Visi gyvi procesai yra pagrįsti atominiu ir molekuliniu judėjimu. Ir kvėpavimo procesas, ir ląstelių vystymasis, dalijimasis neįmanomas be energijos. Energijos tiekimo šaltinis yra ATP, kas tai yra ir kaip jis susidaro, mes svarstysime toliau.

Prieš studijuojant ATP sąvoką, būtina ją iššifruoti. Šis terminas reiškia nukleozidų trifosfatą, kuris yra būtinas energijos ir medžiagų apykaitai organizme.

Tai unikalus energijos šaltinis, pagrįstas biocheminiais procesais.Šis junginys yra būtinas fermentų susidarymui.

ATP buvo atrastas Harvarde 1929 m. Įkūrėjai buvo Harvardo medicinos mokyklos mokslininkai. Tai buvo Karlas Lomanas, Cyrusas Fiske ir Yellapragada Subbarao. Jie nustatė junginį, savo struktūra panašų į ribonukleino rūgščių adenilo nukleotidą.

Išskirtinis junginio bruožas buvo trys fosforo rūgšties likučiai, o ne vienas. 1941 m. mokslininkas Fritzas Lipmannas įrodė, kad ATP ląstelėje turi energijos potencialą. Vėliau buvo atrastas pagrindinis fermentas, vadinamas ATP sintaze. Jo užduotis yra rūgščių molekulių susidarymas mitochondrijose.

ATP yra ląstelių biologijos energijos kaupiklis ir būtinas norint sėkmingai įgyvendinti biochemines reakcijas.

Adenozino trifosforo rūgšties biologija rodo, kad ji susidaro dėl energijos apykaitos. Procesą sudaro 2 molekulių sukūrimas antrame etape. Likusios 36 molekulės atsiranda trečiajame etape.

Energijos kaupimasis rūgšties struktūroje vyksta rišiklyje tarp fosforo likučių. Atsiskyrus 1 fosforo likučiui, atsiranda 40 kJ energijos išsiskyrimas.

Dėl to rūgštis paverčiama adenozino difosfatu (ADP). Vėlesnis fosfato atsiskyrimas skatina adenozino monofosfato (AMP) gamybą.

Reikėtų pažymėti, kad augalų ciklas apima pakartotinį AMP ir ADP naudojimą, todėl šie junginiai redukuojami į rūgštinę būseną. Tai suteikia procesas.

Struktūra

Atskleisti junginio esmę galima ištyrus, kurie junginiai yra ATP molekulės dalis.

Kokie junginiai yra rūgštyje?

• 3 fosforo rūgšties likučiai. Rūgščių likučiai tarpusavyje sujungiami per nestabilaus pobūdžio energetinius ryšius. Jis taip pat randamas pavadinimu ortofosforo rūgštis;
• adeninas: yra azoto bazė;
• Ribozė: tai pentozė angliavandeniai.

Šių elementų įtraukimas į ATP suteikia jam nukleotidų struktūrą. Tai leidžia molekulę klasifikuoti kaip nukleorūgštį.

Svarbu! Dėl rūgšties molekulių skilimo išsiskiria energija. ATP molekulėje yra 40 kJ energijos.

Išsilavinimas

Molekulė susidaro mitochondrijose ir chloroplastuose. Pagrindinis rūgšties molekulinės sintezės momentas yra disimiliacijos procesas. Disimiliacija yra sudėtingo junginio perėjimo į santykinai paprastą procesą dėl sunaikinimo.

Kaip rūgšties sintezės dalis, įprasta išskirti kelis etapus:

1. Parengiamasis. Skilimo pagrindas yra virškinimo procesas, kurį užtikrina fermentinis veikimas. Į organizmą patekęs maistas sunaikinamas. Riebalai suskaidomi į riebalų rūgštis ir glicerolį. Baltymai suskaidomi į aminorūgštis, krakmolas – į gliukozę. Sceną lydi šiluminės energijos išsiskyrimas.
2. Anoksinė arba glikolizė. Skilimo procesas yra pagrindas. Gliukozės skaidymas vyksta dalyvaujant fermentams, o 60% išsiskiriančios energijos paverčiama šiluma, likusi dalis lieka molekulės sudėtyje.
3. deguonis arba hidrolizė; Atsiranda mitochondrijose. Atsiranda deguonies ir fermentų pagalba. Dalyvauja deguonis, kurį iškvepia kūnas. Pabaigai baigti. Tai reiškia energijos išsiskyrimą, kad susidarytų molekulė.

Yra šie molekulių formavimo būdai:

1. Substrato pobūdžio fosforilinimas. Remiantis medžiagų energija dėl oksidacijos. Vyraujanti molekulės dalis susidaro mitochondrijose ant membranų. Tai atliekama nedalyvaujant membraniniams fermentams. Jis vyksta citoplazminėje dalyje glikolizės būdu. Leidžiama susidaryti dėl fosfatų grupės pernešimo iš kitų didelės energijos junginių.
2. Oksidacinio pobūdžio fosforilinimas. Atsiranda dėl oksidacinės reakcijos.
3. Fotofosforilinimas augaluose fotosintezės metu.

Reikšmė

Pagrindinė molekulės svarba organizmui atsiskleidžia per ATP funkciją.

