У будь-якій клітині нашого організму протікають мільйони біохімічних реакцій. Вони каталізуються безліччю ферментів, які найчастіше вимагають витрат енергії. Де ж клітка її бере? На це можна відповісти, якщо розглянути будову молекули АТФ - одного з основних джерел енергії.

АТФ – універсальне джерело енергії

АТФ розшифровується як аденозинтрифосфат або аденозинтрифосфорна кислота. Речовина є одним з двох найважливіших джерел енергії в будь-якій клітині. Будова АТФ та біологічна роль тісно пов'язані. Більшість біохімічних реакцій може протікати тільки за участю молекул речовини, особливо це стосується. Проте АТФ рідко безпосередньо бере участь у реакції: для протікання будь-якого процесу потрібна енергія, укладена саме в аденозинтрифосфат.

Будова молекул речовини така, що зв'язки, що утворюються між фосфатними групами несуть величезну кількість енергії. Тому такі зв'язки також називаються макроергічними, або макроенергетичними (макро = багато, велика кількість). Термін вперше ввів учений Ф. Ліпман, і він запропонував використовувати значок для їх позначення.

Дуже важливо для клітин підтримувати постійний рівень вмісту аденозинтрифосфату. Особливо це характерно для клітин м'язової тканини та нервових волокон, тому що вони найбільш енергозалежні і для виконання своїх функцій потребують високого вмісту аденозинтрифосфату.

Будова молекули АТФ

Аденозинтрифосфат складається з трьох елементів: рибози, аденіну та залишків

Рибоза- Вуглевод, який відноситься до групи пентоз. Це означає, що у складі рибози 5 атомів вуглецю, які у цикл. Рибоза з'єднується з аденіном β-N-глікозидний зв'язок на 1-му атомі вуглецю. Також до пентози приєднуються залишки фосфорної кислоти на 5-му атомі вуглецю.

Аденін - азотна основа.Залежно від того, яку азотисту основу приєднується до рибози, виділяють також ГТФ (гуанозинтрифосфат), ТТФ (тимідінтріфосфат), ЦТФ (цитидинтрифосфат) і УТФ (урідінтріфосфат). Всі ці речовини схожі будовою з аденозинтрифосфатом і виконують приблизно такі ж функції, проте вони зустрічаються в клітині набагато рідше.

Залишки фосфорної кислоти. До рибоз може приєднатися максимально три залишки фосфорної кислоти. Якщо їх два або лише один, то речовина називається відповідно АДФ (дифосфат) або АМФ (монофосфат). Саме між фосфорними залишками укладено макроенергетичні зв'язки, після розриву яких вивільняється від 40 до 60 кДж енергії. Якщо розриваються два зв'язки, виділяється 80, рідше – 120 кДж енергії. При розриві зв'язку між рибозою і фосфорним залишком виділяється всього лише 13,8 кДж, тому в молекулі трифосфату тільки два макроергічні зв'язки (Р - Р - Р), а в молекулі АДФ - одна (Р - Р).

Ось які особливості будови АТФ. Через те, що між залишками фосфорної кислоти утворюється макроенергетичний зв'язок, будова та функції АТФ пов'язані між собою.

Будова АТФ та біологічна роль молекули. Додаткові функції аденозинтрифосфату

Крім енергетичної, АТФ може виконувати безліч інших функцій у клітині. Поряд з іншими нуклеотидтрифосфатами трифосфат бере участь у побудові нуклеїнових кислот. І тут АТФ, ГТФ, ТТФ, ЦТФ і УТФ є постачальниками азотистих підстав. Ця властивість використовується в процесах та транскрипції.

Також АТФ необхідний роботи іонних каналів. Наприклад, Na-K канал викачує 3 молекули натрію з клітини і вкачує 2 молекули калію клітину. Такий струм іонів необхідний підтримки позитивного заряду на зовнішній поверхні мембрани, і лише з допомогою аденозинтрифосфата канал може функціонувати. Те саме стосується протонних та кальцієвих каналів.

АТФ є попередником вторинного месенжера цАМФ (циклічний аденозинмонофосфат) – цАМФ не тільки передає сигнал, отриманий рецепторами мембрани клітини, але і є алостеричним ефектором. Алостеричні ефектори - це речовини, які прискорюють або уповільнюють ферментативні реакції. Так, циклічний аденозинтрифосфат пригнічує синтез ферменту, який каталізує розщеплення лактози в клітинах бактерії.

Сама молекула аденозинтрифосфату також може бути алостеричним ефектором. Причому у подібних процесах антагоністом АТФ виступає АДФ: якщо трифосфат прискорює реакцію, то дифосфат загальмовує і навпаки. Такі функції та будова АТФ.

