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 musculare 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, cea mai mare valoare se observă 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.

ATP este abrevierea pentru Adenozin Tri-Phosphoric Acid. Puteți găsi, de asemenea, numele Adenozin trifosfat. Acesta este un nucleoid care joacă un rol important în schimbul de energie în organism. Acidul adenozin tri-fosforic este o sursă universală de energie implicată în toate procesele biochimice ale organismului. Această moleculă a fost descoperită în 1929 de omul de știință Karl Lohmann. Iar semnificația sa a fost confirmată de Fritz Lipmann în 1941.

Structura și formula ATP

Dacă vorbim mai detaliat despre ATP, atunci aceasta este o moleculă care furnizează energie tuturor proceselor care au loc în organism, inclusiv energia pentru mișcare. Când molecula de ATP este descompusă, fibra musculară se contractă, rezultând eliberarea de energie care permite să apară contracția. Trifosfatul de adenozină este sintetizat din inozină într-un organism viu.

Pentru a da energie organismului, trifosfatul de adenozină trebuie să treacă prin mai multe etape. În primul rând, unul dintre fosfați este separat folosind o coenzimă specială. Fiecare fosfat oferă zece calorii. Procesul produce energie și produce ADP (adenozin difosfat).

Dacă organismul are nevoie de mai multă energie pentru a funcționa, apoi se separă un alt fosfat. Apoi se formează AMP (adenozin monofosfat). Principala sursă pentru producția de adenozin trifosfat este glucoza; în celulă, aceasta este descompusă în piruvat și citosol. Trifosfatul de adenozină energizează fibrele lungi care conțin proteina miozină. Este ceea ce formează celulele musculare.

În momentele în care corpul se odihnește, lanțul merge în direcția opusă, adică se formează acid trifosforic adenozin. Din nou, glucoza este folosită în aceste scopuri. Moleculele create de adenozin trifosfat vor fi reutilizate de îndată ce este necesar. Când energia nu este necesară, aceasta este stocată în organism și eliberată de îndată ce este nevoie.

Molecula de ATP constă din mai multe sau mai degrabă trei componente:

Riboza este un zahăr cu cinci atomi de carbon care formează baza ADN-ului.
Adenina este atomii combinați de azot și carbon.
Trifosfat.

În centrul moleculei de adenozin trifosfat se află o moleculă de riboză, iar marginea sa este cea principală pentru adenozină. Pe cealaltă parte a ribozei este un lanț de trei fosfați.

sisteme ATP

În același timp, trebuie să înțelegeți că rezervele de ATP vor fi suficiente doar pentru primele două sau trei secunde de activitate fizică, după care nivelul său scade. Dar, în același timp, munca musculară poate fi efectuată numai cu ajutorul ATP. Datorită sistemelor speciale din organism, noi molecule de ATP sunt sintetizate în mod constant. Includerea de noi molecule are loc în funcție de durata încărcăturii.

Moleculele de ATP sintetizează trei sisteme biochimice principale:

Sistemul fosfagen (creatină fosfat).
Sistemul de glicogen și acid lactic.
Respirație aerobică.

Să luăm în considerare fiecare dintre ele separat.

Sistemul fosfagenului- daca muschii lucreaza pentru scurt timp, dar extrem de intens (aproximativ 10 secunde), se va folosi sistemul fosfagen. În acest caz, ADP se leagă de creatină fosfat. Datorită acestui sistem, o cantitate mică de adenozină trifosfat este circulată constant în celulele musculare. Deoarece celulele musculare în sine conțin și creatină fosfat, acesta este folosit pentru a restabili nivelurile de ATP după o muncă scurtă de mare intensitate. Dar în zece secunde nivelul de creatină fosfat începe să scadă - această energie este suficientă pentru o cursă scurtă sau un antrenament intens de forță în culturism.

Glicogen și acid lactic- furnizează energie organismului mai lent decât precedentul. Sintetizează ATP, care poate fi suficient pentru un minut și jumătate de muncă intensă. În acest proces, glucoza din celulele musculare se transformă în acid lactic prin metabolismul anaerob.

