Všetky živé procesy sú založené na atómovom a molekulárnom pohybe. Dýchací proces aj bunkový vývoj, delenie nie je možné bez energie. Zdrojom dodávky energie je ATP, čo to je a ako sa tvorí, budeme diskutovať ďalej.

Pred štúdiom pojmu ATP je potrebné ho dešifrovať. Tento termín znamená nukleozidtrifosfát, ktorý je nevyhnutný pre energetický a látkový metabolizmus v tele.

Ide o jedinečný zdroj energie, ktorý je základom biochemických procesov. Táto zlúčenina je základom pre tvorbu enzýmov.

ATP bol objavený na Harvarde v roku 1929. Zakladateľmi boli vedci z Harvard Medical School. Patrili medzi nich Karl Loman, Cyrus Fiske a Yellapragada Subbarao. Identifikovali zlúčeninu, ktorá sa štruktúrou podobala adenylovému nukleotidu ribonukleových kyselín.

Charakteristickým znakom zlúčeniny bol obsah troch zvyškov kyseliny fosforečnej namiesto jedného. V roku 1941 vedec Fritz Lipmann dokázal, že ATP má v bunke energetický potenciál. Následne bol objavený kľúčový enzým, ktorý sa nazýval ATP syntáza. Jeho úlohou je tvorba kyslých molekúl v mitochondriách.

ATP je akumulátor energie v bunkovej biológii a je nevyhnutný pre úspešnú realizáciu biochemických reakcií.

Biológia kyseliny adenozíntrifosforečnej naznačuje jej tvorbu ako výsledok energetického metabolizmu. Proces pozostáva z vytvorenia 2 molekúl v druhom kroku. Zvyšných 36 molekúl sa objavuje v treťom štádiu.

Ku akumulácii energie v štruktúre kyseliny dochádza v spojive medzi zvyškami fosforu. V prípade odlúčenia 1 zvyšku fosforu dochádza k uvoľneniu energie 40 kJ.

V dôsledku toho sa kyselina premieňa na adenozíndifosfát (ADP). Následné oddelenie fosfátov podporuje produkciu adenozínmonofosfátu (AMP).

Treba poznamenať, že rastlinný cyklus zahŕňa opätovné použitie AMP a ADP, čo vedie k redukcii týchto zlúčenín do kyslého stavu. Toto poskytuje proces.

Štruktúra

Odhalenie podstaty zlúčeniny je možné po preštudovaní, ktoré zlúčeniny sú súčasťou molekuly ATP.

Aké zlúčeniny sú v kyseline?

• 3 zvyšky kyseliny fosforečnej. Kyslé zvyšky sa navzájom spájajú prostredníctvom energetických väzieb nestabilnej povahy. Nachádza sa aj pod názvom kyselina ortofosforečná;
• adenín: je dusíkatá zásada;
• Ribóza: Je to pentózový sacharid.

Zahrnutie týchto prvkov do ATP mu dáva nukleotidovú štruktúru. To umožňuje, aby bola molekula klasifikovaná ako nukleová kyselina.

Dôležité! V dôsledku odštiepenia molekúl kyseliny sa uvoľňuje energia. Molekula ATP obsahuje 40 kJ energie.

Vzdelávanie

K tvorbe molekuly dochádza v mitochondriách a chloroplastoch. Základným momentom v molekulárnej syntéze kyseliny je proces disimilácie. Disimilácia je proces prechodu komplexnej zlúčeniny na relatívne jednoduchú v dôsledku deštrukcie.

V rámci syntézy kyseliny je obvyklé rozlišovať niekoľko fáz:

1. Prípravné. Základom štiepenia je tráviaci proces, ktorý zabezpečuje enzymatické pôsobenie. Jedlo, ktoré sa dostane do tela, je zničené. Tuk sa štiepi na mastné kyseliny a glycerol. Bielkoviny sa štiepia na aminokyseliny, škrob sa štiepi na glukózu. Štádium je sprevádzané uvoľňovaním tepelnej energie.
2. Anoxický alebo glykolýza. Proces rozkladu je základ. K rozkladu glukózy dochádza za účasti enzýmov, pričom 60 % uvoľnenej energie sa premení na teplo, zvyšok zostáva v zložení molekuly.
3. Kyslík alebo hydrolýza; Vyskytuje sa v mitochondriách. Vyskytuje sa pomocou kyslíka a enzýmov. Zahŕňa kyslík vydychovaný telom. Konce dokončené. Znamená to uvoľnenie energie na vytvorenie molekuly.

Existujú nasledujúce spôsoby tvorby molekúl:

1. Fosforylácia substrátovej povahy. Na základe energie látok v dôsledku oxidácie. Prevažná časť molekuly sa tvorí v mitochondriách na membránach. Vykonáva sa bez účasti membránových enzýmov. Prebieha v cytoplazmatickej časti prostredníctvom glykolýzy. Je povolená možnosť tvorby v dôsledku transportu fosfátovej skupiny z iných vysokoenergetických zlúčenín.
2. Fosforylácia oxidačnej povahy. Vyskytuje sa v dôsledku oxidačnej reakcie.
3. Fotofosforylácia v rastlinách počas fotosyntézy.

