Барлық тірі процестер атомдық және молекулалық қозғалысқа негізделген. Тыныс алу процесі де, жасушаның дамуы да, бөлінуі де энергиясыз мүмкін емес. Энергиямен қамтамасыз ету көзі АТФ болып табылады, ол не және ол қалай қалыптасады, біз әрі қарай қарастырамыз.

АТФ түсінігін зерттемес бұрын оның шифрын ашу қажет. Бұл термин денедегі энергия мен зат алмасу үшін маңызды болып табылатын нуклеозидтрифосфатты білдіреді.

Бұл биохимиялық процестердің негізінде жатқан бірегей энергия көзі.Бұл қосылыс ферменттік түзілу үшін негіз болып табылады.

ATP 1929 жылы Гарвардта ашылды. Құрылтайшылары Гарвард медициналық мектебінің ғалымдары болды. Оларға Карл Ломан, Сайрус Фиске және Йеллапрагада Суббарао кірді. Олар құрылымы бойынша рибонуклеин қышқылдарының аденил нуклеотидіне ұқсайтын қосылысты анықтады.

Қосылыстың айрықша ерекшелігі құрамында бір емес, үш фосфор қышқылының қалдығы болды. 1941 жылы ғалым Фриц Липман АТФ-ның жасуша ішінде энергетикалық потенциалы бар екенін дәлелдеді. Кейіннен АТФ синтаза деп аталатын негізгі фермент ашылды. Оның міндеті - митохондриядағы қышқылдық молекулалардың түзілуі.

ATP жасуша биологиясындағы энергия жинақтаушы болып табылады және биохимиялық реакциялардың сәтті жүзеге асуы үшін өте маңызды.

Аденозин үшфосфор қышқылының биологиясы оның энергия алмасуының нәтижесінде түзілуін болжайды. Процесс екінші қадамда 2 молекуланы құрудан тұрады. Қалған 36 молекула үшінші кезеңде пайда болады.

Қышқылдың құрылымында энергияның жинақталуы фосфор қалдықтары арасындағы байланыстырғышта жүреді. 1 фосфор қалдығы бөлінген жағдайда 40 кДж энергия бөлінуі орын алады.

Нәтижесінде қышқыл аденозиндифосфатқа (АДФ) айналады. Кейінгі фосфаттың бөлінуі аденозинмонофосфаттың (АМФ) түзілуіне ықпал етеді.

Айта кету керек, өсімдік циклі АМФ және АДФ қайта пайдалануды қамтиды, бұл осы қосылыстардың қышқылдық күйге дейін төмендеуіне әкеледі. Бұл процесс арқылы қамтамасыз етіледі.

Құрылым

Қосылыстың мәнін ашу АТФ молекуласының құрамына қандай қосылыстар кіретінін зерттегеннен кейін мүмкін болады.

Қышқылда қандай қосылыстар бар?

• Фосфор қышқылының 3 қалдығы. Қышқыл қалдықтары тұрақсыз сипаттағы энергетикалық байланыстар арқылы бір-бірімен қосылады. Ол ортофосфор қышқылы деген атаумен де кездеседі;
• аденин: азотты негіз;
• Рибоза: бұл пентозалық көмірсу.

Бұл элементтердің АТФ құрамына енуі оның нуклеотидтік құрылымын береді. Бұл молекуланы нуклеин қышқылына жатқызуға мүмкіндік береді.

Маңызды!Қышқыл молекулаларының бөлінуі нәтижесінде энергия бөлінеді. АТФ молекуласында 40 кДж энергия бар.

Білім

Молекуланың түзілуі митохондриялар мен хлоропласттарда жүреді. Қышқылдың молекулалық синтезінің негізгі сәті диссимиляция процесі болып табылады. Диссимиляция – күрделі қосылыстардың жойылуына байланысты салыстырмалы түрде қарапайымға ауысу процесі.

