Alle levende prosesser er basert på atomær og molekylær bevegelse. Både respirasjonsprosessen og cellulær utvikling, deling er umulig uten energi. Kilden til energiforsyning er ATP, hva det er og hvordan det dannes, vil vi vurdere videre.

Før du studerer konseptet ATP, er det nødvendig å dechiffrere det. Dette begrepet betyr nukleosidtrifosfat, som er essensielt for energi- og materialstoffskiftet i kroppen.

Dette er en unik energikilde som ligger til grunn for biokjemiske prosesser. Denne forbindelsen er grunnleggende for enzymatisk dannelse.

ATP ble oppdaget ved Harvard i 1929. Grunnleggerne var forskere ved Harvard Medical School. Disse inkluderte Karl Loman, Cyrus Fiske og Yellapragada Subbarao. De identifiserte en forbindelse som lignet adenylnukleotidet til ribonukleinsyrer i struktur.

Et særtrekk ved forbindelsen var innholdet av tre fosforsyrerester i stedet for én. I 1941 beviste forskeren Fritz Lipmann at ATP har et energipotensial i cellen. Deretter ble et nøkkelenzym oppdaget, som ble kalt ATP-syntase. Dens oppgave er dannelsen av sure molekyler i mitokondriene.

ATP er energiakkumulatoren i cellebiologi og er avgjørende for vellykket implementering av biokjemiske reaksjoner.

Biologien til adenosintrifosforsyre antyder dannelsen som et resultat av energimetabolisme. Prosessen består av å lage 2 molekyler i det andre trinnet. De resterende 36 molekylene vises i det tredje trinnet.

Akkumuleringen av energi i strukturen til syren skjer i bindemidlet mellom fosforrestene. Ved løsrivelse av 1 fosforrest oppstår det en energifrigjøring på 40 kJ.

Som et resultat omdannes syren til adenosindifosfat (ADP). Påfølgende fosfatløsning fremmer produksjonen av adenosinmonofosfat (AMP).

Det skal bemerkes at plantesyklusen involverer gjenbruk av AMP og ADP, noe som resulterer i reduksjon av disse forbindelsene til en sur tilstand. Dette er gitt av prosessen.

Struktur

Avsløring av essensen av forbindelsen er mulig etter å ha studert hvilke forbindelser som er en del av ATP-molekylet.

Hvilke forbindelser er i syre?

• 3 rester av fosforsyre. Syrerester kombineres med hverandre gjennom energibindinger av ustabil karakter. Den finnes også under navnet ortofosforsyre;
• adenin: Er en nitrogenholdig base;
• Ribose: Det er et pentosekarbohydrat.

Inkluderingen av disse elementene i ATP gir det en nukleotidstruktur. Dette gjør at molekylet kan klassifiseres som en nukleinsyre.

Viktig! Som et resultat av spaltningen av syremolekyler frigjøres energi. ATP-molekylet inneholder 40 kJ energi.

utdanning

Dannelsen av molekylet skjer i mitokondrier og kloroplaster. Det grunnleggende momentet i den molekylære syntesen av syre er dissimileringsprosessen. Dissimilering er prosessen med overgang av en kompleks forbindelse til en relativt enkel på grunn av ødeleggelse.

Som en del av syntesen av syre er det vanlig å skille mellom flere stadier:

1. Forberedende. Grunnlaget for splitting er fordøyelsesprosessen, gitt av den enzymatiske virkningen. Maten som kommer inn i kroppen blir ødelagt. Fett brytes ned til fettsyrer og glyserol. Proteiner brytes ned til aminosyrer, stivelse brytes ned til glukose. Scenen er ledsaget av frigjøring av termisk energi.
2. Anoksisk, eller glykolyse. Oppløsningsprosessen er grunnlaget. Nedbrytning av glukose skjer med deltakelse av enzymer, mens 60 % av den frigjorte energien omdannes til varme, resten forblir i sammensetningen av molekylet.
3. Oksygen eller hydrolyse; Forekommer i mitokondriene. Oppstår ved hjelp av oksygen og enzymer. Oksygenet som utåndes av kroppen er involvert. Slutter ferdig. Det innebærer frigjøring av energi for å danne et molekyl.

Det er følgende måter for molekylær dannelse:

1. Fosforylering av substratkarakter. Basert på energien til stoffer som følge av oksidasjon. Den rådende delen av molekylet dannes i mitokondrier på membraner. Det utføres uten deltakelse av membranenzymer. Det foregår i den cytoplasmatiske delen gjennom glykolyse. Muligheten for dannelse på grunn av transport av en fosfatgruppe fra andre høyenergiforbindelser er tillatt.
2. Fosforylering av oksidativ natur. Oppstår på grunn av en oksidativ reaksjon.
3. Fotofosforylering i planter under fotosyntese.

