Baza tuturor proceselor vii este mișcarea atomo-moleculară. Atât procesul respirator, cât și dezvoltarea și diviziunea celulară sunt imposibile fără energie. Sursa de alimentare cu energie este ATP; ce este și cum se formează vor fi discutate mai jos.

Înainte de a studia conceptul de ATP, este necesar să-l descifrem. Acest termen înseamnă nucleozid trifosfat, care este esențial pentru metabolismul energetic și material din organism.

Aceasta este o sursă unică de energie care stă la baza proceselor biochimice. Acest compus este fundamental pentru formarea enzimatică.

ATP a fost descoperit la Harvard în 1929. Fondatorii au fost oameni de știință de la Harvard Medical School. Aceștia au inclus Karl Lohman, Cyrus Fiske și Yellapragada Subbarao. Ei au identificat un compus a cărui structură semăna cu nucleotida adenil a acizilor ribonucleici.

O caracteristică distinctivă a compusului a fost conținutul de trei resturi de acid fosforic în loc de unul. În 1941, omul de știință Fritz Lipmann a demonstrat că ATP are potențial energetic în interiorul celulei. Ulterior, a fost descoperită o enzimă cheie, care a fost numită ATP sintază. Sarcina sa este formarea de molecule acide în mitocondrii.

ATP este un acumulator de energie în biologia celulară și este esențial pentru implementarea cu succes a reacțiilor biochimice.

Biologia acidului adenozin trifosforic sugerează formarea acestuia ca urmare a metabolismului energetic. Procesul constă în crearea a 2 molecule în a doua etapă. Cele 36 de molecule rămase apar în a treia etapă.

Acumularea de energie în structura acidă are loc în partea de legătură dintre reziduurile de fosfor. În cazul detașării a 1 reziduu de fosfor are loc o eliberare de energie de 40 kJ.

Ca rezultat, acidul este transformat în adenozin difosfat (ADP). Extracția ulterioară a fosfatului favorizează apariția adenozin monofosfatului (AMP).

Trebuie remarcat faptul că ciclul plantelor implică reutilizarea AMP și ADP, ceea ce are ca rezultat reducerea acestor compuși la o stare acidă. Acest lucru este asigurat de proces.

Structura

Dezvăluirea esenței unui compus este posibilă după studierea compușilor care fac parte din molecula ATP.

Ce compuși sunt incluși în acid:

• 3 reziduuri de acid fosforic. Reziduurile acide sunt combinate între ele prin legături energetice de natură instabilă. Se găsește și sub denumirea de acid fosforic;
• adenina: este o bază azotată;
• Riboză: este un carbohidrat de pentoză.

Includerea acestor elemente în ATP îi conferă o structură de nucleotide. Acest lucru permite ca moleculei să fie clasificate ca acid nucleic.

Important! Ca rezultat al scindării moleculelor acide, se eliberează energie. Molecula de ATP conține 40 kJ de energie.

Educaţie

Formarea moleculei are loc în mitocondrii și cloroplaste. Punctul fundamental în sinteza moleculară a acidului este procesul de disimilare. Disimilarea este procesul de tranziție a unui compus complex la unul relativ simplu datorită distrugerii.

În cadrul sintezei acizilor, se obișnuiește să se distingă mai multe etape:

1. pregătitoare. La baza despicarii se afla procesul digestiv, asigurat de actiunea enzimatica. Alimentele care intră în organism suferă dezintegrare. Descompunerea grăsimilor are loc în acizi grași și glicerol. Proteinele se descompun în aminoacizi, amidonul în formarea de glucoză. Etapa este însoțită de eliberarea de energie termică.
2. Anoxic sau glicoliză. Se bazează pe procesul de degradare. Defalcarea glucozei are loc cu participarea enzimelor, în timp ce 60% din energia eliberată este transformată în căldură, restul rămâne în moleculă.
3. Oxigen sau hidroliza; Are loc în interiorul mitocondriilor. Apare cu ajutorul oxigenului și enzimelor. Este implicat oxigenul expirat de organism. Se termină. Implică eliberarea de energie pentru a forma o moleculă.

Există următoarele căi de formare moleculară:

1. Fosforilarea de natura substratului. Pe baza energiei substantelor rezultate din oxidare. Partea predominantă a moleculei se formează în mitocondriile de pe membrane. Se efectuează fără participarea enzimelor membranare. Apare în partea citoplasmatică prin glicoliză. Este permisă opțiunea de formare datorită transportului grupării fosfat din alți compuși cu energie înaltă.
2. Fosforilarea oxidativă. Apare din cauza unei reacții oxidative.
3. Fotofosforilarea la plante în timpul fotosintezei.

Sens

Semnificația fundamentală a unei molecule pentru organism este dezvăluită prin funcția pe care o îndeplinește ATP.

