Todos los procesos vivos se basan en el movimiento atómico y molecular. Tanto el proceso respiratorio como el desarrollo celular, la división son imposibles sin energía. La fuente de suministro de energía es ATP, qué es y cómo se forma, lo consideraremos más adelante.
Antes de estudiar el concepto de ATP, es necesario descifrarlo. Este término significa trifosfato de nucleósido, que es esencial para el metabolismo de energía y materiales en el cuerpo.
Esta es una fuente de energía única que subyace a los procesos bioquímicos. Este compuesto es fundamental para la formación enzimática.
ATP fue descubierto en Harvard en 1929. Los fundadores fueron científicos de la Escuela de Medicina de Harvard. Estos incluyeron a Karl Loman, Cyrus Fiske y Yellapragada Subbarao. Identificaron un compuesto que se asemejaba en estructura al nucleótido de adenilo de los ácidos ribonucleicos.
Una característica distintiva del compuesto era el contenido de tres residuos de ácido fosfórico en lugar de uno. En 1941, el científico Fritz Lipmann demostró que el ATP tiene un potencial energético dentro de la célula. Posteriormente, se descubrió una enzima clave, que se denominó ATP sintasa. Su tarea es la formación de moléculas ácidas en las mitocondrias.
ATP es el acumulador de energía en biología celular y es esencial para la implementación exitosa de reacciones bioquímicas.
La biología del ácido trifosfórico de adenosina sugiere su formación como resultado del metabolismo energético. El proceso consiste en crear 2 moléculas en el segundo paso. Las 36 moléculas restantes aparecen en la tercera etapa.
La acumulación de energía en la estructura del ácido se produce en el aglutinante entre los residuos de fósforo. En el caso de desprendimiento de 1 residuo de fósforo, se produce una liberación de energía de 40 kJ.
Como resultado, el ácido se convierte en difosfato de adenosina (ADP). El desprendimiento posterior de fosfato promueve la producción de monofosfato de adenosina (AMP).
Cabe señalar que el ciclo de la planta implica la reutilización de AMP y ADP, lo que resulta en la reducción de estos compuestos a un estado ácido. Esto lo proporciona el proceso.
Estructura
La divulgación de la esencia del compuesto es posible después de estudiar qué compuestos forman parte de la molécula de ATP.
¿Qué compuestos hay en el ácido?
- 3 residuos de ácido fosfórico. Los residuos ácidos se combinan entre sí a través de enlaces energéticos de naturaleza inestable. También se encuentra bajo el nombre de ácido ortofosfórico;
- adenina: Es una base nitrogenada;
- Ribosa: Es un carbohidrato pentosa.
La inclusión de estos elementos en ATP le da una estructura de nucleótidos. Esto permite clasificar la molécula como un ácido nucleico.
¡Importante! Como resultado de la separación de las moléculas de ácido, se libera energía. La molécula de ATP contiene 40 kJ de energía.
Educación
La formación de la molécula se produce en las mitocondrias y los cloroplastos. El momento fundamental en la síntesis molecular del ácido es el proceso de disimilación. La disimilación es el proceso de transición de un compuesto complejo a uno relativamente simple debido a la destrucción.
Como parte de la síntesis de ácido, se acostumbra distinguir varias etapas:
- Preparatorio. La base del desdoblamiento es el proceso digestivo, proporcionado por la acción enzimática. La comida que entra en el cuerpo se destruye. La grasa se descompone en ácidos grasos y glicerol. Las proteínas se descomponen en aminoácidos, el almidón se descompone en glucosa. La etapa va acompañada de la liberación de energía térmica.
- Anóxico o glucólisis. El proceso de desintegración es la base. La descomposición de la glucosa ocurre con la participación de enzimas, mientras que el 60% de la energía liberada se convierte en calor, el resto permanece en la composición de la molécula.
- Oxígeno, o hidrólisis; Ocurre dentro de las mitocondrias. Ocurre con la ayuda de oxígeno y enzimas. El oxígeno exhalado por el cuerpo está involucrado. Finaliza completo. Implica la liberación de energía para formar una molécula.
Existen las siguientes formas de formación molecular:
- Fosforilación de naturaleza sustrato. Basado en la energía de las sustancias como resultado de la oxidación. La parte predominante de la molécula se forma en las mitocondrias sobre las membranas. Se lleva a cabo sin la participación de enzimas de membrana. Tiene lugar en la parte citoplasmática a través de la glucólisis. Se permite la opción de formación por transporte de un grupo fosfato desde otros compuestos de alta energía.
- Fosforilación de naturaleza oxidativa. Ocurre debido a una reacción oxidativa.
- Fotofosforilación en plantas durante la fotosíntesis.
Sentido
La importancia fundamental de la molécula para el organismo se revela a través de la función del ATP.
