Μόριο ATP στη βιολογία: σύνθεση, λειτουργίες και ρόλος στο σώμα. Το ATP και ο ρόλος του στο μεταβολισμό Στάδια σύνθεσης του ATP

Σχέδιο 5

Ο μετασχηματισμός ουσιών και ενέργειας κατά τη διαδικασία της αφομοίωσης περιλαμβάνει τα ακόλουθα στάδια:

σκηνώνω- προπαρασκευαστικό: σύνθετες οργανικές ουσίες υπό τη δράση πεπτικών ενζύμων διασπώνται σε απλές, ενώ απελευθερώνεται μόνο θερμική ενέργεια.
Πρωτεΐνες ® αμινοξέα

Fats ® γλυκερίνη και λιπαρά οξέα

Άμυλο ® γλυκόζη

ΙΙ στάδιο- γλυκόλυση (χωρίς οξυγόνο): πραγματοποιείται στο υαλόπλασμα, που δεν σχετίζεται με μεμβράνες. περιλαμβάνει ένζυμα? η γλυκόζη διασπάται:

Στάδιο III- οξυγόνο: πραγματοποιείται στα μιτοχόνδρια, που σχετίζεται με τη μιτοχονδριακή μήτρα και την εσωτερική μεμβράνη, τα ένζυμα συμμετέχουν σε αυτό, το πυροσταφυλικό οξύ υφίσταται διάσπαση

Το CO 2 (διοξείδιο του άνθρακα) απελευθερώνεται από τα μιτοχόνδρια στο περιβάλλον. Το άτομο υδρογόνου περιλαμβάνεται σε μια αλυσίδα αντιδράσεων, το τελικό αποτέλεσμα της οποίας είναι η σύνθεση του ΑΤΡ. Αυτές οι αντιδράσεις έχουν την εξής σειρά:

1. Το άτομο υδρογόνου Η, με τη βοήθεια ενζύμων-φορέων, εισέρχεται στην εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων, η οποία σχηματίζει cristae, όπου οξειδώνεται:

2. Το πρωτόνιο H + (κατιόν υδρογόνου) μεταφέρεται από φορείς στην εξωτερική επιφάνεια της μεμβράνης των κριστών. Για τα πρωτόνια, αυτή η μεμβράνη, καθώς και η εξωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων, είναι αδιαπέραστη, επομένως συσσωρεύονται στον ενδομεμβρανικό χώρο, σχηματίζοντας μια δεξαμενή πρωτονίων.

3. Τα ηλεκτρόνια του υδρογόνου μεταφέρονται στην εσωτερική επιφάνεια της μεμβράνης cristae και συνδέονται αμέσως με το οξυγόνο με τη βοήθεια του ενζύμου οξειδάση, σχηματίζοντας ένα αρνητικά φορτισμένο ενεργό οξυγόνο (ανιόν):

4. Κατιόντα και ανιόντα και στις δύο πλευρές της μεμβράνης δημιουργούν ένα αντίθετα φορτισμένο ηλεκτρικό πεδίο και όταν η διαφορά δυναμικού φτάσει τα 200 mV, το κανάλι πρωτονίων αρχίζει να λειτουργεί. Εμφανίζεται στα μόρια του ενζύμου της συνθετάσης ATP, τα οποία είναι ενσωματωμένα στην εσωτερική μεμβράνη που σχηματίζει τα cristae.

5. Μέσω του καναλιού πρωτονίων, τα πρωτόνια H + ορμούν στα μιτοχόνδρια, δημιουργώντας ένα υψηλό επίπεδο ενέργειας, το μεγαλύτερο μέρος της οποίας πηγαίνει στη σύνθεση του ATP από το ADP και το F (), και τα ίδια τα πρωτόνια H + αλληλεπιδρούν με το ενεργό οξυγόνο, σχηματίζοντας νερό και μοριακό O 2:

Έτσι, το O 2 που εισέρχεται στα μιτοχόνδρια κατά την αναπνοή του οργανισμού είναι απαραίτητο για την προσθήκη πρωτονίων H +. Ελλείψει αυτού, ολόκληρη η διαδικασία στα μιτοχόνδρια σταματά, αφού η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων παύει να λειτουργεί. Γενική αντίδραση του σταδίου III:

Ως αποτέλεσμα της διάσπασης ενός μορίου γλυκόζης, σχηματίζονται 38 μόρια ATP: στο στάδιο II - 2 ATP και στο στάδιο III - 36 ATP. Τα προκύπτοντα μόρια ATP υπερβαίνουν τα μιτοχόνδρια και συμμετέχουν σε όλες τις κυτταρικές διεργασίες όπου απαιτείται ενέργεια. Διασπώντας, το ATP εκπέμπει ενέργεια (ένας φωσφορικός δεσμός περιέχει 46 kJ) και επιστρέφει στα μιτοχόνδρια με τη μορφή ADP και F (φωσφορικό).

Η διάσπαση των οργανικών ουσιών σε απλούστερες με την απελευθέρωση ενέργειας και την αποθήκευσή της στο ATP είναι μια ανταλλαγή ενέργειας. Περιλαμβάνει τρία στάδια - προπαρασκευαστικό, χωρίς οξυγόνο και οξυγόνο.

Στο προπαρασκευαστικό στάδιο, αν και απελευθερώνεται ενέργεια, δεν αποθηκεύεται στο ATP, αλλά διαχέεται με τη μορφή θερμότητας.

Το ανοξικό στάδιο λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα και οδηγεί στη διάσπαση κάθε μορίου γλυκόζης σε δύο μόρια πυροσταφυλικού οξέος. Σε αυτή την περίπτωση, απελευθερώνεται λίγη ενέργεια, επομένως συντίθενται μόνο δύο μόρια ATP.

Το στάδιο του οξυγόνου του ενεργειακού μεταβολισμού λαμβάνει χώρα στα μιτοχόνδρια. Εδώ, το πυροσταφυλικό οξύ οξειδώνεται σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό, απελευθερώνεται πολλή ενέργεια και συντίθενται περίπου 36 μόρια ATP.

Η βιοσύνθεση πρωτεϊνών και η σύνθεση λίπους αναφέρονται στον πλαστικό μεταβολισμό, όταν πιο σύνθετες συντίθενται από απλούστερες ενώσεις. Τέτοιες διαδικασίες δεν προχωρούν με την απελευθέρωση ενέργειας, αλλά με την κατανάλωσή της. Το ATP εδώ παίζει το ρόλο του προμηθευτή ενέργειας, που αποσυντίθεται σε ADP και φωσφορικό οξύ.

Στη βιολογία, η συντομογραφία ATP σημαίνει οργανική ύλη (μονομερές) τριφωσφορική αδενοσίνη(τριφωσφορικό οξύ αδενοσίνης). Σύμφωνα με τη χημική δομή, είναι ένας τριφωσφορικός νουκλεοζίτης.

Το ATP αποτελείται από ριβόζη, αδενίνη, τρία υπολείμματα φωσφορικού οξέος. Τα φωσφορικά άλατα συνδέονται σε σειρά. Στην περίπτωση αυτή, οι δύο τελευταίοι είναι ο λεγόμενος μακροεργικός δεσμός, η διάσπαση του οποίου παρέχει στο κύτταρο μεγάλη ποσότητα ενέργειας.

Έτσι, το ATP αποδίδει στο κελί ενεργειακή λειτουργία.

Τα περισσότερα από τα μόρια ATP σχηματίζονται στα μιτοχόνδρια στις αντιδράσεις της κυτταρικής αναπνοής. Στα κύτταρα, υπάρχει συνεχής σύνθεση και διάσπαση μεγάλου αριθμού μορίων τριφωσφορικού οξέος αδενοσίνης.

