Visu dzīvo procesu pamatā ir atomu molekulārā kustība. Gan elpošanas process, gan šūnu attīstība un dalīšanās nav iespējama bez enerģijas. Enerģijas piegādes avots ir ATP; kas tas ir un kā tas veidojas, tiks apspriests tālāk.

Pirms ATP jēdziena izpētes ir nepieciešams to atšifrēt. Šis termins nozīmē nukleozīdu trifosfātu, kas ir būtisks enerģijas un materiālu metabolismam organismā.

Tas ir unikāls enerģijas avots, kas ir bioķīmisko procesu pamatā.Šis savienojums ir būtisks enzīmu veidošanai.

ATP tika atklāts Hārvardā 1929. gadā. Dibinātāji bija Hārvardas Medicīnas skolas zinātnieki. To vidū bija Karls Lohmans, Sairuss Fiske un Yellapragada Subbarao. Viņi identificēja savienojumu, kura struktūra atgādināja ribonukleīnskābju adenilnukleotīdu.

Savienojuma atšķirīgā iezīme bija trīs fosforskābes atlikumu saturs viena vietā. 1941. gadā zinātnieks Frics Lipmans pierādīja, ka ATP šūnā ir enerģijas potenciāls. Pēc tam tika atklāts galvenais enzīms, ko sauca par ATP sintāzi. Tās uzdevums ir skābju molekulu veidošanās mitohondrijās.

ATP ir enerģijas akumulators šūnu bioloģijā un ir būtisks veiksmīgai bioķīmisko reakciju īstenošanai.

Adenozīna trifosforskābes bioloģija liecina, ka tā veidojas enerģijas metabolisma rezultātā. Process sastāv no 2 molekulu izveidošanas otrajā posmā. Atlikušās 36 molekulas parādās trešajā posmā.

Enerģijas uzkrāšanās skābes struktūrā notiek savienojošā daļā starp fosfora atlikumiem. 1 fosfora atlikuma atdalīšanās gadījumā notiek 40 kJ enerģijas izdalīšanās.

Tā rezultātā skābe tiek pārveidota par adenozīna difosfātu (ADP). Sekojoša fosfātu abstrakcija veicina adenozīna monofosfāta (AMP) parādīšanos.

Jāņem vērā, ka augu cikls ietver AMP un ADP atkārtotu izmantošanu, kā rezultātā šie savienojumi tiek reducēti līdz skābes stāvoklim. To nodrošina process.

Struktūra

Savienojuma būtības atklāšana ir iespējama pēc tam, kad ir izpētīts, kuri savienojumi ir daļa no ATP molekulas.

Kādi savienojumi ir iekļauti skābē:

• 3 fosforskābes atlikumi. Skābie atlikumi tiek apvienoti savā starpā, izmantojot nestabilas dabas enerģētiskās saites. Atrodams arī ar nosaukumu fosforskābe;
• adenīns: ir slāpekļa bāze;
• Ribose: ir pentozes ogļhidrāts.

Šo elementu iekļaušana ATP piešķir tai nukleotīdu struktūru. Tas ļauj molekulu klasificēt kā nukleīnskābi.

Svarīgs! Skābju molekulu šķelšanās rezultātā tiek atbrīvota enerģija. ATP molekula satur 40 kJ enerģijas.

Izglītība

Molekulas veidošanās notiek mitohondrijās un hloroplastos. Skābes molekulārās sintēzes pamatpunkts ir disimilācijas process. Disimilācija ir sarežģīta savienojuma pārejas process uz salīdzinoši vienkāršu iznīcināšanas dēļ.

Skābju sintēzes ietvaros ir ierasts izdalīt vairākus posmus:

1. Sagatavošanas. Šķelšanās pamatā ir gremošanas process, ko nodrošina fermentatīvā darbība. Pārtika, kas nonāk organismā, tiek sabojāta. Tauki sadalās taukskābēs un glicerīnā. Olbaltumvielas sadalās līdz aminoskābēm, ciete, veidojot glikozi. Posmu pavada siltumenerģijas izdalīšanās.
2. Anoksiska jeb glikolīze. Tas ir balstīts uz sabrukšanas procesu. Glikozes sadalīšanās notiek ar enzīmu līdzdalību, savukārt 60% no atbrīvotās enerģijas pārvēršas siltumā, pārējais paliek molekulā.
3. Skābeklis vai hidrolīze; Tas notiek mitohondrijās. Rodas ar skābekļa un enzīmu palīdzību. Ir iesaistīts ķermeņa izelpotais skābeklis. Beidzas pabeigts. Ietver enerģijas izdalīšanos, lai izveidotu molekulu.

Pastāv šādi molekulu veidošanās ceļi:

1. Substrāta rakstura fosforilēšana. Pamatojoties uz vielu enerģiju, kas rodas oksidācijas rezultātā. Molekulas dominējošā daļa veidojas mitohondrijās uz membrānām. To veic bez membrānas enzīmu līdzdalības. Tas notiek citoplazmas daļā glikolīzes ceļā. Ir pieļaujama iespēja veidoties fosfātu grupas transportēšanas dēļ no citiem augstas enerģijas savienojumiem.
2. Oksidatīvā fosforilēšana. Rodas oksidatīvās reakcijas dēļ.
3. Fotofosforilēšana augos fotosintēzes laikā.

Nozīme

Molekulas fundamentālā nozīme organismā atklājas caur ATP veikto funkciju.