ATP funkcijos apima šias kategorijas:

1. Energija. Aprūpina organizmą energija, yra fiziologinių biocheminių procesų ir reakcijų energetinis pagrindas. Atsiranda dėl 2 didelės energijos jungčių. Tai reiškia raumenų susitraukimą, transmembraninio potencialo susidarymą, molekulinio transportavimo per membranas užtikrinimą.
2. sintezės pagrindas. Jis laikomas pradiniu junginiu vėlesniam nukleino rūgščių susidarymui.
3. Reguliavimo. Daugumos biocheminių procesų reguliavimo pagrindas. Pateikiamas priklausantis fermentinės serijos alosteriniam efektoriui. Jis veikia reguliavimo centrų veiklą, juos stiprindamas arba slopindamas.
4. Tarpininkas. Jis laikomas antrine grandimi perduodant hormoninį signalą į ląstelę. Tai yra ciklinio ADP susidarymo pirmtakas.
5. tarpininkas. Tai signalinė medžiaga sinapsėse ir kitose ląstelių sąveikose. Suteikia purinerginį signalą.

Tarp minėtų punktų dominuojanti vieta skiriama ATP energetinei funkcijai.

Svarbu suprasti, nesvarbu, kokią funkciją ATP atlieka, jo vertė yra universali.

Naudingas video

Apibendrinant

Fiziologinių ir biocheminių procesų pagrindas yra ATP molekulės egzistavimas. Pagrindinė jungčių užduotis yra energijos tiekimas. Be ryšio neįmanoma tiek augalų, tiek gyvūnų gyvybinė veikla.

Susisiekus su

Tęsinys. 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005 žr.

Biologijos pamokos gamtos mokslų pamokose

Išplėstinis planavimas, 10 klasė

19 pamoka

Įranga: lentelės apie bendrąją biologiją, ATP molekulės sandaros diagrama, plastiko ir energijos mainų ryšio diagrama.

I. Žinių testas

Biologinio diktanto vedimas „Gyvosios medžiagos organiniai junginiai“

Dėstytojas skaito baigiamuosius darbus po skaičiais, mokiniai užrašo sąsiuvinyje numerius tų baigiamųjų darbų, kurie pagal turinį tinka jų versijai.

1 variantas – baltymai.
2 variantas – angliavandeniai.
3 variantas – lipidai.
4 variantas – nukleorūgštys.

1. Gryna forma jie susideda tik iš C, H, O atomų.

2. Be C, H, O atomų, juose yra N ir dažniausiai S atomų.

3. Be C, H, O atomų, juose yra N ir P atomų.

4. Jie turi palyginti mažą molekulinę masę.

5. Molekulinė masė gali būti nuo tūkstančių iki kelių dešimčių ir šimtų tūkstančių daltonų.

6. Didžiausi organiniai junginiai, kurių molekulinė masė siekia iki kelių dešimčių ir šimtų milijonų daltonų.

7. Jie turi skirtingą molekulinę masę – nuo ​​labai mažos iki labai didelės, priklausomai nuo to, ar medžiaga yra monomeras, ar polimeras.

8. Susideda iš monosacharidų.

9. Susideda iš aminorūgščių.

10. Susideda iš nukleotidų.

11. Jie yra aukštesnių riebalų rūgščių esteriai.

12. Pagrindinis struktūrinis vienetas: „azoto bazė – pentozė – fosforo rūgšties likutis“.

13. Pagrindinis struktūrinis vienetas: „aminorūgštys“.

14. Pagrindinis struktūrinis vienetas: „monosacharidas“.

15. Pagrindinis struktūrinis vienetas: "glicerolis-riebalų rūgštis".

16. Polimerų molekulės sudaromos iš tų pačių monomerų.

17. Polimerų molekulės sudaromos iš panašių, bet ne visiškai identiškų monomerų.

18. Ar ne polimerai.

19. Jie atlieka beveik vien energetines, konstrukcines ir saugojimo funkcijas, kai kuriais atvejais – apsaugines.

20. Be energetikos ir konstrukcijų, atlieka katalizines, signalines, transportavimo, variklio ir apsaugines funkcijas;

21. Jie saugo ir perduoda paveldimas ląstelės ir kūno savybes.

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

II. Naujos medžiagos mokymasis

1. Adenozino trifosforo rūgšties struktūra

Be baltymų, nukleino rūgščių, riebalų ir angliavandenių, gyvoje medžiagoje sintetinama daugybė kitų organinių junginių. Tarp jų svarbų vaidmenį atlieka ląstelės bioenergetika adenozino trifosfatas (ATP). ATP yra visose augalų ir gyvūnų ląstelėse. Ląstelėse adenozino trifosforo rūgštis dažniausiai būna druskų, vadinamų adenozino trifosfatai. ATP kiekis svyruoja ir vidutiniškai siekia 0,04% (vidutiniškai ląstelėje yra apie 1 mlrd. ATP molekulių). Didžiausias skaičius ATP yra skeleto raumenyse (0,2–0,5%).

ATP molekulė susideda iš azoto bazės – adenino, pentozės – ribozės ir trijų fosforo rūgšties liekanų, t.y. ATP yra specialus adenilo nukleotidas. Skirtingai nuo kitų nukleotidų, ATP yra ne viena, o trys fosforo rūgšties liekanos. ATP reiškia makroergines medžiagas – medžiagas, kurių ryšiuose yra daug energijos.