Η διάσπαση των φωσφορικών ομάδων συμβαίνει κυρίως με τη συμμετοχή του ενζύμου ΑΤΡάσεςκαι είναι μια αντίδραση υδρόλυσης (προσθήκη νερού):

ATP + H2O = ADP + H3PO4 + E,

όπου Ε είναι η εκλυόμενη ενέργεια που πηγαίνει σε διάφορες κυτταρικές διεργασίες (σύνθεση άλλων οργανικών ουσιών, μεταφορά τους, κίνηση οργανιδίων και κυττάρων, θερμορύθμιση κ.λπ.).

Σύμφωνα με διάφορες πηγές, η ποσότητα της εκλυόμενης ενέργειας κυμαίνεται από 30 έως 60 kJ/mol.

Το ADP είναι διφωσφορική αδενοσίνη, η οποία περιέχει ήδη δύο υπολείμματα φωσφορικού οξέος.

Τις περισσότερες φορές, το φωσφορικό άλας προστίθεται ξανά σε αυτό για να σχηματίσει ATP:

ADP + H3PO4 = ATP + H2O - E.

Αυτή η αντίδραση προχωρά με την απορρόφηση ενέργειας, η συσσώρευση της οποίας συμβαίνει ως αποτέλεσμα μιας σειράς ενζυματικών αντιδράσεων και διαδικασιών μεταφοράς ιόντων (κυρίως στη μήτρα και στην εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων). Τελικά, η ενέργεια συσσωρεύεται στην ομάδα φωσφορικών αλάτων που συνδέεται με το ADP.

Ωστόσο, ένα άλλο φωσφορικό που δεσμεύεται από έναν μακροεργικό δεσμό μπορεί να αποκοπεί από το ADP και σχηματίζεται AMP (μονοφωσφορική αδενοσίνη).

Το AMP είναι μέρος του RNA. Ως εκ τούτου, μια άλλη λειτουργία του τριφωσφορικού οξέος αδενοσίνης είναι ότι χρησιμεύει ως πηγή πρώτων υλών για τη σύνθεση ενός αριθμού οργανικών ενώσεων.

Έτσι, τα δομικά χαρακτηριστικά του ATP, η λειτουργική του χρήση μόνο ως πηγή ενέργειας στις μεταβολικές διεργασίες, καθιστά δυνατό στα κύτταρα να έχουν ένα ενιαίο και καθολικό σύστημα λήψης χημικής ενέργειας.

Σχετικό άρθρο: Στάδια Ενεργειακού Μεταβολισμού

Η διαδικασία της φωσφορυλίωσης είναι η αντίδραση μεταφοράς μιας φωσφορυλομάδας από μια ένωση σε μια άλλη με τη συμμετοχή του ενζύμου κινάσης. Το ATP συντίθεται με οξειδωτική και φωσφορυλίωση υποστρώματος.

Η οξειδωτική φωσφορυλίωση είναι η σύνθεση του ATP με τη σύνδεση ανόργανου φωσφορικού στο ADP χρησιμοποιώντας την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την οξείδωση των βιοοργανικών ουσιών.

ADP + ~P → ATP

Ένα ενδιάμεσο προϊόν του μεταβολισμού των υδατανθράκων είναι το φωσφοενολοπυρουβικό οξύ, το οποίο μεταφέρει στο ADP μια φωσφορυλική ομάδα με δεσμό υψηλής ενέργειας:

2.

Δεύτερη φάση. Μετά τη μεταφορά, τα μονομερή (προϊόντα αποσύνθεσης βιοοργανικών ενώσεων) εισέρχονται στα κύτταρα, όπου υφίστανται οξείδωση.

Ως αποτέλεσμα της οξείδωσης των μορίων του καυσίμου (αμινοξέα, γλυκόζη, λίπη), σχηματίζεται η ένωση ακετυλο-Co-A. Κατά τη διάρκεια αυτού του σταδίου, απελευθερώνεται περίπου το 30% της ενέργειας των θρεπτικών συστατικών.

Το τρίτο στάδιο - ο κύκλος του Krebs - είναι ένα κλειστό σύστημα βιοχημικών οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων. Ο κύκλος πήρε το όνομά του από τον Άγγλο βιοχημικό Hans Krebs, ο οποίος υπέθεσε και επιβεβαίωσε πειραματικά τις κύριες αντιδράσεις της αερόβιας οξείδωσης. Για την έρευνά του, ο Krebs έλαβε το βραβείο Νόμπελ (1953).