ATP funkcionalitāte ietver šādas kategorijas:

1. Enerģija. Nodrošina organismu ar enerģiju un ir enerģētiskais pamats fizioloģiskiem bioķīmiskiem procesiem un reakcijām. Rodas 2 augstas enerģijas saišu dēļ. Ietver muskuļu kontrakciju, transmembrānas potenciāla veidošanos un molekulārās transportēšanas nodrošināšanu caur membrānām.
2. Sintēzes pamats. To uzskata par izejas savienojumu turpmākai nukleīnskābju veidošanai.
3. Regulējošais. Tas ir pamatā lielākajai daļai bioķīmisko procesu regulēšanas. Nodrošina piederība enzīmu sērijas allosteriskajam efektoram. Ietekmē regulējošo centru darbību, tos pastiprinot vai nomācot.
4. Starpnieks. To uzskata par sekundāru saikni hormonālo signālu pārraidē šūnā. Tas ir cikliskā ADP veidošanās priekštecis.
5. Starpnieks. Tā ir signālu viela sinapsēs un citās šūnu mijiedarbībās. Tiek nodrošināta purinerģiska signalizācija.

Starp iepriekšminētajiem punktiem dominējošā vieta ir ATP enerģijas funkcijai.

Ir svarīgi saprast, neatkarīgi no tā, kādu funkciju ATP pilda, tā nozīme ir universāla.

Noderīgs video

Apkoposim to

Fizioloģisko un bioķīmisko procesu pamatā ir ATP molekulas esamība. Savienojumu galvenais uzdevums ir energoapgāde. Bez savienojuma nav iespējama gan augu, gan dzīvnieku dzīvība.

Saskarsmē ar

Turpinājums. Skatīt Nr. 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005

Bioloģijas stundas dabaszinību stundās

Padziļināta plānošana, 10. klase

19. nodarbība. ATP ķīmiskā struktūra un bioloģiskā loma

Aprīkojums: tabulas par vispārējo bioloģiju, ATP molekulas struktūras diagramma, plastmasas un enerģijas metabolisma saistību diagramma.

I. Zināšanu pārbaude

Bioloģiskā diktāta vadīšana “Dzīvās vielas organiskie savienojumi”

Skolotājs lasa tēzes zem cipariem, skolēni pieraksta savās kladēs to kopsavilkumu numurus, kas atbilst viņu versijas saturam.

1. variants – olbaltumvielas.
2. variants – ogļhidrāti.
3. variants – lipīdi.
4. variants – nukleīnskābes.

1. Tīrā veidā tie sastāv tikai no C, H, O atomiem.

2. Papildus C, H, O atomiem tie satur N un parasti S atomus.

3. Papildus C, H, O atomiem tie satur N un P atomus.

4. Tiem ir salīdzinoši maza molekulmasa.

5. Molekulmasa var būt no tūkstošiem līdz vairākiem desmitiem un simtiem tūkstošu daltonu.

6. Lielākie organiskie savienojumi ar molekulmasu līdz vairākiem desmitiem un simtiem miljonu daltonu.

7. Tiem ir dažāda molekulmasa – no ļoti mazas līdz ļoti lielai, atkarībā no tā, vai viela ir monomērs vai polimērs.

8. Sastāv no monosaharīdiem.

9. Sastāv no aminoskābēm.

10. Sastāv no nukleotīdiem.

11. Tie ir augstāko taukskābju esteri.

12. Pamatstruktūrvienība: “slāpekļa bāze–pentoze–fosforskābes atlikums”.

13. Pamatstruktūrvienība: “aminoskābes”.

14. Pamatstruktūrvienība: “monosaharīds”.

15. Pamatstruktūrvienība: “glicerīns–taukskābe”.

16. Polimēru molekulas tiek veidotas no identiskiem monomēriem.

17. Polimēru molekulas tiek veidotas no līdzīgiem, bet ne gluži identiskiem monomēriem.

18. Tie nav polimēri.

19. Tie pilda gandrīz tikai enerģijas, celtniecības un uzglabāšanas funkcijas, atsevišķos gadījumos – arī aizsargfunkcijas.

20. Papildus enerģētikai un būvniecībai tie veic katalītiskās, signalizācijas, transporta, motora un aizsardzības funkcijas;

21. Tie uzglabā un nodod šūnas un organisma iedzimtās īpašības.

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

II. Jauna materiāla apgūšana

1. Adenozīna trifosforskābes uzbūve

Papildus olbaltumvielām, nukleīnskābēm, taukiem un ogļhidrātiem sintezējas dzīvās vielas liels skaits citi organiskie savienojumi. Starp tiem svarīga loma ir šūnas bioenerģētikā. adenozīna trifosforskābe (ATP). ATP ir atrodams visās augu un dzīvnieku šūnās. Šūnās adenozīna trifosforskābe visbiežāk atrodas sāļu veidā, ko sauc adenozīna trifosfāti. ATP daudzums svārstās un ir vidēji 0,04% (vidēji šūnā ir aptuveni 1 miljards ATP molekulu). Lielākais ATP daudzums ir skeleta muskuļos (0,2–0,5%).

ATP molekula sastāv no slāpekļa bāzes – adenīna, pentozes – ribozes un trīs fosforskābes atlikumiem, t.i. ATP ir īpašs adenila nukleotīds. Atšķirībā no citiem nukleotīdiem, ATP satur nevis vienu, bet trīs fosforskābes atlikumus. ATP attiecas uz makroerģiskām vielām - vielām, kuru saitēs ir liels enerģijas daudzums.

