tvari, kontrakcije mišića, transport tvari itd.

III. Konsolidacija znanja

Rješavanje bioloških problema

Zadatak 1. Pri brzom trčanju često dišemo, pojačano je znojenje. Objasnite ove pojave.

Zadatak 2. Zašto smrznuti ljudi počinju da gaze i skaču po hladnoći?

Zadatak 3. U poznatom djelu I. Ilfa i E. Petrova "Dvanaest stolica" među mnogim korisnim savjetima možete pronaći sljedeće: "Dišite duboko, uzbuđeni ste." Pokušajte opravdati ovaj savjet sa stanovišta energetskih procesa koji se odvijaju u tijelu.

IV. Zadaća

Počnite da se pripremate za test i test (diktirajte testna pitanja - pogledajte lekciju 21).

Lekcija 20

Oprema: tabele iz opšte biologije.

I. Generalizacija znanja iz odjeljka

Rad učenika sa pitanjima (pojedinačno) uz naknadnu provjeru i diskusiju

1. Navedite primjere organskih jedinjenja koja uključuju ugljik, sumpor, fosfor, dušik, željezo, mangan.

2. Kako se živa ćelija može razlikovati od mrtve po jonskom sastavu?

3. Koje supstance se nalaze u ćeliji u neotopljenom obliku? Koje organe i tkiva obuhvataju?

4. Navedite primjere makronutrijenata uključenih u aktivne centre enzima.

5. Koji hormoni sadrže elemente u tragovima?

6. Koja je uloga halogena u ljudskom tijelu?

7. Po čemu se proteini razlikuju od umjetnih polimera?

8. Koja je razlika između peptida i proteina?

9. Kako se zove protein koji je dio hemoglobina? Od koliko se podjedinica sastoji?

10. Šta je ribonukleaza? Koliko aminokiselina ima u njemu? Kada je umjetno sintetiziran?

11. Zašto je brzina hemijskih reakcija bez enzima niska?

12. Koje supstance se prenose proteinima kroz ćelijsku membranu?

13. Kako se antitela razlikuju od antigena? Da li vakcine sadrže antitela?

14. Koje supstance razgrađuju proteine ​​u tijelu? Koliko energije se oslobađa u ovom slučaju? Gdje i kako se neutralizira amonijak?

15. Navedite primjer peptidnih hormona: kako oni učestvuju u regulaciji ćelijskog metabolizma?

16. Kakva je struktura šećera sa kojim pijemo čaj? Koja još tri sinonima za ovu supstancu znate?

17. Zašto se mast u mlijeku ne skuplja na površini, već je u suspenziji?

18. Kolika je masa DNK u jezgru somatskih i zametnih ćelija?

19. Koliko ATP-a potroši osoba dnevno?

20. Od kojih proteina ljudi prave odjeću?

Primarna struktura ribonukleaze pankreasa (124 aminokiseline)

II. Zadaća.

Nastavite sa pripremama za test i test u rubrici "Hemijska organizacija života".

Lekcija 21

I. Izvođenje usmenog testa na pitanja

1. Elementarni sastav ćelije.

2. Karakteristike organogenih elemenata.

3. Struktura molekula vode. Vodikova veza i njen značaj u "hemiji" života.

4. Svojstva i biološke funkcije vode.

5. Hidrofilne i hidrofobne supstance.

6. Kationi i njihov biološki značaj.

7. Anjoni i njihov biološki značaj.

8. Polimeri. biološki polimeri. Razlike između periodičnih i neperiodičnih polimera.

9. Osobine lipida, njihove biološke funkcije.

10. Grupe ugljikohidrata koje se razlikuju po strukturnim karakteristikama.

11. Biološke funkcije ugljikohidrata.

12. Elementarni sastav proteina. Amino kiseline. Formiranje peptida.

13. Primarne, sekundarne, tercijarne i kvartarne strukture proteina.

14. Biološka funkcija proteina.

15. Razlike između enzima i nebioloških katalizatora.

16. Struktura enzima. Koenzimi.

17. Mehanizam djelovanja enzima.

18. Nukleinske kiseline. Nukleotidi i njihova struktura. Formiranje polinukleotida.

19. Pravila E.Chargaffa. Princip komplementarnosti.

20. Formiranje dvolančane DNK molekule i njena spiralizacija.

21. Klase stanične RNK i njihove funkcije.

22. Razlike između DNK i RNK.

23. Replikacija DNK. Transkripcija.

24. Struktura i biološka uloga ATP-a.

25. Stvaranje ATP-a u ćeliji.

II. Zadaća

Nastavite sa pripremama za test u rubrici "Hemijska organizacija života".