ATP molekulės erdvinis modelis (A) ir struktūrinė formulė (B).

Iš ATP sudėties, veikiant ATPazės fermentams, pašalinama fosforo rūgšties liekana. ATP turi stiprią tendenciją atskirti savo galinę fosfatų grupę:

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

nes tai veda prie energetiškai nepalankaus elektrostatinės atstūmimo tarp gretimų neigiamų krūvių išnykimo. Susidaręs fosfatas stabilizuojamas susidarant energetiškai palankioms vandenilinėms jungtims su vandeniu. Krūvio pasiskirstymas ADP + Fn sistemoje tampa stabilesnis nei ATP. Dėl šios reakcijos išsiskiria 30,5 kJ (nutrūkus įprastam kovalentiniam ryšiui, išsiskiria 12 kJ).

Siekiant pabrėžti didelę fosforo-deguonies jungties ATP energetinę „kainą“, įprasta jį žymėti ženklu ~ ir vadinti makroenergetine jungtimi. Kai yra atskilusi viena fosforo rūgšties molekulė, ATP paverčiama ADP (adenozino fosforo rūgštimi), o jei atskeliamos dvi fosforo rūgšties molekulės, tada ATP paverčiama AMP (adenozino monofosforo rūgštimi). Trečiojo fosfato skilimą lydi tik 13,8 kJ išsiskyrimas, todėl ATP molekulėje yra tik dvi makroerginės jungtys.

2. ATP susidarymas ląstelėje

ATP atsarga ląstelėje yra nedidelė. Pavyzdžiui, raumenyje ATP atsargų pakanka 20–30 susitraukimų. Tačiau raumuo gali dirbti valandų valandas ir sukelti tūkstančius susitraukimų. Todėl, kartu su ATP skilimu į ADP, ląstelėje turi nuolat vykti atvirkštinė sintezė. Yra keletas būdų ATP sintezė ląstelėse. Susipažinkime su jais.

1. anaerobinis fosforilinimas. Fosforilinimas yra ATP sintezės iš ADP ir mažos molekulinės masės fosfato (Pn) procesas. Šiuo atveju kalbame apie organinių medžiagų oksidacijos procesus be deguonies (pavyzdžiui, glikolizė yra gliukozės oksidacijos be deguonies į piruvo rūgštį procesas). Maždaug 40% šių procesų metu išsiskiriančios energijos (apie 200 kJ/mol gliukozės) išleidžiama ATP sintezei, o likusi dalis išsisklaido šilumos pavidalu:

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

2. Oksidacinis fosforilinimas- tai ATP sintezės procesas dėl organinių medžiagų oksidacijos su deguonimi energijos. Šis procesas buvo atrastas praėjusio amžiaus ketvirtojo dešimtmečio pradžioje. 20 a V.A. Engelhardtas. Mitochondrijose vyksta organinių medžiagų oksidacijos deguonies procesai. Maždaug 55% šiuo atveju išsiskiriančios energijos (apie 2600 kJ / mol gliukozės) paverčiama ATP cheminių ryšių energija, o 45% išsisklaido šilumos pavidalu.

Oksidacinis fosforilinimas yra daug efektyvesnis nei anaerobinės sintezės: jei glikolizės metu, skaidant gliukozės molekulę, susintetina tik 2 ATP molekulės, tai oksidacinio fosforilinimo metu susidaro 36 ATP molekulės.

3. Fotofosforilinimas- ATP sintezės procesas dėl saulės šviesos energijos. Šis ATP sintezės kelias būdingas tik fotosintezę galinčioms ląstelėms (žaliems augalams, cianobakterijoms). Saulės šviesos kvantų energiją naudoja fotosintezė šviesos fazė fotosintezė ATP sintezei.

3. Biologinė ATP reikšmė

ATP yra ląstelėje vykstančių medžiagų apykaitos procesų centre ir yra biologinės sintezės ir skilimo reakcijų jungtis. ATP vaidmenį ląstelėje galima palyginti su baterijos vaidmeniu, nes ATP hidrolizės metu išsiskiria energija, reikalinga įvairiems gyvybės procesams („iškrovimui“), o fosforilinimo („įkrovimo“) procese. , ATP vėl kaupia energiją savyje.

Dėl ATP hidrolizės metu išsiskiriančios energijos ląstelėje ir organizme vyksta beveik visi gyvybiniai procesai: nervinių impulsų perdavimas, medžiagų biosintezė, raumenų susitraukimai, medžiagų transportavimas ir kt.

III. Žinių įtvirtinimas

Biologinių problemų sprendimas

Užduotis 1. Greitai bėgdami dažnai kvėpuojame, padidėja prakaitavimas. Paaiškinkite šiuos reiškinius.

2 užduotis. Kodėl šąlantys žmonės pradeda trypti ir šokinėti šaltyje?

3 užduotis. Gerai žinomame I. Ilfo ir E. Petrovo darbe „Dvylika kėdžių“ tarp daugelio naudingų patarimų galite rasti: „Kvėpuokite giliai, esate susijaudinęs“. Pabandykite pagrįsti šį patarimą organizme vykstančių energetinių procesų požiūriu.