Ο κύκλος έχει δύο ακόμη ονόματα:

II.

Αυτή η διαδικασία είναι μια αντίδραση αφυδάτωσης που καταλύεται από το ένζυμο ακονιτάση.

Αυτή η διαδικασία είναι μια αντίδραση ενυδάτωσης που καταλύεται από το ένζυμο ακονιτάση.

IV.

Οι αντιδράσεις 4 και 5 είναι οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση, που καταλύεται από ισοσιτρική αφυδρογονάση, το ενδιάμεσο της αντίδρασης είναι οξαλοηλεκτρικό.

Αυτή η αντίδραση είναι επίσης μια αντίδραση οξειδωτικής αποκαρβοξυλίωσης, δηλ. Αυτή είναι η δεύτερη αντίδραση οξειδοαναγωγής:

α-οξογλουταρικό + NAD + CoA ηλεκτρικό-CoA + CO2 + NADH

VII.

GTP + ADP ATP + ΑΕΠ

X. Τέταρτη αντίδραση οξειδοαναγωγής:

Τέσσερις αντιδράσεις του κύκλου είναι οξειδοαναγωγής, που καταλύονται από ένζυμα - αφυδρογονάσες που περιέχουν τα συνένζυμα NAD, FAD. Τα συνένζυμα συλλαμβάνουν τα H + και ē που προκύπτουν και τα μεταφέρουν στην αναπνευστική αλυσίδα (αλυσίδα βιολογικής οξείδωσης). Τα στοιχεία της αναπνευστικής αλυσίδας βρίσκονται στην εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων.

Η αναπνευστική αλυσίδα είναι ένα σύστημα οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων, κατά τις οποίες γίνεται σταδιακή μεταφορά των H + και ē στο O2, το οποίο εισέρχεται στο σώμα ως αποτέλεσμα της αναπνοής.

Το ATP παράγεται στην αναπνευστική αλυσίδα. Οι κύριοι φορείς του ē στην αλυσίδα είναι οι πρωτεΐνες που περιέχουν σίδηρο και χαλκό (κυτοχρώματα), το συνένζυμο Q (ουβικινόνη). Υπάρχουν 5 κυτοχρώματα στην αλυσίδα (b1, c1, c, a, a3).

Η προσθετική ομάδα των κυτοχρωμάτων b1, c1, c είναι αίμη που περιέχει σίδηρο. Ο μηχανισμός δράσης αυτών των κυτοχρωμάτων είναι ότι περιέχουν ένα άτομο σιδήρου με μεταβλητό σθένος, το οποίο μπορεί να είναι τόσο σε οξειδωμένη όσο και σε ανηγμένη κατάσταση ως αποτέλεσμα της μεταφοράς των ē και H +:

Τα κυτοχρώματα α και α3 σχηματίζουν το σύμπλεγμα της οξειδάσης του κυτοχρώματος, το οποίο είναι ο τελευταίος κρίκος στην αναπνευστική αλυσίδα.

Η οξειδάση του κυτοχρώματος περιέχει, εκτός από σίδηρο, χαλκό με μεταβλητό σθένος. Κατά τη μεταφορά του ē από το κυτόχρωμα a3 στο μοριακό O2, λαμβάνει χώρα η διαδικασία

Προηγούμενο9101112131415161718192021222324Επόμενο

ΔΕΙΤΕ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ:



Ανατροφοδότηση

ΓΝΩΣΤΙΚΗ

Η δύναμη της θέλησης οδηγεί στη δράση και οι θετικές ενέργειες διαμορφώνουν μια θετική στάση

Πώς ο στόχος μαθαίνει για τις επιθυμίες σας προτού αναλάβετε δράση.