Funcționalitatea ATP include următoarele categorii:

1. Energie. Oferă organismului energie și reprezintă baza energetică pentru procesele și reacțiile biochimice fiziologice. Apare din cauza a 2 legături de înaltă energie. Implica contractia musculara, formarea potentialului transmembranar si asigurarea transportului molecular prin membrane.
2. Baza sintezei. Este considerat compusul de pornire pentru formarea ulterioară a acizilor nucleici.
3. de reglementare. Ea stă la baza reglementării majorității proceselor biochimice. Furnizat de apartenența la un efector alosteric al seriei enzimatice. Afectează activitatea centrelor de reglementare prin îmbunătățirea sau suprimarea acestora.
4. Intermediar. Este considerată o legătură secundară în transmiterea semnalelor hormonale în celulă. Este un precursor al formării de ADP ciclic.
5. Mediator. Este o substanță de semnalizare în sinapse și alte interacțiuni celulare. Se asigură semnalizarea purinergică.

Dintre punctele de mai sus, locul dominant este acordat funcției energetice a ATP.

Este important să înțelegeți, indiferent de funcția pe care o îndeplinește ATP, importanța sa este universală.

Video util

Să rezumam

Baza proceselor fiziologice și biochimice este existența moleculei de ATP. Sarcina principală a conexiunilor este furnizarea de energie. Fără conexiune, activitatea de viață atât a plantelor, cât și a animalelor este imposibilă.

In contact cu

Continuare. Vezi nr. 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005

Lecții de biologie la orele de științe

Planificare avansata, nota 10

Lecția 19. Structura chimică și rolul biologic al ATP

Echipament: tabele de biologie generală, diagramă a structurii moleculei de ATP, diagramă a relației dintre plastic și metabolismul energetic.

I. Testul de cunoștințe

Efectuarea unui dictat biologic „Compuși organici ai materiei vii”

Profesorul citește rezumatele sub numere, elevii notează în caiete numerele acelor rezumate care se potrivesc cu conținutul versiunii lor.

Opțiunea 1 – proteine.
Opțiunea 2 – carbohidrați.
Opțiunea 3 – lipide.
Opțiunea 4 – acizi nucleici.

1. În forma lor pură, sunt formați numai din atomi de C, H, O.

2. Pe lângă atomii C, H, O, ei conțin atomi de N și de obicei S.

3. Pe lângă atomii de C, H, O, ei conțin atomi de N și P.

4. Au o greutate moleculară relativ mică.

5. Greutatea moleculară poate fi de la mii la câteva zeci și sute de mii de daltoni.

6. Cei mai mari compuși organici cu o greutate moleculară de până la câteva zeci și sute de milioane de daltoni.

7. Au greutăți moleculare diferite – de la foarte mici la foarte mari, în funcție de faptul că substanța este un monomer sau un polimer.

8. Constă din monozaharide.

9. Constă din aminoacizi.

10. Constă din nucleotide.

11. Sunt esteri ai acizilor grași superiori.

12. Unitate structurală de bază: „bază azotată–pentoză–rezidu de acid fosforic”.

13. Unitate structurală de bază: „aminoacizi”.

14. Unitate structurală de bază: „monozaharidă”.

15. Unitate structurală de bază: „glicerol-acid gras”.

16. Moleculele de polimer sunt construite din monomeri identici.

17. Moleculele de polimer sunt construite din monomeri similari, dar nu chiar identici.

18. Nu sunt polimeri.

19. Îndeplinesc aproape exclusiv funcții energetice, de construcție și stocare, iar în unele cazuri – de protecție.

20. Pe lângă energie și construcții, îndeplinesc funcții catalitice, de semnalizare, de transport, motor și de protecție;

21. Ele stochează și transmit proprietățile ereditare ale celulei și organismului.

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

II. Învățarea de materiale noi

1. Structura acidului adenozin trifosforic

Pe lângă proteine, acizi nucleici, grăsimi și carbohidrați, materia vie se sintetizează un numar mare de alți compuși organici. Printre acestea, un rol important este jucat în bioenergetica celulei. acid adenozin trifosforic (ATP). ATP se găsește în toate celulele vegetale și animale. În celule, acidul adenozin trifosforic este cel mai adesea prezent sub formă de săruri numite adenozin trifosfați. Cantitatea de ATP fluctuează și este în medie de 0,04% (în medie există aproximativ 1 miliard de molecule de ATP într-o celulă). Cea mai mare cantitate de ATP este conținută în mușchii scheletici (0,2-0,5%).

Molecula de ATP constă dintr-o bază azotată - adenină, o pentoză - riboză și trei resturi de acid fosforic, adică. ATP este o adenil nucleotidă specială. Spre deosebire de alte nucleotide, ATP conține nu unul, ci trei reziduuri de acid fosforic. ATP se referă la substanțe macroergice - substanțe care conțin o cantitate mare de energie în legăturile lor.