Қышқыл синтезінің бөлігі ретінде бірнеше кезеңдерді бөлу әдеттегідей:

1. Дайындық. Бөлінудің негізі - ферментативті әсермен қамтамасыз етілген ас қорыту процесі. Ағзаға түскен тамақ жойылады. Майлар май қышқылдары мен глицеринге ыдырайды. Белоктар аминқышқылдарына, крахмал глюкозаға ыдырайды. Кезең жылу энергиясын шығарумен бірге жүреді.
2. Аноксик немесе гликолиз. Ыдырау процесі негіз болып табылады. Глюкозаның ыдырауы ферменттердің қатысуымен жүреді, ал бөлінген энергияның 60% жылуға айналады, қалғаны молекуланың құрамында қалады.
3. Оттегі немесе гидролиз; Митохондрияларда кездеседі. Оттегі мен ферменттердің көмегімен пайда болады. Дене дем шығаратын оттегі қатысады. Аяқталады. Ол молекула түзу үшін энергияның бөлінуін білдіреді.

Молекулалық түзілудің келесі жолдары бар:

1. Субстрат табиғатының фосфорлануы. Тотығу нәтижесіндегі заттардың энергиясына негізделген. Молекуланың басым бөлігі мембраналардағы митохондрияларда түзіледі. Ол мембраналық ферменттердің қатысуынсыз жүзеге асырылады. Ол гликолиз арқылы цитоплазма бөлігінде өтеді. Басқа жоғары энергиялы қосылыстардан фосфат тобын тасымалдау есебінен түзілу нұсқасы рұқсат етіледі.
2. Тотығу табиғатының фосфорлануы. Тотығу реакциясына байланысты пайда болады.
3. Фотосинтез кезінде өсімдіктерде фотофосфорлану.

Мағынасы

Молекуланың организм үшін негізгі маңызы АТФ қызметі арқылы ашылады.

ATP функционалдығы келесі категорияларды қамтиды:

1. Энергия. Ағзаны энергиямен қамтамасыз етеді, физиологиялық биохимиялық процестер мен реакциялардың энергетикалық негізі болып табылады. 2 жоғары энергетикалық байланысқа байланысты пайда болады. Бұл бұлшықеттің жиырылуын, трансмембраналық потенциалдың қалыптасуын, мембраналар арқылы молекулалық тасымалдауды қамтамасыз етуді білдіреді.
2. синтезінің негізі. Ол нуклеин қышқылдарының кейіннен түзілуі үшін бастапқы қосылыс болып саналады.
3. Нормативтік. Көптеген биохимиялық процестердің реттелуінің негізінде жатыр. Ферменттік қатардың аллостериялық эффекторына жататындығымен қамтамасыз етілген. Ол реттеу орталықтарын күшейту немесе басу арқылы олардың қызметіне әсер етеді.
4. Делдал. Ол жасушаға гормоналды сигнал берудің екінші буыны болып саналады. Ол циклдік АДФ түзілуінің прекурсоры болып табылады.
5. медиатор. Бұл синапстарда және басқа жасушалық өзара әрекеттесулерде сигнал беретін зат. Пуринергиялық сигнал беруді қамтамасыз етеді.

Жоғарыда аталған нүктелердің ішінде АТФ-ның энергетикалық функциясы басым орын алады.

Түсіну маңызды, АТФ қандай қызмет атқарса да, оның мәні әмбебап болып табылады.

Пайдалы видео

Жинақтау

Физиологиялық және биохимиялық процестердің негізі АТФ молекуласының болуы. Қосылымдардың негізгі міндеті - энергиямен қамтамасыз ету. Байланыссыз өсімдіктердің де, жануарлардың да тіршілік әрекеті мүмкін емес.

Байланыста

Жалғасы. Қараңыз: № 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005

Жаратылыстану сабақтарындағы биология сабақтары

Жетілдірілген жоспарлау, 10-сынып

19-сабақ

Жабдық:жалпы биология бойынша кестелер, АТФ молекуласының құрылымының диаграммасы, пластикалық және энергия алмасуының арасындағы байланыс диаграммасы.