Lekcija 22

I. Sprovođenje pismenog testa

Opcija 1

1. Postoje tri vrste aminokiselina - A, B, C. Koliko se varijanti polipeptidnih lanaca koji se sastoje od pet aminokiselina može izgraditi. Navedite ove opcije. Hoće li ovi polipeptidi imati ista svojstva? Zašto?

2. Sva živa bića se uglavnom sastoje od jedinjenja ugljenika, a silicijum, analog ugljenika, čiji je sadržaj u zemljinoj kori 300 puta veći od ugljenika, nalazi se samo u vrlo malom broju organizama. Objasnite ovu činjenicu u smislu strukture i svojstava atoma ovih elemenata.

3. ATP molekuli obilježeni radioaktivnim 32P na posljednjem, trećem ostatku fosforne kiseline uvedeni su u jednu ćeliju, a molekuli ATP označeni sa 32P na prvom ostatku najbližem ribozi su uvedeni u drugu ćeliju. Nakon 5 minuta u obje ćelije mjeren je sadržaj neorganskog fosfatnog jona označenog sa 32P. Gdje će biti znatno veći?

4. Istraživanja su pokazala da 34% ukupnog broja nukleotida ove mRNK čini gvanin, 18% uracil, 28% citozin, a 20% adenin. Odredite procentualni sastav azotnih baza dvolančane DNK, čiji je kalup specificirana mRNA.

Opcija 2

1. Masti predstavljaju "prvu rezervu" u energetskom metabolizmu i koriste se kada je rezerva ugljikohidrata iscrpljena. Međutim, u skeletnim mišićima, u prisustvu glukoze i masnih kiselina, potonje se u većoj mjeri koriste. Proteini kao izvor energije uvijek se koriste samo u krajnjoj nuždi, kada tijelo gladuje. Objasnite ove činjenice.

2. Joni teških metala (živa, olovo, itd.) i arsena lako se vezuju sulfidnim grupama proteina. Poznavajući svojstva sulfida ovih metala, objasnite šta se dešava sa proteinima kada se kombinuju sa ovim metalima. Zašto su teški metali otrovni za organizam?

3. U reakciji oksidacije supstance A u supstancu B oslobađa se 60 kJ energije. Koliko se ATP molekula može maksimalno sintetizirati u ovoj reakciji? Kako će se iskoristiti ostatak energije?

4. Istraživanja su pokazala da je 27% od ukupnog broja nukleotida ove mRNA gvanin, 15% uracil, 18% citozin, a 40% adenin. Odredite procentualni sastav azotnih baza dvolančane DNK, čiji je kalup specificirana mRNA.

Nastavlja se

Najvažnija supstanca u ćelijama živih organizama je adenozin trifosfat ili adenozin trifosfat. Ako unesemo skraćenicu ovog naziva, dobijamo ATP (eng. ATP). Ova supstanca spada u grupu nukleozid trifosfata i igra vodeću ulogu u metaboličkim procesima u živim ćelijama, kao neophodan izvor energije za njih.

U kontaktu sa

Otkrivači ATP-a bili su biohemičari sa Harvardske škole tropske medicine - Yellapragada Subbarao, Karl Loman i Cyrus Fiske. Otkriće se dogodilo 1929. godine i postalo je velika prekretnica u biologiji živih sistema. Kasnije, 1941. godine, njemački biohemičar Fritz Lipmann otkrio je da je ATP u stanicama glavni nosilac energije.