La funcionalidad ATP incluye las siguientes categorías:
- Energía. Proporciona energía al cuerpo, es la base energética de los procesos y reacciones bioquímicos fisiológicos. Ocurre debido a 2 enlaces de alta energía. Implica la contracción muscular, la formación de un potencial transmembrana, la provisión de transporte molecular a través de las membranas.
- base de la síntesis. Se considera el compuesto de partida para la posterior formación de ácidos nucleicos.
- Regulador. Subyace en la regulación de la mayoría de los procesos bioquímicos. Proporcionado por pertenecer al efector alostérico de la serie enzimática. Afecta la actividad de los centros reguladores fortaleciéndolos o suprimiéndolos.
- Intermediario. Se considera un eslabón secundario en la transmisión de una señal hormonal a la célula. Es un precursor de la formación de ADP cíclico.
- mediador. Es una sustancia de señalización en las sinapsis y otras interacciones celulares. Proporciona señalización purinérgica.
Entre los puntos anteriores, el lugar dominante lo ocupa la función energética del ATP.
Es importante entender, no importa qué función realice ATP, su valor es universal.
vídeo útil
Resumiendo
La base de los procesos fisiológicos y bioquímicos es la existencia de la molécula de ATP. La tarea principal de las conexiones es el suministro de energía. Sin conexión, la actividad vital tanto de las plantas como de los animales es imposible.
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Continuación. Ver No. 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005
Lecciones de biología en clases de ciencias.
Planificación avanzada, grado 10
Lección 19
Equipo: tablas sobre biología general, un diagrama de la estructura de la molécula de ATP, un diagrama de la relación entre los intercambios de plástico y energía.
I. Prueba de conocimientos
Realización de un dictado biológico "Compuestos orgánicos de la materia viva"
El profesor lee las tesis debajo de los números, los estudiantes anotan en el cuaderno los números de aquellas tesis que son adecuadas en contenido a su versión.
Opción 1 - proteínas.
Opción 2 - carbohidratos.
Opción 3 - lípidos.
Opción 4 - ácidos nucleicos.
1. En su forma pura, consisten solo en átomos de C, H, O.
2. Además de los átomos de C, H, O, contienen átomos de N y, por lo general, de S.
3. Además de los átomos de C, H, O, contienen átomos de N y P.
4. Tienen un peso molecular relativamente pequeño.
5. El peso molecular puede ser de miles a varias decenas y cientos de miles de daltons.
6. Los compuestos orgánicos más grandes con un peso molecular de hasta varias decenas y cientos de millones de daltons.
7. Tienen diferentes pesos moleculares, desde muy pequeños hasta muy altos, dependiendo de si la sustancia es un monómero o un polímero.
8. Consistir en monosacáridos.
9. Consistir en aminoácidos.
10. Constan de nucleótidos.
11. Son ésteres de ácidos grasos superiores.
12. Unidad estructural básica: "base nitrogenada - pentosa - residuo de ácido fosfórico".
13. Unidad estructural básica: "aminoácidos".
14. Unidad estructural básica: "monosacárido".
15. Unidad estructural básica: "glicerol-ácido graso".
16. Las moléculas de polímero se construyen a partir de los mismos monómeros.
17. Las moléculas de polímero se construyen a partir de monómeros similares, pero no exactamente idénticos.
18. No son polímeros.
19. Realizan casi exclusivamente funciones de energía, construcción y almacenamiento, en algunos casos, de protección.
20. Además de energía y construcción, cumplen funciones catalíticas, de señalización, de transporte, motrices y protectoras;
21. Almacenan y transfieren las propiedades hereditarias de la célula y el organismo.
Opción 1 – 2; 5; 9; 13; 17; 20.
opcion 2 – 1; 7; 8; 14; 16; 19.
Opción 3 – 1; 4; 11; 15; 18; 19.
Opción 4– 3; 6; 10; 12; 17; 21.
II. Aprendiendo nuevo material
1. La estructura del ácido trifosfórico de adenosina
Además de proteínas, ácidos nucleicos, grasas y carbohidratos, en la materia viva se sintetiza una gran cantidad de otros compuestos orgánicos. Entre ellos, un papel importante en la bioenergética de la célula lo desempeñan trifosfato de adenosina (ATP). El ATP se encuentra en todas las células vegetales y animales. En las células, el ácido trifosfórico de adenosina suele estar presente en forma de sales denominadas trifosfatos de adenosina. La cantidad de ATP fluctúa y tiene un promedio de 0,04% (en promedio, hay alrededor de mil millones de moléculas de ATP en una célula). el numero mas grande El ATP se encuentra en el músculo esquelético (0,2-0,5%).
La molécula de ATP consta de una base nitrogenada - adenina, pentosa - ribosa y tres residuos de ácido fosfórico, es decir, El ATP es un nucleótido de adenilo especial. A diferencia de otros nucleótidos, el ATP contiene no uno, sino tres residuos de ácido fosfórico. ATP se refiere a sustancias macroérgicas, sustancias que contienen una gran cantidad de energía en sus enlaces.