IV. Namų darbai

Pradėkite ruoštis testui ir testuokite (padiktuokite testo klausimus – žr. 21 pamoką).

20 pamoka

Įranga: lentelės apie bendrąją biologiją.

I. Skyriaus žinių apibendrinimas

Studentų darbas su klausimais (individualiai) su vėlesniu patikrinimu ir aptarimu

1. Pateikite pavyzdžius organinių junginių, kuriuose yra anglis, siera, fosforas, azotas, geležis, manganas.

2. Kaip pagal joninę sudėtį atskirti gyvą ląstelę nuo negyvos?

3. Kokios medžiagos yra ląstelėje neištirpusios formos? Kokius organus ir audinius jie apima?

4. Pateikite makroelementų, įtrauktų į aktyvius fermentų centrus, pavyzdžius.

5. Kokiuose hormonuose yra mikroelementų?

6. Koks halogenų vaidmuo žmogaus organizme?

7. Kuo baltymai skiriasi nuo dirbtinių polimerų?

8. Kuo skiriasi peptidai ir baltymai?

9. Kaip vadinasi baltymas, kuris yra hemoglobino dalis? Iš kiek subvienetų jis susideda?

10. Kas yra ribonukleazė? Kiek jame yra aminorūgščių? Kada jis buvo dirbtinai susintetintas?

11. Kodėl cheminių reakcijų greitis be fermentų yra mažas?

12. Kokias medžiagas per ląstelės membraną perneša baltymai?

13. Kuo skiriasi antikūnai nuo antigenų? Ar vakcinose yra antikūnų?

14. Kokios medžiagos skaido baltymus organizme? Kiek energijos išsiskiria šiuo atveju? Kur ir kaip neutralizuojamas amoniakas?

15. Pateikite peptidinių hormonų pavyzdį: kaip jie dalyvauja reguliuojant ląstelių metabolizmą?

16. Kokios sandaros cukrus, su kuriuo geriame arbatą? Kokius dar tris šios medžiagos sinonimus žinote?

17. Kodėl piene esantys riebalai nesirenka paviršiuje, o yra suspensijoje?

18. Kokia yra DNR masė somatinių ir lytinių ląstelių branduolyje?

19. Kiek ATP sunaudoja žmogus per dieną?

20. Iš kokių baltymų žmonės gamina drabužius?

Pirminė kasos ribonukleazės struktūra (124 aminorūgštys)

II. Namų darbai.

Tęskite pasiruošimą bandymui ir bandymą skyriuje „Cheminis gyvybės organizavimas“.

21 pamoka

I. Testo žodžiu atlikimas klausimais

1. Elementari ląstelės sudėtis.

2. Organogeninių elementų charakteristikos.

3. Vandens molekulės sandara. Vandenilio ryšys ir jo reikšmė gyvybės „chemijoje“.

4. Vandens savybės ir biologinės funkcijos.

5. Hidrofilinės ir hidrofobinės medžiagos.

6. Katijonai ir jų biologinė reikšmė.

7. Anijonai ir jų biologinė reikšmė.

8. Polimerai. biologiniai polimerai. Periodinių ir neperiodinių polimerų skirtumai.

9. Lipidų savybės, jų biologinės funkcijos.

10. Pagal struktūrinius požymius išsiskiriančios angliavandenių grupės.

11. Biologinės angliavandenių funkcijos.

12. Elementari baltymų sudėtis. Amino rūgštys. Peptidų susidarymas.

13. Pirminės, antrinės, tretinės ir ketvirtinės baltymų struktūros.

14. Biologinė baltymų funkcija.

15. Fermentų ir nebiologinių katalizatorių skirtumai.

16. Fermentų sandara. Kofermentai.

17. Fermentų veikimo mechanizmas.

18. Nukleino rūgštys. Nukleotidai ir jų sandara. Polinukleotidų susidarymas.

19. E.Chargaff taisyklės. Komplementarumo principas.

20. Dvigrandės DNR molekulės susidarymas ir jos spiralizacija.

21. Ląstelių RNR klasės ir jų funkcijos.

22. DNR ir RNR skirtumai.

23. DNR replikacija. Transkripcija.

24. ATP struktūra ir biologinis vaidmuo.

25. ATP susidarymas ląstelėje.

II. Namų darbai

Tęskite pasiruošimą bandymui skyriuje „Cheminis gyvybės organizavimas“.

22 pamoka

I. Testo raštu atlikimas

1 variantas

1. Yra trys aminorūgščių tipai – A, B, C. Kiek polipeptidinių grandinių, susidedančių iš penkių aminorūgščių, variantų galima sukurti. Nurodykite šias parinktis. Ar šie polipeptidai turės tas pačias savybes? Kodėl?

2. Visa gyva būtybė daugiausia susideda iš anglies junginių, o anglies analogo silicio, kurio žemės plutoje yra 300 kartų daugiau nei anglies, randama tik labai nedaugelyje organizmų. Paaiškinkite šį faktą pagal šių elementų atomų struktūrą ir savybes.

3. ATP molekulės, pažymėtos radioaktyviuoju 32P paskutinėje, trečioje fosforo rūgšties liekanoje, buvo įvestos į vieną ląstelę, o ATP molekulės, pažymėtos 32P pirmoje arčiausiai ribozės liekanoje, buvo įvestos į kitą ląstelę. Po 5 minučių abiejose ląstelėse buvo išmatuotas neorganinio fosfato jonų, pažymėtų 32P, kiekis. Kur jis bus žymiai didesnis?