Betydning

Den grunnleggende betydningen av molekylet for kroppen avsløres gjennom funksjonen til ATP.

ATP-funksjonalitet inkluderer følgende kategorier:

1. Energi. Gir kroppen energi, er energigrunnlaget for fysiologiske biokjemiske prosesser og reaksjoner. Oppstår på grunn av 2 høyenergibindinger. Det innebærer muskelsammentrekning, dannelse av et transmembranpotensial, tilveiebringelse av molekylær transport gjennom membraner.
2. grunnlaget for syntese. Det regnes som startforbindelsen for den påfølgende dannelsen av nukleinsyrer.
3. Regulatorisk. Ligger til grunn for reguleringen av de fleste biokjemiske prosesser. Leveres ved å tilhøre den allosteriske effektoren til den enzymatiske serien. Det påvirker aktiviteten til reguleringssentre ved å styrke eller undertrykke dem.
4. Mellommann. Det regnes som et sekundært ledd i overføringen av et hormonelt signal til cellen. Det er en forløper for dannelsen av syklisk ADP.
5. formidler. Det er et signalstoff i synapser og andre cellulære interaksjoner. Gir purinergisk signalering.

Blant punktene ovenfor er den dominerende plassen gitt til energifunksjonen til ATP.

Det er viktig å forstå, uansett hvilken funksjon ATP utfører, er verdien universell.

Nyttig video

Oppsummering

Grunnlaget for fysiologiske og biokjemiske prosesser er eksistensen av ATP-molekylet. Hovedoppgaven til forbindelsene er energiforsyning. Uten tilknytning er den vitale aktiviteten til både planter og dyr umulig.

I kontakt med

Fortsettelse. Se nr. 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005

Biologitimer i naturfagstimer

Avansert planlegging, klasse 10

Leksjon 19

Utstyr: tabeller om generell biologi, et diagram over strukturen til ATP-molekylet, et diagram over forholdet mellom plast og energiutveksling.

I. Kunnskapstest

Utføre en biologisk diktat "Organiske forbindelser av levende materie"

Læreren leser oppgavene under tallene, elevene skriver ned i notatboka tallene på de oppgavene som innholdsmessig passer til deres versjon.

Alternativ 1 - proteiner.
Alternativ 2 - karbohydrater.
Alternativ 3 - lipider.
Alternativ 4 - nukleinsyrer.

1. I sin rene form består de kun av C, H, O-atomer.

2. I tillegg til C-, H-, O-atomer inneholder de N- og vanligvis S-atomer.

3. I tillegg til C-, H-, O-atomene inneholder de N- og P-atomer.

4. De har en relativt liten molekylvekt.

5. Molekylvekten kan være fra tusenvis til flere titalls og hundretusener av dalton.

6. De største organiske forbindelsene med en molekylvekt på opptil flere titalls og hundrevis av millioner dalton.

7. De har forskjellig molekylvekt - fra veldig liten til veldig høy, avhengig av om stoffet er en monomer eller en polymer.

8. Består av monosakkarider.

9. Består av aminosyrer.

10. Består av nukleotider.

11. De er estere av høyere fettsyrer.

12. Grunnleggende strukturell enhet: "nitrogenholdig base - pentose - fosforsyrerest".

13. Grunnleggende strukturell enhet: "aminosyrer".

14. Grunnleggende strukturell enhet: "monosakkarid".

15. Grunnleggende strukturell enhet: "glyserol-fettsyre".

16. Polymermolekyler er bygget av de samme monomerene.

17. Polymermolekyler er bygget av lignende, men ikke helt identiske, monomerer.

18. Er ikke polymerer.

19. De utfører nesten utelukkende energi-, konstruksjons- og lagringsfunksjoner, i noen tilfeller - beskyttende.

20. I tillegg til energi og konstruksjon, utfører de katalytiske, signal-, transport-, motoriske og beskyttende funksjoner;

21. De lagrer og overfører de arvelige egenskapene til cellen og kroppen.

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

II. Lære nytt stoff

1. Strukturen til adenosintrifosforsyre

I tillegg til proteiner, nukleinsyrer, fett og karbohydrater, syntetiseres et stort antall andre organiske forbindelser i levende materie. Blant dem spilles en viktig rolle i cellens bioenergetikk adenosintrifosfat (ATP). ATP finnes i alle plante- og dyreceller. I cellene er adenosintrifosforsyre oftest tilstede i form av salter kalt adenosintrifosfater. Mengden ATP svinger og er i gjennomsnitt 0,04 % (i gjennomsnitt er det ca. 1 milliard ATP-molekyler i en celle). Det største antallet ATP finnes i skjelettmuskulatur (0,2–0,5 %).