I. Білімді тексеру

«Тірі заттың органикалық қосылыстары» биологиялық диктант өткізу.

Мұғалім сандар астындағы тезистерді оқиды, студенттер мазмұны жағынан өз нұсқасына сәйкес келетін тезистерді дәптерге жазады.

1 нұсқа – белоктар.
2 нұсқа – көмірсулар.
3 нұсқа – липидтер.
4-нұсқа – нуклеин қышқылдары.

1. Таза күйінде олар тек С, Н, О атомдарынан тұрады.

2. С, Н, О атомдарынан басқа олардың құрамында N және әдетте S атомдары болады.

3. Олардың құрамында С, Н, О атомдарынан басқа N және Р атомдары болады.

4. Олар салыстырмалы түрде шағын молекулалық массаға ие.

5. Молекулярлық массасы мыңнан бірнеше ондаған және жүздеген мың дальтондарға дейін болуы мүмкін.

6. Молекулярлық массасы бірнеше ондаған және жүздеген миллион дальтонға дейін жететін ең ірі органикалық қосылыстар.

7. Олардың молекулалық массалары әртүрлі - заттың мономер немесе полимер болуына байланысты өте кішкентайдан өте жоғарыға дейін.

8. Моносахаридтерден тұрады.

9. Амин қышқылдарынан тұрады.

10. Нуклеотидтерден тұрады.

11. Олар жоғары май қышқылдарының күрделі эфирлері.

12. Негізгі құрылымдық бірлік: «азотты негіз – пентоза – фосфор қышқылының қалдығы».

13. Негізгі құрылымдық бірлік: «амин қышқылдары».

14. Негізгі құрылымдық бірлігі: «моносахарид».

15. Негізгі құрылымдық бірлігі: «глицерин-май қышқылы».

16. Полимер молекулалары бірдей мономерлерден құрастырылған.

17. Полимер молекулалары ұқсас, бірақ дәл бірдей емес мономерлерден жасалған.

18. Полимерлер емес.

19. Олар тек дерлік энергетикалық, құрылыс және сақтау функцияларын орындайды, кейбір жағдайларда - қорғаныс.

20. Олар энергетикалық және құрылыстан басқа каталитикалық, сигналдық, көліктік, қозғалтқыш және қорғаныс функцияларын орындайды;

21. Олар жасуша мен ағзаның тұқым қуалаушылық қасиеттерін сақтайды және тасымалдайды.

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

II. Жаңа материалды меңгерту

1. Аденозин үшфосфор қышқылының құрылысы

Белоктардан, нуклеин қышқылдарынан, майлардан және көмірсулардан басқа тірі заттар синтезделеді көп саныбасқа органикалық қосылыстар. Олардың ішінде жасушаның биоэнергетикасында маңызды рөл атқарады аденозинтрифосфаты (АТФ).АТФ барлық өсімдіктер мен жануарлар жасушаларында кездеседі. Жасушаларда аденозин үшфосфор қышқылы көбінесе деп аталатын тұздар түрінде болады аденозинтрифосфаттар. АТФ мөлшері ауытқиды және орта есеппен 0,04% құрайды (жасушада орта есеппен 1 ​​миллиардқа жуық АТФ молекуласы бар). АТФ ең көп мөлшері қаңқа бұлшықеттерінде (0,2–0,5%) кездеседі.

АТФ молекуласы азотты негізден – адениннен, пентоздан – рибозадан және фосфор қышқылының үш қалдықтарынан тұрады, т.б. АТФ – ерекше аденил нуклеотиді. Басқа нуклеотидтерден айырмашылығы АТФ құрамында бір емес, үш фосфор қышқылының қалдығы болады. ATP макроэргиялық заттарға жатады - олардың байланыстарында көп мөлшерде энергиясы бар заттар.