4. Tyrimai parodė, kad 34% viso šios mRNR nukleotidų yra guaninas, 18% uracilas, 28% citozinas ir 20% adeninas. Nustatykite dvigrandės DNR azoto bazių procentinę sudėtį, kurią sudaro nurodyta mRNR.

2 variantas

1. Riebalai sudaro „pirmąjį rezervą“ energijos apykaitoje ir naudojami, kai išsenka angliavandenių atsargos. Tačiau griaučių raumenyse, esant gliukozei ir riebalų rūgštims, pastarosios panaudojamos daugiau. Baltymai kaip energijos šaltinis visada naudojami tik kraštutiniu atveju, kai organizmas badauja. Paaiškinkite šiuos faktus.

2. Sunkiųjų metalų (gyvsidabrio, švino ir kt.) ir arseno jonai lengvai surišami su baltymų sulfidinėmis grupėmis. Žinodami šių metalų sulfidų savybes, paaiškinkite, kas atsitinka su baltymu, kai jis sujungiamas su šiais metalais. Kodėl sunkieji metalai yra nuodingi organizmui?

3. Medžiagai A oksiduojantis į medžiagą B išsiskiria 60 kJ energijos. Kiek ATP molekulių galima maksimaliai susintetinti šioje reakcijoje? Kaip bus panaudota likusi energija?

4. Tyrimai parodė, kad 27% viso šios mRNR nukleotidų yra guaninas, 15% uracilas, 18% citozinas ir 40% adeninas. Nustatykite dvigrandės DNR azoto bazių procentinę sudėtį, kurią sudaro nurodyta mRNR.

Tęsinys

Svarbiausia gyvų organizmų ląstelių medžiaga yra adenozino trifosfatas arba adenozino trifosfatas. Jei įvesime šio pavadinimo santrumpą, gausime ATP (angl. ATP). Ši medžiaga priklauso nukleozidų trifosfatų grupei ir atlieka pagrindinį vaidmenį medžiagų apykaitos procesuose gyvose ląstelėse, nes yra nepakeičiamas energijos šaltinis.

Susisiekus su

ATP atradėjai buvo Harvardo tropinės medicinos mokyklos biochemikai – Yellapragada Subbarao, Karlas Lomanas ir Cyrusas Fiske. Šis atradimas įvyko 1929 m. ir tapo svarbiu gyvenimo sistemų biologijos etapu. Vėliau, 1941 m., vokiečių biochemikas Fritzas Lipmannas nustatė, kad ATP ląstelėse yra pagrindinis energijos nešėjas.

ATP struktūra

Ši molekulė turi sisteminį pavadinimą, kuris parašytas taip: 9-β-D-ribofuranoziladenino-5'-trifosfatas arba 9-β-D-ribofuranozil-6-amino-purino-5'-trifosfatas. Kokie junginiai yra ATP? Chemiškai tai yra adenozino trifosfato esteris. adenino ir ribozės darinys. Ši medžiaga susidaro jungiantis adeninui, kuris yra purino azoto bazė, su ribozės 1'-anglimi, naudojant β-N-glikozidinę jungtį. Tada fosforo rūgšties α-, β- ir γ-molekulės nuosekliai prisijungia prie ribozės 5'-anglies.

Taigi ATP molekulėje yra tokių junginių kaip adeninas, ribozė ir trys fosforo rūgšties liekanos. ATP yra specialus junginys, kuriame yra jungčių, kurios išskiria daug energijos. Tokie ryšiai ir medžiagos vadinamos makroerginėmis. Šių ATP molekulės ryšių hidrolizės metu išsiskiria nuo 40 iki 60 kJ / mol energijos, o šį procesą lydi vienos ar dviejų fosforo rūgšties likučių pašalinimas.

Taip parašytos šios cheminės reakcijos:

• vienas). ATP + vanduo → ADP + fosforo rūgštis + energija;
• 2). ADP + vanduo → AMP + fosforo rūgštis + energija.

Šių reakcijų metu išsiskirianti energija naudojama tolesniuose biocheminiuose procesuose, kuriems reikia tam tikrų energijos sąnaudų.

ATP vaidmuo gyvame organizme. Jo funkcijos

Kokia yra ATP funkcija? Visų pirma, energija. Kaip minėta aukščiau, pagrindinis adenozino trifosfato vaidmuo yra gyvo organizmo biocheminių procesų energijos tiekimas. Šis vaidmuo atsiranda dėl to, kad dėl dviejų didelės energijos jungčių ATP veikia kaip energijos šaltinis daugeliui fiziologinių ir biocheminių procesų, kuriems reikia didelių energijos sąnaudų. Tokie procesai yra visos sudėtingų medžiagų sintezės organizme reakcijos. Tai visų pirma aktyvus molekulių perkėlimas per ląstelių membranas, įskaitant dalyvavimą kuriant tarpmembraninį elektrinį potencialą ir raumenų susitraukimo įgyvendinimą.

Be pirmiau minėtų dalykų, išvardijame dar keletą, ne mažiau svarbių ATP funkcijų, toks kaip:

Kaip organizme susidaro ATP?