Як утворюється АТФ у клітині

Функції та будова АТФ такі, що молекули речовини швидко використовуються та руйнуються. Тому синтез трифосфату – це важливий процес утворення енергії у клітині.

Виділяють три найбільш важливі способи синтезу аденозинтрифосфату:

1. Субстратне фосфорилювання.

2. Окисне фосфорилювання.

3. Фотофосфорилювання.

Субстратне фосфорилювання засноване на багатьох реакціях, що протікають у цитоплазмі клітини. Ці реакції отримали назву гліколізу - анаеробний етап В результаті 1 циклу гліколізу з 1 молекули глюкози синтезується дві молекули, які далі використовуються для отримання енергії, і також синтезуються два АТФ.

З 6 Н 12 О 6 + 2АДФ + 2Фн -> 2С 3 Н 4 O 3 + 2АТФ + 4Н.

Дихання клітини

Окислювальне фосфорилювання - це утворення аденозинтрифосфату шляхом передачі електронів електронно-транспортним ланцюгом мембрани. В результаті такої передачі формується градієнт протонів на одній із сторін мембрани та за допомогою білкового інтегрального комплекту АТФ-синтази йде побудова молекул. Процес протікає на мембрані мітохондрій.

Послідовність стадій гліколізу та окисного фосфорилювання у мітохондріях становить загальний процес під назвою дихання. Після повного циклу з 1 молекули глюкози у клітині утворюється 36 молекул АТФ.

Фотофосфорилювання

Процес фотофосфорилювання - це те ж окисне фосфорилювання лише з однією відмінністю: реакції фотофосфорилювання протікають у хлоропластах клітини під дією світла. АТФ утворюється під час світлової стадії фотосинтезу – основного процесу отримання енергії у зелених рослин, водоростей та деяких бактерій.

У процесі фотосинтезу по тому ж електронно-транспортного ланцюга проходять електрони, у результаті формується протонний градієнт. Концентрація протонів однією зі сторін мембрани є джерелом синтезу АТФ. Складання молекул здійснюється за допомогою ферменту АТФ-синтази.

У середньостатистичній клітині міститься 0,04% аденозинтрифосфату від усієї маси. Однак найбільше значення спостерігається у м'язових клітинах: 02-05%.

У клітині близько 1 млрд молекул АТФ.

Кожна молекула живе трохи більше 1 хвилини.

Одна молекула аденозинтрифосфату оновлюється щодня 2000-3000 раз.

У сумі за добу організм людини синтезує 40 кг аденозинтрифосфату, і в кожний момент запас АТФ становить 250 г.

Висновок

Будова АТФ та біологічна роль його молекул тісно пов'язані. Речовина відіграє ключову роль у процесах життєдіяльності, адже в макроергічних зв'язках між фосфатними залишками міститься величезна кількість енергії. Аденозинтрифосфат виконує багато функцій у клітині, і тому важливо підтримувати постійну концентрацію речовини. Розпад і синтез йдуть з великою швидкістю, тому що енергія зв'язків постійно використовується в біохімічних реакціях. Це незамінна речовина будь-якої клітини організму. Ось, мабуть, і все, що можна сказати про те, яку будову має АТФ.

АТФ – це скорочена назва Аденозин Три-Фосфорної кислоти. Також можна зустріти назву Аденозинтрифосфат. Це нуклеоїд, який грає величезну роль обміні енергією в організмі. Аденозин Три-фосфорна кислота - це універсальне джерело енергії, що бере участь у всіх біохімічних процесах організму. Відкрито цю молекулу в 1929 році вченим Карлом Ломанном. А значимість її була підтверджена Фріцем Ліпманом у 1941 році.

Структура та формула АТФ

Якщо говорити про АТФ докладніше, то це молекула, яка дає енергію всім процесам, що відбуваються в організмі, у тому числі вона ж дає енергію для руху. При розщепленні молекули АТФ відбувається скорочення м'язового волокна, унаслідок чого виділяється енергія, що дозволяє відбутися скорочення. Синтезується аденозинтрифосфат з інозину – у живому організмі.

Щоб дати організму енергію Аденозинтрифосфату необхідно пройти кілька етапів. Спочатку відокремлюється один із фосфатів - за допомогою спеціального коензиму. Кожен із фосфатів дає десять калорій. У процесі виробляється енергія та виходить АДФ (аденозин дифосфат).

Якщо організму для дії потрібно більше енергіїто відокремлюється ще один фосфат. Тоді утворюється АМФ (аденозин монофосфат). Головне джерело для вироблення аденозинтрифосфату - це глюкоза, в клітці вона розщеплюється на піруват та цитозол. Аденозинтрифосфат насичує енергією довгі волокна, що містять протеїн – міозин. Саме він формує м'язові клітини.