Význam

Zásadný význam molekuly pre telo sa prejavuje prostredníctvom funkcie ATP.

Funkcie ATP zahŕňajú nasledujúce kategórie:

1. Energia. Dodáva telu energiu, je energetickým základom fyziologických biochemických procesov a reakcií. Vyskytuje sa vďaka 2 vysokoenergetickým väzbám. Zahŕňa svalovú kontrakciu, tvorbu transmembránového potenciálu, zabezpečenie molekulárneho transportu cez membrány.
2. základ syntézy. Považuje sa za východiskovú zlúčeninu pre následnú tvorbu nukleových kyselín.
3. Regulačné. Je základom regulácie väčšiny biochemických procesov. Poskytované tým, že patrí k alosterickému efektoru enzymatickej série. Ovplyvňuje činnosť regulačných centier tým, že ich posilňuje alebo potláča.
4. Sprostredkovateľ. Považuje sa za sekundárny článok pri prenose hormonálneho signálu do bunky. Je prekurzorom tvorby cyklického ADP.
5. sprostredkovateľ. Je to signálna látka v synapsiách a iných bunkových interakciách. Poskytuje purinergnú signalizáciu.

Spomedzi vyššie uvedených bodov má dominantné miesto energetická funkcia ATP.

Je dôležité pochopiť, bez ohľadu na to, akú funkciu ATP plní, jeho hodnota je univerzálna.

Užitočné video

Zhrnutie

Základom fyziologických a biochemických procesov je existencia molekuly ATP. Hlavnou úlohou spojov je dodávka energie. Bez spojenia je životne dôležitá činnosť rastlín aj zvierat nemožná.

V kontakte s

Pokračovanie. Pozri č. 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005

Hodiny biológie na hodinách prírodovedy

Pokročilé plánovanie, 10. ročník

Lekcia 19

Vybavenie: tabuľky zo všeobecnej biológie, diagram štruktúry molekuly ATP, diagram vzťahu medzi plastickou a energetickou výmenou.

I. Test vedomostí

Vedenie biologického diktátu „Organické zlúčeniny živej hmoty“

Učiteľ prečíta tézy pod číslami, žiaci si zapíšu do zošita čísla tých téz, ktoré sa obsahovo hodia k ich verzii.

Možnosť 1 - proteíny.
Možnosť 2 - sacharidy.
Možnosť 3 - lipidy.
Možnosť 4 - nukleové kyseliny.

1. V čistej forme sa skladajú iba z atómov C, H, O.

2. Okrem atómov C, H, O obsahujú atómy N a zvyčajne S.

3. Okrem atómov C, H, O obsahujú atómy N a P.

4. Majú relatívne malú molekulovú hmotnosť.

5. Molekulová hmotnosť môže byť od tisícok do niekoľkých desiatok a stoviek tisíc daltonov.

6. Najväčšie organické zlúčeniny s molekulovou hmotnosťou až niekoľko desiatok a stoviek miliónov daltonov.

7. Majú rôzne molekulové hmotnosti – od veľmi malých po veľmi vysoké, v závislosti od toho, či ide o látku monomér alebo polymér.

8. Pozostávajú z monosacharidov.

9. Pozostávajú z aminokyselín.

10. Pozostávajú z nukleotidov.

11. Sú to estery vyšších mastných kyselín.

12. Základná štruktúrna jednotka: "dusíkatá zásada - pentóza - zvyšok kyseliny fosforečnej".

13. Základná štruktúrna jednotka: „aminokyseliny“.

14. Základná štruktúrna jednotka: "monosacharid".

15. Základná štruktúrna jednotka: "glycerol-mastná kyselina".

16. Molekuly polymérov sú postavené z rovnakých monomérov.

17. Molekuly polymérov sú vytvorené z podobných, ale nie úplne identických monomérov.

18. Nie sú to polyméry.

19. Vykonávajú takmer výlučne energetické, stavebné a skladovacie funkcie, v niektorých prípadoch - ochranné.

20. Okrem energie a konštrukcie plnia katalytické, signálne, transportné, motorické a ochranné funkcie;

21. Ukladajú a prenášajú dedičné vlastnosti bunky a tela.

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

II. Učenie sa nového materiálu

1. Štruktúra kyseliny adenozíntrifosforečnej

Okrem bielkovín, nukleových kyselín, tukov a sacharidov sa v živej hmote syntetizuje veľké množstvo ďalších organických zlúčenín. Medzi nimi hrá dôležitú úlohu v bioenergetike bunky adenozíntrifosfát (ATP). ATP sa nachádza vo všetkých rastlinných a živočíšnych bunkách. V bunkách je kyselina adenozíntrifosforečná najčastejšie prítomná vo forme solí tzv adenosintrifosfátu. Množstvo ATP kolíše a dosahuje v priemere 0,04 % (v bunke je v priemere asi 1 miliarda molekúl ATP). Najväčší počet ATP sa nachádza v kostrovom svale (0,2–0,5 %).