ATP-molekylet består av en nitrogenholdig base - adenin, pentose - ribose og tre rester av fosforsyre, dvs. ATP er et spesielt adenylnukleotid. I motsetning til andre nukleotider, inneholder ATP ikke én, men tre fosforsyrerester. ATP refererer til makroerge stoffer - stoffer som inneholder en stor mengde energi i bindingene deres.

Romlig modell (A) og strukturformel (B) for ATP-molekylet

Fra sammensetningen av ATP under påvirkning av ATPase-enzymer spaltes en rest av fosforsyre av. ATP har en sterk tendens til å løsne sin terminale fosfatgruppe:

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

fordi dette fører til at den energetisk ugunstige elektrostatiske frastøtingen mellom naboladninger forsvinner. Det resulterende fosfatet stabiliseres ved dannelse av energetisk gunstige hydrogenbindinger med vann. Ladningsfordelingen i ADP + Fn-systemet blir mer stabil enn i ATP. Som et resultat av denne reaksjonen frigjøres 30,5 kJ (når en konvensjonell kovalent binding brytes, frigjøres 12 kJ).

For å understreke den høye energi-"kostnaden" til fosfor-oksygenbindingen i ATP, er det vanlig å betegne den med tegnet ~ og kalle den en makroenergetisk binding. Når ett molekyl fosforsyre spaltes av, omdannes ATP til ADP (adenosin difosforsyre), og hvis to molekyler fosforsyre spaltes av, blir ATP omdannet til AMP (adenosinmonofosforsyre). Spaltningen av det tredje fosfatet er ledsaget av frigjøring av kun 13,8 kJ, slik at det kun er to makroerge bindinger i ATP-molekylet.

2. Dannelse av ATP i cellen

Tilførselen av ATP i cellen er liten. For eksempel, i en muskel er ATP-reserver nok til 20–30 sammentrekninger. Men en muskel kan jobbe i timevis og produsere tusenvis av sammentrekninger. Derfor, sammen med nedbrytningen av ATP til ADP, må revers syntese kontinuerlig skje i cellen. Det er flere måter ATP syntese i celler. La oss bli kjent med dem.

1. anaerob fosforylering. Fosforylering er prosessen med ATP-syntese fra ADP og fosfat med lav molekylvekt (Pn). I dette tilfellet snakker vi om oksygenfrie prosesser for oksidasjon av organiske stoffer (for eksempel er glykolyse prosessen med oksygenfri oksidasjon av glukose til pyrodruesyre). Omtrent 40 % av energien som frigjøres under disse prosessene (ca. 200 kJ / mol glukose) brukes på ATP-syntese, og resten spres i form av varme:

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

2. Oksidativ fosforylering- dette er prosessen med ATP-syntese på grunn av energien til oksidasjon av organiske stoffer med oksygen. Denne prosessen ble oppdaget på begynnelsen av 1930-tallet. Det 20. århundre V.A. Engelhardt. Oksygenprosesser for oksidasjon av organiske stoffer foregår i mitokondrier. Omtrent 55% av energien som frigjøres i dette tilfellet (omtrent 2600 kJ / mol glukose) blir omdannet til energien til kjemiske bindinger av ATP, og 45% spres i form av varme.

Oksidativ fosforylering er mye mer effektiv enn anaerobe synteser: hvis bare 2 ATP-molekyler syntetiseres under glykolyse under nedbrytningen av et glukosemolekyl, dannes 36 ATP-molekyler under oksidativ fosforylering.

3. Fotofosforylering- prosessen med ATP-syntese på grunn av energien fra sollys. Denne veien for ATP-syntese er bare karakteristisk for celler som er i stand til fotosyntese (grønne planter, cyanobakterier). Energien til sollyskvanter brukes av fotosyntetikere i lett fase fotosyntese for syntese av ATP.

3. Biologisk betydning av ATP

ATP er i sentrum av metabolske prosesser i cellen, og er koblingen mellom reaksjonene av biologisk syntese og forfall. Rollen til ATP i cellen kan sammenlignes med rollen til et batteri, siden under hydrolysen av ATP frigjøres energien som er nødvendig for ulike livsprosesser ("utladning"), og i prosessen med fosforylering ("lading") , ATP akkumulerer igjen energi i seg selv.

På grunn av energien som frigjøres under ATP-hydrolyse, skjer nesten alle vitale prosesser i cellen og kroppen: overføring av nerveimpulser, biosyntese av stoffer, muskelsammentrekninger, transport av stoffer, etc.

III. Konsolidering av kunnskap

Løse biologiske problemer

Oppgave 1. Når vi løper fort, puster vi ofte, det er økt svette. Forklar disse fenomenene.

Oppgave 2. Hvorfor begynner frysende mennesker å trampe og hoppe i kulden?

Oppgave 3. I det velkjente verket av I. Ilf og E. Petrov "De tolv stolene" kan du blant mange nyttige tips finne følgende: "Pust dypt, du er spent." Prøv å rettferdiggjøre dette rådet fra synspunktet om energiprosessene som skjer i kroppen.