У моменти, коли організм відпочиває, ланцюжок йде у зворотний бік, тобто формується аденозин три-фосфорна кислота. Знову ж таки з цією метою використовується глюкоза. Створені молекули аденозинтрифосфату будуть знову використовуватися, як тільки це буде необхідно. Коли енергія не потрібна, вона зберігається в організмі і вивільняється як тільки це буде потрібно.

Молекула АТФ складається з кількох, а точніше, трьох компонентів:

Рибоза - це п'ятивуглецевий цукор, такий самий лежить в основі ДНК.
Аденін – це об'єднані атоми азоту та вуглецю.
Трифосфат.

У самому центрі молекули аденозинтрифосфату знаходиться молекула рибози, а її край є основною для аденозину. З іншого боку рибози розташований ланцюжок із трьох фосфатів.

Системи АТФ

При цьому потрібно розуміти, що запасів АТФ буде достатньо перші дві або три секунди рухової активності, після чого її рівень знижується. Але при цьому робота м'язів може здійснюватись лише за допомогою АТФ. Завдяки спеціальним системам у організмі постійно синтезуються нові молекули АТФ. Включення нових молекул відбувається залежно від тривалості навантаження.

Молекули АТФ синтезують три основні біохімічні системи:

Фосфагенна система (креатин-фосфат).
Система глікогену та молочної кислоти.
Аеробне дихання.

Розглянемо кожну з них окремо.

Фосфагенна система- Якщо м'язи працюватимуть недовго, але дуже інтенсивно (близько 10 секунд), буде використовуватися фосфагенна система. У цьому випадку АДФ зв'язується з фосфатом креатин. Завдяки цій системі відбувається постійна циркуляція невеликої кількості аденозинтрифосфату в м'язових клітинах. Так як у самих м'язових клітинах теж є фосфат креатину, він використовується для відновлення рівня АТФ після високоінтенсивної короткої роботи. Але вже за десять секунд рівень креатин фосфату починає знижуватися - такої енергії вистачає на короткий забіг або інтенсивне силове навантаження в бодібілдингу.

Глікоген та молочна кислота- забезпечує енергією організм повільніше, ніж попередня. Вона синтезує АТФ, якої може вистачити півтори хвилини інтенсивної роботи. У процесі глюкоза в м'язових клітинах формується в молочну кислоту за рахунок анаеробного метаболізму.

Так як в анаеробному стані кисень організмом не використовується, то дана система дає енергію так само, як і в аеробній системі, але час економиться. В анаеробному режимі м'язи скорочуються дуже потужно і швидко. Така система може дозволити пробігти чотириста метрів спринту або більш тривале інтенсивне тренування у залі. Але довгий час працювати таким чином не дозволить болючість у м'язах, яка з'являється через надлишок молочної кислоти.

Аеробне дихання- ця система включається, якщо тренування триває понад дві хвилини. Тоді м'язи починають отримувати аденозинтрифосфат з вуглеводів, жирів та протеїнів. У цьому випадку АТФ синтезується повільно, проте енергії вистачає надовго — фізична активність може тривати кілька годин. Це відбувається завдяки тому, що глюкоза розпадається без перешкод, у неї немає жодних протидії, що перешкоджають з боку – як перешкоджає молочна кислота в анаеробному процесі.

Роль АТФ в організмі

З попереднього опису зрозуміло, що основна роль аденозинтрифосфату в організмі - забезпечення енергією всіх численних біохімічних процесів і реакцій в організмі. Більшість енерговитратних процесів у живих істот відбувається завдяки АТФ.

Але крім цієї головної функції аденозинтрифосфат виконує й інші:

Роль АТФ в організмі та житті людинидобре відома не лише вченим, а й багатьом спортсменам та бодібілдерам, тому що її розуміння допомагає зробити тренування більш ефективними та правильно розраховувати навантаження. Для людей, які займаються силовими тренуваннями в залі, спринтерськими забігами та іншими видами спорту дуже важливо розуміти, які вправи потрібно виконувати в той чи інший момент часу. Завдяки цьому можна сформувати бажану будову тіла, опрацювати м'язову структуру, знизити зайву вагу та досягти інших бажаних результатів.