Struktura ATP-a

Ovaj molekul ima sistematski naziv, koji se piše na sljedeći način: 9-β-D-ribofuranoziladenin-5'-trifosfat, ili 9-β-D-ribofuranozil-6-amino-purin-5'-trifosfat. Koja su jedinjenja u ATP-u? Hemijski, to je trifosfatni estar adenozina - derivat adenina i riboze. Ova supstanca nastaje povezivanjem adenina, koji je purinska azotna baza, sa 1'-ugljikom riboze pomoću β-N-glikozidne veze. α-, β- i γ-molekuli fosforne kiseline se zatim uzastopno vezuju za 5'-ugljenik riboze.

Dakle, molekula ATP-a sadrži spojeve kao što su adenin, riboza i tri ostatka fosforne kiseline. ATP je posebno jedinjenje koje sadrži veze koje oslobađaju veliku količinu energije. Takve veze i supstance nazivaju se makroergijskim. Prilikom hidrolize ovih veza molekula ATP-a oslobađa se količina energije od 40 do 60 kJ/mol, dok je ovaj proces praćen eliminacijom jednog ili dva ostatka fosforne kiseline.

Ovako se pišu ove hemijske reakcije:

• 1). ATP + voda → ADP + fosforna kiselina + energija;
• 2). ADP + voda → AMP + fosforna kiselina + energija.

Energija koja se oslobađa tokom ovih reakcija koristi se u daljim biohemijskim procesima koji zahtevaju određene energetske unose.

Uloga ATP-a u živom organizmu. Njegove funkcije

Koja je funkcija ATP-a? Prije svega, energija. Kao što je već spomenuto, glavna uloga adenozin trifosfata je opskrba energijom biokemijskih procesa u živom organizmu. Ova uloga je zbog činjenice da, zbog prisutnosti dvije visokoenergetske veze, ATP djeluje kao izvor energije za mnoge fiziološke i biohemijske procese koji zahtijevaju velike energetske troškove. Takvi procesi su sve reakcije sinteze složenih tvari u tijelu. To je, prije svega, aktivan prijenos molekula kroz ćelijske membrane, uključujući sudjelovanje u stvaranju intermembranskog električnog potencijala i provedbu mišićne kontrakcije.

Pored navedenih, navodimo još nekoliko, ništa manje važne funkcije ATP-a, kao što su:

Kako nastaje ATP u tijelu?

Sinteza adenozin trifosforne kiseline je u toku, jer je tijelu uvijek potrebna energija za normalan život. U svakom trenutku ima vrlo malo ove supstance - oko 250 grama, što je "rezerva za hitne slučajeve" za "kišni dan". Tokom bolesti dolazi do intenzivne sinteze ove kiseline, jer je potrebno mnogo energije za funkcionisanje imunološkog i ekskretornog sistema, kao i termoregulacionog sistema organizma koji je neophodan za efikasnu borbu protiv pojave bolesti.

Koja ćelija ima najviše ATP-a? To su ćelije mišićnog i nervnog tkiva, jer su u njima procesi razmene energije najintenzivniji. I to je očito, jer su mišići uključeni u kretanje, što zahtijeva kontrakciju mišićnih vlakana, a neuroni prenose električne impulse, bez kojih je nemoguć rad svih tjelesnih sistema. Zbog toga je tako važno za ćeliju da održava konstantan i visok nivo adenozin trifosfata.

Kako se molekuli adenozin trifosfata mogu formirati u tijelu? Nastaju tzv fosforilacija ADP (adenozin difosfat). Ovo hemijska reakcija kao što slijedi:

ADP + fosforna kiselina + energija→ATP + voda.

Fosforilacija ADP-a odvija se uz učešće katalizatora kao što su enzimi i svjetlost, a provodi se na jedan od tri načina:

I oksidativna i supstratna fosforilacija koriste energiju tvari koje se oksidiraju u toku takve sinteze.

Zaključak

Adenozin trifosforna kiselina je supstanca koja se najčešće ažurira u tijelu. Koliko u prosjeku živi molekul adenozin trifosfata? U ljudskom tijelu, na primjer, životni vijek mu je kraći od jedne minute, pa se jedan molekul takve supstance rađa i raspada i do 3000 puta dnevno. Neverovatno, ali tokom dana ljudsko tijelo sintetiše oko 40 kg ove supstance! Toliko je velika potreba za ovom "unutrašnjom energijom" za nas!