Deoarece în starea anaerobă oxigenul nu este folosit de organism, acest sistem furnizează energie în același mod ca în sistemul aerob, dar se economisește timp. În modul anaerob, mușchii se contractă extrem de puternic și rapid. Un astfel de sistem vă poate permite să alergați un sprint de patru sute de metri sau un antrenament intens mai lung în sală. Dar lucrul în acest fel pentru o lungă perioadă de timp nu va permite durerea musculară, care apare din cauza unui exces de acid lactic.

Respirație aerobică- acest sistem pornește dacă antrenamentul durează mai mult de două minute. Apoi mușchii încep să primească adenozin trifosfat din carbohidrați, grăsimi și proteine. În acest caz, ATP este sintetizat lent, dar energia durează mult timp - activitatea fizică poate dura câteva ore. Acest lucru se întâmplă din cauza faptului că glucoza se descompune fără obstacole, nu are nicio contracarare din exterior - deoarece acidul lactic interferează cu procesul anaerob.

Rolul ATP în organism

Din descrierea anterioară este clar că rolul principal al adenozin trifosfat în organism este de a furniza energie pentru toate procesele și reacțiile biochimice numeroase din organism. Majoritatea proceselor consumatoare de energie la ființele vii au loc datorită ATP.

Dar, pe lângă această funcție principală, trifosfatul de adenozină îndeplinește și altele:

Rolul ATP în corpul uman și în viață este bine cunoscut nu numai oamenilor de știință, ci și multor sportivi și culturisti, deoarece înțelegerea sa ajută la eficientizarea antrenamentului și la calcularea corectă a sarcinilor. Pentru persoanele care fac antrenament de forță în sală, sprint și alte sporturi, este foarte important să înțeleagă ce exerciții trebuie efectuate la un moment dat. Datorită acestui lucru, puteți forma structura corpului dorită, puteți lucra structura musculară, puteți reduce excesul de greutate și puteți obține alte rezultate dorite.

Procesele metabolice includ reacții care consumă energie și reacții care eliberează energie. În unele cazuri, aceste reacții sunt cuplate. Cu toate acestea, adesea reacțiile în care energia este eliberată sunt separate în spațiu și timp de reacțiile în care este consumată. În procesul evoluției, organismele vegetale și animale au dezvoltat capacitatea de a stoca energie sub formă de compuși care au legături energetice bogate. Printre acestea, adenozin trifosfatul (ATP) ocupă un loc central. ATP este un nucleotidic fosfat format dintr-o bază azotată (adenină), o pentoză (riboză) și trei molecule de acid fosforic. Cele două molecule terminale ale acidului fosforic formează legături de înaltă energie, bogate în energie. ATP este conținut în celulă în principal sub formă de complex cu ioni de magneziu. În timpul respirației, adenozin trifosfat se formează din adenozin difosfat și restul de acid fosforic anorganic (Pn) folosind energia eliberată în timpul oxidării diferitelor substanțe organice:

ADP + FN --> ATP + H2O

În acest caz, energia de oxidare a compușilor organici este transformată în energie de legătură cu fosfor.