Modelo espacial (A) y fórmula estructural (B) de la molécula de ATP
De la composición de ATP bajo la acción de las enzimas ATPasa, se escinde un residuo de ácido fosfórico. El ATP tiene una fuerte tendencia a desprenderse de su grupo fosfato terminal:
ATP 4– + H 2 O ––> ADP 3– + 30,5 kJ + Fn,
porque esto conduce a la desaparición de la repulsión electrostática energéticamente desfavorable entre cargas negativas vecinas. El fosfato resultante se estabiliza mediante la formación de enlaces de hidrógeno energéticamente favorables con el agua. La distribución de carga en el sistema ADP + Fn se vuelve más estable que en ATP. Como resultado de esta reacción, se liberan 30,5 kJ (cuando se rompe un enlace covalente convencional, se liberan 12 kJ).
Para enfatizar el alto "costo" de energía del enlace fósforo-oxígeno en el ATP, se acostumbra denotarlo con el signo ~ y llamarlo enlace macroenergético. Cuando se escinde una molécula de ácido fosfórico, el ATP se convierte en ADP (ácido adenosín difosfórico), y si se escinden dos moléculas de ácido fosfórico, el ATP se convierte en AMP (ácido adenosín monofosfórico). La escisión del tercer fosfato va acompañada de la liberación de solo 13,8 kJ, de modo que solo hay dos enlaces macroérgicos en la molécula de ATP.
2. Formación de ATP en la célula
El suministro de ATP en la célula es pequeño. Por ejemplo, en un músculo, las reservas de ATP son suficientes para 20-30 contracciones. Pero un músculo puede trabajar durante horas y producir miles de contracciones. Por lo tanto, junto con la descomposición de ATP en ADP, la síntesis inversa debe ocurrir continuamente en la célula. Hay varias formas síntesis de ATP en celdas Conozcámoslos.
1. fosforilación anaeróbica. La fosforilación es el proceso de síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato de bajo peso molecular (Pn). En este caso, estamos hablando de procesos de oxidación de sustancias orgánicas sin oxígeno (por ejemplo, la glucólisis es el proceso de oxidación de glucosa sin oxígeno a ácido pirúvico). Aproximadamente el 40% de la energía liberada durante estos procesos (alrededor de 200 kJ/mol de glucosa) se gasta en la síntesis de ATP, y el resto se disipa en forma de calor:
C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2Fn --> 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 4H.
2. Fosforilación oxidativa- este es el proceso de síntesis de ATP debido a la energía de oxidación de sustancias orgánicas con oxígeno. Este proceso fue descubierto a principios de la década de 1930. siglo 20 VIRGINIA. Engelhardt. En las mitocondrias pasan los procesos oxigenados de la oxidación de las sustancias orgánicas. Aproximadamente el 55% de la energía liberada en este caso (alrededor de 2600 kJ/mol de glucosa) se convierte en energía de enlaces químicos de ATP, y el 45% se disipa en forma de calor.
La fosforilación oxidativa es mucho más eficiente que la síntesis anaeróbica: si solo se sintetizan 2 moléculas de ATP durante la glucólisis durante la descomposición de una molécula de glucosa, entonces se forman 36 moléculas de ATP durante la fosforilación oxidativa.
3. Fotofosforilación- el proceso de síntesis de ATP debido a la energía de la luz solar. Esta vía de síntesis de ATP es característica únicamente de las células capaces de realizar la fotosíntesis (plantas verdes, cianobacterias). La energía de los cuantos de luz solar es utilizada por la fotosíntesis en fase de luz fotosíntesis para la síntesis de ATP.
3. Importancia biológica del ATP
El ATP está en el centro de los procesos metabólicos de la célula, siendo el vínculo entre las reacciones de síntesis biológica y descomposición. El papel del ATP en la célula se puede comparar con el papel de una batería, ya que durante la hidrólisis del ATP se libera la energía necesaria para varios procesos vitales ("descarga"), y en el proceso de fosforilación ("carga") , el ATP vuelve a acumular energía en sí mismo.
Debido a la energía liberada durante la hidrólisis del ATP, se producen casi todos los procesos vitales en la célula y el organismo: transmisión de impulsos nerviosos, biosíntesis de sustancias, contracciones musculares, transporte de sustancias, etc.
tercero Consolidación de conocimientos
Resolver problemas biológicos.
Tarea 1. Cuando corremos rápido, a menudo respiramos, aumenta la sudoración. Explique estos fenómenos.
Tarea 2. ¿Por qué las personas congeladas comienzan a pisotear y saltar en el frío?
Tarea 3. En el conocido trabajo de I. Ilf y E. Petrov "Las doce sillas", entre muchos consejos útiles, puede encontrar el siguiente: "Respira profundamente, estás emocionado". Trate de justificar este consejo desde el punto de vista de los procesos energéticos que ocurren en el cuerpo.