Πώς οι εταιρείες προβλέπουν και χειραγωγούν τις συνήθειες

Θεραπευτική Συνήθεια

Πώς να απαλλαγείτε από την αγανάκτηση

Αντιφατικές απόψεις για τις ιδιότητες που είναι εγγενείς στους άνδρες

Εκπαίδευση αυτοπεποίθησης

Λαχταριστή Παντζαροσαλάτα με Σκόρδο

Νεκρή φύση και οι εικονογραφικές δυνατότητές της

Εφαρμογή, πώς να πάρετε τη μούμια; Shilajit για μαλλιά, πρόσωπο, κατάγματα, αιμορραγίες κ.λπ.

Πώς να μάθετε να αναλαμβάνετε την ευθύνη

Γιατί χρειαζόμαστε όρια στις σχέσεις με τα παιδιά;

Ανακλαστικά στοιχεία στα παιδικά ρούχα

Πώς να νικήσεις την ηλικία σου;

Οκτώ μοναδικοί τρόποι για να επιτύχετε μακροζωία

Ταξινόμηση της παχυσαρκίας κατά ΔΜΣ (ΠΟΥ)

κεφάλαιο 3

Άξονες και επίπεδα του ανθρώπινου σώματος - Το ανθρώπινο σώμα αποτελείται από ορισμένα τοπογραφικά μέρη και περιοχές στις οποίες βρίσκονται όργανα, μύες, αιμοφόρα αγγεία, νεύρα κ.λπ.

Κόψιμο τοίχων και κοπή μαρσπιέ - Όταν το σπίτι δεν έχει παράθυρα και πόρτες, μια όμορφη ψηλή βεράντα είναι ακόμα στη φαντασία, πρέπει να ανεβείτε τις σκάλες από το δρόμο στο σπίτι.

Διαφορικές Εξισώσεις Δεύτερης Τάξης (Μοντέλο Αγοράς Πρόβλεψης Τιμής) - Σε απλά μοντέλα αγοράς, η προσφορά και η ζήτηση συνήθως υποτίθεται ότι εξαρτώνται μόνο από την τρέχουσα τιμή ενός αγαθού.

Τρόποι σύνθεσης ATP στον οργανισμό

Η διαδικασία της φωσφορυλίωσης είναι η αντίδραση μεταφοράς μιας φωσφορυλομάδας από μια ένωση σε μια άλλη με τη συμμετοχή του ενζύμου κινάσης.

Το ATP συντίθεται με οξειδωτική και φωσφορυλίωση υποστρώματος. Η οξειδωτική φωσφορυλίωση είναι η σύνθεση του ATP με τη σύνδεση ανόργανου φωσφορικού στο ADP χρησιμοποιώντας την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την οξείδωση των βιοοργανικών ουσιών.

ADP + ~P → ATP

Η φωσφορυλίωση του υποστρώματος είναι η άμεση μεταφορά μιας φωσφορυλικής ομάδας με μακροεργικό δεσμό σε ADP για σύνθεση ATP.

Παραδείγματα φωσφορυλίωσης υποστρώματος:

1. Ένα ενδιάμεσο προϊόν του μεταβολισμού των υδατανθράκων είναι το φωσφοενολοπυρουβικό οξύ, το οποίο μεταφέρει μια φωσφορυλική ομάδα με δεσμό υψηλής ενέργειας στο ADP:

Η αλληλεπίδραση ενός ενδιάμεσου προϊόντος του κύκλου Krebs - μακροεργικό ηλεκτρικό-Co-A - με το ADP με το σχηματισμό ενός μορίου ATP.

Εξετάστε τα τρία κύρια στάδια απελευθέρωσης ενέργειας και σύνθεσης ATP στο σώμα.

Το πρώτο στάδιο (προπαρασκευαστικό) περιλαμβάνει την πέψη και την απορρόφηση.

Σε αυτό το στάδιο απελευθερώνεται το 0,1% της ενέργειας των ενώσεων των τροφίμων.