Čitav ciklus sinteze i daljeg korišćenja ATP-a kao energetskog goriva za metaboličke procese u organizmu živog bića predstavlja samu suštinu energetskog metabolizma u ovom organizmu. Dakle, adenozin trifosfat je neka vrsta "baterije" koja osigurava normalno funkcioniranje svih stanica živog organizma.

U biologiji, ATP je izvor energije i osnova života. ATP – adenozin trifosfat – je uključen u metaboličke procese i reguliše biohemijske reakcije u organizmu.

Šta je ovo?

Da biste razumjeli šta je ATP, pomoći će vam hemija. Hemijska formula ATP molekula je C10H16N5O13P3. Zapamtiti puno ime je lako ako ga podijelite na njegove sastavne dijelove. Adenozin trifosfat ili adenozin trifosforna kiselina je nukleotid koji se sastoji od tri dijela:

• adenin - purinska azotna baza;
• riboza - monosaharid srodan pentozama;
• tri ostatka fosforne kiseline.

Rice. 1. Struktura ATP molekula.

Detaljnija podjela ATP-a prikazana je u tabeli.

ATP su prvi otkrili biohemičari sa Harvarda Subbarao, Loman i Fiske 1929. godine. 1941. godine njemački biohemičar Fritz Lipmann ustanovio je da je ATP izvor energije živog organizma.

Proizvodnja energije

Fosfatne grupe su međusobno povezane visokoenergetskim vezama koje se lako uništavaju. Tokom hidrolize (interakcije sa vodom), veze fosfatne grupe se raspadaju, oslobađajući veliku količinu energije, a ATP se pretvara u ADP (adenozin difosforna kiselina).

Uobičajeno, hemijska reakcija izgleda ovako:

TOP 4 člankakoji je čitao zajedno sa ovim

ATP + H2O → ADP + H3PO4 + energija

Rice. 2. Hidroliza ATP-a.

Dio oslobođene energije (oko 40 kJ/mol) je uključen u anabolizam (asimilacija, plastični metabolizam), dio se raspršuje u obliku topline za održavanje tjelesne temperature. Daljnjom hidrolizom ADP-a, druga fosfatna grupa se odcjepljuje uz oslobađanje energije i formiranje AMP (adenozin monofosfata). AMP ne prolazi kroz hidrolizu.

ATP sinteza

ATP se nalazi u citoplazmi, jezgru, hloroplastima i mitohondrijima. Sinteza ATP-a u životinjskoj ćeliji odvija se u mitohondrijima, au biljnoj - u mitohondrijima i hloroplastima.

ATP se formira od ADP-a i fosfata trošenjem energije. Ovaj proces se naziva fosforilacija:

ADP + H3PO4 + energija → ATP + H2O

Rice. 3. Formiranje ATP-a iz ADP-a.

U biljnim ćelijama fosforilacija se javlja tokom fotosinteze i naziva se fotofosforilacija. Kod životinja se proces odvija tijekom disanja i naziva se oksidativna fosforilacija.

U životinjskim ćelijama do sinteze ATP-a dolazi u procesu katabolizma (disimilacija, energetski metabolizam) prilikom razgradnje proteina, masti, ugljikohidrata.

Funkcije

Iz definicije ATP-a jasno je da je ovaj molekul sposoban dati energiju. Osim energije, djeluje adenozin trifosforna kiselina ostale karakteristike:

• je materijal za sintezu nukleinskih kiselina;
• dio je enzima i reguliše hemijske procese, ubrzavajući ili usporavajući njihov tok;
• je medijator - prenosi signal sinapsama (tačke dodira dviju ćelijskih membrana).

Šta smo naučili?

Sa časa biologije 10. razreda učili smo o građi i funkcijama ATP-a – adenozin trifosforne kiseline. ATP se sastoji od adenina, riboze i tri ostatka fosforne kiseline. Tokom hidrolize dolazi do razaranja fosfatnih veza, čime se oslobađa energija neophodna za život organizama.