Modelul spațial (A) și formula structurală (B) a moleculei de ATP

Reziduul de acid fosforic este scindat din ATP sub acțiunea enzimelor ATPază. ATP are o tendință puternică de a-și desprinde gruparea terminală de fosfat:

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

deoarece aceasta duce la dispariţia repulsiei electrostatice nefavorabile energetic între sarcinile negative adiacente. Fosfatul rezultat este stabilizat datorită formării legăturilor de hidrogen favorabile energetic cu apa. Distribuția sarcinii în sistemul ADP + Fn devine mai stabilă decât în ​​ATP. Această reacție eliberează 30,5 kJ (ruperea unei legături covalente normale eliberează 12 kJ).

Pentru a sublinia „costul” energetic ridicat al legăturii fosfor-oxigen în ATP, este de obicei notat cu semnul ~ și numit legătură macroenergetică. Când o moleculă de acid fosforic este îndepărtată, ATP este transformat în ADP (acid adenozin difosforic), iar dacă două molecule de acid fosforic sunt îndepărtate, ATP este transformat în AMP (acid adenozin monofosforic). Scindarea celui de-al treilea fosfat este însoțită de eliberarea a doar 13,8 kJ, astfel încât în ​​molecula de ATP există doar două legături reale de înaltă energie.

2. Formarea ATP în celulă

Aportul de ATP în celulă este mic. De exemplu, rezervele de ATP dintr-un mușchi sunt suficiente pentru 20-30 de contracții. Dar un mușchi poate lucra ore întregi și poate produce mii de contracții. Prin urmare, împreună cu descompunerea ATP în ADP, sinteza inversă trebuie să aibă loc în mod continuu în celulă. Există mai multe moduri sinteza ATPîn celule. Să-i cunoaștem.

1. Fosforilarea anaerobă. Fosforilarea este procesul de sinteză a ATP din ADP și fosfat cu greutate moleculară mică (Pn). În acest caz, vorbim despre procese fără oxigen de oxidare a substanțelor organice (de exemplu, glicoliza este procesul de oxidare fără oxigen a glucozei în acid piruvic). Aproximativ 40% din energia eliberată în timpul acestor procese (aproximativ 200 kJ/mol glucoză) este cheltuită pentru sinteza ATP, iar restul este disipată sub formă de căldură:

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

2. Fosforilarea oxidativă este procesul de sinteză a ATP folosind energia de oxidare a substanțelor organice cu oxigen. Acest proces a fost descoperit la începutul anilor 1930. secolul XX V.A. Engelhardt. Procesele de oxidare cu oxigen a substanțelor organice au loc în mitocondrii. Aproximativ 55% din energia eliberată în acest caz (aproximativ 2600 kJ/mol glucoză) este transformată în energia legăturilor chimice ale ATP, iar 45% este disipată sub formă de căldură.

Fosforilarea oxidativă este mult mai eficientă decât sinteza anaerobă: dacă în timpul procesului de glicoliză, numai 2 molecule de ATP sunt sintetizate în timpul descompunerii unei molecule de glucoză, atunci se formează 36 de molecule de ATP în timpul fosforilării oxidative.

3. Fotofosforilarea– procesul de sinteză a ATP folosind energia luminii solare. Această cale de sinteză a ATP este caracteristică doar celulelor capabile de fotosinteză (plante verzi, cianobacterii). Energia cuantelor luminii solare este folosită de fotosintetice în faza luminoasa fotosinteza pentru a sintetiza ATP.

3. Semnificația biologică a ATP

ATP se află în centrul proceselor metabolice din celulă, fiind o legătură între reacțiile de sinteză biologică și dezintegrare. Rolul ATP într-o celulă poate fi comparat cu rolul unei baterii, deoarece în timpul hidrolizei ATP este eliberată energia necesară pentru diferite procese vitale („descărcare”), iar în procesul de fosforilare („încărcare”) ATP. acumulează din nou energie.

Datorita energiei eliberate in timpul hidrolizei ATP, au loc aproape toate procesele vitale din celula si organism: transmiterea impulsurilor nervoase, biosinteza substantelor, contractiile musculare, transportul substantelor etc.

III. Consolidarea cunoștințelor

Rezolvarea problemelor biologice

Sarcina 1. Când alergăm repede, respirăm repede și apare transpirația crescută. Explicați aceste fenomene.

Problema 2. De ce oamenii înghețați încep să ștampileze și să sară în frig?

Sarcina 3. În celebra lucrare a lui I. Ilf și E. Petrov „Cele douăsprezece scaune”, printre multe sfaturi utile, puteți găsi următoarele: „Respiră adânc, ești entuziasmat”. Încercați să justificați acest sfat din punctul de vedere al proceselor energetice care au loc în organism.

IV. Teme pentru acasă

Începeți să vă pregătiți pentru test și test (dictați întrebările testului - vezi lecția 21).