Molekula ATP pozostáva z dusíkatej bázy – adenínu, pentózy – ribózy a troch zvyškov kyseliny fosforečnej, t.j. ATP je špeciálny adenylnukleotid. Na rozdiel od iných nukleotidov ATP neobsahuje jeden, ale tri zvyšky kyseliny fosforečnej. ATP označuje makroergické látky - látky obsahujúce vo svojich väzbách veľké množstvo energie.

Priestorový model (A) a štruktúrny vzorec (B) molekuly ATP

Zo zloženia ATP sa pôsobením enzýmov ATPázy odštiepi zvyšok kyseliny fosforečnej. ATP má silnú tendenciu oddeľovať svoju terminálnu fosfátovú skupinu:

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

pretože to vedie k zániku energeticky nepriaznivého elektrostatického odpudzovania medzi susednými zápornými nábojmi. Vzniknutý fosforečnan sa stabilizuje tvorbou energeticky výhodných vodíkových väzieb s vodou. Rozloženie náboja v systéme ADP + Fn sa stáva stabilnejším ako v ATP. V dôsledku tejto reakcie sa uvoľní 30,5 kJ (pri prerušení konvenčnej kovalentnej väzby sa uvoľní 12 kJ).

Aby sa zdôraznili vysoké energetické „náklady“ väzby fosfor-kyslík v ATP, je zvykom označovať ju znakom ~ a nazývať ju makroenergetická väzba. Keď sa odštiepi jedna molekula kyseliny fosforečnej, ATP sa premení na ADP (kyselina adenozíndifosforečná) a ak sa odštiepia dve molekuly kyseliny fosforečnej, potom sa ATP premení na AMP (kyselina adenozínmonofosforečná). Štiepenie tretieho fosfátu je sprevádzané uvoľnením len 13,8 kJ, takže v molekule ATP sú len dve makroergické väzby.

2. Tvorba ATP v bunke

Zásoba ATP v bunke je malá. Napríklad vo svale stačia zásoby ATP na 20–30 kontrakcií. Ale sval môže pracovať celé hodiny a produkovať tisíce kontrakcií. Preto spolu s rozkladom ATP na ADP musí v bunke nepretržite prebiehať reverzná syntéza. Spôsobov je viacero Syntéza ATP v bunkách. Poďme sa s nimi zoznámiť.

1. anaeróbna fosforylácia. Fosforylácia je proces syntézy ATP z ADP a fosfátu s nízkou molekulovou hmotnosťou (Pn). V tomto prípade hovoríme o bezkyslíkových procesoch oxidácie organických látok (napríklad glykolýza je proces bezkyslíkatej oxidácie glukózy na kyselinu pyrohroznovú). Približne 40% energie uvoľnenej počas týchto procesov (asi 200 kJ / mol glukózy) sa spotrebuje na syntézu ATP a zvyšok sa rozptýli vo forme tepla:

C6H1206 + 2ADP + 2Fn -> 2C3H403 + 2ATP + 4H.

2. Oxidačná fosforylácia- ide o proces syntézy ATP v dôsledku energie oxidácie organických látok kyslíkom. Tento proces bol objavený začiatkom 30. rokov 20. storočia. 20. storočie V.A. Engelhardt. V mitochondriách prebiehajú kyslíkové procesy oxidácie organických látok. Približne 55 % uvoľnenej energie (asi 2600 kJ/mol glukózy) sa v tomto prípade premení na energiu chemických väzieb ATP a 45 % sa rozptýli vo forme tepla.

Oxidačná fosforylácia je oveľa účinnejšia ako anaeróbne syntézy: ak sa počas glykolýzy počas rozpadu molekuly glukózy syntetizujú iba 2 molekuly ATP, potom sa počas oxidatívnej fosforylácie vytvorí 36 molekúl ATP.

3. Fotofosforylácia- proces syntézy ATP vďaka energii slnečného žiarenia. Táto cesta syntézy ATP je charakteristická len pre bunky schopné fotosyntézy (zelené rastliny, sinice). Energiu slnečných kvantov využíva fotosyntetika v svetelná fáza fotosyntéza na syntézu ATP.

3. Biologický význam ATP

ATP je v centre metabolických procesov v bunke a je spojovacím článkom medzi reakciami biologickej syntézy a rozpadu. Úlohu ATP v bunke možno porovnať s úlohou batérie, keďže pri hydrolýze ATP sa uvoľňuje energia potrebná pre rôzne životné procesy ("vybíjanie") a v procese fosforylácie ("nabíjanie") , ATP v sebe opäť akumuluje energiu.

V dôsledku energie uvoľnenej počas hydrolýzy ATP prebiehajú takmer všetky životne dôležité procesy v bunke a tele: prenos nervových impulzov, biosyntéza látok, svalové kontrakcie, transport látok atď.

III. Upevnenie vedomostí

Riešenie biologických problémov

Úloha 1. Pri rýchlom behu často dýchame, dochádza k zvýšenému poteniu. Vysvetlite tieto javy.

Úloha 2. Prečo mrznúci ľudia začínajú v mrazoch dupať a skákať?