ATP molekulas telpiskais modelis (A) un strukturālā formula (B).

Fosforskābes atlikums tiek atdalīts no ATP ATPāzes enzīmu ietekmē. ATP ir spēcīga tendence atdalīt savu terminālo fosfātu grupu:

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

jo tas noved pie enerģētiski nelabvēlīgās elektrostatiskās atgrūšanās izzušanas starp blakus esošajiem negatīvajiem lādiņiem. Iegūtais fosfāts tiek stabilizēts, jo veidojas enerģētiski labvēlīgas ūdeņraža saites ar ūdeni. Uzlādes sadalījums ADP + Fn sistēmā kļūst stabilāks nekā ATP. Šī reakcija atbrīvo 30,5 kJ (pārraujot parasto kovalento saiti, atbrīvojas 12 kJ).

Lai uzsvērtu ATP fosfora-skābekļa saites augstās enerģijas “izmaksas”, to parasti apzīmē ar zīmi ~ un sauc par makroenerģētisko saiti. Kad tiek noņemta viena fosforskābes molekula, ATP tiek pārveidota par ADP (adenozīndifosforskābi), un, ja tiek noņemtas divas fosforskābes molekulas, ATP tiek pārveidots par AMP (adenozīnmonofosforskābi). Trešā fosfāta šķelšanos pavada tikai 13,8 kJ izdalīšanās, tāpēc ATP molekulā ir tikai divas faktiskas augstas enerģijas saites.

2. ATP veidošanās šūnā

ATP piegāde šūnā ir neliela. Piemēram, ATP rezerves muskulī ir pietiekamas 20–30 kontrakcijām. Taču muskuļi var strādāt stundām ilgi un radīt tūkstošiem kontrakciju. Tāpēc līdz ar ATP sadalīšanos līdz ADP šūnā nepārtraukti jānotiek reversajai sintēzei. Ir vairāki veidi ATP sintēzešūnās. Iepazīsimies ar viņiem.

1. Anaerobā fosforilēšana. Fosforilēšana ir ATP sintēzes process no ADP un zemas molekulmasas fosfāta (Pn). Šajā gadījumā mēs runājam par organisko vielu oksidācijas procesiem, kas nesatur skābekli (piemēram, glikolīze ir bezskābekļa glikozes oksidācijas process par pirovīnskābi). Apmēram 40% no šo procesu laikā atbrīvotās enerģijas (apmēram 200 kJ/mol glikozes) tiek tērēti ATP sintēzei, bet pārējā daļa tiek izkliedēta siltuma veidā:

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

2. Oksidatīvā fosforilēšana ir ATP sintēzes process, izmantojot organisko vielu oksidēšanas enerģiju ar skābekli. Šis process tika atklāts pagājušā gadsimta trīsdesmito gadu sākumā. XX gadsimts V.A. Engelhards. Organisko vielu oksidācijas skābekļa procesi notiek mitohondrijās. Apmēram 55% no šajā gadījumā atbrīvotās enerģijas (apmēram 2600 kJ/mol glikozes) tiek pārvērsti ATP ķīmisko saišu enerģijā, un 45% tiek izkliedēti kā siltums.

Oksidatīvā fosforilēšana ir daudz efektīvāka nekā anaerobā sintēze: ja glikolīzes procesā glikozes molekulas sadalīšanās laikā tiek sintezētas tikai 2 ATP molekulas, tad oksidatīvās fosforilēšanas laikā veidojas 36 ATP molekulas.

3. Fotofosforilēšana– ATP sintēzes process, izmantojot saules gaismas enerģiju. Šis ATP sintēzes ceļš ir raksturīgs tikai šūnām, kas spēj veikt fotosintēzi (zaļie augi, zilaļģes). Saules gaismas kvantu enerģiju izmanto fotosintētika gaismas fāze fotosintēze, lai sintezētu ATP.

3. ATP bioloģiskā nozīme

ATP ir vielmaiņas procesu centrā šūnā, kas ir saikne starp bioloģiskās sintēzes un sabrukšanas reakcijām. ATP lomu šūnā var salīdzināt ar akumulatora lomu, jo ATP hidrolīzes laikā tiek atbrīvota enerģija, kas nepieciešama dažādiem dzīvībai svarīgiem procesiem (“izlāde”), bet fosforilēšanās (“uzlādes”) procesā ATP. atkal uzkrāj enerģiju.

Pateicoties ATP hidrolīzes laikā izdalītajai enerģijai, šūnā un organismā notiek gandrīz visi dzīvībai svarīgie procesi: nervu impulsu pārnešana, vielu biosintēze, muskuļu kontrakcijas, vielu transportēšana utt.

III. Zināšanu nostiprināšana

Bioloģisko problēmu risināšana

Uzdevums 1. Ātri skrienot, ātri elpojam, rodas pastiprināta svīšana. Izskaidrojiet šīs parādības.

Problēma 2. Kāpēc nosaluši cilvēki aukstumā sāk štancēt un lēkāt?

3. uzdevums. Slavenajā I. Ilfa un E. Petrova darbā “Divpadsmit krēsli” starp daudziem noderīgiem padomiem var atrast šādu: “Elpojiet dziļi, tu esi sajūsmā.” Mēģiniet pamatot šo padomu no organismā notiekošo enerģētisko procesu viedokļa.

IV. Mājasdarbs

Sāciet gatavoties ieskaitei un ieskaitiet (diktējiet testa jautājumus – skat. 21. nodarbību).