Процеси обміну речовини включають реакції, що йдуть зі споживанням енергії, і реакції з виділенням енергії. У деяких випадках ці реакції пов'язані. Однак часто реакції, в яких енергія виділяється, відокремлені у просторі та в часі від реакцій, у яких вона споживається. У процесі еволюції у рослинних і тваринних організмів виробилася можливість зберігання енергії у формі сполук, що володіють багатими енергією-зв'язками. Серед них центральне місце посідає аденозинтрифосфат (АТФ). АТФ являє собою нуклеотидфосфат, що складається з азотистої основи (аденіну), пентози (рибози) та трьох молекул фосфорної кислоти. Дві кінцеві молекули фосфорної кислоти утворюють макроергічні, багаті на енергію зв'язку. У клітині АТФ міститься головним чином вигляді комплексу з іонами магнію. Аденозинтрифосфат у процесі дихання утворюється з аденозиндифосфату та залишку неорганічної фосфорної кислоти (Фн) з використанням енергії, що звільняється при окисленні різних органічних речовин:

АДФ + ФН --> АТФ + Н2О

При цьому енергія окислення органічних сполук перетворюється на енергію фосфорного зв'язку.

У 1939-1940 pp. Ф. Ліпман встановив, що АТФ є головним нереносчиком енергії в клітині. Особливості цієї речовини визначаються тим, що кінцева фосфатна група легко переноситися з АТФ на інші сполуки або відщеплюється з виділенням енергії, яка може бути використана на фізіологічні функції. Ця енергія є різницею між вільною енергією АТФ і вільною енергією продуктів, що утворюються (AG). AG - це зміна вільної енергії системи чи кількість надлишкової енергії, що звільняється при реорганізації хімічних зв'язків. Розпад АТФ відбувається за рівнянням AТФ + Н20 = АДФ + ФН, при цьому відбувається хіба що розрядка акумулятора, при рН 7 виділяється AG = -30,6 кДж. Цей процес каталізується ферментом аденозинтрифосфатазою - (АТФ-аза) Рівновагу гідролізу АТФ зміщено у бік завершення реакції, що і обумовлює велику негативну величину вільної енергії гідролізу. Це з тим, що з дисоциации. Чотирьох гідроксильних угруповань при рН 7 АТФ має чотири негативні заряди. Близьке розташування зарядів один до одного сприяє їхньому відштовхуванню і, отже, відщепленню фосфатних угруповань. В результаті гідролізу утворюються сполуки з однойменним зарядом (АДФ3~ і НР04~), які відживаються один від одного, що перешкоджає їхньому з'єднанню. Унікальні властивості АТФ пояснюються не тільки тим, що при її гідролізі виділяється велика кількість енергії, але й тим, що вона має здатність віддавати кінцеву фосфатну групу разом із запасом енергії на інші органічні сполуки. Енергія, укладена в макроергічному фосфорному зв'язку, використовується на фізіологічну діяльність клітини. Разом з тим, за величиною вільної енергії гідролізу - 30,6 кДж/моль АТФ займає проміжне положення. Завдяки цьому система АТФ - АДФ може бути носієм фосфатних груп від фосфорних сполук з більш високою енергією гідролізу, наприклад фосфоенолпіруват (53,6 К/моль), до сполук з нижчою енергією гідролізу, приклад сахарофосфатам (13,8 кДж/моль) . Таким чином, система АДФ є як би проміжною або сполучною.

Механізм синтезу АТФ. Поєднання дифузії протонів назад через внутрішню мембрану мітохондрії із синтезом АТФ здійснюється за допомогою АТФазного комплексу, що отримав назву фактора сполучення F,. На електронно-мікроскопічних знімках ці фактори виглядають глобулярними утвореннями грибоподібної форми на внутрішній мембрані мітохондрій, причому їх «головки» виступають у матрикс. F 1 - водорозчинний білок, що складається з 9 субодиниць п'яти різних типів. Білок є АТФазу і пов'язаний з мембраною через інший білковий комплекс F 0 , який перешнуровує мембрану. F 0 не виявляє каталітичної активності, а служить каналом для транспортування іонів Н+ через мембрану до Fx.

Механізм синтезу АТФ у комплексі Fi~F0 до кінця не з'ясований. Із цього приводу є низка гіпотез.

Одна з гіпотез, що пояснюють утворення АТФ у вигляді так званого прямого механізму,була запропонована Мітчеллом.

Мал. 9. Можливі механізми утворення АТФ у комплексі F 1 - F 0

За цією схемою на першому етапі фосфорилювання фосфатний іон та АДФ зв'язуються з г компонентом ферментного комплексу (А).Протони переміщуються через канал F 0 -компоненті і з'єднуються у фосфаті з одним з атомів кисню, який видаляється у вигляді молекули води (Б).Атом кисню АДФ з'єднується з атомом фосфору, утворюючи АТФ, після чого молекула АТФ відокремлюється від ферменту (В).

Для непрямого механізмуможливі різні варіанти. АДФ та неорганічний фосфат приєднуються до активного центру ферменту без притоку, вільної енергії. Іони Н + , переміщаючись протонним каналом по градієнту свого електрохімічного потенціалу, зв'язуються в певних ділянках F b викликаючи конформаційні. зміни ферменту (П. Бойєр), внаслідок чого з АДФ, та Р i синтезується АТФ. Вихід протонів у матрикс супроводжується поверненням АТФ-синтетазного комплексу у вихідний конформаційний стан та звільненням АТФ.