Lecția 20. Generalizarea cunoștințelor în secțiunea „Organizarea chimică a vieții”

Echipament: tabele de biologie generală.

I. Generalizarea cunoștințelor secțiunii

Elevii lucrează cu întrebări (individual), urmate de verificare și discuții

1. Dați exemple de compuși organici, care includ carbon, sulf, fosfor, azot, fier, mangan.

2. Cum poți distinge o celulă vie de una moartă pe baza compoziției sale ionice?

3. Ce substanțe se găsesc în celulă sub formă nedizolvată? Ce organe și țesuturi conțin?

4. Dați exemple de macroelemente incluse în situsurile active ale enzimelor.

5. Ce hormoni conțin microelemente?

6. Care este rolul halogenilor în corpul uman?

7. Prin ce diferă proteinele de polimerii artificiali?

8. Cum diferă peptidele de proteine?

9. Care este numele proteinei care formează hemoglobina? Din câte subunități este compusă?

10. Ce este ribonucleaza? Câți aminoacizi conține? Când a fost sintetizat artificial?

11. De ce este scăzută viteza reacțiilor chimice fără enzime?

12. Ce substanțe sunt transportate de proteine ​​prin membrana celulară?

13. Cum diferă anticorpii de antigene? Vaccinurile conțin anticorpi?

14. În ce substanțe se descompun proteinele în organism? Câtă energie se eliberează? Unde și cum este neutralizat amoniacul?

15. Dați un exemplu de hormoni peptidici: cum sunt ei implicați în reglarea metabolismului celular?

16. Care este structura zahărului cu care bem ceaiul? Ce alte trei sinonime pentru această substanță cunoașteți?

17. De ce grăsimea din lapte nu este colectată la suprafață, ci mai degrabă sub formă de suspensie?

18. Care este masa ADN-ului din nucleul celulelor somatice și ale celulelor germinale?

19. Cât de mult ATP folosește o persoană pe zi?

20. Ce proteine ​​folosesc oamenii pentru a face haine?

Structura primară a ribonucleazei pancreatice (124 de aminoacizi)

II. Teme pentru acasă.

Continuați pregătirea pentru test și testare în secțiunea „Organizarea chimică a vieții”.

Lecția 21. Lecția de testare la secțiunea „Organizarea chimică a vieții”

I. Efectuarea unui test oral pe întrebări

1. Compoziția elementară a celulei.

2. Caracteristicile elementelor organogenice.

3. Structura unei molecule de apă. Legăturile de hidrogen și semnificația acesteia în „chimia” vieții.

4. Proprietăţile şi funcţiile biologice ale apei.

5. Substanțe hidrofile și hidrofobe.

6. Cationii și semnificația lor biologică.

7. Anionii și semnificația lor biologică.

8. Polimeri. Polimeri biologici. Diferențele dintre polimerii periodici și neperiodici.

9. Proprietăţile lipidelor, funcţiile lor biologice.

10. Grupuri de carbohidrați, care se disting prin caracteristici structurale.

11. Funcţiile biologice ale carbohidraţilor.

12. Compoziția elementară a proteinelor. Aminoacizi. Formarea peptidelor.

13. Structuri primare, secundare, terțiare și cuaternare ale proteinelor.

14. Funcția biologică a proteinelor.

15. Diferențele dintre enzime și catalizatorii nebiologici.

16. Structura enzimelor. Coenzime.

17. Mecanismul de acţiune al enzimelor.

18. Acizi nucleici. Nucleotidele și structura lor. Formarea polinucleotidelor.

19. Regulile lui E. Chargaff. Principiul complementarității.

20. Formarea unei molecule de ADN dublu catenar și spiralizarea acesteia.

21. Clase de ARN celular și funcțiile lor.

22. Diferențele dintre ADN și ARN.

23. Replicarea ADN-ului. Transcriere.

24. Structura și rolul biologic al ATP.

25. Formarea de ATP în celulă.

II. Teme pentru acasă

Continuați pregătirea pentru test în secțiunea „Organizarea chimică a vieții”.

Lecția 22. Lecția de testare la secțiunea „Organizarea chimică a vieții”

I. Efectuarea unei probe scrise

Opțiunea 1

1. Există trei tipuri de aminoacizi - A, B, C. Câte variante de lanțuri polipeptidice formate din cinci aminoacizi se pot construi. Vă rugăm să indicați aceste opțiuni. Vor avea aceste polipeptide aceleași proprietăți? De ce?

2. Toate ființele vii constau în principal din compuși de carbon, iar analogul carbonului, siliciul, al cărui conținut în scoarța terestră este de 300 de ori mai mare decât carbonul, se găsește doar în foarte puține organisme. Explicați acest fapt în ceea ce privește structura și proprietățile atomilor acestor elemente.