Vyksta adenozino trifosforo rūgšties sintezė, nes kūnui visada reikia energijos normaliam gyvenimui. Bet kuriuo momentu šios medžiagos yra labai mažai – apie 250 gramų, kurie yra „avarinis rezervas“ „lietingą dieną“. Sergant vyksta intensyvi šios rūgšties sintezė, nes imuninės ir šalinimo sistemos bei organizmo termoreguliacijos sistemos veiklai reikia daug energijos, kuri būtina norint efektyviai kovoti su ligos pradžia.

Kuri ląstelė turi daugiausiai ATP? Tai raumenų ir nervų audinių ląstelės, nes jose intensyviausiai vyksta energijos mainų procesai. Ir tai akivaizdu, nes judesyje, kuriam reikalingas raumenų skaidulų susitraukimas, dalyvauja raumenys, o neuronai perduoda elektrinius impulsus, be kurių neįmanomas visų organizmo sistemų darbas. Todėl ląstelei labai svarbu palaikyti pastovų ir aukštą adenozino trifosfato kiekį.

Kaip organizme gali susidaryti adenozino trifosfato molekulės? Juos formuoja vadinamieji ADP (adenozino difosfato) fosforilinimas. Tai cheminė reakcija taip:

ADP + fosforo rūgštis + energija → ATP + vanduo.

ADP fosforilinimas vyksta dalyvaujant tokiems katalizatoriams kaip fermentai ir šviesa, ir jis atliekamas vienu iš trijų būdų:

Tiek oksidacinis, tiek substratinis fosforilinimas naudoja tokios sintezės metu oksiduojamų medžiagų energiją.

Išvada

Adenozino trifosforo rūgštis yra dažniausiai atnaujinama medžiaga organizme. Kiek vidutiniškai gyvena adenozino trifosfato molekulė? Pavyzdžiui, žmogaus organizme jo gyvenimo trukmė yra mažesnė nei viena minutė, todėl viena tokios medžiagos molekulė gimsta ir suyra iki 3000 kartų per dieną. Nuostabu, bet dienos metu Žmogaus kūnas susintetina apie 40 kg šios medžiagos! Toks didelis šios „vidinės energijos“ poreikis mums!

Visas ATP sintezės ir tolesnio panaudojimo ciklas, kaip energetinis kuro medžiagų apykaitos procesams gyvos būtybės organizme, yra pati energijos apykaitos šiame kūne esmė. Taigi adenozino trifosfatas yra savotiška „baterija“, užtikrinanti normalią visų gyvo organizmo ląstelių veiklą.

Biologijoje ATP yra energijos šaltinis ir gyvybės pagrindas. ATP – adenozino trifosfatas – dalyvauja medžiagų apykaitos procesuose ir reguliuoja biochemines organizmo reakcijas.

Kas tai?

Norint suprasti, kas yra ATP, padės chemija. ATP molekulės cheminė formulė yra C10H16N5O13P3. Prisiminti visą pavadinimą lengva, jei suskirstysite jį į sudedamąsias dalis. Adenozino trifosfatas arba adenozino trifosforo rūgštis yra nukleotidas, susidedantis iš trijų dalių:

• adeninas - purino azoto bazė;
• ribozė - su pentozėmis susijęs monosacharidas;
• trys fosforo rūgšties likučiai.

Ryžiai. 1. ATP molekulės sandara.

Išsamesnis ATP suskirstymas pateiktas lentelėje.

ATP pirmą kartą atrado Harvardo biochemikai Subbarao, Lomanas ir Fiske 1929 m. 1941 metais vokiečių biochemikas Fritzas Lipmannas nustatė, kad ATP yra gyvo organizmo energijos šaltinis.

Energijos gamyba

Fosfatų grupės yra tarpusavyje sujungtos didelės energijos ryšiais, kurie lengvai sunaikinami. Hidrolizės (sąveikos su vandeniu) metu suyra fosfatų grupės ryšiai, išsiskiria didelis energijos kiekis, o ATP virsta ADP (adenozindifosforo rūgštimi).

Paprastai cheminė reakcija atrodo taip:

TOP 4 straipsniaikurie skaitė kartu su tuo

ATP + H2O → ADP + H3PO4 + energija

Ryžiai. 2. ATP hidrolizė.

Dalis išsiskiriančios energijos (apie 40 kJ/mol) dalyvauja anabolizme (asimiliacijoje, plastinėje metabolizme), dalis išsklaido šilumos pavidalu kūno temperatūrai palaikyti. Toliau hidrolizuojant ADP, išsiskiria kita fosfatų grupė, išsiskirianti energija ir susidaro AMP (adenozino monofosfatas). AMP nehidrolizuojamas.

ATP sintezė

ATP yra citoplazmoje, branduolyje, chloroplastuose ir mitochondrijose. ATP sintezė gyvūnų ląstelėje vyksta mitochondrijose, o augalų ląstelėje – mitochondrijose ir chloroplastuose.

ATP susidaro iš ADP ir fosfato naudojant energiją. Šis procesas vadinamas fosforilinimu:

ADP + H3PO4 + energija → ATP + H2O

Ryžiai. 3. ATP susidarymas iš ADP.