IV. Hjemmelekser

Begynn å forberede deg til prøven og prøven (dikter testspørsmål - se leksjon 21).

Leksjon 20

Utstyr: tabeller om generell biologi.

I. Generalisering av kunnskapen om seksjonen

Arbeid av studenter med spørsmål (individuelt) med etterfølgende verifisering og diskusjon

1. Gi eksempler på organiske forbindelser som inkluderer karbon, svovel, fosfor, nitrogen, jern, mangan.

2. Hvordan kan en levende celle skilles fra en død ved ionisk sammensetning?

3. Hvilke stoffer finnes i cellen i uoppløst form? Hvilke organer og vev inkluderer de?

4. Gi eksempler på makronæringsstoffer som inngår i de aktive sentrene til enzymer.

5. Hvilke hormoner inneholder sporstoffer?

6. Hvilken rolle har halogener i menneskekroppen?

7. Hvordan er proteiner forskjellige fra kunstige polymerer?

8. Hva er forskjellen mellom peptider og proteiner?

9. Hva heter proteinet som er en del av hemoglobin? Hvor mange underenheter består den av?

10. Hva er ribonuklease? Hvor mange aminosyrer er det i den? Når ble det kunstig syntetisert?

11. Hvorfor er hastigheten på kjemiske reaksjoner uten enzymer lav?

12. Hvilke stoffer transporteres av proteiner gjennom cellemembranen?

13. Hvordan skiller antistoffer seg fra antigener? Inneholder vaksiner antistoffer?

14. Hvilke stoffer bryter ned proteiner i kroppen? Hvor mye energi frigjøres i dette tilfellet? Hvor og hvordan nøytraliseres ammoniakk?

15. Gi et eksempel på peptidhormoner: hvordan deltar de i reguleringen av cellulær metabolisme?

16. Hva er strukturen til sukker som vi drikker te med? Hvilke andre tre synonymer for dette stoffet kjenner du til?

17. Hvorfor samles ikke fett i melk på overflaten, men er i suspensjon?

18. Hva er massen av DNA i kjernen til somatiske celler og kjønnsceller?

19. Hvor mye ATP bruker en person per dag?

20. Hvilke proteiner lager folk klær av?

Primærstruktur av bukspyttkjertelribonuklease (124 aminosyrer)

II. Hjemmelekser.

Fortsett forberedelsen til testen og test i avsnittet "Kjemisk organisering av livet."

Leksjon 21

I. Gjennomføring av en muntlig prøve på spørsmål

1. Elementær sammensetning av cellen.

2. Egenskaper ved organogene elementer.

3. Strukturen til vannmolekylet. Hydrogenbindingen og dens betydning i livets "kjemi".

4. Vannets egenskaper og biologiske funksjoner.

5. Hydrofile og hydrofobe stoffer.

6. Kationer og deres biologiske betydning.

7. Anioner og deres biologiske betydning.

8. Polymerer. biologiske polymerer. Forskjeller mellom periodiske og ikke-periodiske polymerer.

9. Egenskaper til lipider, deres biologiske funksjoner.

10. Grupper av karbohydrater kjennetegnet ved strukturelle trekk.

11. Biologiske funksjoner av karbohydrater.

12. Elementær sammensetning av proteiner. Aminosyrer. Dannelse av peptider.

13. Primære, sekundære, tertiære og kvaternære strukturer av proteiner.

14. Biologisk funksjon av proteiner.

15. Forskjeller mellom enzymer og ikke-biologiske katalysatorer.

16. Strukturen til enzymer. Koenzymer.

17. Virkningsmekanismen til enzymer.

18. Nukleinsyrer. Nukleotider og deres struktur. Dannelse av polynukleotider.

19. Regler for E.Chargaff. Prinsippet om komplementaritet.

20. Dannelse av et dobbelttrådet DNA-molekyl og dets spiralisering.

21. Klasser av cellulært RNA og deres funksjoner.

22. Forskjeller mellom DNA og RNA.

23. DNA-replikasjon. Transkripsjon.

24. Struktur og biologisk rolle til ATP.

25. Dannelsen av ATP i cellen.

II. Hjemmelekser

Fortsett forberedelsene til testen i avsnittet "Kjemisk organisering av livet."

Leksjon 22

I. Gjennomføring av en skriftlig prøve

valg 1

1. Det finnes tre typer aminosyrer - A, B, C. Hvor mange varianter av polypeptidkjeder bestående av fem aminosyrer kan bygges. Spesifiser disse alternativene. Vil disse polypeptidene ha de samme egenskapene? Hvorfor?

2. Alle levende ting består hovedsakelig av karbonforbindelser, og silisium, analogen til karbon, hvis innhold i jordskorpen er 300 ganger mer enn karbon, finnes bare i svært få organismer. Forklar dette faktum i form av strukturen og egenskapene til atomene til disse elementene.