В енергійному вигляді F 1 функціонує як АТФ-синтетаза. За відсутності сполучення між електрохімічним потенціалом іонів Н+ та синтезом АТФ енергія, що звільняється в результаті зворотного транспорту іонів Н+ у матриксі, може перетворюватися на теплоту. Іноді це приносить користь, оскільки підвищення температури у клітинах активує роботу ферментів.

Продовження. Див. № 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005

Уроки біології в класах природничо-наукового профілю

Розширене планування, 10 клас

Урок 19. Хімічна будова та біологічна роль АТФ

Обладнання:таблиці із загальної біології, схема будови молекули АТФ, схема взаємозв'язку пластичного та енергетичного обмінів.

I. Перевірка знань

Проведення біологічного диктанту «Органічні сполуки живої матерії»

Вчитель читає тези під номерами, учні записують у зошит номери тих тез, які підходять за змістом їхнього варіанту.

Варіант 1 – білки.
Варіант 2 – вуглеводи.
Варіант 3 – ліпіди.
Варіант 4 – нуклеїнові кислоти.

1. У чистому вигляді складаються лише з атомів С, Н, Про.

2. Крім атомів, Н, Про містять атоми N і зазвичай S.

3. Крім атомів, Н, Про містять атоми N і Р.

4. Мають відносно невелику молекулярну масу.

5. Молекулярна маса може бути від тисяч до кількох десятків та сотень тисяч дальтонів.

6. Найбільші органічні сполуки з молекулярною масою до кількох десятків і сотень мільйонів дальтонів.

7. Мають різні молекулярні маси – від дуже невеликої до дуже високої, залежно від того, чи є речовина мономером або полімером.

8. Складаються з моносахаридів.

9. Складаються з амінокислот.

10. Складаються із нуклеотидів.

11. Є складними ефірами вищих жирних кислот.

12. Основна структурна одиниця: «азотиста основа-пентоза-залишок фосфорної кислоти».

13. Основна структурна одиниця: "амінокислот".

14. Основна структурна одиниця: «моносахарид».

15. Основна структурна одиниця: «гліцерин-жирна кислота».

16. Молекули полімерів побудовані з однакових мономерів.

17. Молекули полімерів побудовані зі схожих, але не цілком однакових мономерів.

18. Не є полімерами.

19. Виконують майже виключно енергетичну, будівельну та запасну функції, у деяких випадках – захисну.

20. Крім енергетичної та будівельної виконують каталітичну, сигнальну, транспортну, рухову та захисну функції;

21. Здійснюють зберігання та передачу спадкових властивостей клітини та організму.

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

ІІ. Вивчення нового матеріалу

1. Будова аденозинтрифосфорної кислоти

Крім білків, нуклеїнових кислот, жирів та вуглеводів у живій речовині синтезується велика кількість інших органічних сполук. Серед них важливу роль у біоенергетиці клітини відіграє аденозинтрифосфорна кислота (АТФ).АТФ міститься у всіх клітинах рослин та тварин. У клітинах найчастіше аденозинтрифосфорна кислота є у вигляді солей, званих аденозинтрифосфатами. Кількість АТФ коливається й у середньому становить 0,04% (у клітині загалом перебуває близько 1 млрд молекул АТФ). Найбільша кількість АТФ міститься у кістякових м'язах (0,2–0,5%).

Молекула АТФ складається з азотистого підстави – аденіну, пентози – рибози та трьох залишків фосфорної кислоти, тобто. АТФ – особливий аденіловий нуклеотид. На відміну від інших нуклеотидів АТФ містить не один, а три залишки фосфорної кислоти. АТФ відноситься до макроергічних речовин - речовин, що містять у своїх зв'язках велику кількість енергії.

Просторова модель (А) та структурна формула (Б) молекули АТФ

Зі складу АТФ під дією ферментів АТФаз відщеплюється залишок фосфорної кислоти. АТФ має стійку тенденцію до відділення своєї кінцевої фосфатної групи:

АТФ 4– + Н 2 О ––> АДФ 3– + 30,5 кДж + Фн,

т.к. це призводить до зникнення енергетично невигідного електростатичного відштовхування між сусідніми негативними зарядами. Фосфат, що утворився, стабілізується за рахунок утворення енергетично вигідних водневих зв'язків з водою. Розподіл заряду у системі АДФ + Фн стає стійкішим, ніж у АТФ. Внаслідок цієї реакції вивільняється 30,5 кДж (при розриві звичайного ковалентного зв'язку вивільняється 12 кДж).