3. Moleculele de ATP marcate cu 32P radioactiv la ultimul, al treilea rest de acid fosforic au fost introduse într-o celulă, iar moleculele de ATP marcate cu 32P la primul rest cel mai apropiat de riboză au fost introduse în cealaltă celulă. După 5 minute, conținutul de ion fosfat anorganic marcat cu 32P a fost măsurat în ambele celule. Unde va fi semnificativ mai mare?

4. Cercetarile au aratat ca 34% din numarul total de nucleotide ale acestui ARNm este guanina, 18% este uracil, 28% este citozina si 20% este adenina. Determinați compoziția procentuală a bazelor azotate ale ADN-ului dublu catenar, din care ARNm indicat este o copie.

Opțiunea 2

1. Grăsimile constituie „prima rezervă” în metabolismul energetic și sunt folosite atunci când rezerva de carbohidrați este epuizată. Cu toate acestea, în mușchii scheletici, în prezența glucozei și a acizilor grași, aceștia din urmă sunt utilizați într-o măsură mai mare. Proteinele sunt întotdeauna folosite ca sursă de energie doar ca ultimă soluție, atunci când organismul moare de foame. Explicați aceste fapte.

2. Ionii metalelor grele (mercur, plumb etc.) și arsenul se leagă cu ușurință de grupele sulfurice ale proteinelor. Cunoscând proprietățile sulfurilor acestor metale, explicați ce se va întâmpla cu proteina atunci când este combinată cu aceste metale. De ce metalele grele sunt otravuri pentru organism?

3. În reacția de oxidare a substanței A în substanța B, se eliberează 60 kJ de energie. Câte molecule de ATP pot fi sintetizate maxim în această reacție? Cum va fi folosită restul energiei?

4. Studiile au arătat că 27% din numărul total de nucleotide ale acestui ARNm este guanină, 15% este uracil, 18% este citozină și 40% este adenină. Determinați compoziția procentuală a bazelor azotate ale ADN-ului dublu catenar, din care ARNm indicat este o copie.

Va urma

Cea mai importantă substanță din celulele organismelor vii este adenozin trifosfat sau adenozin trifosfat. Dacă introducem abrevierea acestui nume, obținem ATP. Această substanță aparține grupului trifosfaților nucleozidici și joacă un rol principal în procesele metabolice din celulele vii, fiind o sursă de energie de neînlocuit pentru acestea.

In contact cu

Descoperitorii ATP au fost biochimiști de la Harvard School of Tropical Medicine - Yellapragada Subbarao, Karl Lohman și Cyrus Fiske. Descoperirea a avut loc în 1929 și a devenit o piatră de hotar majoră în biologia sistemelor vii. Mai târziu, în 1941, biochimistul german Fritz Lipmann a descoperit că ATP-ul din celule este principalul purtător de energie.

Structura ATP

Această moleculă are o denumire sistematică, care este scrisă după cum urmează: 9-β-D-ribofuranosyladenin-5′-trifosfat sau 9-β-D-ribofuranosil-6-amino-purină-5′-trifosfat. Ce compuși alcătuiesc ATP? Din punct de vedere chimic, este ester de adenozin trifosfat - derivat al adeninei și ribozei. Această substanță se formează prin combinarea adeninei, care este o bază azotată purinică, cu carbonul 1′ al ribozei folosind o legătură β-N-glicozidică. Moleculele de acid α-, β- și y-fosforic sunt apoi adăugate secvenţial la carbonul 5′ al ribozei.

Astfel, molecula de ATP conține compuși precum adenina, riboza și trei resturi de acid fosforic. ATP este un compus special care conține legături care eliberează cantități mari de energie. Astfel de legături și substanțe sunt numite de înaltă energie. În timpul hidrolizei acestor legături ale moleculei de ATP, o cantitate de energie este eliberată de la 40 la 60 kJ/mol, iar acest proces este însoțit de eliminarea unuia sau a două reziduuri de acid fosforic.

Așa sunt scrise aceste reacții chimice:

• 1). ATP + apă → ADP + acid fosforic + energie;
• 2). ADP + apă →AMP + acid fosforic + energie.

Energia eliberată în timpul acestor reacții este utilizată în procese biochimice ulterioare care necesită anumite aporturi de energie.

Rolul ATP într-un organism viu. Funcțiile sale

Ce funcție îndeplinește ATP?În primul rând, energie. După cum sa menționat mai sus, rolul principal al adenozin trifosfat este de a furniza energie pentru procesele biochimice dintr-un organism viu. Acest rol se datorează faptului că, datorită prezenței a două legături de înaltă energie, ATP acționează ca o sursă de energie pentru multe procese fiziologice și biochimice care necesită aporturi mari de energie. Astfel de procese sunt toate reacțiile de sinteză a substanțelor complexe din organism. Acesta este, în primul rând, transferul activ al moleculelor prin membranele celulare, inclusiv participarea la crearea potențialului electric intermembranar și implementarea contracției musculare.