Δεύτερη φάση. Μετά τη μεταφορά, τα μονομερή (προϊόντα αποσύνθεσης βιοοργανικών ενώσεων) εισέρχονται στα κύτταρα, όπου υφίστανται οξείδωση. Ως αποτέλεσμα της οξείδωσης των μορίων του καυσίμου (αμινοξέα, γλυκόζη, λίπη), σχηματίζεται η ένωση ακετυλο-Co-A. Κατά τη διάρκεια αυτού του σταδίου, απελευθερώνεται περίπου το 30% της ενέργειας των θρεπτικών συστατικών.

Το τρίτο στάδιο - ο κύκλος του Krebs - είναι ένα κλειστό σύστημα βιοχημικών οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων.

Ο κύκλος πήρε το όνομά του από τον Άγγλο βιοχημικό Hans Krebs, ο οποίος υπέθεσε και επιβεβαίωσε πειραματικά τις κύριες αντιδράσεις της αερόβιας οξείδωσης. Για την έρευνά του, ο Krebs έλαβε το βραβείο Νόμπελ (1953). Ο κύκλος έχει δύο ακόμη ονόματα:

- ο κύκλος των τρικαρβοξυλικών οξέων, καθώς περιλαμβάνει τις αντιδράσεις του μετασχηματισμού τρικαρβοξυλικών οξέων (οξέα που περιέχουν τρεις καρβοξυλικές ομάδες).

- τον κύκλο του κιτρικού οξέος, αφού η πρώτη αντίδραση του κύκλου είναι ο σχηματισμός κιτρικού οξέος.

Ο κύκλος του Krebs περιλαμβάνει 10 αντιδράσεις, τέσσερις από τις οποίες είναι οξειδοαναγωγή.

Κατά τη διάρκεια των αντιδράσεων απελευθερώνεται το 70% της ενέργειας.

Ο βιολογικός ρόλος αυτού του κύκλου είναι εξαιρετικά μεγάλος, αφού είναι το κοινό τελικό σημείο της οξειδωτικής διάσπασης όλων των βασικών τροφίμων.

Αυτός είναι ο κύριος μηχανισμός οξείδωσης στο κύτταρο, μεταφορικά ονομάζεται μεταβολικός «λέβητας». Κατά τη διαδικασία της οξείδωσης των μορίων του καυσίμου (υδατάνθρακες, αμινοξέα, λιπαρά οξέα), ο οργανισμός εφοδιάζεται με ενέργεια με τη μορφή ATP Τα μόρια του καυσίμου εισέρχονται στον κύκλο του Krebs αφού μετατραπούν σε ακετυλο-Co-A.

Επιπλέον, ο κύκλος του τρικαρβοξυλικού οξέος παρέχει ενδιάμεσα για βιοσυνθετικές διεργασίες. Αυτός ο κύκλος λαμβάνει χώρα στη μιτοχονδριακή μήτρα.

Εξετάστε τις αντιδράσεις του κύκλου του Krebs:

Ο κύκλος ξεκινά με τη συμπύκνωση του συστατικού τεσσάρων άνθρακα του οξαλοξικού και του συστατικού δύο άνθρακα του ακετυλο-Co-A.

Η αντίδραση καταλύεται από την κιτρική συνθάση και είναι μια συμπύκνωση αλδόλης που ακολουθείται από υδρόλυση. Το ενδιάμεσο προϊόν είναι το κιτρύλιο-Co-A, το οποίο υδρολύεται σε κιτρικό και CoA:

Αυτή είναι η πρώτη αντίδραση οξειδοαναγωγής.

Η αντίδραση καταλύεται από ένα σύμπλοκο α-οξογλουταρικής αφυδρογονάσης που αποτελείται από τρία ένζυμα:

Το succinyl έχει έναν δεσμό που είναι πλούσιος σε ενέργεια.

Η διάσπαση του θειοαιθερικού δεσμού του succinyl-CoA σχετίζεται με τη φωσφορυλίωση της διφωσφορικής γουανοσίνης (GDP):

Succinyl-CoA + ~ P + GDP Succinate + GTP + CoA

Η φωσφορυλική ομάδα του GTP μεταφέρεται εύκολα στο ADP για να σχηματίσει ATP:

GTP + ADP ATP + ΑΕΠ

Αυτή είναι η μόνη αντίδραση του κύκλου που είναι μια αντίδραση φωσφορυλίωσης του υποστρώματος.