АТФ молекуласының кеңістіктік моделі (А) және құрылымдық формуласы (В).

АТФ-аза ферменттерінің әсерінен АТФ құрамынан фосфор қышқылының қалдығы бөлінеді. ATP өзінің терминалдық фосфат тобын ажыратуға күшті бейімділікке ие:

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

өйткені бұл көрші теріс зарядтар арасындағы энергетикалық қолайсыз электростатикалық серпілістің жоғалуына әкеледі. Алынған фосфат сумен энергетикалық қолайлы сутектік байланыстардың түзілуі арқылы тұрақтанады. ADP + Fn жүйесіндегі зарядтың таралуы ATP жүйесіне қарағанда тұрақтырақ болады. Осы реакция нәтижесінде 30,5 кДж бөлінеді (шартты коваленттік байланыс үзілгенде 12 кДж бөлінеді).

АТФ-дағы фосфор-оттегі байланысының жоғары энергетикалық «құнын» атап өту үшін оны ~ белгісімен белгілеп, макроэнергетикалық байланыс деп атайды. Фосфор қышқылының бір молекуласы ыдырағанда АТФ АДФ (аденозиндифосфор қышқылы), ал фосфор қышқылының екі молекуласы ыдырайтын болса, АТФ АМФ (аденозин монофосфор қышқылы) айналады. Үшінші фосфаттың ыдырауы бар болғаны 13,8 кДж бөлінуімен жүреді, сондықтан АТФ молекуласында тек екі макроэргиялық байланыс болады.

2. Жасушада АТФ түзілуі

Жасушада АТФ қоры аз. Мысалы, бұлшықетте АТФ қоры 20-30 жиырылу үшін жеткілікті. Бірақ бұлшық ет бірнеше сағат жұмыс істеп, мыңдаған жиырылуы мүмкін. Сондықтан АТФ-ның АДФ-ге ыдырауымен қатар жасушада кері синтез үздіксіз жүруі керек. Бірнеше жол бар АТФ синтезіжасушаларда. Олармен танысайық.

1. анаэробты фосфорлану.Фосфорлану - АДФ пен төмен молекулалық салмақты фосфаттан (Pn) АТФ синтезі процесі. Бұл жағдайда біз органикалық заттардың тотығуының оттегісіз процестері туралы айтып отырмыз (мысалы, гликолиз глюкозаның пирожүзім қышқылына дейін оттегісіз тотығу процесі). Осы процестер кезінде бөлінетін энергияның шамамен 40% (шамамен 200 кДж/моль глюкоза) АТФ синтезіне жұмсалады, ал қалған бөлігі жылу түрінде бөлінеді:

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

2. Тотықтырғыш фосфорлану- бұл органикалық заттардың оттегімен тотығу энергиясына байланысты АТФ синтезі процесі. Бұл процесс 1930 жылдардың басында ашылды. 20 ғасыр В.А. Энгельхардт. Митохондрияларда органикалық заттардың тотығуының оттегі процестері жүреді. Бұл жағдайда бөлінетін энергияның шамамен 55% (шамамен 2600 кДж/моль глюкоза) АТФ химиялық байланыстарының энергиясына айналады, ал 45% жылу түрінде бөлінеді.

Тотықтырғыш фосфорлану анаэробты синтезге қарағанда әлдеқайда тиімді: глюкоза молекуласының ыдырауы кезінде гликолиз кезінде тек 2 АТФ молекуласы синтезделсе, тотығу фосфорлануы кезінде 36 АТФ молекуласы түзіледі.

3. Фотофосфорлану- күн сәулесінің энергиясы есебінен АТФ синтезі процесі. АТФ синтезінің бұл жолы фотосинтезге қабілетті жасушаларға ғана тән (жасыл өсімдіктер, цианобактериялар). Күн сәулесінің кванттарының энергиясын фотосинтетиктер пайдаланады жарық фазасыАТФ синтезі үшін фотосинтез.