Pe lângă cele de mai sus, mai enumeram câteva: funcții nu mai puțin importante ale ATP, ca:

Cum se formează ATP în organism?

Sinteza acidului adenozin trifosforic este în curs de desfășurare, pentru că organismul are întotdeauna nevoie de energie pentru funcționarea normală. În orice moment, există foarte puțin din această substanță - aproximativ 250 de grame, care este o „rezervă de urgență” pentru o „zi ploioasă”. În timpul bolii, are loc sinteza intensivă a acestui acid, deoarece este necesară multă energie pentru funcționarea sistemului imunitar și excretor, precum și a sistemului de termoreglare al organismului, care este necesar pentru a combate eficient debutul bolii.

Care celule au cel mai mult ATP? Acestea sunt celule ale țesutului muscular și nervos, deoarece procesele de schimb de energie au loc cel mai intens în ele. Și acest lucru este evident, deoarece mușchii participă la mișcarea care necesită contracția fibrelor musculare, iar neuronii transmit impulsuri electrice, fără de care funcționarea tuturor sistemelor corpului este imposibilă. Acesta este motivul pentru care este atât de important ca celula să mențină un nivel constant și ridicat de adenozin trifosfat.

Cum se pot forma moleculele de adenozin trifosfat în organism? Ele sunt formate din așa-numitele fosforilarea ADP (adenozin difosfat). Acest reactie chimica după cum urmează:

ADP + acid fosforic + energie → ATP + apă.

Fosforilarea ADP are loc cu participarea catalizatorilor cum ar fi enzimele și lumina și se realizează într-unul din trei moduri:

Atât fosforilarea oxidativă, cât și fosforilarea substratului utilizează energia substanțelor care sunt oxidate în timpul unei astfel de sinteze.

Concluzie

Acid adenozin trifosforic- Aceasta este substanța cel mai frecvent reînnoită în organism. Cât timp trăiește în medie o moleculă de adenozin trifosfat? În corpul uman, de exemplu, durata sa de viață este mai mică de un minut, așa că o moleculă dintr-o astfel de substanță se naște și se descompune de până la 3000 de ori pe zi. Uimitor, în timpul zilei corpul uman sintetizeaza aproximativ 40 kg din aceasta substanta! Nevoia de această „energie internă” este atât de mare pentru noi!

Întregul ciclu de sinteză și utilizarea ulterioară a ATP ca combustibil energetic pentru procesele metabolice din corpul unei ființe vii reprezintă însăși esența metabolismului energetic în acest organism. Astfel, trifosfatul de adenozină este un fel de „baterie” care asigură funcționarea normală a tuturor celulelor unui organism viu.

În biologie, ATP este sursa de energie și baza vieții. ATP - adenozin trifosfat - este implicat în procesele metabolice și reglează reacțiile biochimice din organism.

Ce este asta?

Chimia vă va ajuta să înțelegeți ce este ATP. Formula chimică a moleculei de ATP este C10H16N5O13P3. Amintirea numelui complet este ușor dacă îl descompuneți în părțile sale componente. Adenozin trifosfat sau acid adenozin trifosforic este o nucleotidă formată din trei părți:

• adenina - baza azotata purinica;
• riboza - o monozaharidă înrudită cu pentoze;
• trei resturi de acid fosforic.

Orez. 1. Structura moleculei de ATP.

O explicație mai detaliată a ATP este prezentată în tabel.

ATP a fost descoperit pentru prima dată de biochimiștii de la Harvard Subbarao, Lohman și Fiske în 1929. În 1941, biochimistul german Fritz Lipmann a descoperit că ATP este sursa de energie pentru un organism viu.

Generare de energie

Grupările de fosfat sunt interconectate prin legături de înaltă energie care sunt ușor distruse. În timpul hidrolizei (interacțiunea cu apa), legăturile grupului fosfat se descompun, eliberând o cantitate mare de energie, iar ATP este transformat în ADP (acid adenozin difosforic).

În mod convențional, reacția chimică arată astfel:

TOP 4 articolecare citesc împreună cu asta

ATP + H2O → ADP + H3PO4 + energie

Orez. 2. Hidroliza ATP.

O parte din energia eliberată (aproximativ 40 kJ/mol) este implicată în anabolism (asimilare, metabolism plastic), în timp ce o parte este disipată sub formă de căldură pentru a menține temperatura corpului. Odată cu hidroliza ulterioară a ADP, o altă grupare fosfat este separată, eliberând energie și formând AMP (adenozin monofosfat). AMP nu suferă hidroliză.

sinteza ATP

ATP este localizat în citoplasmă, nucleu, cloroplaste și mitocondrii. Sinteza ATP într-o celulă animală are loc în mitocondrii, iar într-o celulă vegetală - în mitocondrii și cloroplaste.