Úloha 3. V známom diele I. Ilfa a E. Petrova „Dvanásť stoličiek“ medzi mnohými užitočnými radami nájdete aj toto: „Zhlboka sa nadýchnite, ste vzrušení.“ Skúste túto radu zdôvodniť z pohľadu energetických procesov prebiehajúcich v tele.

IV. Domáca úloha

Začnite sa pripravovať na test a testujte (nadiktujte testové otázky – pozri lekciu 21).

Lekcia 20

Vybavenie: tabuľky zo všeobecnej biológie.

I. Zovšeobecnenie poznatkov sekcie

Práca žiakov s otázkami (individuálne) s následným overením a diskusiou

1. Uveďte príklady organických zlúčenín, ktoré zahŕňajú uhlík, síru, fosfor, dusík, železo, mangán.

2. Ako možno podľa iónového zloženia rozlíšiť živú bunku od mŕtvej?

3. Aké látky sú v bunke v nerozpustenej forme? Aké orgány a tkanivá zahŕňajú?

4. Uveďte príklady makroživín obsiahnutých v aktívnych centrách enzýmov.

5. Aké hormóny obsahujú stopové prvky?

6. Aká je úloha halogénov v ľudskom organizme?

7. Čím sa líšia proteíny od umelých polymérov?

8. Aký je rozdiel medzi peptidmi a proteínmi?

9. Ako sa nazýva bielkovina, ktorá je súčasťou hemoglobínu? Z koľkých podjednotiek sa skladá?

10. Čo je ribonukleáza? Koľko aminokyselín je v ňom? Kedy bol umelo syntetizovaný?

11. Prečo je rýchlosť chemických reakcií bez enzýmov nízka?

12. Aké látky transportujú bielkoviny cez bunkovú membránu?

13. Ako sa líšia protilátky od antigénov? Obsahujú vakcíny protilátky?

14. Aké látky rozkladajú bielkoviny v tele? Koľko energie sa v tomto prípade uvoľní? Kde a ako sa neutralizuje amoniak?

15. Uveďte príklad peptidových hormónov: ako sa podieľajú na regulácii bunkového metabolizmu?

16. Aká je štruktúra cukru, s ktorým pijeme čaj? Aké ďalšie tri synonymá pre túto látku poznáte?

17. Prečo sa tuk v mlieku nezhromažďuje na povrchu, ale je v suspenzii?

18. Aká je hmotnosť DNA v jadre somatických a zárodočných buniek?

19. Koľko ATP spotrebuje človek denne?

20. Z akých bielkovín si ľudia vyrábajú oblečenie?

Primárna štruktúra pankreatickej ribonukleázy (124 aminokyselín)

II. Domáca úloha.

Pokračujte v príprave na test a test v časti „Chemická organizácia života“.

Lekcia 21

I. Vykonanie ústneho testu z otázok

1. Elementárne zloženie bunky.

2. Charakteristika organogénnych prvkov.

3. Štruktúra molekuly vody. Vodíková väzba a jej význam v „chémii“ života.

4. Vlastnosti a biologické funkcie vody.

5. Hydrofilné a hydrofóbne látky.

6. Katióny a ich biologický význam.

7. Anióny a ich biologický význam.

8. Polyméry. biologické polyméry. Rozdiely medzi periodickými a neperiodickými polymérmi.

9. Vlastnosti lipidov, ich biologické funkcie.

10. Skupiny uhľohydrátov vyznačujúce sa štruktúrnymi znakmi.

11. Biologické funkcie sacharidov.

12. Elementárne zloženie bielkovín. Aminokyseliny. Tvorba peptidov.

13. Primárne, sekundárne, terciárne a kvartérne štruktúry bielkovín.

14. Biologická funkcia bielkovín.

15. Rozdiely medzi enzýmami a nebiologickými katalyzátormi.

16. Štruktúra enzýmov. Koenzýmy.

17. Mechanizmus účinku enzýmov.

18. Nukleové kyseliny. Nukleotidy a ich štruktúra. Tvorba polynukleotidov.

19. Pravidlá E.Chargaffa. Princíp komplementarity.

20. Vznik molekuly dvojvláknovej DNA a jej špirálovitosť.

21. Triedy bunkovej RNA a ich funkcie.

22. Rozdiely medzi DNA a RNA.

23. replikácia DNA. Prepis.

24. Štruktúra a biologická úloha ATP.

25. Tvorba ATP v bunke.

II. Domáca úloha

Pokračujte v príprave na test v časti „Chemická organizácia života“.

Lekcia 22

I. Vykonanie písomného testu

možnosť 1

1. Existujú tri typy aminokyselín - A, B, C. Koľko variantov polypeptidových reťazcov pozostávajúcich z piatich aminokyselín možno postaviť. Zadajte tieto možnosti. Budú mať tieto polypeptidy rovnaké vlastnosti? prečo?

2. Všetko živé sa skladá hlavne zo zlúčenín uhlíka a kremík, analóg uhlíka, ktorého obsah v zemskej kôre je 300-krát väčší ako uhlík, sa nachádza len v niekoľkých organizmoch. Vysvetlite túto skutočnosť z hľadiska štruktúry a vlastností atómov týchto prvkov.