3. АТФ биологиялық маңызы

АТФ биологиялық синтез және ыдырау реакцияларының арасындағы дәнекер бола отырып, жасушадағы метаболикалық процестердің орталығында болады. Жасушадағы АТФ рөлін батареяның рөлімен салыстыруға болады, өйткені АТФ гидролизі кезінде әртүрлі тіршілік процестеріне қажетті энергия («разряд») бөлінеді, ал фосфорлану процесінде («зарядтау») , АТФ қайтадан энергияны өзіне жинайды.

АТФ гидролизі кезінде бөлінетін энергия есебінен жасуша мен организмде барлық дерлік өмірлік процестер жүреді: жүйке импульстарының берілуі, заттардың биосинтезі, бұлшықеттердің жиырылуы, заттардың тасымалдануы және т.б.

III. Білімді бекіту

Биологиялық есептерді шешу

Тапсырма 1. Жылдам жүгіргенде біз жиі тыныс аламыз, терлеу күшейеді. Осы құбылыстарды түсіндіріңіз.

Тапсырма 2. Тоңған адамдар неліктен суықта тепкілеп, секіре бастайды?

Тапсырма 3. И.Ильф пен Е.Петровтың «Он екі орындық» атты әйгілі еңбегінде көптеген пайдалы кеңестердің арасынан мынаны табуға болады: «Терең тыныс ал, толқыдың». Бұл кеңесті денеде болатын энергетикалық процестер тұрғысынан негіздеуге тырысыңыз.

IV. Үй жұмысы

Тестке және тестке дайындалуды бастаңыз (тест сұрақтарын жазу – 21 сабақты қараңыз).

20-сабақ

Жабдық:жалпы биология бойынша кестелер.

I. Бөлім бойынша білімдерін жалпылау

Студенттердің сұрақтармен жұмысы (жеке) кейін тексеру және талқылау

1. Көміртек, күкірт, фосфор, азот, темір, марганец кіретін органикалық қосылыстарға мысалдар келтір.

2. Иондық құрамы бойынша тірі жасушаны өлі жасушадан қалай ажыратуға болады?

3. Қандай заттар жасушада ерімеген күйде болады? Оларға қандай мүшелер мен ұлпалар жатады?

4. Ферменттердің белсенді орталықтарына кіретін макроэлементтерге мысалдар келтіріңіз.

5. Қандай гормондардың құрамында микроэлементтер бар?

6. Галогендердің адам ағзасындағы рөлі қандай?

7. Белоктардың жасанды полимерлерден айырмашылығы неде?

8. Пептидтер мен белоктардың айырмашылығы неде?

9. Гемоглобиннің құрамына кіретін белок қалай аталады? Ол неше бөлімшеден тұрады?

10. Рибонуклеаза дегеніміз не? Оның құрамында қанша аминқышқылдары бар? Ол қашан жасанды түрде синтезделді?

11. Ферментсіз химиялық реакциялардың жылдамдығы неге төмен?

12. Белоктар жасуша мембранасы арқылы қандай заттарды тасымалдайды?

13. Антиденелердің антигендерден айырмашылығы қандай? Вакциналарда антиденелер бар ма?

14. Организмдегі белоктарды қандай заттар ыдыратады? Бұл жағдайда қанша энергия бөлінеді? Аммиак қайда және қалай бейтараптандырылады?

15. Пептидтік гормондарға мысал келтір: олар жасушалық зат алмасуды реттеуге қалай қатысады?

16. Біз шай ішетін қанттың құрылымы қандай? Бұл заттың тағы қандай үш синонимін білесіз?

17. Неліктен сүттегі май бетінде жиналмай, суспензияда болады?

18. Соматикалық және жыныс жасушаларының ядросындағы ДНҚ массасы қандай?

19. Адам тәулігіне қанша АТФ пайдаланады?

20. Адамдар қандай белоктардан киім жасайды?