ATP se formează din ADP și fosfat cu cheltuiala de energie. Acest proces se numește fosforilare:

ADP + H3PO4 + energie → ATP + H2O

Orez. 3. Formarea ATP din ADP.

În celulele vegetale, fosforilarea are loc în timpul fotosintezei și se numește fotofosforilare. La animale, procesul are loc în timpul respirației și se numește fosforilare oxidativă.

În celulele animale, sinteza ATP are loc în procesul de catabolism (disimilare, metabolism energetic) în timpul descompunerii proteinelor, grăsimilor și carbohidraților.

Funcții

Din definiția ATP este clar că această moleculă este capabilă să furnizeze energie. Pe lângă energie, funcționează acidul adenozin trifosforic alte functii:

• este un material pentru sinteza acizilor nucleici;
• face parte din enzime și reglează procesele chimice, accelerând sau încetinind progresul acestora;
• este un mediator – transmite un semnal către sinapse (locurile de contact dintre două membrane celulare).

Ce am învățat?

De la o lecție de biologie de clasa a X-a am învățat despre structura și funcțiile ATP - acid adenozin trifosforic. ATP constă din adenină, riboză și trei resturi de acid fosforic. În timpul hidrolizei, legăturile de fosfat sunt rupte, ceea ce eliberează energia necesară vieții organismelor.

Test pe tema

Evaluarea raportului

Rata medie: 4.6. Evaluări totale primite: 621.

Milioane de reacții biochimice au loc în orice celulă a corpului nostru. Ele sunt catalizate de o varietate de enzime, care necesită adesea energie. De unde o ia celula? La această întrebare se poate răspunde dacă luăm în considerare structura moleculei ATP - una dintre principalele surse de energie.

ATP este o sursă de energie universală

ATP înseamnă adenozin trifosfat sau adenozin trifosfat. Substanța este una dintre cele mai importante două surse de energie din orice celulă. Structura ATP și rolul său biologic sunt strâns legate. Majoritatea reacțiilor biochimice pot avea loc numai cu participarea moleculelor unei substanțe, acest lucru este mai ales adevărat. Cu toate acestea, ATP este rareori implicat direct în reacție: pentru ca orice proces să aibă loc, este nevoie de energia conținută tocmai în adenozin trifosfat.

Structura moleculelor substanței este astfel încât legăturile formate între grupările de fosfat transportă o cantitate imensă de energie. Prin urmare, astfel de legături mai sunt numite și macroergice, sau macroenergetice (macro=multe, cantitate mare). Termenul a fost introdus pentru prima dată de omul de știință F. Lipman, iar el a propus și folosirea simbolului ̴ pentru a le desemna.

Este foarte important ca celula să mențină un nivel constant de adenozin trifosfat. Acest lucru este valabil mai ales pentru celulele țesutului muscular și fibrele nervoase, deoarece acestea sunt cele mai dependente de energie și necesită un conținut ridicat de adenozin trifosfat pentru a-și îndeplini funcțiile.

Structura moleculei de ATP

Adenozin trifosfatul este format din trei elemente: riboză, adenină și reziduuri

Riboza- un carbohidrat care apartine grupului pentozei. Aceasta înseamnă că riboza conține 5 atomi de carbon, care sunt încadrați într-un ciclu. Riboza se conectează la adenină printr-o legătură β-N-glicozidică pe primul atom de carbon. Resturile de acid fosforic de pe al 5-lea atom de carbon sunt de asemenea adăugate la pentoză.

Adenina este o bază azotată.În funcție de ce bază azotată este atașată de riboză, se disting și GTP (guanozin trifosfat), TTP (timidin trifosfat), CTP (citidin trifosfat) și UTP (uridin trifosfat). Toate aceste substanțe sunt similare ca structură cu adenozin trifosfat și îndeplinesc aproximativ aceleași funcții, dar sunt mult mai puțin frecvente în celulă.

Reziduuri de acid fosforic. La riboză pot fi atașate maximum trei resturi de acid fosforic. Dacă sunt două sau doar unul, atunci substanța se numește ADP (difosfat) sau AMP (monofosfat). Între reziduurile de fosfor se încheie legăturile macroenergetice, după ruperea cărora se eliberează 40 până la 60 kJ de energie. Dacă două legături sunt rupte, se eliberează 80, mai rar - 120 kJ de energie. Când legătura dintre riboză și reziduul de fosfor este ruptă, se eliberează doar 13,8 kJ, deci există doar două legături de înaltă energie în molecula de trifosfat (P ̴ P ̴ P), iar în molecula ADP există una (P ̴). P).

Acestea sunt caracteristicile structurale ale ATP. Datorită faptului că între resturile de acid fosforic se formează o legătură macroenergetică, structura și funcțiile ATP sunt interconectate.