În 1939--1940 F. Lipman a stabilit că ATP servește ca purtător principal de energie în celulă. Proprietățile speciale ale acestei substanțe sunt determinate de faptul că gruparea fosfat terminală este ușor transferată de la ATP la alți compuși sau este scindată, eliberând energie care poate fi utilizată pentru funcții fiziologice. Această energie este diferența dintre energia liberă a ATP și energia liberă a produselor rezultate (AG). AG este modificarea energiei libere a unui sistem sau cantitatea de energie în exces care este eliberată atunci când legăturile chimice sunt reorganizate. Defalcarea ATP are loc conform ecuației ATP + H20 = ADP + FN, caz în care bateria este descărcată, iar la pH 7 AG = -30,6 kJ este eliberată. Acest proces este catalizat de enzima adenozin trifosfatază (ATPaza).Echilibrul hidrolizei ATP este deplasat spre finalizarea reacției, ceea ce determină valoarea negativă mare a energiei libere de hidroliză. Acest lucru se datorează faptului că în timpul disocierii. Cu patru grupări hidroxil la pH 7, ATP are patru sarcini negative. Aranjarea strânsă a sarcinilor între ele favorizează repulsia lor și, în consecință, desprinderea grupărilor fosfat. În urma hidrolizei se formează compuși cu aceeași sarcină (ADP3~ și HP04~), care devin independenți unul de celălalt, ceea ce împiedică conectarea lor. Proprietățile unice ale ATP sunt explicate nu numai prin faptul că în timpul hidrolizei sale este eliberată o cantitate mare de energie, ci și prin faptul că are capacitatea de a dona grupa fosfat terminală împreună cu rezerva de energie altor compuși organici. Energia conținută în legătura macroergică de fosfor este utilizată pentru activitatea fiziologică a celulei. În același timp, în ceea ce privește energia liberă de hidroliză - 30,6 kJ/mol, ATP ocupă o poziție intermediară. Datorită acestui fapt, sistemul ATP-ADP poate servi ca purtător al grupărilor fosfat de la compușii fosforului cu energie de hidroliză mai mare, de exemplu fosfoenolpiruvat (53,6 K/mol), până la compuși cu energie de hidroliză mai mică, de exemplu fosfați de zahăr (13,8 kJ/ mol). Astfel, sistemul ADP este, parcă, intermediar sau conjugător.

Mecanismul sintezei ATP. Difuzia protonilor înapoi prin membrana interioară a mitocondriei este cuplată cu sinteza ATP folosind complexul ATPază, numit factor de cuplare F,. Pe imaginile microscopice electronice, acești factori apar ca formațiuni globulare în formă de ciupercă pe membrana interioară a mitocondriilor, cu „capetele” lor proeminente în matrice. F 1 este o proteină solubilă în apă constând din 9 subunități de cinci tipuri diferite. Proteina este o ATPază și este asociată cu membrana printr-un alt complex proteic F0, care împletește membrana. F 0 nu prezintă activitate catalitică, dar servește drept canal pentru transportul ionilor de H + prin membrană către Fx.

Mecanismul sintezei ATP în complexul Fi~ F 0 nu este pe deplin înțeles. Există o serie de ipoteze în această privință.

Una dintre ipotezele care explică formarea ATP prin așa-numitul mecanism direct, a fost sugerat de Mitchell.

Orez. 9. Posibile mecanisme de formare a ATP în complexul F 1 - F 0

Conform acestei scheme, în prima etapă a fosforilării, ionul fosfat și ADP se leagă de componenta g a complexului enzimatic (A). Protonii se deplasează prin canalul din componenta F 0 și se combină în fosfat cu unul dintre atomii de oxigen, care este îndepărtat ca o moleculă de apă. (B). Atomul de oxigen al ADP se combină cu un atom de fosfor pentru a forma ATP, după care molecula de ATP este separată de enzima (B).

Pentru mecanism indirect Sunt posibile diverse opțiuni. ADP și fosfatul anorganic sunt adăugate la locul activ al enzimei fără un aflux de energie liberă. Ionii H +, care se deplasează de-a lungul canalului de protoni de-a lungul gradientului potențialului lor electrochimic, se leagă în anumite zone ale F b provocând modificări conformaționale. modificări ale enzimei (P. Boyer), în urma cărora ATP este sintetizat din ADP și P i. Eliberarea de protoni în matrice este însoțită de revenirea complexului ATP sintetază la starea conformațională inițială și eliberarea de ATP.

În formă energizată, F 1 funcționează ca o ATP sintetază. În absența cuplării între potențialul electrochimic al ionilor de H + și sinteza ATP, energia eliberată ca urmare a transportului invers al ionilor de H + în matrice poate fi transformată în căldură. Uneori, acest lucru este benefic, deoarece creșterea temperaturii în celule activează enzimele.

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, un număr mare de alți compuși organici sunt sintetizați în materia vie. 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 căi pentru sinteza ATP în 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 timpul fazei de lumină a fotosintezei pentru sinteza 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

Ai înțeles singur din articolul precedent, pentru că... este foarte important. Acum să vorbim despre cum este menținută mișcarea punții de miozină, de unde provine energia pentru procesele contractile din mușchi.