Для того, щоб підкреслити високу енергетичну вартість фосфорно-кисневого зв'язку в АТФ, її прийнято позначати знаком ~ і називати макроенергетичним зв'язком. При відщепленні однієї молекули фосфорної кислоти АТФ перетворюється на АДФ (аденозиндифосфорная кислота), і якщо відщеплюються дві молекули фосфорної кислоти, то АТФ перетворюється на АМФ (аденозинмонофосфорная кислота). Відщеплення третього фосфату супроводжується виділенням лише 13,8 кДж, отже власне макроергічних зв'язків у молекулі АТФ лише дві.

2. Утворення АТФ у клітині

Запас АТФ у клітині невеликий. Наприклад, у м'язі запасів АТФ вистачає на 20–30 скорочень. Але ж м'яз здатний працювати годинником і виробляти тисячі скорочень. Тому поряд з розпадом АТФ до АДФ у клітині має безперервно йти зворотний синтез. Існує кілька шляхів синтезу АТФ у клітинах. Познайомимося із ними.

1. Анаеробне фосфорилювання.Фосфорилювання називають процес синтезу АТФ з АДФ і низькомолекулярного фосфату (Фн). В даному випадку йдеться про безкисневі процеси окислення органічних речовин (наприклад, гліколіз - процес безкисневого окислення глюкози до піровиноградної кислоти). Приблизно 40% енергії, що виділяється в ході цих процесів (близько 200 кДж/моль глюкози), витрачається на синтез АТФ, а решта розсіюється у вигляді тепла:

З 6 Н 12 О 6 + 2АДФ + 2Фн -> 2С 3 Н 4 O 3 + 2АТФ + 4Н.

2. Окисне фосфорилювання- Це процес синтезу АТФ за рахунок енергії окислення органічних речовин киснем. Цей процес було відкрито на початку 1930-х років. XX ст. В.А. Енгельгардт. Кисневі процеси окислення органічних речовин протікають у мітохондріях. Приблизно 55% енергії, що виділяється при цьому (близько 2600 кДж/моль глюкози) перетворюється на енергію хімічних зв'язків АТФ, а 45% розсіюється у вигляді тепла.

Окисне фосфорилювання значно ефективніше анаеробних синтезів: якщо в процесі гліколізу при розпаді молекули глюкози синтезується всього 2 молекули АТФ, то в ході окислювального фосфорилювання утворюється 36 молекул АТФ.

3. Фотофосфорилювання- Процес синтезу АТФ за рахунок енергії сонячного світла. Цей шлях синтезу АТФ характерний лише клітин, здатних до фотосинтезу (зелені рослини, ціанобактерії). Енергія квантів сонячного світла використовується фотосинтетиками у світлову фазу фотосинтезу синтезу АТФ.

3. Біологічне значення АТФ

АТФ знаходиться в центрі обмінних процесів у клітині, будучи сполучною ланкою між реакціями біологічного синтезу та розпаду. Роль АТФ у клітині можна порівняти з роллю акумулятора, оскільки у ході гідролізу АТФ виділяється енергія, необхідна різних процесів життєдіяльності («розрядка»), а процесі фосфорилування («зарядка») АТФ знову акумулює у собі енергію.

За рахунок енергії, що виділяється при гідролізі АТФ, відбуваються майже всі процеси життєдіяльності в клітині та організмі: передача нервових імпульсів, біосинтез речовин, м'язові скорочення, транспорт речовин та ін.

ІІІ. Закріплення знань

Вирішення біологічних завдань

Завдання 1. При швидкому бігу ми часто дихаємо, відбувається посилене потовиділення. Поясніть ці явища.

Завдання 2. Чому на морозі люди, що замерзають, починають притупувати і підстрибувати?

Завдання 3. У відомому творі І.Ільфа та Є.Петрова «Дванадцять стільців» серед багатьох корисних порад можна знайти і такою: «Дихайте глибше, ви схвильовані». Спробуйте обґрунтувати цю пораду з погляду енергетичних процесів, що відбуваються в організмі.

IV. Домашнє завдання

Розпочати підготовку до заліку та контрольної роботи (продиктувати питання заліку – див. урок 21).

Урок 20. Узагальнення знань у розділі «Хімічна організація життя»

Обладнання:таблиці із загальної біології.

I. Узагальнення знань розділу

Робота учнів з питаннями (індивідуально) з наступними перевіркою та обговоренням

1. Наведіть приклади органічних сполук, до складу яких входять вуглець, сірка, фосфор, азот, залізо, марганець.

2. Як за іонним складом можна відрізнити живу клітину від мертвої?

3. Які речовини знаходяться у клітині у нерозчиненому вигляді? У які органи та тканини вони входять?