Ұйқы безі рибонуклеазасының негізгі құрылымы (124 амин қышқылы)

II. Үй жұмысы.

«Тіршіліктің химиялық ұйымдастырылуы» бөлімінде сынақ пен сынаққа дайындықты жалғастырыңыз.

21-сабақ

I. Сұрақтар бойынша ауызша тест жүргізу

1. Жасушаның элементарлы құрамы.

2. Органогендік элементтердің сипаттамасы.

3. Су молекуласының құрылысы. Сутектік байланыс және оның тіршілік «химиясындағы» маңызы.

4. Судың қасиеттері мен биологиялық қызметі.

5. Гидрофильді және гидрофобты заттар.

6. Катиондар және олардың биологиялық маңызы.

7. Аниондар және олардың биологиялық маңызы.

8. Полимерлер. биологиялық полимерлер. Периодты және периодты емес полимерлер арасындағы айырмашылықтар.

9. Липидтердің қасиеттері, олардың биологиялық қызметі.

10. Құрылымдық белгілері бойынша ажыратылатын көмірсулар топтары.

11. Көмірсулардың биологиялық қызметтері.

12. Белоктардың элементарлық құрамы. Амин қышқылдары. Пептидтердің түзілуі.

13. Белоктардың біріншілік, екіншілік, үшіншілік және төрттік құрылымдары.

14. Белоктардың биологиялық қызметі.

15. Ферменттердің биологиялық емес катализаторлардан айырмашылығы.

16. Ферменттердің құрылысы. Коэнзимдер.

17. Ферменттердің әсер ету механизмі.

18. Нуклеин қышқылдары. Нуклеотидтер және олардың құрылысы. Полинуклеотидтердің түзілуі.

19. Э.Чаргаффтың ережелері. Толықтырғыштық принципі.

20. Қос тізбекті ДНҚ молекуласының түзілуі және оның спиральдануы.

21. Жасушалық РНҚ кластары және олардың қызметі.

22. ДНҚ мен РНҚ-ның айырмашылығы.

23. ДНҚ репликациясы. Транскрипция.

24. АТФ құрылымы мен биологиялық рөлі.

25. Жасушада АТФ түзілуі.

II. Үй жұмысы

«Тіршіліктің химиялық ұйымдастырылуы» тарауында тестке дайындықты жалғастырыңыз.

22-сабақ

I. Жазбаша бақылау жұмысын жүргізу

1 нұсқа

1. Амин қышқылдарының үш түрі бар - А, В, С. Бес аминқышқылынан тұратын полипептидтік тізбектердің қанша нұсқасын салуға болады. Осы опцияларды көрсетіңіз. Бұл полипептидтердің қасиеттері бірдей бола ма? Неліктен?

2. Барлық тірі заттар негізінен көміртекті қосылыстардан тұрады, ал жер қыртысындағы мөлшері көміртегінен 300 есе көп болатын көміртегінің аналогы кремний өте аз ғана организмдерде кездеседі. Бұл фактіні осы элементтер атомдарының құрылымы мен қасиеттеріне байланысты түсіндіріңіз.

3. Соңғы, үшінші фосфор қышқылы қалдығында радиоактивті 32Р белгіленген АТФ молекулалары бір жасушаға, ал рибозаға ең жақын бірінші қалдықтағы 32Р таңбаланған АТФ молекулалары басқа жасушаға енгізілді. 5 минуттан кейін 32P белгісі бар бейорганикалық фосфат ионының мөлшері екі жасушада да өлшенді. Ол қай жерде айтарлықтай жоғары болады?

4. Зерттеулер көрсеткендей, бұл мРНҚ нуклеотидтерінің жалпы санының 34% гуанин, 18% урацил, 28% цитозин, 20% аденин. Көрсетілген мРНҚ құйылған қос тізбекті ДНҚ-ның азотты негіздерінің пайыздық құрамын анықтаңыз.