3. ATP-molekyler merket med radioaktivt 32P ved den siste, tredje fosforsyreresten ble introdusert i en celle, og ATP-molekyler merket med 32P ved den første resten nærmest ribose ble introdusert i en annen celle. Etter 5 minutter ble innholdet av uorganisk fosfation merket med 32P målt i begge cellene. Hvor blir det betydelig høyere?

4. Studier har vist at 34 % av det totale antallet nukleotider av dette mRNA er guanin, 18 % er uracil, 28 % er cytosin og 20 % er adenin. Bestem den prosentvise sammensetningen av de nitrogenholdige basene til dobbelttrådet DNA, hvorav det spesifiserte mRNA er en støpning.

Alternativ 2

1. Fett utgjør den "første reserven" i energiomsetningen og brukes når reserven av karbohydrater er oppbrukt. Men i skjelettmuskulatur, i nærvær av glukose og fettsyrer, brukes sistnevnte i større grad. Proteiner som energikilde brukes alltid kun som en siste utvei, når kroppen sulter. Forklar disse faktaene.

2. Ioner av tungmetaller (kvikksølv, bly, etc.) og arsen bindes lett av sulfidgrupper av proteiner. Kjennskap til egenskapene til sulfidene til disse metallene, forklar hva som skjer med proteinet når det kombineres med disse metallene. Hvorfor er tungmetaller giftige for kroppen?

3. Ved oksidasjonsreaksjonen av substans A til substans B frigjøres 60 kJ energi. Hvor mange ATP-molekyler kan syntetiseres maksimalt i denne reaksjonen? Hvordan skal resten av energien brukes?

4. Studier har vist at 27 % av det totale antallet nukleotider av dette mRNA er guanin, 15 % er uracil, 18 % er cytosin og 40 % er adenin. Bestem den prosentvise sammensetningen av de nitrogenholdige basene til dobbelttrådet DNA, hvorav det spesifiserte mRNA er en støpning.

Fortsettelse følger

Det viktigste stoffet i cellene til levende organismer er adenosintrifosfat eller adenosintrifosfat. Skriver vi inn forkortelsen av dette navnet, får vi ATP (eng. ATP). Dette stoffet tilhører gruppen av nukleosidtrifosfater og spiller en ledende rolle i de metabolske prosessene i levende celler, og er en uunnværlig energikilde for dem.

I kontakt med

Oppdagerne av ATP var biokjemikerne ved Harvard School of Tropical Medicine - Yellapragada Subbarao, Karl Loman og Cyrus Fiske. Oppdagelsen skjedde i 1929 og ble en viktig milepæl i biologien til levende systemer. Senere, i 1941, fant den tyske biokjemikeren Fritz Lipmann at ATP i cellene er den viktigste energibæreren.

Strukturen til ATP

Dette molekylet har et systematisk navn, som er skrevet som følger: 9-β-D-ribofuranosyladenin-5'-trifosfat, eller 9-β-D-ribofuranosyl-6-amino-purin-5'-trifosfat. Hvilke forbindelser er i ATP? Kjemisk er det trifosfatesteren av adenosin - derivat av adenin og ribose. Dette stoffet dannes ved kobling av adenin, som er en purin nitrogenholdig base, med 1'-karbon av ribose ved bruk av en β-N-glykosidbinding. α-, β- og γ-molekylene av fosforsyre blir deretter sekvensielt festet til 5'-karbonet i ribosen.

Dermed inneholder ATP-molekylet forbindelser som adenin, ribose og tre fosforsyrerester. ATP er en spesiell forbindelse som inneholder bindinger som frigjør en stor mengde energi. Slike bindinger og stoffer kalles makroerge. Under hydrolysen av disse bindingene til ATP-molekylet frigjøres en energimengde fra 40 til 60 kJ / mol, mens denne prosessen er ledsaget av eliminering av en eller to fosforsyrerester.

Slik er disse kjemiske reaksjonene skrevet:

• en). ATP + vann → ADP + fosforsyre + energi;
• 2). ADP + vann → AMP + fosforsyre + energi.

Energien som frigjøres under disse reaksjonene brukes i ytterligere biokjemiske prosesser som krever visse energitilførsler.

Rollen til ATP i en levende organisme. Dens funksjoner

Hva er funksjonen til ATP? Først av alt, energi. Som nevnt ovenfor er hovedrollen til adenosintrifosfat energitilførselen til biokjemiske prosesser i en levende organisme. Denne rollen skyldes det faktum at ATP, på grunn av tilstedeværelsen av to høyenergibindinger, fungerer som en energikilde for mange fysiologiske og biokjemiske prosesser som krever store energikostnader. Slike prosesser er alle reaksjoner av syntesen av komplekse stoffer i kroppen. Dette er først og fremst den aktive overføringen av molekyler gjennom cellemembraner, inkludert deltakelse i dannelsen av et intermembrant elektrisk potensial, og implementeringen av muskelkontraksjon.