Tematski kviz

Report Evaluation

Prosječna ocjena: 4.6. Ukupno primljenih ocjena: 621.

Milioni biohemijskih reakcija odvijaju se u bilo kojoj ćeliji našeg tijela. Njih kataliziraju različiti enzimi koji često zahtijevaju energiju. Gde ga ćelija nosi? Na ovo pitanje može se odgovoriti ako razmotrimo strukturu molekule ATP - jednog od glavnih izvora energije.

ATP je univerzalni izvor energije

ATP je skraćenica za adenozin trifosfat ili adenozin trifosfat. Materija je jedan od dva najvažnija izvora energije u svakoj ćeliji. Struktura ATP-a i biološka uloga su usko povezane. Većina biohemijskih reakcija može se odvijati samo uz učešće molekula neke supstance, posebno se to odnosi, međutim, ATP je retko direktno uključen u reakciju: da bi se odvijao bilo koji proces potrebna je energija koja se nalazi upravo u adenozin trifosfatu.

Struktura molekula tvari je takva da veze nastale između fosfatnih grupa nose ogromnu količinu energije. Stoga se takve veze nazivaju i makroergijske, ili makroenergetske (makro=mnogo, veliki broj). Pojam je prvi uveo naučnik F. Lipman, a također je predložio da se za njihovo označavanje koristi ikona ̴.

Vrlo je važno da stanica održava konstantan nivo adenozin trifosfata. To se posebno odnosi na mišićne stanice i nervna vlakna, jer su energetski najviše ovisni i za obavljanje svojih funkcija potreban im je visok sadržaj adenozin trifosfata.

Struktura ATP molekula

Adenozin trifosfat se sastoji od tri elementa: riboze, adenina i

Ribose- ugljeni hidrat koji pripada grupi pentoza. To znači da riboza sadrži 5 atoma ugljika, koji su zatvoreni u ciklus. Riboza je povezana sa adeninom β-N-glikozidnom vezom na 1. atomu ugljika. Takođe, ostaci fosforne kiseline na 5. atomu ugljenika su vezani za pentozu.

Adenin je azotna baza. U zavisnosti od toga koja je azotna baza vezana za ribozu, izoluju se i GTP (gvanozin trifosfat), TTP (timidin trifosfat), CTP (citidin trifosfat) i UTP (uridin trifosfat). Sve ove tvari su po strukturi slične adenozin trifosfatu i obavljaju približno iste funkcije, ali su mnogo rjeđe u ćeliji.

Ostaci fosforne kiseline. Na ribozu se mogu vezati najviše tri ostatka fosforne kiseline. Ako ih ima dva ili samo jedan, tada se tvar naziva ADP (difosfat) ili AMP (monofosfat). Upravo između ostataka fosfora sklapaju se makroenergetske veze, nakon čijeg pucanja se oslobađa od 40 do 60 kJ energije. Ako su dvije veze prekinute, oslobađa se 80, rjeđe - 120 kJ energije. Kada se veza između riboze i ostatka fosfora prekine, oslobađa se samo 13,8 kJ, dakle, postoje samo dvije visokoenergetske veze u molekulu trifosfata (P ̴ P ̴ P), i jedna u molekuli ADP (P ̴ P).

Koje su strukturne karakteristike ATP-a? Zbog činjenice da se između ostataka fosforne kiseline formira makroenergetska veza, struktura i funkcije ATP-a su međusobno povezane.

Struktura ATP-a i biološka uloga molekula. Dodatne funkcije adenozin trifosfata

Osim energije, ATP može obavljati mnoge druge funkcije u ćeliji. Zajedno s drugim nukleotid trifosfatima, trifosfat je uključen u izgradnju nukleinskih kiselina. U ovom slučaju, ATP, GTP, TTP, CTP i UTP su dobavljači azotnih baza. Ovo svojstvo se koristi u procesima i transkripciji.

ATP je takođe potreban za rad jonskih kanala. Na primjer, Na-K kanal pumpa 3 molekula natrijuma iz ćelije i pumpa 2 molekula kalija u ćeliju. Takva jonska struja je potrebna za održavanje pozitivnog naboja na vanjskoj površini membrane, a samo uz pomoć adenozin trifosfata kanal može funkcionirati. Isto važi i za protonske i kalcijumove kanale.