2-нұсқа

1. Майлар энергия алмасуындағы «бірінші резервті» құрайды және көмірсулар қоры таусылғанда қолданылады. Дегенмен, қаңқа бұлшықеттерінде глюкоза мен май қышқылдары болған жағдайда, соңғылары көбірек қолданылады. Энергия көзі ретінде белоктар әрқашан ағза аштыққа ұшыраған кезде ғана соңғы шара ретінде пайдаланылады. Осы фактілерді түсіндіріңіз.

2. Ауыр металдардың иондары (сынап, қорғасын және т.б.) және мышьяк белоктардың сульфидтік топтарымен оңай байланысады. Осы металдардың сульфидтерінің қасиеттерін біле отырып, осы металдармен қосылса белоктың не болатынын түсіндіріңіз. Неліктен ауыр металдар ағзаға улы?

3. А затының В затына тотығу реакциясында 60 кДж энергия бөлінеді. Осы реакцияда максималды түрде қанша АТФ молекуласын синтездеуге болады? Қалған энергия қалай жұмсалады?

4. Зерттеулер көрсеткендей, бұл мРНҚ нуклеотидтерінің жалпы санының 27% гуанин, 15% урацил, 18% цитозин, 40% аденин. Көрсетілген мРНҚ құйылған қос тізбекті ДНҚ-ның азотты негіздерінің пайыздық құрамын анықтаңыз.

Жалғасы бар

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

Байланыста

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

АТФ құрылымы

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

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

Бұл химиялық реакциялар осылай жазылады:

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

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

Тірі организмдегі АТФ рөлі. Оның функциялары

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

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

Ағзада АТФ қалай түзіледі?

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

Қай жасушада АТФ көп? Бұл бұлшықет және жүйке тіндерінің жасушалары, өйткені оларда энергия алмасу процестері ең қарқынды. Және бұл анық, өйткені бұлшықеттер бұлшықет талшықтарының жиырылуын қажет ететін қозғалысқа қатысады, ал нейрондар электрлік импульстарды өткізеді, онсыз барлық дене жүйелерінің жұмысы мүмкін емес. Сондықтан жасуша үшін аденозинтрифосфаттың тұрақты және жоғары деңгейін ұстап тұру өте маңызды.

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

АДФ+фосфор қышқылы+энергия→АТФ+су.

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

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

Қорытынды

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

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

Биологияда АТФ энергия көзі және тіршіліктің негізі болып табылады. АТФ – аденозинтрифосфаты – зат алмасу процестеріне қатысады және организмдегі биохимиялық реакцияларды реттейді.

Бұл не?

ATP деген не екенін түсіну үшін химия көмектеседі. ATP молекуласының химиялық формуласы C10H16N5O13P3. Толық атауды есте сақтау оңай, егер сіз оны құрамдас бөліктерге бөлсеңіз. Аденозинтрифосфат немесе аденозинтрифосфор қышқылы үш бөліктен тұратын нуклеотид болып табылады:

• аденин - пуринді азотты негіз;
• рибоза - пентоздарға жататын моносахаридтер;
• фосфор қышқылының үш қалдығы.

Күріш. 1. АТФ молекуласының құрылысы.

АТФ-ның толығырақ бөлінуі кестеде берілген.

ATP алғаш рет Гарвард биохимиктері Суббарао, Ломан және Фиске 1929 жылы ашты. 1941 жылы неміс биохимигі Фриц Липман АТФ тірі ағзаның энергия көзі екенін анықтады.

Энергия өндіру

Фосфат топтары бір-бірімен оңай жойылатын жоғары энергетикалық байланыстармен байланысқан. Гидролиз (сумен әрекеттесу) кезінде фосфаттық топтың байланыстары ыдырап, көп мөлшерде энергия бөлініп, АТФ АДФ (аденозин дифосфор қышқылы) айналады.

Шартты түрде химиялық реакция келесідей болады:

ТОП 4 мақалакім онымен бірге оқиды

ATP + H2O → ADP + H3PO4 + энергия

Күріш. 2. АТФ гидролизі.