Augalų ląstelėse fosforilinimas vyksta fotosintezės metu ir vadinamas fotofosforilinimu. Gyvūnams procesas vyksta kvėpuojant ir vadinamas oksidaciniu fosforilinimu.

Gyvūnų ląstelėse ATP sintezė vyksta katabolizmo (disimiliacijos, energijos apykaitos) procese skaidant baltymus, riebalus, angliavandenius.

Funkcijos

Iš ATP apibrėžimo aišku, kad ši molekulė gali tiekti energiją. Be energijos, adenozino trifosforo rūgštis atlieka kitos funkcijos:

• yra medžiaga, skirta nukleorūgščių sintezei;
• yra fermentų dalis ir reguliuoja cheminius procesus, pagreitindamas arba sulėtindamas jų eigą;
• yra tarpininkas – perduoda signalą sinapsėms (dviejų ląstelių membranų sąlyčio taškams).

Ko mes išmokome?

Iš 10 klasės biologijos pamokos sužinojome apie ATP – adenozino trifosforo rūgšties sandarą ir funkcijas. ATP susideda iš adenino, ribozės ir trijų fosforo rūgšties liekanų. Hidrolizės metu sunaikinamos fosfatinės jungtys, dėl kurių išsiskiria organizmų gyvybei reikalinga energija.

Temos viktorina

Ataskaitos įvertinimas

Vidutinis reitingas: 4.6. Iš viso gautų įvertinimų: 621.

Bet kurioje mūsų kūno ląstelėje vyksta milijonai biocheminių reakcijų. Juos katalizuoja įvairūs fermentai, kuriems dažnai reikia energijos. Kur ląstelė ją paima? Į šį klausimą galima atsakyti, jei atsižvelgsime į ATP molekulės – vieno iš pagrindinių energijos šaltinių – struktūrą.

ATP yra universalus energijos šaltinis

ATP reiškia adenozino trifosfatą arba adenozino trifosfatą. Medžiaga yra vienas iš dviejų svarbiausių energijos šaltinių bet kurioje ląstelėje. ATP struktūra ir biologinis vaidmuo yra glaudžiai susiję. Dauguma biocheminių reakcijų gali vykti tik dalyvaujant medžiagos molekulėms, ypač tai pasakytina, tačiau ATP retai kada tiesiogiai dalyvauja reakcijoje: bet kokiam procesui įvykti reikalinga energija, kuri yra būtent adenozino trifosfate.

Medžiagos molekulių struktūra yra tokia, kad tarp fosfatų grupių susidarę ryšiai neša didžiulį energijos kiekį. Todėl tokie ryšiai dar vadinami makroerginiais, arba makroenergetiniais (makro=daug, didelis skaičius). Pirmą kartą šį terminą įvedė mokslininkas F. Lipmanas, kuris taip pat pasiūlė jiems apibūdinti naudoti piktogramą ̴.

Ląstelei labai svarbu palaikyti pastovų adenozino trifosfato kiekį. Tai ypač pasakytina apie raumenų audinio ir nervinių skaidulų ląsteles, nes jos yra labiausiai priklausomos nuo energijos ir jų funkcijoms atlikti reikalingas didelis adenozino trifosfato kiekis.

ATP molekulės struktūra

Adenozino trifosfatas susideda iš trijų elementų: ribozės, adenino ir

Ribose- angliavandeniai, priklausantys pentozių grupei. Tai reiškia, kad ribozėje yra 5 anglies atomai, kurie yra įtraukti į ciklą. Ribozė yra sujungta su adeninu 1-ojo anglies atomo β-N-glikozidine jungtimi. Taip pat prie pentozės yra prijungtos fosforo rūgšties liekanos 5-ajame anglies atome.

Adeninas yra azoto bazė. Priklausomai nuo to, kokia azoto bazė yra prijungta prie ribozės, taip pat išskiriami GTP (guanozino trifosfatas), TTP (timidino trifosfatas), CTP (citidino trifosfatas) ir UTP (uridino trifosfatas). Visos šios medžiagos savo sandara panašios į adenozino trifosfatą ir atlieka maždaug tokias pačias funkcijas, tačiau ląstelėje jų yra daug rečiau.

Fosforo rūgšties likučiai. Prie ribozės gali būti prijungtos ne daugiau kaip trys fosforo rūgšties liekanos. Jei jų yra du arba tik vienas, tada medžiaga atitinkamai vadinama ADP (difosfatu) arba AMP (monofosfatu). Būtent tarp fosforo likučių susidaro makroenergetiniai ryšiai, kuriems nutrūkus išsiskiria nuo 40 iki 60 kJ energijos. Nutrūkus dviem ryšiams, išsiskiria 80, rečiau – 120 kJ energijos. Nutrūkus ryšiui tarp ribozės ir fosforo liekanos, išsiskiria tik 13,8 kJ, todėl trifosfato molekulėje yra tik dvi didelės energijos jungtys (P ̴ P ̴ P), o ADP molekulėje – viena (P ̴). P).

Kokios yra ATP struktūrinės savybės. Dėl to, kad tarp fosforo rūgšties likučių susidaro makroenergetinis ryšys, ATP struktūra ir funkcijos yra tarpusavyje susijusios.