20. nodarbība. Zināšanu vispārinājums sadaļā “Dzīves ķīmiskā organizācija”

Aprīkojums: tabulas par vispārējo bioloģiju.

I. Sadaļas zināšanu vispārināšana

Studenti strādā ar jautājumiem (individuāli), kam seko pārbaude un diskusija

1. Sniedziet piemērus organiskajiem savienojumiem, kas ietver oglekli, sēru, fosforu, slāpekli, dzelzi, mangānu.

2. Kā jūs varat atšķirt dzīvu šūnu no mirušas, pamatojoties uz tās jonu sastāvu?

3. Kādas vielas ir atrodamas šūnā neizšķīdinātā veidā? Kādus orgānus un audus tie satur?

4. Sniedziet piemērus makroelementiem, kas iekļauti enzīmu aktīvajās vietās.

5. Kādi hormoni satur mikroelementus?

6. Kāda ir halogēnu loma cilvēka organismā?

7. Ar ko proteīni atšķiras no mākslīgajiem polimēriem?

8. Kā peptīdi atšķiras no olbaltumvielām?

9. Kā sauc proteīnu, kas veido hemoglobīnu? No cik apakšvienībām tas sastāv?

10. Kas ir ribonukleāze? Cik daudz aminoskābju tas satur? Kad tas tika mākslīgi sintezēts?

11. Kāpēc ķīmisko reakciju ātrums bez fermentiem ir zems?

12. Kādas vielas olbaltumvielas transportē pa šūnas membrānu?

13. Kā antivielas atšķiras no antigēniem? Vai vakcīnas satur antivielas?

14. Kādās vielās olbaltumvielas sadalās organismā? Cik daudz enerģijas izdalās? Kur un kā tiek neitralizēts amonjaks?

15. Sniedziet peptīdu hormonu piemēru: kā tie ir iesaistīti šūnu metabolisma regulēšanā?

16. Kāda ir cukura struktūra, ar kuru mēs dzeram tēju? Kādus trīs citus šīs vielas sinonīmus jūs zināt?

17. Kāpēc piena tauki netiek savākti uz virsmas, bet gan suspensijas veidā?

18. Kāda ir DNS masa somatisko un dzimumšūnu kodolā?

19. Cik daudz ATP cilvēks lieto dienā?

20. Kādus proteīnus cilvēki izmanto apģērbu izgatavošanai?

Aizkuņģa dziedzera ribonukleāzes primārā struktūra (124 aminoskābes)

II. Mājasdarbs.

Turpiniet gatavoties testam un testam sadaļā “Dzīvības ķīmiskā organizācija”.

Nodarbība 21. Pārbaudes nodarbība sadaļā “Dzīves ķīmiskā organizācija”

I. Mutiskas pārbaudes veikšana uz jautājumiem

1. Šūnas elementārais sastāvs.

2. Organogēno elementu raksturojums.

3. Ūdens molekulas uzbūve. Ūdeņraža saite un tās nozīme dzīvības “ķīmijā”.

4. Ūdens īpašības un bioloģiskās funkcijas.

5. Hidrofilās un hidrofobās vielas.

6. Katjoni un to bioloģiskā nozīme.

7. Anjoni un to bioloģiskā nozīme.

8. Polimēri. Bioloģiskie polimēri. Atšķirības starp periodiskiem un neperiodiskiem polimēriem.

9. Lipīdu īpašības, to bioloģiskās funkcijas.

10. Ogļhidrātu grupas, kas atšķiras pēc struktūras pazīmēm.

11. Ogļhidrātu bioloģiskās funkcijas.

12. Olbaltumvielu elementārais sastāvs. Aminoskābes. Peptīdu veidošanās.

13. Olbaltumvielu primārās, sekundārās, terciārās un kvartārās struktūras.

14. Olbaltumvielu bioloģiskā funkcija.

15. Atšķirības starp fermentiem un nebioloģiskajiem katalizatoriem.

16. Fermentu struktūra. Koenzīmi.

17. Fermentu darbības mehānisms.

18. Nukleīnskābes. Nukleotīdi un to uzbūve. Polinukleotīdu veidošanās.

19. E.Šargafa noteikumi. Komplementaritātes princips.

20. Divpavedienu DNS molekulas veidošanās un tās spiralizācija.

21. Šūnu RNS klases un to funkcijas.

22. Atšķirības starp DNS un RNS.

23.DNS replikācija. Transkripcija.

24. ATP struktūra un bioloģiskā loma.

25. ATP veidošanās šūnā.

II. Mājasdarbs

Turpiniet gatavoties testam sadaļā “Dzīvības ķīmiskā organizācija”.

Nodarbība 22. Pārbaudes nodarbība sadaļā “Dzīves ķīmiskā organizācija”

I. Rakstiskas pārbaudes veikšana

1. iespēja

1. Ir trīs veidu aminoskābes - A, B, C. Cik daudz variantu var uzbūvēt polipeptīdu ķēdes, kas sastāv no piecām aminoskābēm. Lūdzu, norādiet šīs iespējas. Vai šiem polipeptīdiem būs tādas pašas īpašības? Kāpēc?

2. Visas dzīvās būtnes galvenokārt sastāv no oglekļa savienojumiem, un oglekļa analogs silīcijs, kura saturs zemes garozā ir 300 reizes lielāks par oglekli, ir sastopams tikai ļoti nedaudzos organismos. Izskaidrojiet šo faktu, ņemot vērā šo elementu atomu struktūru un īpašības.