Бөлінген энергияның бір бөлігі (шамамен 40 кДж/моль) анаболизмге (ассимиляцияға, пластикалық алмасуға) қатысады, бір бөлігі дене температурасын ұстап тұру үшін жылу түрінде бөлінеді. АДФ-ның одан әрі гидролизі кезінде энергияның бөлінуімен және АМФ (аденозинмонофосфат) түзілуімен басқа фосфат тобы бөлінеді. AMP гидролизге ұшырамайды.

АТФ синтезі

АТФ цитоплазмада, ядрода, хлоропласттарда және митохондрияларда орналасқан. Жануарлар жасушасында АТФ синтезі митохондрияларда, ал өсімдік жасушасында - митохондриялар мен хлоропластарда жүреді.

АТФ энергия шығынымен АДФ пен фосфаттан түзіледі. Бұл процесс фосфорлану деп аталады:

ADP + H3PO4 + энергия → ATP + H2O

Күріш. 3. АДФ-дан АТФ түзілуі.

Өсімдік жасушаларында фосфорлану фотосинтез кезінде жүреді және фотофосфорлану деп аталады. Жануарларда бұл процесс тыныс алу кезінде жүреді және оны тотықтырғыш фосфорлану деп атайды.

Жануарлар жасушаларында АТФ синтезі белоктардың, майлардың, көмірсулардың ыдырауы кезінде катаболизм (диссимиляция, энергия алмасуы) процесінде жүреді.

Функциялар

АТФ анықтамасынан бұл молекуланың энергия беруге қабілетті екені анық. Энергиядан басқа, аденозин үшфосфор қышқылы орындайды басқа мүмкіндіктер:

• нуклеин қышқылдарының синтезі үшін материал болып табылады;
• ферменттердің бөлігі болып табылады және химиялық процестерді реттейді, олардың жүруін жылдамдатады немесе баяулатады;
• медиатор болып табылады - синапстарға (екі жасуша мембранасының жанасу нүктелеріне) сигнал береді.

Біз не үйрендік?

10-сыныптың биология сабағынан АТФ – аденозин үшфосфор қышқылының құрылысы мен қызметі туралы білдік. АТФ аденин, рибоза және үш фосфор қышқылының қалдықтарынан тұрады. Гидролиз кезінде фосфаттық байланыстар жойылып, организмдердің тіршілігіне қажетті энергия бөлінеді.

Тақырыптық викторина

Есепті бағалау

Орташа рейтинг: 4.6. Алынған жалпы рейтингтер: 621.

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

АТФ энергияның әмбебап көзі болып табылады

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

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

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

АТФ молекуласының құрылымы

Аденозинтрифосфаты үш элементтен тұрады: рибоза, аденин және

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

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

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

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

АТФ құрылымы және молекуласының биологиялық рөлі. Аденозинтрифосфаттың қосымша қызметтері

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

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

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

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

Жасушада АТФ қалай түзіледі

АТФ функциялары мен құрылымы заттың молекулалары тез пайдаланылады және жойылады. Сондықтан трифосфаттың синтезі болып табылады маңызды процессжасушада энергияның пайда болуы.

Аденозинтрифосфатты синтездеудің ең маңызды үш әдісі бар:

1. Субстраттың фосфорлануы.

2. Тотықтырғыш фосфорлану.

3. Фотофосфорлану.

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

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

Жасушаның тыныс алуы

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

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

Фотофосфорлану

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

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

Орташа жасушада жалпы массаның 0,04% аденозинтрифосфаты бар. Дегенмен, ең үлкен мәнбұлшықет жасушаларында байқалады: 0,2-0,5%.

Жасушада шамамен 1 миллиард АТФ молекуласы бар.

Әрбір молекула 1 минуттан аспайды.

Аденозинтрифосфаттың бір молекуласы күніне 2000-3000 рет жаңарады.

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

Қорытынды

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