ATP je prekursor drugog glasnika cAMP (ciklički adenozin monofosfat) - cAMP ne samo da prenosi signal koji primaju receptori ćelijske membrane, već je i alosterički efektor. Alosterični efektori su supstance koje ubrzavaju ili usporavaju enzimske reakcije. Dakle, ciklički adenozin trifosfat inhibira sintezu enzima koji katalizira razgradnju laktoze u bakterijskim stanicama.

Molekul adenozin trifosfata sam po sebi također može biti alosterički efektor. Štoviše, u takvim procesima ADP djeluje kao ATP antagonist: ako trifosfat ubrzava reakciju, onda difosfat usporava, i obrnuto. Ovo su funkcije i struktura ATP-a.

Kako nastaje ATP u ćeliji

Funkcije i struktura ATP-a su takve da se molekuli supstance brzo koriste i uništavaju. Dakle, sinteza trifosfata je važan proces stvaranje energije u ćeliji.

Postoje tri najvažnija načina za sintetizaciju adenozin trifosfata:

1. Fosforilacija supstrata.

2. Oksidativna fosforilacija.

3. Fotofosforilacija.

Fosforilacija supstrata zasniva se na višestrukim reakcijama koje se javljaju u citoplazmi ćelije. Ove reakcije se nazivaju glikoliza - anaerobna faza.Kao rezultat 1 ciklusa glikolize, iz 1 molekula glukoze sintetišu se dva molekula koji se dalje koriste za proizvodnju energije, a sintetiziraju se i dva ATP.

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

Ćelijsko disanje

Oksidativna fosforilacija je formiranje adenozin trifosfata prijenosom elektrona duž transportnog lanca elektrona membrane. Kao rezultat ovog prijenosa, na jednoj od strana membrane formira se protonski gradijent, a uz pomoć proteinskog integralnog skupa ATP sintaze izgrađuju se molekuli. Proces se odvija na mitohondrijalnoj membrani.

Redoslijed koraka glikolize i oksidativne fosforilacije u mitohondrijima čini cjelokupni proces koji se naziva disanje. Nakon potpunog ciklusa, od 1 molekule glukoze u ćeliji se formira 36 ATP molekula.

Fotofosforilacija

Proces fotofosforilacije je ista oksidativna fosforilacija sa samo jednom razlikom: reakcije fotofosforilacije se javljaju u hloroplastima ćelije pod dejstvom svetlosti. ATP se proizvodi tokom svjetlosne faze fotosinteze, glavnog procesa proizvodnje energije u zelenim biljkama, algama i nekim bakterijama.

U procesu fotosinteze, elektroni prolaze kroz isti lanac transporta elektrona, što rezultira formiranjem protonskog gradijenta. Koncentracija protona na jednoj strani membrane je izvor sinteze ATP-a. Sastavljanje molekula vrši enzim ATP sintaza.

Prosječna ćelija sadrži 0,04% adenozin trifosfata ukupne mase. Međutim, najviše veliki značaj uočeno u mišićnim ćelijama: 0,2-0,5%.

U ćeliji se nalazi oko 1 milijarda ATP molekula.

Svaki molekul živi ne više od 1 minute.

Jedan molekul adenozin trifosfata se obnavlja 2000-3000 puta dnevno.

Ukupno, ljudsko tijelo sintetizira 40 kg adenozin trifosfata dnevno, a u svakom trenutku zaliha ATP-a je 250 g.

Zaključak

Struktura ATP-a i biološka uloga njegovih molekula usko su povezani. Supstanca igra ključnu ulogu u životnim procesima, jer makroergijske veze između fosfatnih ostataka sadrže ogromnu količinu energije. Adenozin trifosfat obavlja mnoge funkcije u stanici, te je stoga važno održavati stalnu koncentraciju tvari. Propadanje i sinteza se odvijaju velikom brzinom, jer se energija veza stalno koristi u biohemijskim reakcijama. Neophodna je supstanca svake ćelije u telu. To je, možda, sve što se može reći o strukturi ATP-a.