I tillegg til det ovennevnte, lister vi opp noen flere, ikke mindre viktige funksjoner til ATP, som for eksempel:

Hvordan dannes ATP i kroppen?

Syntese av adenosintrifosforsyre pågår, fordi kroppen alltid trenger energi for normalt liv. Til enhver tid er det svært lite av dette stoffet - omtrent 250 gram, som er en "nødreserve" for en "regnværsdag". Under sykdom er det en intensiv syntese av denne syren, fordi det kreves mye energi for funksjonen til immun- og ekskresjonssystemene, samt kroppens termoreguleringssystem, som er nødvendig for effektivt å bekjempe sykdomsutbruddet.

Hvilken celle har mest ATP? Dette er celler i muskel- og nervevev, siden energiutvekslingsprosesser er mest intensive i dem. Og dette er åpenbart, fordi musklene er involvert i bevegelsen, som krever sammentrekning av muskelfibre, og nevroner overfører elektriske impulser, uten hvilke arbeidet til alle kroppssystemer er umulig. Derfor er det så viktig for cellen å opprettholde et konstant og høyt nivå av adenosintrifosfat.

Hvordan kan adenosintrifosfatmolekyler dannes i kroppen? De er dannet av den såkalte fosforylering av ADP (adenosin difosfat). Dette kjemisk reaksjon følgende:

ADP + fosforsyre + energi→ATP + vann.

Fosforylering av ADP skjer med deltakelse av slike katalysatorer som enzymer og lys, og utføres på en av tre måter:

Både oksidativ fosforylering og substratfosforylering bruker energien til stoffer oksidert i løpet av en slik syntese.

Konklusjon

Adenosintrifosforsyre er det hyppigst oppdaterte stoffet i kroppen. Hvor lenge lever et adenosintrifosfatmolekyl i gjennomsnitt? I menneskekroppen, for eksempel, er levetiden mindre enn ett minutt, så ett molekyl av et slikt stoff blir født og forfaller opptil 3000 ganger per dag. Utrolig, men om dagen Menneskekroppen syntetiserer omtrent 40 kg av dette stoffet! Så stort er behovet for denne "indre energien" for oss!

Hele syklusen av syntese og videre bruk av ATP som energidrivstoff for metabolske prosesser i organismen til et levende vesen er selve essensen av energimetabolismen i denne organismen. Dermed er adenosintrifosfat et slags "batteri" som sikrer normal funksjon av alle celler i en levende organisme.

I biologi er ATP energikilden og livsgrunnlaget. ATP - adenosintrifosfat - er involvert i metabolske prosesser og regulerer biokjemiske reaksjoner i kroppen.

Hva er dette?

For å forstå hva ATP er, vil kjemi hjelpe. Den kjemiske formelen til ATP-molekylet er C10H16N5O13P3. Det er enkelt å huske det fulle navnet hvis du deler det ned i komponentene. Adenosintrifosfat eller adenosintrifosforsyre er et nukleotid som består av tre deler:

• adenin - purin nitrogenholdig base;
• ribose - monosakkarid relatert til pentoser;
• tre rester av fosforsyre.

Ris. 1. Strukturen til ATP-molekylet.

En mer detaljert oversikt over ATP er presentert i tabellen.

ATP ble først oppdaget av Harvard-biokjemikerne Subbarao, Loman og Fiske i 1929. I 1941 slo den tyske biokjemikeren Fritz Lipmann fast at ATP er energikilden til en levende organisme.

Energiproduksjon

Fosfatgrupper er forbundet med høyenergibindinger som lett ødelegges. Under hydrolyse (interaksjon med vann) brytes bindingene til fosfatgruppen ned, frigjør en stor mengde energi, og ATP omdannes til ADP (adenosin difosforsyre).

Konvensjonelt ser den kjemiske reaksjonen slik ut:

TOP 4 artiklersom leser med dette

ATP + H2O → ADP + H3PO4 + energi

Ris. 2. Hydrolyse av ATP.

En del av den frigjorte energien (ca. 40 kJ / mol) er involvert i anabolisme (assimilering, plastisk metabolisme), en del spres i form av varme for å opprettholde kroppstemperaturen. Ved ytterligere hydrolyse av ADP spaltes en annen fosfatgruppe av med frigjøring av energi og dannelse av AMP (adenosinmonofosfat). AMP gjennomgår ikke hydrolyse.

ATP syntese

ATP er lokalisert i cytoplasma, kjerne, kloroplaster og mitokondrier. ATP-syntese i en dyrecelle skjer i mitokondrier, og i en plantecelle - i mitokondrier og kloroplaster.