IV. Tareas para el hogar
Comience a prepararse para el examen y el examen (dictar las preguntas del examen; consulte la lección 21).
Lección 20
Equipo: tablas de biología general.
I. Generalización del conocimiento de la sección
Trabajo de los alumnos con preguntas (individualmente) con posterior verificación y discusión
1. Dé ejemplos de compuestos orgánicos que incluyen carbono, azufre, fósforo, nitrógeno, hierro, manganeso.
2. ¿Cómo se puede distinguir una célula viva de una muerta por su composición iónica?
3. ¿Qué sustancias hay en la célula en forma no disuelta? ¿Qué órganos y tejidos incluyen?
4. Dé ejemplos de macronutrientes incluidos en los centros activos de las enzimas.
5. ¿Qué hormonas contienen oligoelementos?
6. ¿Cuál es el papel de los halógenos en el cuerpo humano?
7. ¿En qué se diferencian las proteínas de los polímeros artificiales?
8. ¿Cuál es la diferencia entre péptidos y proteínas?
9. ¿Cómo se llama la proteína que forma parte de la hemoglobina? ¿De cuántas subunidades se compone?
10. ¿Qué es la ribonucleasa? ¿Cuántos aminoácidos hay en él? ¿Cuándo se sintetizó artificialmente?
11. ¿Por qué la velocidad de las reacciones químicas sin enzimas es baja?
12. ¿Qué sustancias transportan las proteínas a través de la membrana celular?
13. ¿En qué se diferencian los anticuerpos de los antígenos? ¿Las vacunas contienen anticuerpos?
14. ¿Qué sustancias descomponen las proteínas en el cuerpo? ¿Cuánta energía se libera en este caso? ¿Dónde y cómo se neutraliza el amoníaco?
15. Da un ejemplo de hormonas peptídicas: ¿cómo participan en la regulación del metabolismo celular?
16. ¿Cuál es la estructura del azúcar con el que bebemos el té? ¿Qué otros tres sinónimos de esta sustancia conoces?
17. ¿Por qué la grasa de la leche no se acumula en la superficie, sino que está en suspensión?
18. ¿Cuál es la masa de ADN en el núcleo de las células somáticas y germinales?
19. ¿Cuánto ATP usa una persona por día?
20. ¿De qué proteínas se fabrica la ropa?
Estructura primaria de la ribonucleasa pancreática (124 aminoácidos)
II. Tareas para el hogar.
Continúe la preparación para la prueba y la prueba en la sección "Organización química de la vida".
Lección 21
I. Realización de una prueba oral sobre preguntas
1. Composición elemental de la célula.
2. Características de los elementos organogénicos.
3. La estructura de la molécula de agua. El enlace de hidrógeno y su significado en la "química" de la vida.
4. Propiedades y funciones biológicas del agua.
5. Sustancias hidrófilas e hidrófobas.
6. Los cationes y su significado biológico.
7. Los aniones y su significado biológico.
8. Polímeros. polímeros biológicos. Diferencias entre polímeros periódicos y no periódicos.
9. Propiedades de los lípidos, sus funciones biológicas.
10. Grupos de carbohidratos que se distinguen por características estructurales.
11. Funciones biológicas de los hidratos de carbono.
12. Composición elemental de las proteínas. Aminoácidos. La formación de péptidos.
13. Estructuras primarias, secundarias, terciarias y cuaternarias de las proteínas.
14. Función biológica de las proteínas.
15. Diferencias entre enzimas y catalizadores no biológicos.
16. La estructura de las enzimas. Coenzimas.
17. El mecanismo de acción de las enzimas.
18. Ácidos nucleicos. Los nucleótidos y su estructura. La formación de polinucleótidos.
19. Reglas de E.Chargaff. El principio de complementariedad.
20. Formación de una molécula de ADN de doble cadena y su espiralización.
21. Clases de ARN celular y sus funciones.
22. Diferencias entre ADN y ARN.
23. Replicación del ADN. Transcripción.
24. Estructura y función biológica del ATP.
25. La formación de ATP en la célula.
II. Tareas para el hogar
Continúe la preparación para la prueba en la sección "Organización química de la vida".
Lección 22
I. Realización de una prueba escrita
Opción 1
1. Hay tres tipos de aminoácidos: A, B, C. ¿Cuántas variantes de cadenas polipeptídicas que constan de cinco aminoácidos se pueden construir? Especifique estas opciones. ¿Tendrán estos polipéptidos las mismas propiedades? ¿Por qué?
2. Todos los seres vivos consisten principalmente en compuestos de carbono, y el silicio, el análogo del carbono, cuyo contenido en la corteza terrestre es 300 veces mayor que el carbono, se encuentra solo en muy pocos organismos. Explique este hecho en términos de la estructura y propiedades de los átomos de estos elementos.