4. Наведіть приклади макроелементів, що входять до активних центрів ферментів.

5. Які гормони містять мікроелементи?

6. Яка роль галогенів в організмі людини?

7. Чим білки відрізняються від штучних полімерів?

8. Чим відрізняються пептиди від білків?

9. Як називається білок, що входить до складу гемоглобіну? З яких субодиниць він складається?

10. Що таке рибонуклеазу? Скільки амінокислот входить до її складу? Коли її синтезували штучно?

11. Чому швидкість хімічних реакцій без ферментів мала?

12. Які речовини транспортуються білками через клітинну мембрану?

13. Чим відрізняються антитіла від антигенів? Чи містять вакцини антитіла?

14. На які речовини розпадаються білки в організмі? Скільки енергії виділяється у своїй? Де і як знешкоджується аміак?

15. Наведіть приклад пептидних гормонів: як вони беруть участь у регуляції клітинного метаболізму?

16. Якою є структура цукру, з яким ми п'ємо чай? Які ще три синоніми цієї речовини ви знаєте?

17. Чому жир у молоці не збирається на поверхні, а знаходиться у вигляді суспензії?

18. Яка маса ДНК в ядрі соматичної та статевої клітин?

19. Яка кількість АТФ використовується людиною на добу?

20. З яких білків люди виготовляють одяг?

Первинна структура панкреатичної рибонуклеази (124 амінокислоти)

ІІ. Домашнє завдання.

Продовжити підготовку до заліку та контрольної роботи у розділі «Хімічна організація життя».

Урок 21. Заліковий урок у розділі «Хімічна організація життя»

I. Проведення усного заліку з питань

1. Елементарний склад клітини.

2. Характеристика органогенних елементів.

3. Структура молекули води. Водневий зв'язок та його значення в «хімії» життя.

4. Властивості та біологічні функції води.

5. Гідрофільні та гідрофобні речовини.

6. Катіони та його біологічне значення.

7. Аніони та їх біологічне значення.

8. Полімери. Біологічні полімери Відмінності періодичних та неперіодичних полімерів.

9. Властивості ліпідів, їх біологічні функції.

10. Групи вуглеводів, що виділяються за особливостями будови.

11. Біологічні функції вуглеводів.

12. Елементарний склад білків. амінокислоти. Освіта пептидів.

13. Первинна, вторинна, третинна та четвертинна структури білків.

14. Біологічна функція білків.

15. Відмінність ферментів від небіологічних каталізаторів.

16. Будова ферментів. Коферменти.

17. Механізм впливу ферментів.

18. Нуклеїнові кислоти. Нуклеотиди та їх будова. Освіта полінуклеотидів.

19. Правила Е. Чаргаффа. Принцип комплементарності

20. Освіта дволанцюжкової молекули ДНК та її спіралізація.

21. Класи клітинної РНК та його функції.

22. Відмінності ДНК та РНК.

23. Реплікація ДНК. Транскрипція.

24. Будова та біологічна роль АТФ.

25. Утворення АТФ у клітині.

ІІ. Домашнє завдання

Продовжити підготовку до контрольної роботи у розділі «Хімічна організація життя».

Урок 22. Контрольний урок у розділі «Хімічна організація життя»

I. Проведення письмової контрольної роботи

Варіант 1

1. Є три види амінокислот - А, В, С. Скільки варіантів поліпептидних ланцюгів, що складаються з п'яти амінокислот, можна побудувати. Укажіть ці варіанти. Чи будуть ці поліпептиди мати однакові властивості? Чому?

2. Все живе переважно складається з сполук вуглецю, а аналог вуглецю – кремній, вміст якого у земної корі в 300 разів більше, ніж вуглецю, зустрічається лише у небагатьох організмах. Поясніть цей факт з погляду будови та властивостей атомів цих елементів.

3. В одну клітину ввели молекули АТФ, мічені радіоактивним 32Р за останнім, третім залишком фосфорної кислоти, а в іншу – молекули АТФ, мічені 32Р по першому, найближчому до рибозу залишку. Через 5 хвилин в обох клітинах поміряли вміст неорганічного фосфат-іону, міченого 32Р. Де воно виявиться значно вищим?

4. Дослідження показали, що 34% загальної кількості нуклеотидів даної іРНК посідає гуанін, 18% – на урацил, 28% – на цитозин і 20% – на аденін. Визначте процентний склад азотистих основ дволанцюгової ДНК, зліпком з якої є вказана іРНК.

Варіант 2

1. Жири складають «перший резерв» в енергетичному обміні та використовуються, коли вичерпано резерв вуглеводів. Однак у скелетних м'язах за наявності глюкози та жирних кислот більшою мірою використовуються останні. Білки ж як джерело енергії завжди використовуються лише в крайньому випадку, при голодуванні організму. Поясніть ці факти.