ATP dannes fra ADP og fosfat med energiforbruk. Denne prosessen kalles fosforylering:

ADP + H3PO4 + energi → ATP + H2O

Ris. 3. Dannelse av ATP fra ADP.

I planteceller skjer fosforylering under fotosyntesen og kalles fotofosforylering. Hos dyr skjer prosessen under respirasjon og kalles oksidativ fosforylering.

I dyreceller skjer ATP-syntese i prosessen med katabolisme (dissimilering, energimetabolisme) under nedbrytningen av proteiner, fett, karbohydrater.

Funksjoner

Fra definisjonen av ATP er det klart at dette molekylet er i stand til å gi energi. I tillegg til energi, utfører adenosintrifosforsyre andre funksjoner:

• er et materiale for syntese av nukleinsyrer;
• er en del av enzymer og regulerer kjemiske prosesser, fremskynder eller bremser deres kurs;
• er en mediator - overfører et signal til synapser (kontaktpunkter for to cellemembraner).

Hva har vi lært?

Fra biologitimen i 10. klasse lærte vi om strukturen og funksjonene til ATP – adenosintrifosforsyre. ATP består av adenin, ribose og tre fosforsyrerester. Under hydrolyse blir fosfatbindinger ødelagt, noe som frigjør energien som er nødvendig for organismers liv.

Emnequiz

Rapportevaluering

Gjennomsnittlig rangering: 4.6. Totale vurderinger mottatt: 621.

Millioner av biokjemiske reaksjoner finner sted i hvilken som helst celle i kroppen vår. De katalyseres av en rekke enzymer som ofte krever energi. Hvor tar cellen det? Dette spørsmålet kan besvares hvis vi vurderer strukturen til ATP-molekylet - en av hovedkildene til energi.

ATP er en universell energikilde

ATP står for adenosintrifosfat, eller adenosintrifosfat. Materie er en av de to viktigste energikildene i enhver celle. Strukturen til ATP og den biologiske rollen er nært beslektet. De fleste biokjemiske reaksjoner kan kun finne sted med deltagelse av molekyler av et stoff, spesielt gjelder dette.ATP er imidlertid sjelden direkte involvert i reaksjonen: For at enhver prosess skal finne sted, trengs det energi som finnes nettopp i adenosintrifosfat.

Strukturen til molekylene til stoffet er slik at bindingene som dannes mellom fosfatgruppene bærer en enorm mengde energi. Derfor kalles slike bindinger også makroerge, eller makroenergetiske (makro=mange, stort antall). Begrepet ble først introdusert av vitenskapsmannen F. Lipman, og han foreslo også å bruke ikonet ̴ for å betegne dem.

Det er svært viktig for cellen å opprettholde et konstant nivå av adenosintrifosfat. Dette gjelder spesielt muskelceller og nervefibre, fordi de er de mest energiavhengige og trenger et høyt innhold av adenosintrifosfat for å utføre sine funksjoner.

Strukturen til ATP-molekylet

Adenosintrifosfat består av tre elementer: ribose, adenin og

Ribose- et karbohydrat som tilhører gruppen pentoser. Dette betyr at ribose inneholder 5 karbonatomer, som er innelukket i en syklus. Ribose er forbundet med adenin med en β-N-glykosidbinding på det første karbonatomet. Dessuten er fosforsyrerester på det 5. karbonatomet festet til pentosen.

Adenin er en nitrogenholdig base. Avhengig av hvilken nitrogenholdig base som er festet til ribosen, isoleres også GTP (guanosintrifosfat), TTP (tymidintrifosfat), CTP (cytidintrifosfat) og UTP (uridintrifosfat). Alle disse stoffene ligner i strukturen på adenosintrifosfat og utfører omtrent de samme funksjonene, men de er mye mindre vanlige i cellen.

Rester av fosforsyre. Maksimalt tre fosforsyrerester kan festes til en ribose. Hvis det er to eller bare én av dem, kalles stoffet henholdsvis ADP (difosfat) eller AMP (monofosfat). Det er mellom fosforrestene at makroenergetiske bindinger konkluderes, etter bruddet som fra 40 til 60 kJ energi frigjøres. Hvis to bindinger brytes, frigjøres 80, sjeldnere - 120 kJ energi. Når bindingen mellom ribosen og fosforresten brytes, frigjøres bare 13,8 kJ, derfor er det kun to høyenergibindinger i trifosfatmolekylet (P ̴ P ̴ P), og en i ADP-molekylet (P ̴ P).

Hva er de strukturelle egenskapene til ATP. På grunn av det faktum at det dannes en makroenergetisk binding mellom fosforsyrerester, er strukturen og funksjonene til ATP sammenkoblet.