3. Se introdujeron en una célula moléculas de ATP marcadas con 32P radiactivo en el último, tercer residuo de ácido fosfórico, y en otra célula se introdujeron moléculas de ATP marcadas con 32P en el primer residuo más cercano a la ribosa. Después de 5 minutos, se midió en ambas celdas el contenido de ion fosfato inorgánico marcado con 32P. ¿Dónde será significativamente mayor?
4. Los estudios han demostrado que el 34 % del número total de nucleótidos de este ARNm es guanina, el 18 % es uracilo, el 28 % es citosina y el 20 % es adenina. Determine la composición porcentual de las bases nitrogenadas del ADN de doble cadena, de las cuales el ARNm especificado es un molde.
opcion 2
1. Las grasas constituyen la "primera reserva" en el metabolismo energético y se utilizan cuando se agota la reserva de hidratos de carbono. Sin embargo, en los músculos esqueléticos, en presencia de glucosa y ácidos grasos, estos últimos se utilizan en mayor medida. Las proteínas como fuente de energía siempre se usan solo como último recurso, cuando el cuerpo se muere de hambre. Explique estos hechos.
2. Los iones de metales pesados (mercurio, plomo, etc.) y el arsénico se unen fácilmente a los grupos de sulfuro de las proteínas. Conociendo las propiedades de los sulfuros de estos metales, explica qué le sucede a la proteína cuando se combina con estos metales. ¿Por qué los metales pesados son venenosos para el cuerpo?
3. En la reacción de oxidación de la sustancia A en la sustancia B, se liberan 60 kJ de energía. ¿Cuántas moléculas de ATP se pueden sintetizar al máximo en esta reacción? ¿Cómo se utilizará el resto de la energía?
4. Los estudios han demostrado que el 27 % del número total de nucleótidos de este ARNm es guanina, el 15 % es uracilo, el 18 % es citosina y el 40 % es adenina. Determine la composición porcentual de las bases nitrogenadas del ADN de doble cadena, de las cuales el ARNm especificado es un molde.
Continuará
La sustancia más importante en las células de los organismos vivos es el trifosfato de adenosina o trifosfato de adenosina. Si ingresamos la abreviatura de este nombre, obtenemos ATP (ing. ATP). Esta sustancia pertenece al grupo de los nucleósidos trifosfatos y juega un papel preponderante en los procesos metabólicos de las células vivas, siendo para ellas una fuente indispensable de energía.
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Los descubridores del ATP fueron los bioquímicos de la Escuela de Medicina Tropical de Harvard: Yellapragada Subbarao, Karl Loman y Cyrus Fiske. El descubrimiento ocurrió en 1929 y se convirtió en un hito importante en la biología de los sistemas vivos. Más tarde, en 1941, el bioquímico alemán Fritz Lipmann descubrió que el ATP en las células es el principal portador de energía.
La estructura del ATP
Esta molécula tiene un nombre sistemático, que se escribe de la siguiente manera: 9-β-D-ribofuranosiladenina-5'-trifosfato, o 9-β-D-ribofuranosil-6-amino-purina-5'-trifosfato. ¿Qué compuestos hay en el ATP? Químicamente, es el éster trifosfato de adenosina - derivado de adenina y ribosa. Esta sustancia está formada por la conexión de la adenina, que es una base nitrogenada de purina, con el carbono 1' de la ribosa mediante un enlace β-N-glucosídico. Las moléculas α, β y γ del ácido fosfórico se unen secuencialmente al carbono 5' de la ribosa.
Por lo tanto, la molécula de ATP contiene compuestos como adenina, ribosa y tres residuos de ácido fosfórico. El ATP es un compuesto especial que contiene enlaces que liberan una gran cantidad de energía. Dichos enlaces y sustancias se denominan macroérgicos. Durante la hidrólisis de estos enlaces de la molécula de ATP se libera una cantidad de energía de 40 a 60 kJ/mol, mientras que este proceso va acompañado de la eliminación de uno o dos residuos de ácido fosfórico.
Así se escriben estas reacciones químicas:
- una). ATP + agua → ADP + ácido fosfórico + energía;
- 2). ADP + agua → AMP + ácido fosfórico + energía.
La energía liberada durante estas reacciones se utiliza en otros procesos bioquímicos que requieren ciertos aportes de energía.
El papel del ATP en un organismo vivo. sus funciones
¿Cuál es la función del ATP? En primer lugar, la energía. Como se mencionó anteriormente, el papel principal del trifosfato de adenosina es el suministro de energía de los procesos bioquímicos en un organismo vivo. Este papel se debe a que, debido a la presencia de dos enlaces de alta energía, el ATP actúa como fuente de energía para muchos procesos fisiológicos y bioquímicos que requieren grandes costos energéticos. Tales procesos son todas las reacciones de la síntesis de sustancias complejas en el cuerpo. Esto es, en primer lugar, la transferencia activa de moléculas a través de las membranas celulares, incluida la participación en la creación de un potencial eléctrico intermembrana y la implementación de la contracción muscular.