3. ATP molekulas, kas marķētas ar radioaktīvo 32P pie pēdējā, trešā fosforskābes atlikuma, tika ievadītas vienā šūnā, bet ATP molekulas, kas marķētas ar 32P pirmajā atliekā, kas ir vistuvāk ribozei, tika ievadītas otrā šūnā. Pēc 5 minūtēm abās šūnās tika mērīts neorganiskā fosfāta jonu saturs, kas marķēts ar 32P. Kur tas būs ievērojami augstāks?

4. Pētījumi liecina, ka 34% no kopējā šīs mRNS nukleotīdu skaita ir guanīns, 18% ir uracils, 28% ir citozīns un 20% ir adenīns. Nosakiet divpavedienu DNS slāpekļa bāzu procentuālo sastāvu, kuras kopija ir norādītā mRNS.

2. iespēja

1. Tauki veido “pirmo rezervi” enerģijas metabolismā un tiek izmantoti, kad ogļhidrātu rezerves ir izsmeltas. Tomēr skeleta muskuļos, glikozes un taukskābju klātbūtnē, pēdējās tiek izmantotas lielākā mērā. Olbaltumvielas vienmēr tiek izmantotas kā enerģijas avots tikai kā pēdējais līdzeklis, kad ķermenis cieš no bada. Izskaidrojiet šos faktus.

2. Smago metālu (dzīvsudraba, svina u.c.) un arsēna jonus viegli saistās ar proteīnu sulfīdu grupām. Zinot šo metālu sulfīdu īpašības, paskaidrojiet, kas notiks ar olbaltumvielām, ja to apvienos ar šiem metāliem. Kāpēc smagie metāli ir organisma indes?

3. Vielas A oksidēšanās reakcijā vielā B izdalās 60 kJ enerģijas. Cik daudz ATP molekulu var maksimāli sintezēt šajā reakcijā? Kā tiks izmantota pārējā enerģija?

4. Pētījumi liecina, ka 27% no kopējā šīs mRNS nukleotīdu skaita ir guanīns, 15% ir uracils, 18% ir citozīns un 40% ir adenīns. Nosakiet divpavedienu DNS slāpekļa bāzu procentuālo sastāvu, kuras kopija ir norādītā mRNS.

Turpinājums sekos

Vissvarīgākā viela dzīvo organismu šūnās ir adenozīna trifosfāts jeb adenozīna trifosfāts. Ja ievadām šī nosaukuma saīsinājumu, iegūstam ATP. Šī viela pieder pie nukleozīdu trifosfātu grupas un ieņem vadošo lomu vielmaiņas procesos dzīvās šūnās, būdama tām neaizstājams enerģijas avots.

Saskarsmē ar

ATP atklājēji bija bioķīmiķi no Hārvardas Tropiskās medicīnas skolas - Yellapragada Subbarao, Karls Lohmans un Cyrus Fiske. Atklājums notika 1929. gadā un kļuva par nozīmīgu pavērsienu dzīvo sistēmu bioloģijā. Vēlāk, 1941. gadā, vācu bioķīmiķis Frics Lipmans atklāja, ka ATP šūnās ir galvenais enerģijas nesējs.

ATP struktūra

Šai molekulai ir sistemātisks nosaukums, kas ir rakstīts šādi: 9-β-D-ribofuranoziladenīna-5′-trifosfāts vai 9-β-D-ribofuranozil-6-amino-purīna-5′-trifosfāts. Kādi savienojumi veido ATP? Ķīmiski tas ir adenozīna trifosfāta esteris - adenīna un ribozes atvasinājums. Šī viela veidojas, savienojot adenīnu, kas ir purīna slāpekļa bāze, ar ribozes 1′-oglekli, izmantojot β-N-glikozīdu saiti. Pēc tam ribozes 5′-ogleklim secīgi pievieno α-, β- un γ-fosforskābes molekulas.

Tādējādi ATP molekula satur tādus savienojumus kā adenīns, riboze un trīs fosforskābes atlikumi. ATP ir īpašs savienojums, kas satur saites, kas atbrīvo lielu daudzumu enerģijas. Šādas saites un vielas sauc par augstas enerģijas. Šo ATP molekulas saišu hidrolīzes laikā tiek atbrīvots enerģijas daudzums no 40 līdz 60 kJ/mol, un šo procesu pavada viena vai divu fosforskābes atlikumu likvidēšana.

Šādi tiek rakstītas šīs ķīmiskās reakcijas:

• 1). ATP + ūdens → ADP + fosforskābe + enerģija;
• 2). ADP + ūdens →AMP + fosforskābe + enerģija.

Šo reakciju laikā izdalītā enerģija tiek izmantota turpmākos bioķīmiskos procesos, kuriem nepieciešama noteikta enerģijas ievade.

ATP loma dzīvā organismā. Tās funkcijas

Kādu funkciju veic ATP? Pirmkārt, enerģija. Kā minēts iepriekš, adenozīna trifosfāta galvenā loma ir nodrošināt enerģiju bioķīmiskiem procesiem dzīvā organismā. Šī loma ir saistīta ar faktu, ka divu augstas enerģijas saišu klātbūtnes dēļ ATP darbojas kā enerģijas avots daudziem fizioloģiskiem un bioķīmiskiem procesiem, kas prasa lielu enerģijas ievadi. Šādi procesi ir visas sarežģītu vielu sintēzes reakcijas organismā. Pirmkārt, tā ir aktīva molekulu pārvietošana caur šūnu membrānām, ieskaitot dalību starpmembrānu elektriskā potenciāla veidošanā un muskuļu kontrakcijas īstenošanā.