3. Molekuly ATP označené rádioaktívnym 32P na poslednom, treťom zvyšku kyseliny fosforečnej sa zaviedli do jednej bunky a molekuly ATP označené 32P na prvom zvyšku najbližšie k ribóze sa zaviedli do inej bunky. Po 5 minútach sa v oboch bunkách zmeral obsah anorganického fosfátového iónu označeného32P. Kde bude výrazne vyššia?

4. Štúdie ukázali, že 34 % z celkového počtu nukleotidov tejto mRNA tvorí guanín, 18 % uracil, 28 % cytozín a 20 % adenín. Určte percentuálne zloženie dusíkatých báz dvojvláknovej DNA, z ktorých je uvedená mRNA plesňou.

Možnosť 2

1. Tuky tvoria „prvú rezervu“ v energetickom metabolizme a využívajú sa pri vyčerpaní zásob sacharidov. V kostrových svaloch sa však v prítomnosti glukózy a mastných kyselín vo väčšej miere využívajú práve tie druhé. Proteíny ako zdroj energie sa využívajú vždy len ako posledná možnosť, keď telo hladuje. Vysvetlite tieto skutočnosti.

2. Ióny ťažkých kovov (ortuť, olovo atď.) a arzénu sa ľahko viažu na sulfidové skupiny bielkovín. Keď poznáte vlastnosti sulfidov týchto kovov, vysvetlite, čo sa stane s proteínom, keď sa skombinuje s týmito kovmi. Prečo sú ťažké kovy pre telo jedovaté?

3. Pri oxidačnej reakcii látky A na látku B sa uvoľní 60 kJ energie. Koľko molekúl ATP môže byť v tejto reakcii maximálne syntetizované? Ako sa využije zvyšok energie?

4. Štúdie ukázali, že 27 % z celkového počtu nukleotidov tejto mRNA tvorí guanín, 15 % uracil, 18 % cytozín a 40 % adenín. Určte percentuálne zloženie dusíkatých báz dvojvláknovej DNA, z ktorej je odliatok špecifikovaná mRNA.

Pokračovanie nabudúce

Najdôležitejšou látkou v bunkách živých organizmov je adenozíntrifosfát alebo adenozíntrifosfát. Ak zadáme skratku tohto názvu, dostaneme ATP (angl. ATP). Táto látka patrí do skupiny nukleozidtrifosfátov a hrá vedúcu úlohu v metabolických procesoch v živých bunkách a je pre ne nenahraditeľným zdrojom energie.

V kontakte s

Objaviteľmi ATP boli biochemici z Harvardskej školy tropickej medicíny – Yellapragada Subbarao, Karl Loman a Cyrus Fiske. Objav nastal v roku 1929 a stal sa významným míľnikom v biológii živých systémov. Neskôr, v roku 1941, nemecký biochemik Fritz Lipmann zistil, že ATP v bunkách je hlavným nosičom energie.

Štruktúra ATP

Táto molekula má systematický názov, ktorý je napísaný takto: 9-β-D-ribofuranosyladenín-5'-trifosfát alebo 9-β-D-ribofuranosyl-6-amino-purín-5'-trifosfát. Aké zlúčeniny sú v ATP? Chemicky je to trifosfátový ester adenozínu - derivát adenínu a ribózy. Táto látka vzniká spojením adenínu, čo je purínová dusíkatá zásada, s 1'-uhlíkom ribózy pomocou β-N-glykozidickej väzby. α-, β- a y-molekuly kyseliny fosforečnej sú potom postupne pripojené na 5'-uhlík ribózy.

Molekula ATP teda obsahuje zlúčeniny ako adenín, ribóza a tri zvyšky kyseliny fosforečnej. ATP je špeciálna zlúčenina obsahujúca väzby, ktoré uvoľňujú veľké množstvo energie. Takéto väzby a látky sa nazývajú makroergické. Pri hydrolýze týchto väzieb molekuly ATP sa uvoľní množstvo energie od 40 do 60 kJ/mol, pričom tento proces je sprevádzaný elimináciou jedného alebo dvoch zvyškov kyseliny fosforečnej.

Takto sú napísané tieto chemické reakcie:

• jeden). ATP + voda → ADP + kyselina fosforečná + energia;
• 2). ADP + voda → AMP + kyselina fosforečná + energia.

Energia uvoľnená pri týchto reakciách sa využíva v ďalších biochemických procesoch, ktoré si vyžadujú určité energetické vstupy.

Úloha ATP v živom organizme. Jeho funkcie

Aká je funkcia ATP? V prvom rade energia. Ako bolo uvedené vyššie, hlavnou úlohou adenozíntrifosfátu je zásobovanie energiou biochemických procesov v živom organizme. Táto úloha je spôsobená skutočnosťou, že vďaka prítomnosti dvoch vysokoenergetických väzieb pôsobí ATP ako zdroj energie pre mnohé fyziologické a biochemické procesy, ktoré si vyžadujú veľké náklady na energiu. Takéto procesy sú všetky reakcie syntézy zložitých látok v tele. Ide predovšetkým o aktívny prenos molekúl cez bunkové membrány, vrátane účasti na vytváraní medzimembránového elektrického potenciálu a realizácii svalovej kontrakcie.