ATP struktūra ir biologinis molekulės vaidmuo. Papildomos adenozino trifosfato funkcijos

Be energijos, ATP ląstelėje gali atlikti ir daugybę kitų funkcijų. Kartu su kitais nukleotidų trifosfatais trifosfatas dalyvauja nukleorūgščių gamyboje. Šiuo atveju ATP, GTP, TTP, CTP ir UTP yra azoto bazių tiekėjai. Ši savybė naudojama procesuose ir transkripcijai.

ATP taip pat reikalingas jonų kanalų veikimui. Pavyzdžiui, Na-K kanalas iš ląstelės išpumpuoja 3 natrio molekules, o į ląstelę – 2 kalio molekules. Tokia jonų srovė reikalinga teigiamam išorinio membranos paviršiaus krūviui palaikyti ir tik adenozino trifosfato pagalba gali veikti kanalas. Tas pats pasakytina apie protonų ir kalcio kanalus.

ATP yra antrojo pasiuntinio cAMP (ciklinio adenozino monofosfato) pirmtakas – cAMP ne tik perduoda signalą, kurį priima ląstelės membranos receptoriai, bet ir yra allosterinis efektorius. Allosteriniai efektoriai yra medžiagos, kurios pagreitina arba sulėtina fermentines reakcijas. Taigi, ciklinis adenozino trifosfatas slopina fermento, katalizuojančio laktozės skilimą bakterijų ląstelėse, sintezę.

Pati adenozino trifosfato molekulė taip pat gali būti allosterinis efektorius. Be to, tokiuose procesuose ADP veikia kaip ATP antagonistas: jei trifosfatas pagreitina reakciją, tai difosfatas sulėtėja ir atvirkščiai. Tai yra ATP funkcijos ir struktūra.

Kaip ATP susidaro ląstelėje

ATP funkcijos ir struktūra yra tokios, kad medžiagos molekulės greitai panaudojamos ir sunaikinamos. Todėl trifosfato sintezė yra svarbus energijos susidarymo ląstelėje procesas.

Yra trys svarbiausi adenozino trifosfato sintezės būdai:

1. Substrato fosforilinimas.

2. Oksidacinis fosforilinimas.

3. Fotofosforilinimas.

Substrato fosforilinimas pagrįstas daugybe reakcijų, vykstančių ląstelės citoplazmoje. Šios reakcijos vadinamos glikolize – anaerobine stadija.1 glikolizės ciklo rezultate iš 1 gliukozės molekulės susintetina dvi molekulės, kurios toliau naudojamos energijos gamybai, taip pat susintetinami du ATP.

• C6H12O6 + 2ADP + 2Fn --> 2C 3H4O3 + 2ATP + 4H.

Ląstelių kvėpavimas

Oksidacinis fosforilinimas yra adenozino trifosfato susidarymas elektronams pernešant išilgai membranos elektronų transportavimo grandinės. Dėl šio perdavimo vienoje iš membranos pusių susidaro protonų gradientas, o naudojant ATP sintazės baltymų integralinį rinkinį, sukuriamos molekulės. Procesas vyksta ant mitochondrijų membranos.

Glikolizės ir oksidacinio fosforilinimo etapų seka mitochondrijose sudaro bendrą procesą, vadinamą kvėpavimu. Po viso ciklo ląstelėje iš 1 gliukozės molekulės susidaro 36 ATP molekulės.

Fotofosforilinimas

Fotofosforilinimo procesas yra tas pats oksidacinis fosforilinimas, tik vienas skirtumas: fotofosforilinimo reakcijos vyksta ląstelės chloroplastuose, veikiant šviesai. ATP gaminasi šviesioje fotosintezės stadijoje, kuri yra pagrindinis žaliųjų augalų, dumblių ir kai kurių bakterijų energijos gamybos procesas.

Fotosintezės procese elektronai praeina per tą pačią elektronų transportavimo grandinę, todėl susidaro protonų gradientas. Protonų koncentracija vienoje membranos pusėje yra ATP sintezės šaltinis. Molekulių surinkimą atlieka fermentas ATP sintazė.

Vidutiniškai ląstelėje yra 0,04% visos masės adenozino trifosfato. Tačiau labiausiai didelę reikšmę pastebėta raumenų ląstelėse: 0,2-0,5 proc.

Ląstelėje yra apie 1 milijardas ATP molekulių.

Kiekviena molekulė gyvena ne ilgiau kaip 1 minutę.

Viena adenozino trifosfato molekulė atnaujinama 2000-3000 kartų per dieną.

Iš viso žmogaus organizmas per dieną susintetina 40 kg adenozino trifosfato, o kiekvienu laiko momentu ATP tiekimas yra 250 g.

Išvada

ATP struktūra ir biologinis jo molekulių vaidmuo yra glaudžiai susiję. Medžiaga vaidina pagrindinį vaidmenį gyvybės procesuose, nes makroerginiuose ryšiuose tarp fosfatų liekanų yra didžiulis energijos kiekis. Adenozino trifosfatas ląstelėje atlieka daug funkcijų, todėl svarbu palaikyti pastovią medžiagos koncentraciją. Skilimas ir sintezė vyksta dideliu greičiu, nes jungčių energija nuolat naudojama biocheminėse reakcijose. Tai yra nepakeičiama bet kurios kūno ląstelės medžiaga. Tai, ko gero, yra viskas, ką galima pasakyti apie ATP struktūrą.