Papildus iepriekš minētajam mēs uzskaitām vēl dažus: ne mazāk svarīgas ATP funkcijas, piemēram:

Kā ATP veidojas organismā?

Adenozīna trifosforskābes sintēze turpinās, jo organismam vienmēr nepieciešama enerģija normālai darbībai. Jebkurā brīdī šīs vielas ir ļoti maz - aptuveni 250 grami, kas ir “avārijas rezerve” “lietainai dienai”. Slimošanas laikā notiek intensīva šīs skābes sintēze, jo imūnās un ekskrēcijas sistēmas, kā arī organisma termoregulācijas sistēmas darbībai nepieciešams daudz enerģijas, kas nepieciešams, lai efektīvi cīnītos ar slimības iestāšanos.

Kurās šūnās ir visvairāk ATP? Tās ir muskuļu un nervu audu šūnas, jo tajās enerģijas apmaiņas procesi notiek visintensīvāk. Un tas ir acīmredzami, jo muskuļi piedalās kustībās, kas prasa muskuļu šķiedru kontrakciju, un neironi pārraida elektriskos impulsus, bez kuriem nav iespējama visu ķermeņa sistēmu darbība. Tāpēc šūnai ir tik svarīgi uzturēt nemainīgu un augstu adenozīna trifosfāta līmeni.

Kā organismā var veidoties adenozīna trifosfāta molekulas? Tos veido t.s ADP (adenozīna difosfāta) fosforilēšana. Šis ķīmiskā reakcija sekojoši:

ADP + fosforskābe + enerģija → ATP + ūdens.

ADP fosforilēšana notiek, piedaloties katalizatoriem, piemēram, enzīmiem un gaismai, un tiek veikta vienā no trim veidiem:

Gan oksidatīvajā, gan substrāta fosforilācijā tiek izmantota to vielu enerģija, kuras tiek oksidētas šādas sintēzes laikā.

Secinājums

Adenozīna trifosforskābe- Šī ir visbiežāk atjaunotā viela organismā. Cik ilgi vidēji dzīvo adenozīna trifosfāta molekula? Cilvēka organismā, piemēram, tā dzīves ilgums ir mazāks par vienu minūti, tāpēc viena šādas vielas molekula dzimst un sadalās līdz 3000 reizēm dienā. Pārsteidzoši, dienas laikā cilvēka ķermenis sintezē apmēram 40 kg šīs vielas! Nepieciešamība pēc šīs “iekšējās enerģijas” mums ir tik liela!

Viss ATP sintēzes un turpmākās izmantošanas cikls kā enerģijas degviela vielmaiņas procesiem dzīvas būtnes ķermenī ir šī organisma enerģijas metabolisma būtība. Tādējādi adenozīna trifosfāts ir sava veida “akumulators”, kas nodrošina visu dzīvā organisma šūnu normālu darbību.

Bioloģijā ATP ir enerģijas avots un dzīvības pamats. ATP – adenozīna trifosfāts – piedalās vielmaiņas procesos un regulē bioķīmiskās reakcijas organismā.

Kas tas ir?

Ķīmija palīdzēs jums saprast, kas ir ATP. ATP molekulas ķīmiskā formula ir C10H16N5O13P3. Pilnu vārdu ir viegli atcerēties, ja to sadalāt tā sastāvdaļās. Adenozīna trifosfāts jeb adenozīna trifosforskābe ir nukleotīds, kas sastāv no trim daļām:

• adenīns - purīna slāpekļa bāze;
• riboze - monosaharīds, kas saistīts ar pentozēm;
• trīs fosforskābes atlikumi.

Rīsi. 1. ATP molekulas uzbūve.

Detalizētāks ATP skaidrojums ir sniegts tabulā.

ATP pirmo reizi atklāja Hārvardas bioķīmiķi Subbarao, Lohman un Fiske 1929. gadā. 1941. gadā vācu bioķīmiķis Frics Lipmans atklāja, ka ATP ir dzīva organisma enerģijas avots.

Enerģijas ražošana

Fosfātu grupas ir savstarpēji savienotas ar augstas enerģijas saitēm, kuras ir viegli iznīcināmas. Hidrolīzes (mijiedarbības ar ūdeni) laikā fosfātu grupas saites sadalās, atbrīvojot lielu enerģijas daudzumu, un ATP tiek pārveidots par ADP (adenozīndifosforskābi).

Parasti ķīmiskā reakcija izskatās šādi:

TOP 4 rakstikuri lasa kopā ar šo

ATP + H2O → ADP + H3PO4 + enerģija

Rīsi. 2. ATP hidrolīze.

Daļa atbrīvotās enerģijas (apmēram 40 kJ/mol) tiek iesaistīta anabolismā (asimilācijā, plastiskā vielmaiņā), bet daļa tiek izkliedēta siltuma veidā, lai uzturētu ķermeņa temperatūru. Turpinot ADP hidrolīzi, tiek atdalīta vēl viena fosfātu grupa, atbrīvojot enerģiju un veidojot AMP (adenozīna monofosfātu). AMP netiek pakļauts hidrolīzei.

ATP sintēze

ATP atrodas citoplazmā, kodolā, hloroplastos un mitohondrijās. ATP sintēze dzīvnieku šūnā notiek mitohondrijās, bet augu šūnā - mitohondrijās un hloroplastos.