Okrem vyššie uvedeného uvádzame niekoľko ďalších, nemenej dôležité funkcie ATP, ako napríklad:

Ako sa v tele tvorí ATP?

Syntéza kyseliny adenozíntrifosforečnej prebieha, pretože telo vždy potrebuje energiu pre normálny život. V každom okamihu je tejto látky veľmi málo – asi 250 gramov, ktoré sú „núdzovou rezervou“ na „daždivý deň“. Pri chorobe dochádza k intenzívnej syntéze tejto kyseliny, pretože na fungovanie imunitného a vylučovacieho systému, ako aj termoregulačného systému organizmu, ktorý je potrebný na účinný boj so vznikom ochorenia, je potrebné veľa energie.

Ktorá bunka má najviac ATP? Sú to bunky svalových a nervových tkanív, pretože procesy výmeny energie sú v nich najintenzívnejšie. A to je zrejmé, pretože svaly sú zapojené do pohybu, ktorý si vyžaduje kontrakciu svalových vlákien a neuróny prenášajú elektrické impulzy, bez ktorých nie je možná práca všetkých systémov tela. Preto je pre bunku také dôležité udržiavať konštantnú a vysokú hladinu adenozíntrifosfátu.

Ako sa môžu v tele tvoriť molekuly adenozíntrifosfátu? Sú tvorené tzv fosforylácia ADP (adenozíndifosfát). Toto chemická reakcia nasledovne:

ADP + kyselina fosforečná + energia→ATP + voda.

Fosforylácia ADP nastáva za účasti takých katalyzátorov, ako sú enzýmy a svetlo, a uskutočňuje sa jedným z troch spôsobov:

Oxidačná aj substrátová fosforylácia využívajú energiu látok oxidovaných v priebehu takejto syntézy.

Záver

Kyselina adenozíntrifosforečná je najčastejšie aktualizovaná látka v tele. Ako dlho v priemere žije molekula adenozíntrifosfátu? Napríklad v ľudskom tele je jeho životnosť kratšia ako jedna minúta, takže jedna molekula takejto látky sa rodí a rozkladá až 3000-krát za deň. Úžasné, ale počas dňa Ľudské telo syntetizuje asi 40 kg tejto látky! Tak veľká je potreba tejto „vnútornej energie“ pre nás!

Celý cyklus syntézy a ďalšie využitie ATP ako energetického paliva pre metabolické procesy v tele živej bytosti je samotnou podstatou energetického metabolizmu v tomto tele. Adenozíntrifosfát je teda akousi „batériou“, ktorá zabezpečuje normálne fungovanie všetkých buniek živého organizmu.

V biológii je ATP zdrojom energie a základom života. ATP - adenozíntrifosfát - sa podieľa na metabolických procesoch a reguluje biochemické reakcie v tele.

Čo je toto?

Aby sme pochopili, čo je ATP, pomôže chémia. Chemický vzorec molekuly ATP je C10H16N5O13P3. Zapamätanie celého názvu je jednoduché, ak ho rozložíte na jednotlivé časti. Adenozíntrifosfát alebo kyselina adenozíntrifosforečná je nukleotid pozostávajúci z troch častí:

• adenín - purínová dusíkatá zásada;
• ribóza - monosacharid súvisiaci s pentózami;
• tri zvyšky kyseliny fosforečnej.

Ryža. 1. Štruktúra molekuly ATP.

Podrobnejšie rozdelenie ATP je uvedené v tabuľke.

ATP prvýkrát objavili biochemici z Harvardu Subbarao, Loman a Fiske v roku 1929. V roku 1941 nemecký biochemik Fritz Lipmann zistil, že ATP je zdrojom energie živého organizmu.

Výroba energie

Fosfátové skupiny sú vzájomne prepojené vysokoenergetickými väzbami, ktoré sa ľahko zničia. Pri hydrolýze (interakcia s vodou) sa väzby fosfátovej skupiny rozpadajú, pričom sa uvoľňuje veľké množstvo energie a ATP sa mení na ADP (kyselinu adenozíndifosforečnú).

Chemická reakcia zvyčajne vyzerá takto:

TOP 4 článkyktorí čítajú spolu s týmto

ATP + H2O → ADP + H3PO4 + energia

Ryža. 2. Hydrolýza ATP.

Časť uvoľnenej energie (asi 40 kJ / mol) sa podieľa na anabolizme (asimilácia, metabolizmus plastov), ​​časť sa odvádza vo forme tepla na udržanie telesnej teploty. Pri ďalšej hydrolýze ADP dochádza k odštiepeniu ďalšej fosfátovej skupiny za uvoľnenia energie a vzniku AMP (adenozínmonofosfát). AMP nepodlieha hydrolýze.

Syntéza ATP

ATP sa nachádza v cytoplazme, jadre, chloroplastoch a mitochondriách. Syntéza ATP v živočíšnej bunke sa vyskytuje v mitochondriách a v rastlinnej bunke - v mitochondriách a chloroplastoch.

ATP sa tvorí z ADP a fosfátu s výdajom energie. Tento proces sa nazýva fosforylácia:

ADP + H3PO4 + energia → ATP + H2O

Ryža. 3. Tvorba ATP z ADP.