Structura ATP și rolul biologic al moleculei. Funcții suplimentare ale adenozin trifosfat

Pe lângă energie, ATP poate îndeplini multe alte funcții în celulă. Alături de alți trifosfați nucleotid, trifosfatul este implicat în construcția acizilor nucleici. În acest caz, ATP, GTP, TTP, CTP și UTP sunt furnizori de baze azotate. Această proprietate este utilizată în procese și transcriere.

ATP este, de asemenea, necesar pentru funcționarea canalelor ionice. De exemplu, canalul Na-K pompează 3 molecule de sodiu din celulă și pompează 2 molecule de potasiu în celulă. Acest curent ionic este necesar pentru a menține o sarcină pozitivă pe suprafața exterioară a membranei și numai cu ajutorul adenozin trifosfatului poate funcționa canalul. Același lucru este valabil și pentru canalele de protoni și calciu.

ATP este precursorul celui de-al doilea mesager cAMP (ciclic adenozin monofosfat) - cAMP nu numai că transmite semnalul primit de receptorii membranei celulare, dar este și un efector alosteric. Efectorii alosterici sunt substanțe care accelerează sau încetinesc reacțiile enzimatice. Astfel, adenozin trifosfat ciclic inhibă sinteza unei enzime care catalizează descompunerea lactozei în celulele bacteriene.

Molecula de adenozin trifosfat în sine poate fi, de asemenea, un efector alosteric. Mai mult, în astfel de procese, ADP acționează ca un antagonist al ATP: dacă trifosfatul accelerează reacția, atunci difosfatul o inhibă și invers. Acestea sunt funcțiile și structura ATP.

Cum se formează ATP într-o celulă?

Funcțiile și structura ATP sunt astfel încât moleculele substanței sunt rapid utilizate și distruse. Prin urmare, sinteza trifosfatului este un proces important în formarea energiei în celulă.

Există trei metode cele mai importante pentru sinteza adenozin trifosfat:

1. Fosforilarea substratului.

2. Fosforilarea oxidativă.

3. Fotofosforilarea.

Fosforilarea substratului se bazează pe reacții multiple care au loc în citoplasma celulară. Aceste reacții se numesc glicoliză – stadiu anaerob.În urma unui ciclu de glicoliză, dintr-o moleculă de glucoză se sintetizează două molecule, care sunt apoi folosite pentru a produce energie și se sintetizează și două ATP.

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

Respirația celulară

Fosforilarea oxidativă este formarea de adenozin trifosfat prin transferul de electroni de-a lungul lanțului de transport de electroni membranar. Ca urmare a acestui transfer, pe o parte a membranei se formează un gradient de protoni și, cu ajutorul setului integral proteic al ATP sintetazei, se construiesc molecule. Procesul are loc pe membrana mitocondrială.

Secvența etapelor de glicoliză și fosforilare oxidativă în mitocondrii constituie un proces comun numit respirație. După un ciclu complet, din 1 moleculă de glucoză din celulă se formează 36 de molecule de ATP.

Fotofosforilarea

Procesul de fotofosforilare este același cu fosforilarea oxidativă cu o singură diferență: reacțiile de fotofosforilare au loc în cloroplastele celulei sub influența luminii. ATP este produs în timpul etapei de lumină a fotosintezei, principalul proces de producere a energiei în plantele verzi, alge și unele bacterii.

În timpul fotosintezei, electronii trec prin același lanț de transport de electroni, rezultând formarea unui gradient de protoni. Concentrația de protoni pe o parte a membranei este sursa sintezei ATP. Asamblarea moleculelor este realizată de enzima ATP sintaza.

Celula medie conține 0,04% adenozin trifosfat în greutate. Cu toate acestea, cel mai mult mare importanță observat în celulele musculare: 0,2-0,5%.

Într-o celulă există aproximativ 1 miliard de molecule de ATP.

Fiecare moleculă nu trăiește mai mult de 1 minut.

O moleculă de adenozin trifosfat este reînnoită de 2000-3000 de ori pe zi.

În total, corpul uman sintetizează 40 kg de adenozin trifosfat pe zi, iar în orice moment rezerva de ATP este de 250 g.

Concluzie

Structura ATP-ului și rolul biologic al moleculelor sale sunt strâns legate. Substanța joacă un rol cheie în procesele vieții, deoarece legăturile de înaltă energie dintre reziduurile de fosfat conțin o cantitate imensă de energie. Trifosfatul de adenozină îndeplinește multe funcții în celulă și, prin urmare, este important să se mențină o concentrație constantă a substanței. Dezintegrarea și sinteza au loc cu viteză mare, deoarece energia legăturilor este utilizată în mod constant în reacțiile biochimice. Aceasta este o substanță esențială pentru orice celulă din organism. Acesta este probabil tot ce se poate spune despre structura ATP.