2. Іони важких металів (ртуті, свинцю та ін.) та миш'яку легко зв'язуються сульфідними угрупованнями білків. Знаючи властивості сульфідів цих металів поясніть, що станеться з білком при з'єднанні з цими металами. Чому важкі метали є отрутою для організму?

3. У реакції окислення речовини А речовина В звільняється 60 кДж енергії. Скільки молекул АТФ може бути максимально синтезовано у цій реакції? Як буде витрачено решту енергії?

4. Дослідження показали, що 27% загальної кількості нуклеотидів даної іРНК посідає гуанін, 15% – на урацил, 18% – на цитозин і 40% – на аденін. Визначте відсотковий склад азотистих основ дволанцюгової ДНК, зліпком з якої є вказана іРНК.

Далі буде

Ви собі усвідомили з попередньої статті, т.к. це дуже важливо. Тепер поговоримо, як підтримується рух міозинового містка, звідки береться енергія для скорочувальних процесів у м'язі.

Для всього нашого організму АТФслужить одним з основних джерел енергії та м'язове волокно – не виняток. Нагадаю: – внутрішньоклітинне джерело енергії, яке підтримує всі процеси, що відбуваються в клітині.

Якраз розпад молекули АТФ і протікає з виділенням енергії, також під час розпаду виділяється ортофосфорна кислота, а АТФ перетворюється на аденезиндифосфат (АДФ).

При взаємодії з ниткою актину головки міозинових містків розщеплюють молекулу АТФ, отримуючи тим самим енергію для скорочення.

Однак слід розуміти, що вміст «запасних» молекул АТФ у нашому організмі невеликий, тому для тривалої роботи м'язів і, тим більше, для інтенсивних тренувань, нашому організму необхідне енергетичне підживлення.

Заповнення енергетичних ресурсів у м'язі здійснюється трьома основними шляхами:

Розщеплення креатинфосфату.В ході такої реакції молекула креатинфосфату віддає свою фосфатну групу молекулі аденезиндифосфату (АДФ), внаслідок чого АДФ знову перетворюється на АТФ, а креатинфосфат – на креатин.
Однак таке енергетичне підживлення триває дуже обмежений час, підтримуючи енергетичний баланс м'язів лише на початку їх роботи. Пов'язано це з малим запасом креатинфосфату у клітинах м'язів. Далі в роботу включаються гліколіз та окислення в мітохондріях.
Гліколіз.У ході цього хімічного процесу у м'язі утворюється дві молекули молочної кислоти – внаслідок розпаду молекули глюкози. Розпад глюкози відбувається за участю десяти спеціальних ферментів.
Розпад однієї молекули глюкози здатний поповнити енергетичні запасидвох молекул АТФ Гліколіз дуже швидко заповнює м'язові запаси АТФ, т.к. відбувається без участі кисню (анаеробний процес).
У м'язовій тканині основний субстрат гліколізу – глікоген. Глікоген- Складний вуглевод, що складається з розгалужених ланцюгів одиниць. Основна маса вуглеводів у нашому організмі накопичується у вигляді глікогену, зосередженого в скелетній мускулатурі та печінці. Запаси глікогену багато в чому визначають обсяги нашої мускулатури та енергетичний потенціал м'язів.
Окислення органічних речовин.Даний процес відбувається за участю кисню (аеробний процес), також для його протікання необхідна присутність спеціальних ферментів. Доставка кисню займає певний час, тому цей процес запускається після розщеплення креатинфосфату та гліколізу.
Окислення органічних речовин здійснюється поетапно: запускається процес гліколізу, але ще несформовані молекули молочної кислоти (молекули пірувату) направляються в мітохондрії для подальших окислювальних процесів, в результаті яких утворюється енергіяз виділенням води (Н2О) та вуглекислого газу (СО2). За допомогою енергії, що утворилася, формується 38 молекул АТФ.
Якщо в результаті анаеробного розпаду глюкози (гліколізу) відновлюється 2 молекули АТФ, то аеробний процес (окислення в мітохондріях) здатний відновити у 19 разів більше молекул АТФ.

Висновок:молекула АТФ – основне та універсальне енергетичне джерело для м'язової активності, але запаси АТФ у м'язовому волокні малі, тому постійно поповнюються розщепленням креатинфосфату, гліколізом та окисленням органічних речовин у мітохондріях.

Причому гліколіз та окислення – основні шляхи відновлення АТФ, і кожному з цих способів відповідає свій тип м'язового волокна. Про це ми поговоримо у статті.

Матеріали цієї статті охороняються законом захисту авторських прав. Копіювання без вказівки на першоджерело та повідомлення автора ЗАБОРОНЕНО!