ATP veidojas no ADP un fosfāta, patērējot enerģiju. Šo procesu sauc par fosforilēšanu:

ADP + H3PO4 + enerģija → ATP + H2O

Rīsi. 3. ATP veidošanās no ADP.

Augu šūnās fosforilācija notiek fotosintēzes laikā, un to sauc par fotofosforilāciju. Dzīvniekiem process notiek elpošanas laikā, un to sauc par oksidatīvo fosforilāciju.

Dzīvnieku šūnās ATP sintēze notiek katabolisma (disimilācijas, enerģijas metabolisma) procesā olbaltumvielu, tauku un ogļhidrātu sadalīšanās laikā.

Funkcijas

No ATP definīcijas ir skaidrs, ka šī molekula spēj nodrošināt enerģiju. Papildus enerģijai darbojas adenozīna trifosforskābe citas funkcijas:

• ir materiāls nukleīnskābju sintēzei;
• ietilpst fermentu sastāvā un regulē ķīmiskos procesus, paātrinot vai palēninot to rašanos;
• ir starpnieks - pārraida signālu uz sinapsēm (kontakta vietām starp divām šūnu membrānām).

Ko mēs esam iemācījušies?

No 10. klases bioloģijas stundas uzzinājām par ATP – adenozīntrifosforskābes uzbūvi un funkcijām. ATP sastāv no adenīna, ribozes un trim fosforskābes atlikumiem. Hidrolīzes laikā tiek pārtrauktas fosfātu saites, kas atbrīvo organismu dzīvībai nepieciešamo enerģiju.

Tests par tēmu

Ziņojuma izvērtēšana

Vidējais vērtējums: 4.6. Kopējais saņemto vērtējumu skaits: 621.

Miljoniem bioķīmisko reakciju notiek jebkurā mūsu ķermeņa šūnā. Tos katalizē dažādi fermenti, kuriem bieži vien ir nepieciešama enerģija. Kur šūna to iegūst? Uz šo jautājumu var atbildēt, ja ņemam vērā ATP molekulas struktūru - vienu no galvenajiem enerģijas avotiem.

ATP ir universāls enerģijas avots

ATP apzīmē adenozīna trifosfātu vai adenozīna trifosfātu. Viela ir viens no diviem svarīgākajiem enerģijas avotiem jebkurā šūnā. ATP struktūra un tā bioloģiskā loma ir cieši saistītas. Lielākā daļa bioķīmisko reakciju var notikt tikai ar vielas molekulu piedalīšanos, tas ir īpaši patiesi.Tomēr ATP reakcijā ir reti iesaistīts tieši: jebkuram procesam ir nepieciešama enerģija, kas atrodas tieši adenozīna trifosfātā.

Vielas molekulu struktūra ir tāda, ka saites, kas veidojas starp fosfātu grupām, nes milzīgu enerģijas daudzumu. Tāpēc šādas saites tiek sauktas arī par makroerģiskām jeb makroenerģētiskām (makro=daudz, liels daudzums). Šo terminu pirmais ieviesa zinātnieks F. Lipmans, un viņš arī ierosināja to apzīmēšanai izmantot simbolu ̴.

Šūnai ir ļoti svarīgi uzturēt nemainīgu adenozīna trifosfāta līmeni. Īpaši tas attiecas uz muskuļu šūnām un nervu šķiedrām, jo ​​tās ir visvairāk atkarīgas no enerģijas un to funkciju veikšanai ir nepieciešams augsts adenozīna trifosfāta saturs.

ATP molekulas struktūra

Adenozīna trifosfāts sastāv no trim elementiem: ribozes, adenīna un atlikumiem

Ribose- ogļhidrāti, kas pieder pie pentozes grupas. Tas nozīmē, ka riboze satur 5 oglekļa atomus, kas ir iekļauti ciklā. Riboze savienojas ar adenīnu caur β-N-glikozīdu saiti uz 1. oglekļa atoma. Pentozei pievieno arī fosforskābes atlikumus uz 5. oglekļa atoma.

Adenīns ir slāpekļa bāze. Atkarībā no tā, kura slāpekļa bāze ir piesaistīta ribozei, izšķir arī GTP (guanozīna trifosfātu), TTP (timidīna trifosfātu), CTP (citidīna trifosfātu) un UTP (uridīna trifosfātu). Visas šīs vielas pēc struktūras ir līdzīgas adenozīna trifosfātam un veic aptuveni tādas pašas funkcijas, taču šūnā tās ir daudz retāk sastopamas.

Fosforskābes atliekas. Pie ribozes var piesaistīt ne vairāk kā trīs fosforskābes atlikumus. Ja ir divi vai tikai viens, tad vielu sauc par ADP (difosfātu) vai AMP (monofosfātu). Tieši starp fosfora atlikumiem tiek noslēgtas makroenerģētiskās saites, pēc kuru pārrāvuma izdalās 40 līdz 60 kJ enerģijas. Ja tiek pārrautas divas saites, atbrīvojas 80, retāk - 120 kJ enerģijas. Pārraujot saiti starp ribozi un fosfora atlikumu, atbrīvojas tikai 13,8 kJ, tāpēc trifosfāta molekulā ir tikai divas augstas enerģijas saites (P ̴ P ̴ P), bet ADP molekulā ir viena (P ̴). P).