Strukturen til ATP og den biologiske rollen til molekylet. Ytterligere funksjoner av adenosintrifosfat

I tillegg til energi kan ATP utføre mange andre funksjoner i cellen. Sammen med andre nukleotidtrifosfater er trifosfat involvert i konstruksjonen av nukleinsyrer. I dette tilfellet er ATP, GTP, TTP, CTP og UTP leverandørene av nitrogenholdige baser. Denne egenskapen brukes i prosesser og transkripsjon.

ATP er også nødvendig for driften av ionekanaler. For eksempel pumper Na-K-kanalen 3 molekyler natrium ut av cellen og pumper 2 molekyler kalium inn i cellen. En slik ionestrøm er nødvendig for å opprettholde en positiv ladning på den ytre overflaten av membranen, og kun ved hjelp av adenosintrifosfat kan kanalen fungere. Det samme gjelder proton- og kalsiumkanaler.

ATP er en forløper for den andre budbringeren cAMP (syklisk adenosinmonofosfat) - cAMP overfører ikke bare signalet mottatt av cellemembranreseptorene, men er også en allosterisk effektor. Allosteriske effektorer er stoffer som fremskynder eller bremser enzymatiske reaksjoner. Så, syklisk adenosintrifosfat hemmer syntesen av et enzym som katalyserer nedbrytningen av laktose i bakterieceller.

Adenosintrifosfatmolekylet i seg selv kan også være en allosterisk effektor. Dessuten, i slike prosesser, fungerer ADP som en ATP-antagonist: hvis trifosfat akselererer reaksjonen, bremser difosfat ned, og omvendt. Dette er funksjonene og strukturen til ATP.

Hvordan dannes ATP i cellen

Funksjonene og strukturen til ATP er slik at molekylene til stoffet raskt blir brukt og ødelagt. Derfor er syntesen av trifosfat en viktig prosess i dannelsen av energi i cellen.

Det er tre viktigste måter å syntetisere adenosintrifosfat på:

1. Substratfosforylering.

2. Oksidativ fosforylering.

3. Fotofosforylering.

Substratfosforylering er basert på flere reaksjoner som oppstår i cellens cytoplasma. Disse reaksjonene kalles glykolyse - det anaerobe stadiet Som et resultat av 1 glykolysesyklus syntetiseres to molekyler fra 1 glukosemolekyl, som videre brukes til energiproduksjon, og to ATP syntetiseres også.

• C6H12O6 + 2ADP + 2Fn --> 2C3H4O3 + 2ATP + 4H.

Celleånding

Oksidativ fosforylering er dannelsen av adenosintrifosfat ved overføring av elektroner langs elektrontransportkjeden til membranen. Som et resultat av denne overføringen dannes det en protongradient på en av sidene av membranen, og ved hjelp av proteinintegralsettet av ATP-syntase bygges molekyler. Prosessen foregår på mitokondriemembranen.

Sekvensen av trinnene for glykolyse og oksidativ fosforylering i mitokondrier utgjør den totale prosessen som kalles respirasjon. Etter en fullstendig syklus dannes 36 ATP-molekyler fra 1 glukosemolekyl i cellen.

Fotofosforylering

Prosessen med fotofosforylering er den samme oksidative fosforyleringen med bare én forskjell: fotofosforyleringsreaksjoner skjer i kloroplastene i cellen under påvirkning av lys. ATP produseres under lysstadiet av fotosyntesen, den viktigste energiproduserende prosessen i grønne planter, alger og noen bakterier.

I prosessen med fotosyntese passerer elektroner gjennom den samme elektrontransportkjeden, noe som resulterer i dannelsen av en protongradient. Konsentrasjonen av protoner på den ene siden av membranen er kilden til ATP-syntese. Sammenstillingen av molekyler utføres av enzymet ATP-syntase.

Den gjennomsnittlige cellen inneholder 0,04 % adenosintrifosfat av den totale massen. Imidlertid de fleste veldig viktig observert i muskelceller: 0,2-0,5 %.

Det er omtrent 1 milliard ATP-molekyler i en celle.

Hvert molekyl lever ikke mer enn 1 minutt.

Ett molekyl av adenosintrifosfat fornyes 2000-3000 ganger om dagen.

Totalt syntetiserer menneskekroppen 40 kg adenosintrifosfat per dag, og på hvert tidspunkt er tilførselen av ATP 250 g.

Konklusjon

Strukturen til ATP og den biologiske rollen til molekylene er nært beslektet. Stoffet spiller en nøkkelrolle i livsprosesser, fordi de makroerge bindingene mellom fosfatrester inneholder en enorm mengde energi. Adenosintrifosfat utfører mange funksjoner i cellen, og derfor er det viktig å opprettholde en konstant konsentrasjon av stoffet. Forfall og syntese fortsetter med høy hastighet, siden energien til bindinger stadig brukes i biokjemiske reaksjoner. Det er et uunnværlig stoff i enhver celle i kroppen. Det er kanskje alt som kan sies om strukturen til ATP.