V rastlinných bunkách prebieha fosforylácia počas fotosyntézy a nazýva sa fotofosforylácia. U zvierat tento proces prebieha počas dýchania a nazýva sa oxidatívna fosforylácia.

V živočíšnych bunkách dochádza k syntéze ATP v procese katabolizmu (disimilácia, energetický metabolizmus) pri rozklade bielkovín, tukov, sacharidov.

Funkcie

Z definície ATP je zrejmé, že táto molekula je schopná poskytnúť energiu. Okrem energie pôsobí kyselina adenozíntrifosforečná ďalšie vlastnosti:

• je materiálom na syntézu nukleových kyselín;
• je súčasťou enzýmov a reguluje chemické procesy, urýchľuje alebo spomaľuje ich priebeh;
• je mediátor – prenáša signál do synapsií (bodov kontaktu dvoch bunkových membrán).

Čo sme sa naučili?

Na hodine biológie v 10. ročníku sme sa učili o štruktúre a funkciách ATP – kyseliny adenozíntrifosforečnej. ATP sa skladá z adenínu, ribózy a troch zvyškov kyseliny fosforečnej. Pri hydrolýze sa ničia fosfátové väzby, čím sa uvoľňuje energia potrebná pre život organizmov.

Tématický kvíz

Hodnotenie správy

Priemerné hodnotenie: 4.6. Celkový počet získaných hodnotení: 621.

V ktorejkoľvek bunke nášho tela prebiehajú milióny biochemických reakcií. Sú katalyzované rôznymi enzýmami, ktoré často vyžadujú energiu. Kde to bunka vezme? Na túto otázku možno odpovedať, ak vezmeme do úvahy štruktúru molekuly ATP - jedného z hlavných zdrojov energie.

ATP je univerzálny zdroj energie

ATP znamená adenozíntrifosfát alebo adenozíntrifosfát. Hmota je jedným z dvoch najdôležitejších zdrojov energie v každej bunke. Štruktúra ATP a biologická úloha spolu úzko súvisia. Väčšina biochemických reakcií môže prebiehať iba za účasti molekúl látky, najmä to platí.ATP sa však zriedkavo priamo zúčastňuje reakcie: na to, aby prebehol akýkoľvek proces, je potrebná energia, ktorá je obsiahnutá práve v adenozíntrifosfáte.

Štruktúra molekúl látky je taká, že väzby vytvorené medzi fosfátovými skupinami nesú obrovské množstvo energie. Preto sa takéto väzby nazývajú aj makroergické, alebo makroenergetické (makro=veľa, veľký počet). Prvýkrát tento pojem zaviedol vedec F. Lipman a na ich označenie navrhol použiť aj ikonu ̴.

Pre bunku je veľmi dôležité udržiavať konštantnú hladinu adenozíntrifosfátu. Platí to najmä pre bunky svalového tkaniva a nervových vlákien, pretože sú energeticky najviac závislé a na plnenie svojich funkcií potrebujú vysoký obsah adenozíntrifosfátu.

Štruktúra molekuly ATP

Adenozíntrifosfát sa skladá z troch prvkov: ribózy, adenínu a

Ribóza- sacharid, ktorý patrí do skupiny pentóz. To znamená, že ribóza obsahuje 5 atómov uhlíka, ktoré sú uzavreté v cykle. Ribóza je spojená s adenínom β-N-glykozidovou väzbou na 1. atóme uhlíka. K pentóze sú tiež pripojené zvyšky kyseliny fosforečnej na 5. atóme uhlíka.

Adenín je dusíkatá zásada. Podľa toho, ktorá dusíkatá báza je na ribózu naviazaná, sa izolujú aj GTP (guanozíntrifosfát), TTP (tymidíntrifosfát), CTP (cytidíntrifosfát) a UTP (uridíntrifosfát). Všetky tieto látky majú podobnú štruktúru ako adenozíntrifosfát a vykonávajú približne rovnaké funkcie, ale v bunke sú oveľa menej bežné.

Zvyšky kyseliny fosforečnej. K ribóze môžu byť pripojené maximálne tri zvyšky kyseliny fosforečnej. Ak sú dve alebo iba jedna z nich, potom sa látka nazýva ADP (difosfát) alebo AMP (monofosfát). Práve medzi zvyškami fosforu sa uzatvárajú makroenergetické väzby, po ktorých pretrhnutí sa uvoľní 40 až 60 kJ energie. Ak sa prerušia dve väzby, 80, menej často - uvoľní sa 120 kJ energie. Pri prerušení väzby medzi ribózou a fosforovým zvyškom sa uvoľní len 13,8 kJ, preto sú v molekule trifosfátu iba dve vysokoenergetické väzby (P ̴P ̴P) a jedna v molekule ADP (P ̴ P).

Aké sú štrukturálne vlastnosti ATP. Vzhľadom na to, že medzi zvyškami kyseliny fosforečnej vzniká makroenergetická väzba, štruktúra a funkcie ATP sú vzájomne prepojené.