Šīs ir ATP strukturālās iezīmes. Sakarā ar to, ka starp fosforskābes atlikumiem veidojas makroenerģētiskā saite, ATP struktūra un funkcijas ir savstarpēji saistītas.

ATP struktūra un molekulas bioloģiskā loma. Adenozīna trifosfāta papildu funkcijas

Papildus enerģijai ATP šūnā var veikt daudzas citas funkcijas. Kopā ar citiem nukleotīdu trifosfātiem trifosfāts ir iesaistīts nukleīnskābju veidošanā. Šajā gadījumā ATP, GTP, TTP, CTP un UTP ir slāpekļa bāzu piegādātāji. Šis īpašums tiek izmantots procesos un transkripcijā.

ATP ir nepieciešams arī jonu kanālu darbībai. Piemēram, Na-K kanāls izsūknē no šūnas 3 nātrija molekulas un šūnā iesūknē 2 kālija molekulas. Šī jonu strāva ir nepieciešama, lai uzturētu pozitīvu lādiņu uz membrānas ārējās virsmas, un tikai ar adenozīna trifosfāta palīdzību kanāls var funkcionēt. Tas pats attiecas uz protonu un kalcija kanāliem.

ATP ir otrā ziņotāja cAMP (cikliskā adenozīna monofosfāta) prekursors - cAMP ne tikai pārraida signālu, ko saņem šūnu membrānas receptori, bet arī ir allosteriskais efektors. Allosteriskie efektori ir vielas, kas paātrina vai palēnina fermentatīvās reakcijas. Tādējādi cikliskais adenozīna trifosfāts inhibē enzīma sintēzi, kas katalizē laktozes sadalīšanos baktēriju šūnās.

Pati adenozīna trifosfāta molekula var būt arī allosterisks efektors. Turklāt šādos procesos ADP darbojas kā ATP antagonists: ja trifosfāts paātrina reakciju, tad difosfāts to kavē un otrādi. Šīs ir ATP funkcijas un struktūra.

Kā šūnā veidojas ATP?

ATP funkcijas un struktūra ir tāda, ka vielas molekulas tiek ātri izmantotas un iznīcinātas. Tāpēc trifosfātu sintēze ir svarīgs process enerģijas veidošanā šūnā.

Ir trīs vissvarīgākās adenozīna trifosfāta sintēzes metodes:

1. Substrāta fosforilēšana.

2. Oksidatīvā fosforilēšana.

3. Fotofosforilēšana.

Substrāta fosforilēšana balstās uz vairākām reakcijām, kas notiek šūnu citoplazmā. Šīs reakcijas sauc par glikolīzi - anaerobo stadiju.1 glikolīzes cikla rezultātā no 1 glikozes molekulas tiek sintezētas divas molekulas, kuras pēc tam tiek izmantotas enerģijas ražošanai, kā arī tiek sintezēti divi ATP.

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

Šūnu elpošana

Oksidatīvā fosforilēšana ir adenozīna trifosfāta veidošanās, pārnesot elektronus pa membrānas elektronu transportēšanas ķēdi. Šīs pārneses rezultātā vienā membrānas pusē veidojas protonu gradients un ar ATP sintāzes proteīna integrālā komplekta palīdzību tiek uzbūvētas molekulas. Process notiek uz mitohondriju membrānas.

Glikolīzes un oksidatīvās fosforilācijas posmu secība mitohondrijās ir kopīgs process, ko sauc par elpošanu. Pēc pilnīga cikla no 1 glikozes molekulas šūnā veidojas 36 ATP molekulas.

Fotofosforilēšana

Fotofosforilēšanas process ir tāds pats kā oksidatīvā fosforilēšana ar tikai vienu atšķirību: fotofosforilēšanas reakcijas notiek šūnas hloroplastos gaismas ietekmē. ATP tiek ražots fotosintēzes gaismas stadijā, kas ir galvenais enerģijas ražošanas process zaļajos augos, aļģēs un dažās baktērijās.

Fotosintēzes laikā elektroni iziet cauri vienai un tai pašai elektronu transportēšanas ķēdei, kā rezultātā veidojas protonu gradients. Protonu koncentrācija vienā membrānas pusē ir ATP sintēzes avots. Molekulu montāžu veic enzīms ATP sintāze.

Vidējā šūna satur 0,04% adenozīna trifosfāta pēc svara. Tomēr visvairāk liela nozīme novērots muskuļu šūnās: 0,2-0,5%.

Šūnā ir aptuveni 1 miljards ATP molekulu.

Katra molekula dzīvo ne vairāk kā 1 minūti.

Viena adenozīna trifosfāta molekula tiek atjaunota 2000-3000 reizes dienā.

Kopumā dienā cilvēka organisms sintezē 40 kg adenozīna trifosfāta, un jebkurā brīdī ATP rezerve ir 250 g.

Secinājums

ATP struktūra un tā molekulu bioloģiskā loma ir cieši saistītas. Vielai ir galvenā loma dzīvības procesos, jo augstas enerģijas saites starp fosfātu atliekām satur milzīgu enerģijas daudzumu. Adenozīna trifosfāts šūnā pilda daudzas funkcijas, un tāpēc ir svarīgi uzturēt nemainīgu vielas koncentrāciju. Sabrukšana un sintēze notiek lielā ātrumā, jo saišu enerģija tiek pastāvīgi izmantota bioķīmiskās reakcijās. Šī ir būtiska viela jebkurai ķermeņa šūnai. Tas, iespējams, ir viss, ko var teikt par ATP struktūru.