Además de los anteriores, enumeramos algunos más, funciones no menos importantes del ATP, como:
¿Cómo se forma el ATP en el cuerpo?
La síntesis del ácido trifosfórico de adenosina está en curso, porque el cuerpo siempre necesita energía para una vida normal. En un momento dado, hay muy poca cantidad de esta sustancia, unos 250 gramos, que son una "reserva de emergencia" para un "día de lluvia". Durante la enfermedad, hay una síntesis intensiva de este ácido, porque se requiere mucha energía para el funcionamiento de los sistemas inmunológico y excretor, así como el sistema de termorregulación del cuerpo, que es necesario para combatir eficazmente la aparición de la enfermedad.
¿Qué célula tiene más ATP? Estas son células de tejido muscular y nervioso, ya que los procesos de intercambio de energía son más intensos en ellas. Y esto es obvio, porque los músculos están involucrados en el movimiento, lo que requiere la contracción de las fibras musculares, y las neuronas transmiten impulsos eléctricos, sin los cuales el trabajo de todos los sistemas del cuerpo es imposible. Por lo tanto, es tan importante para la célula mantener un nivel alto y constante de trifosfato de adenosina.
¿Cómo se pueden formar las moléculas de trifosfato de adenosina en el cuerpo? Están formados por los llamados fosforilación de ADP (difosfato de adenosina). Este reacción química como sigue:
ADP + ácido fosfórico + energía→ATP + agua.
La fosforilación de ADP ocurre con la participación de catalizadores tales como enzimas y luz, y se lleva a cabo de una de tres maneras:
Tanto la fosforilación oxidativa como la del sustrato utilizan la energía de las sustancias oxidadas en el curso de dicha síntesis.
Conclusión
Ácido trifosfórico de adenosina es la sustancia que se actualiza con mayor frecuencia en el cuerpo. ¿Cuánto tiempo vive en promedio una molécula de trifosfato de adenosina? En el cuerpo humano, por ejemplo, su vida útil es de menos de un minuto, por lo que una molécula de tal sustancia nace y se descompone hasta 3000 veces por día. Increíble pero durante el día. cuerpo humano sintetiza unos 40 kg de esta sustancia! ¡Tan grande es la necesidad de esta "energía interna" para nosotros!
Todo el ciclo de síntesis y posterior uso del ATP como combustible energético para procesos metabólicos en el organismo de un ser vivo es la esencia misma del metabolismo energético en este organismo. Así, el trifosfato de adenosina es una especie de "batería" que asegura el funcionamiento normal de todas las células de un organismo vivo.
En biología, el ATP es la fuente de energía y la base de la vida. ATP - trifosfato de adenosina - está involucrado en los procesos metabólicos y regula las reacciones bioquímicas en el cuerpo.
¿Qué es esto?
Para entender qué es ATP, la química ayudará. La fórmula química de la molécula de ATP es C10H16N5O13P3. Recordar el nombre completo es fácil si lo desglosa en sus partes componentes. El trifosfato de adenosina o ácido trifosfórico de adenosina es un nucleótido que consta de tres partes:
- adenina - base nitrogenada de purina;
- ribosa - monosacárido relacionado con las pentosas;
- tres residuos de ácido fosfórico.
Arroz. 1. La estructura de la molécula de ATP.
En la tabla se presenta un desglose más detallado de ATP.
El ATP fue descubierto por primera vez por los bioquímicos de Harvard Subbarao, Loman y Fiske en 1929. En 1941, el bioquímico alemán Fritz Lipmann estableció que el ATP es la fuente de energía de un organismo vivo.
Generacion de energia
Los grupos fosfato están interconectados por enlaces de alta energía que se destruyen fácilmente. Durante la hidrólisis (interacción con el agua), los enlaces del grupo fosfato se rompen, liberando una gran cantidad de energía, y el ATP se convierte en ADP (ácido adenosina difosfórico).
Convencionalmente, la reacción química se ve así:
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quien lee junto con estoATP + H2O → ADP + H3PO4 + energía
Arroz. 2. Hidrólisis de ATP.
Parte de la energía liberada (alrededor de 40 kJ/mol) está involucrada en el anabolismo (asimilación, metabolismo plástico), parte se disipa en forma de calor para mantener la temperatura corporal. Con una mayor hidrólisis de ADP, se escinde otro grupo fosfato con la liberación de energía y la formación de AMP (monofosfato de adenosina). AMP no sufre hidrólisis.
síntesis de ATP
El ATP se encuentra en el citoplasma, el núcleo, los cloroplastos y las mitocondrias. La síntesis de ATP en una célula animal ocurre en las mitocondrias y en una célula vegetal, en las mitocondrias y los cloroplastos.