Štruktúra ATP a biologická úloha molekuly. Ďalšie funkcie adenozíntrifosfátu

Okrem energie môže ATP v bunke vykonávať mnoho ďalších funkcií. Spolu s inými nukleotidtrifosfátmi sa trifosfát podieľa na konštrukcii nukleových kyselín. V tomto prípade sú dodávateľmi dusíkatých zásad ATP, GTP, TTP, CTP a UTP. Táto vlastnosť sa využíva v procesoch a transkripcii.

ATP je tiež potrebný na fungovanie iónových kanálov. Napríklad kanál Na-K pumpuje 3 molekuly sodíka z bunky a pumpuje 2 molekuly draslíka do bunky. Takýto iónový prúd je potrebný na udržanie kladného náboja na vonkajšom povrchu membrány a len s pomocou adenozíntrifosfátu môže kanál fungovať. To isté platí pre protónové a vápnikové kanály.

ATP je prekurzorom druhého posla cAMP (cyklický adenozínmonofosfát) – cAMP nielen prenáša signál prijatý receptormi bunkovej membrány, ale je aj alosterickým efektorom. Alosterické efektory sú látky, ktoré urýchľujú alebo spomaľujú enzymatické reakcie. Cyklický adenozíntrifosfát teda inhibuje syntézu enzýmu, ktorý katalyzuje rozklad laktózy v bakteriálnych bunkách.

Samotná molekula adenozíntrifosfátu môže byť tiež alosterickým efektorom. Navyše v takýchto procesoch ADP pôsobí ako antagonista ATP: ak trifosfát urýchľuje reakciu, potom sa difosfát spomalí a naopak. Toto sú funkcie a štruktúra ATP.

Ako sa tvorí ATP v bunke

Funkcie a štruktúra ATP sú také, že molekuly látky sa rýchlo využívajú a ničia. Preto je syntéza trifosfátu dôležitým procesom pri tvorbe energie v bunke.

Existujú tri najdôležitejšie spôsoby syntézy adenozíntrifosfátu:

1. Fosforylácia substrátu.

2. Oxidačná fosforylácia.

3. Fotofosforylácia.

Fosforylácia substrátu je založená na viacerých reakciách prebiehajúcich v cytoplazme bunky. Tieto reakcie sa nazývajú glykolýza - anaeróbne štádium.V dôsledku 1 glykolýzneho cyklu sa z 1 molekuly glukózy syntetizujú dve molekuly, ktoré sa ďalej využívajú na výrobu energie a tiež sa syntetizujú dve ATP.

• C6H1206 + 2ADP + 2Fn --> 2C3H403 + 2ATP + 4H.

Bunkové dýchanie

Oxidačná fosforylácia je tvorba adenozíntrifosfátu prenosom elektrónov pozdĺž elektrónového transportného reťazca membrány. V dôsledku tohto prenosu sa na jednej zo strán membrány vytvorí protónový gradient a pomocou proteínovej integrálnej sady ATP syntázy sa budujú molekuly. Proces prebieha na mitochondriálnej membráne.

Postupnosť krokov glykolýzy a oxidatívnej fosforylácie v mitochondriách tvorí celkový proces nazývaný dýchanie. Po úplnom cykle sa z 1 molekuly glukózy v bunke vytvorí 36 molekúl ATP.

Fotofosforylácia

Proces fotofosforylácie je rovnaká oxidačná fosforylácia len s jedným rozdielom: fotofosforylačné reakcie prebiehajú v chloroplastoch bunky pôsobením svetla. ATP sa vyrába počas svetelnej fázy fotosyntézy, hlavného procesu výroby energie v zelených rastlinách, riasach a niektorých baktériách.

V procese fotosyntézy prechádzajú elektróny cez rovnaký elektrónový transportný reťazec, čo vedie k vytvoreniu protónového gradientu. Koncentrácia protónov na jednej strane membrány je zdrojom syntézy ATP. Zostavenie molekúl vykonáva enzým ATP syntáza.

Priemerná bunka obsahuje 0,04 % adenozíntrifosfátu z celkovej hmoty. Avšak najviac veľký význam pozorované vo svalových bunkách: 0,2-0,5 %.

V bunke je asi 1 miliarda molekúl ATP.

Každá molekula nežije dlhšie ako 1 minútu.

Jedna molekula adenozíntrifosfátu sa obnovuje 2000-3000 krát denne.

Celkovo ľudské telo syntetizuje 40 kg adenozíntrifosfátu za deň a v každom časovom bode je zásoba ATP 250 g.

Záver

Štruktúra ATP a biologická úloha jeho molekúl spolu úzko súvisia. Látka hrá kľúčovú úlohu v životných procesoch, pretože makroergické väzby medzi fosfátovými zvyškami obsahujú obrovské množstvo energie. Adenozíntrifosfát plní v bunke mnoho funkcií, a preto je dôležité udržiavať konštantnú koncentráciu látky. Rozpad a syntéza prebiehajú vysokou rýchlosťou, pretože energia väzieb sa neustále využíva v biochemických reakciách. Je to nenahraditeľná látka každej bunky tela. To je možno všetko, čo sa dá povedať o štruktúre ATP.