Αυτή είναι η τρίτη αντίδραση οξειδοαναγωγής:

Ο κύκλος του Krebs παράγει διοξείδιο του άνθρακα, πρωτόνια και ηλεκτρόνια.

Τέσσερις αντιδράσεις του κύκλου είναι οξειδοαναγωγής, που καταλύονται από ένζυμα - αφυδρογονάσες που περιέχουν τα συνένζυμα NAD, FAD. Τα συνένζυμα συλλαμβάνουν τα H + και ē που προκύπτουν και τα μεταφέρουν στην αναπνευστική αλυσίδα (αλυσίδα βιολογικής οξείδωσης).

Τα στοιχεία της αναπνευστικής αλυσίδας βρίσκονται στην εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων.

Η αναπνευστική αλυσίδα είναι ένα σύστημα αντιδράσεων οξειδοαναγωγής, κατά τις οποίες γίνεται σταδιακή μεταφορά των H + και ē στο O2, το οποίο εισέρχεται στο σώμα ως αποτέλεσμα της αναπνοής. Το ATP παράγεται στην αναπνευστική αλυσίδα.

Οι κύριοι φορείς του ē στην αλυσίδα είναι οι πρωτεΐνες που περιέχουν σίδηρο και χαλκό (κυτοχρώματα), το συνένζυμο Q (ουβικινόνη). Υπάρχουν 5 κυτοχρώματα στην αλυσίδα (b1, c1, c, a, a3).

Η προσθετική ομάδα των κυτοχρωμάτων b1, c1, c είναι αίμη που περιέχει σίδηρο.

Ο μηχανισμός δράσης αυτών των κυτοχρωμάτων είναι ότι περιέχουν ένα άτομο σιδήρου με μεταβλητό σθένος, το οποίο μπορεί να είναι τόσο σε οξειδωμένη όσο και σε ανηγμένη κατάσταση ως αποτέλεσμα της μεταφοράς των ē και H +:

Η τελική αντίδραση που συμβαίνει στην οξειδάση του κυτοχρώματος έχει τη μορφή

Το ενεργειακό ισοζύγιο του κύκλου του Krebs και της αναπνευστικής αλυσίδας είναι 24 μόρια ATP.

Διάγραμμα του κύκλου του Krebs

Η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διάσπαση των οργανικών ουσιών δεν χρησιμοποιείται αμέσως από το κύτταρο, αλλά αποθηκεύεται με τη μορφή ενώσεων υψηλής ενέργειας, συνήθως με τη μορφή τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP).

Το ATP ταξινομείται ως μονονουκλεοτίδιο. Αποτελείται από αδενίνη, ριβόζη και τρία υπολείμματα φωσφορικού οξέος, που συνδέονται μεταξύ τους με μακροεργικούς δεσμούς.

Αυτοί οι δεσμοί αποθηκεύουν ενέργεια, η οποία απελευθερώνεται όταν σπάσουν:

ATP + H2O → ADP + H3PO4 + Q1,
ADP + H2O → AMP + H3PO4 + Q2,
AMP + H2O → αδενίνη + ριβόζη + H3PO4 + Q3,

όπου το ATP είναι τριφωσφορικό οξύ αδενοσίνης. ADP - διφωσφορικό οξύ ακενοσίνης. AMP - μονοφωσφορικό οξύ αδενοσίνης. Q1 = Q2 = 30,6 kJ; Q3 = 13,8 kJ.

Η παροχή ATP στο κύτταρο είναι περιορισμένη και αναπληρώνεται λόγω της διαδικασίας της φωσφορυλίωσης - της προσθήκης ενός υπολείμματος φωσφορικού οξέος στο ADP (ADP + F → ATP).

Εμφανίζεται με ποικίλη ένταση κατά την αναπνοή, τη ζύμωση και τη φωτοσύνθεση. Το ATP ανανεώνεται εξαιρετικά γρήγορα (στον άνθρωπο, η διάρκεια ζωής ενός μορίου ATP είναι μικρότερη από 1 λεπτό).