El ATP se forma a partir de ADP y fosfato con el gasto de energía. Este proceso se llama fosforilación:
ADP + H3PO4 + energía → ATP + H2O
Arroz. 3. Formación de ATP a partir de ADP.
En las células vegetales, la fosforilación ocurre durante la fotosíntesis y se denomina fotofosforilación. En los animales, el proceso se produce durante la respiración y se denomina fosforilación oxidativa.
En las células animales, la síntesis de ATP ocurre en el proceso de catabolismo (disimilación, metabolismo energético) durante la descomposición de proteínas, grasas y carbohidratos.
Funciones
De la definición de ATP, está claro que esta molécula es capaz de proporcionar energía. Además de la energía, el ácido trifosfórico de adenosina realiza otras características:
- es un material para la síntesis de ácidos nucleicos;
- forma parte de las enzimas y regula los procesos químicos, acelerando o ralentizando su curso;
- es un mediador: transmite una señal a las sinapsis (puntos de contacto de dos membranas celulares).
¿Qué hemos aprendido?
En la lección de biología de décimo grado, aprendimos sobre la estructura y las funciones del ATP, el ácido trifosfórico de adenosina. El ATP se compone de adenina, ribosa y tres residuos de ácido fosfórico. Durante la hidrólisis, se destruyen los enlaces de fosfato, lo que libera la energía necesaria para la vida de los organismos.
Cuestionario de tema
Informe de Evaluación
Puntuación media: 4.6. Calificaciones totales recibidas: 621.
Millones de reacciones bioquímicas tienen lugar en cualquier célula de nuestro cuerpo. Son catalizados por una variedad de enzimas que a menudo requieren energía. ¿Adónde lo lleva la célula? Esta pregunta puede responderse si consideramos la estructura de la molécula de ATP, una de las principales fuentes de energía.
El ATP es una fuente universal de energía.
ATP significa trifosfato de adenosina o trifosfato de adenosina. La materia es una de las dos fuentes de energía más importantes en cualquier célula. La estructura del ATP y el papel biológico están íntimamente relacionados. La mayoría de las reacciones bioquímicas solo pueden tener lugar con la participación de moléculas de una sustancia, especialmente en este caso, sin embargo, el ATP rara vez está directamente involucrado en la reacción: para que cualquier proceso tenga lugar, se necesita energía que está contenida precisamente en el trifosfato de adenosina.
La estructura de las moléculas de la sustancia es tal que los enlaces formados entre los grupos fosfato transportan una gran cantidad de energía. Por lo tanto, tales enlaces también se denominan macroérgicos o macroenergéticos (macro = muchos, gran número). El término fue introducido por primera vez por el científico F. Lipman, quien también sugirió usar el ícono ̴ para designarlos.
Es muy importante que la célula mantenga un nivel constante de trifosfato de adenosina. Esto es especialmente cierto para las células musculares y las fibras nerviosas, porque son las que más dependen de la energía y necesitan un alto contenido de trifosfato de adenosina para realizar sus funciones.
La estructura de la molécula de ATP.
El trifosfato de adenosina está formado por tres elementos: ribosa, adenina y
ribosa- un carbohidrato que pertenece al grupo de las pentosas. Esto significa que la ribosa contiene 5 átomos de carbono, que están encerrados en un ciclo. La ribosa está conectada a la adenina por un enlace β-N-glucosídico en el primer átomo de carbono. Además, los residuos de ácido fosfórico en el quinto átomo de carbono están unidos a la pentosa.
La adenina es una base nitrogenada. Dependiendo de qué base nitrogenada esté unida a la ribosa, también se aíslan GTP (trifosfato de guanosina), TTP (trifosfato de timidina), CTP (trifosfato de citidina) y UTP (trifosfato de uridina). Todas estas sustancias tienen una estructura similar al trifosfato de adenosina y realizan aproximadamente las mismas funciones, pero son mucho menos comunes en la célula.
Residuos de ácido fosfórico. Se pueden unir un máximo de tres residuos de ácido fosfórico a una ribosa. Si hay dos o solo uno de ellos, entonces, respectivamente, la sustancia se llama ADP (difosfato) o AMP (monofosfato). Es entre los residuos de fósforo donde se concluyen los enlaces macroenergéticos, después de cuya ruptura se liberan de 40 a 60 kJ de energía. Si se rompen dos enlaces, 80, con menos frecuencia, se liberan 120 kJ de energía. Cuando se rompe el enlace entre la ribosa y el residuo de fósforo, solo se liberan 13.8 kJ, por lo tanto, solo hay dos enlaces de alta energía en la molécula de trifosfato (P ̴ P ̴ P), y uno en la molécula de ADP (P ̴ PAGS).
¿Cuáles son las características estructurales del ATP? Debido al hecho de que se forma un enlace macroenergético entre los residuos de ácido fosfórico, la estructura y las funciones del ATP están interconectadas.