Pentru întregul nostru corp ATP servește ca una dintre principalele surse de energie, iar fibrele musculare nu fac excepție. Permiteți-mi să vă reamintesc: – o sursă intracelulară de energie care susține toate procesele care au loc în celulă.

Tocmai descompunerea moleculei de ATP are loc cu eliberare de energie, tot în timpul descompunerii, acidul ortofosforic este eliberat, iar ATP este transformat în adenezin difosfat (ADP).

Când interacționează cu filamentul de actină, capetele punților de miozină despart molecula de ATP, obținând astfel energie pentru contracție.

Cu toate acestea, trebuie înțeles că conținutul de molecule de ATP „de rezervă” din corpul nostru este mic, prin urmare, pentru munca musculară pe termen lung și, mai ales pentru antrenament intens, corpul nostru are nevoie de reîncărcare energetică.

Refacerea resurselor energetice în mușchi se realizează în trei moduri principale:

Defalcarea fosfatului de creatină.În timpul acestei reacții, molecula de creatină fosfat donează grupa sa fosfat moleculei de adenezin difosfat (ADP), în urma căreia ADP este convertit înapoi în ATP, iar creatina fosfat în creatină.
Cu toate acestea, o astfel de reaprovizionare cu energie durează un timp foarte limitat, menținând echilibrul energetic al mușchilor abia la începutul activității lor. Acest lucru se datorează aportului mic de creatină fosfat în celulele musculare. În continuare, glicoliza și oxidarea în mitocondrii sunt incluse în lucrare.
Glicoliza.În timpul acestui proces chimic, în mușchi se formează două molecule de acid lactic - ca urmare a defalcării unei molecule de glucoză. Descompunerea glucozei are loc cu participarea a zece enzime speciale.
Descompunerea unei molecule de glucoză este capabilă reface rezervele de energie două molecule de ATP. Glicoliza reface foarte repede rezervele de ATP musculare, deoarece apare fără participarea oxigenului (proces anaerob).
În țesutul muscular, principalul substrat al glicolizei este glicogenul. Glicogen– un carbohidrat complex format din unități cu lanț ramificat. Cea mai mare parte a carbohidraților din corpul nostru se acumulează sub formă de glicogen, concentrat în mușchii scheletici și în ficat. Rezervele de glicogen determină în mare măsură volumul mușchilor noștri și potențialul energetic al mușchilor.
Oxidarea substantelor organice. Acest proces are loc cu participarea oxigenului (proces aerob), iar prezența enzimelor speciale este, de asemenea, necesară pentru apariția lui. Livrarea oxigenului durează un anumit timp, așa că acest proces începe după descompunerea creatin-fosfatului și a glicolizei.
Oxidarea substanțelor organice se realizează în etape: începe procesul de glicoliză, dar moleculele de acid lactic încă neformate (molecule de piruvat) sunt trimise la mitocondrii pentru procese oxidative ulterioare, în urma cărora se generează energie cu eliberarea de apă (H2O) și dioxid de carbon (CO2). Cu ajutorul energiei generate se formează 38 de molecule de ATP.
Dacă, ca urmare a descompunerii anaerobe a glucozei (glicoliză), 2 molecule de ATP sunt restaurate, atunci procesul aerob (oxidarea în mitocondrii) poate restaura de 19 ori mai multe molecule de ATP.

Concluzie: molecula de ATP este principala și universală sursă de energie pentru activitatea musculară, dar rezervele de ATP din fibra musculară sunt mici, prin urmare sunt reînnoite în mod constant prin descompunerea fosfatului de creatină, glicoliză și oxidarea substanțelor organice din mitocondrii.

Mai mult, glicoliza și oxidarea sunt principalele căi de recuperare a ATP, iar fiecare dintre aceste metode corespunde propriului tip de fibră musculară. Vom vorbi despre asta în articol.

Materialele din acest articol sunt protejate de legea drepturilor de autor. Copierea fără a furniza un link către sursă și anunțarea autorului este INTERZISĂ!