La estructura del ATP y el papel biológico de la molécula. Funciones adicionales del trifosfato de adenosina
Además de la energía, el ATP puede realizar muchas otras funciones en la célula. Junto con otros trifosfatos de nucleótidos, el trifosfato participa en la construcción de ácidos nucleicos. En este caso, ATP, GTP, TTP, CTP y UTP son los proveedores de bases nitrogenadas. Esta propiedad se utiliza en procesos y transcripción.
También se requiere ATP para el funcionamiento de los canales iónicos. Por ejemplo, el canal Na-K bombea 3 moléculas de sodio fuera de la célula y bombea 2 moléculas de potasio al interior de la célula. Se necesita una corriente de iones de este tipo para mantener una carga positiva en la superficie exterior de la membrana, y solo con la ayuda del trifosfato de adenosina puede funcionar el canal. Lo mismo se aplica a los canales de protones y calcio.
El ATP es un precursor del segundo mensajero cAMP (monofosfato de adenosina cíclico) - cAMP no solo transmite la señal recibida por los receptores de la membrana celular, sino que también es un efector alostérico. Los efectores alostéricos son sustancias que aceleran o ralentizan las reacciones enzimáticas. Entonces, el trifosfato de adenosina cíclico inhibe la síntesis de una enzima que cataliza la descomposición de la lactosa en las células bacterianas.
La propia molécula de trifosfato de adenosina también puede ser un efector alostérico. Además, en tales procesos, el ADP actúa como antagonista del ATP: si el trifosfato acelera la reacción, el difosfato la ralentiza y viceversa. Estas son las funciones y la estructura de ATP.
¿Cómo se forma el ATP en la célula?
Las funciones y la estructura del ATP son tales que las moléculas de la sustancia se utilizan y destruyen rápidamente. Por lo tanto, la síntesis de trifosfato es un proceso importante en la formación de energía en la célula.
Hay tres formas más importantes de sintetizar trifosfato de adenosina:
1. Fosforilación del sustrato.
2. Fosforilación oxidativa.
3. Fotofosforilación.
La fosforilación del sustrato se basa en múltiples reacciones que ocurren en el citoplasma de la célula. Estas reacciones se denominan glucólisis, la etapa anaeróbica.Como resultado de 1 ciclo de glucólisis, se sintetizan dos moléculas a partir de 1 molécula de glucosa, que se utilizan posteriormente para la producción de energía, y también se sintetizan dos ATP.
- C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2Fn --> 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 4H.
Respiración celular
La fosforilación oxidativa es la formación de trifosfato de adenosina por la transferencia de electrones a lo largo de la cadena de transporte de electrones de la membrana. Como resultado de esta transferencia, se forma un gradiente de protones en uno de los lados de la membrana y, con la ayuda del conjunto integral de proteínas de la ATP sintasa, se construyen las moléculas. El proceso tiene lugar en la membrana mitocondrial.
La secuencia de pasos de la glucólisis y la fosforilación oxidativa en las mitocondrias constituye el proceso general denominado respiración. Después de un ciclo completo, se forman 36 moléculas de ATP a partir de 1 molécula de glucosa en la célula.
Fotofosforilación
El proceso de fotofosforilación es el mismo de fosforilación oxidativa con una sola diferencia: las reacciones de fotofosforilación ocurren en los cloroplastos de la célula bajo la acción de la luz. El ATP se produce durante la etapa de luz de la fotosíntesis, el principal proceso de producción de energía en las plantas verdes, las algas y algunas bacterias.
En el proceso de fotosíntesis, los electrones pasan a través de la misma cadena de transporte de electrones, lo que resulta en la formación de un gradiente de protones. La concentración de protones en un lado de la membrana es la fuente de la síntesis de ATP. El ensamblaje de las moléculas lo lleva a cabo la enzima ATP sintasa.
La célula promedio contiene 0,04% de trifosfato de adenosina de la masa total. Sin embargo, lo más gran importancia observado en células musculares: 0,2-0,5%.
Hay alrededor de mil millones de moléculas de ATP en una célula.
Cada molécula vive no más de 1 minuto.
Una molécula de trifosfato de adenosina se renueva 2000-3000 veces al día.
En total, el cuerpo humano sintetiza 40 kg de trifosfato de adenosina por día, y en cada momento el aporte de ATP es de 250 g.
Conclusión
La estructura del ATP y el papel biológico de sus moléculas están íntimamente relacionados. La sustancia juega un papel clave en los procesos de la vida, porque los enlaces macroérgicos entre los residuos de fosfato contienen una gran cantidad de energía. El trifosfato de adenosina realiza muchas funciones en la célula y, por lo tanto, es importante mantener una concentración constante de la sustancia. La descomposición y la síntesis avanzan a gran velocidad, ya que la energía de los enlaces se utiliza constantemente en las reacciones bioquímicas. Es una sustancia indispensable de cualquier célula del cuerpo. Eso, quizás, es todo lo que se puede decir sobre la estructura del ATP.