Η ενέργεια που αποθηκεύεται στα μόρια ATP χρησιμοποιείται από το σώμα σε αναβολικές αντιδράσεις (αντιδράσεις βιοσύνθεσης).

Το μόριο ATP χρησιμεύει ως καθολική αποθήκευση και φορέας ενέργειας για όλα τα ζωντανά όντα.

Ανατομία και φυσιολογία του κεντρικού νευρικού συστήματος

4. Μεταβολισμός λιπών, βιολογικός τους ρόλος, θερμοχωρητικότητα, συμμετοχή στο μεταβολισμό.

Ενεργειακή αξία των λιπών. Καταθέσεις λίπους

Τα λίπη είναι οργανικές ενώσεις που αποτελούν μέρος των ζωικών και φυτικών ιστών και αποτελούνται κυρίως από τριγλυκερίδια (εστέρες γλυκερίνης και διάφορα λιπαρά οξέα). Εκτός από τα τριγλυκερίδια, τα λίπη περιέχουν ουσίες ...

Επίδραση οργανικών λιπασμάτων στη μικροχλωρίδα του εδάφους

2.

Ο ρόλος των μικροοργανισμών στον κύκλο των ουσιών στη φύση

Η χημική δραστηριότητα των μικροοργανισμών εκδηλώνεται στον συνεχή κύκλο του αζώτου, του φωσφόρου, του θείου, του άνθρακα και άλλων ουσιών. Με την πιο ενεργή, ευρεία συμμετοχή μικροοργανισμών στη φύση, κυρίως στο έδαφος και την υδρόσφαιρα ...

Ορμόνη ωκυτοκίνη

1.

Χημική δομή και σύνθεση ωκυτοκίνης

Η ωκυτοκίνη δεν είναι η δική της ορμόνη της νευροϋπόφυσης, αλλά συσσωρεύεται μόνο σε αυτήν, κινούμενη κατά μήκος των αξόνων της δέσμης υποθαλάμου-υπόφυσης από τους πυρήνες του πρόσθιου υποθαλάμου - υπεροπτική και παρακοιλιακή ...

3.

Δραστικότητα ουσιών, ανάλυση και σύνθεση

Φυσικές επιστήμες σε μοριακό επίπεδο

3. Δραστικότητα ουσιών, ανάλυση και σύνθεση

Εξάρτηση του επιπέδου των θυρεοειδοτρόπων και θυρεοειδικών ορμονών από παθήσεις του θυρεοειδούς

2.5 Επίδραση ουσιών στη σύνθεση θυρεοειδικών ορμονών

Επί του παρόντος, πιστεύεται ότι η επίδραση στη σύνθεση διαφόρων ουσιών είναι μικτής φύσης.

Αυτή η διατριβή αποδεικνύεται στο άρθρο του R.V.

Kubasova, E.D…

Μικροοργανισμοί στον κύκλο των ουσιών στη φύση

Ο ρόλος των μικροοργανισμών στον κύκλο των ουσιών στη φύση

Με τη βοήθεια μικροοργανισμών, οργανικές ενώσεις φυτικής και ζωικής προέλευσης μεταλλοποιούνται σε άνθρακα, άζωτο, θείο, φώσφορο, σίδηρο κ.λπ.

Ο κύκλος του άνθρακα. Τα φυτά συμμετέχουν ενεργά στον κύκλο του άνθρακα...

Μικροοργανισμοί που απομονώνονται από διάφορα φυσικά λίπη

1.1 Δομή των λιπαρών ουσιών

Τα λίπη είναι μη πτητικές ουσίες και, όταν θερμαίνονται στους 250-300 ° C, αποσυντίθενται με το σχηματισμό πτητικών ουσιών που απελευθερώνονται με τη μορφή ατμών, αερίων και καπνού.

Τα λίπη είναι κακοί αγωγοί της θερμότητας...

Κεφάλαιο 4

Μεταβολισμός πρωτεϊνών. Μεταβολισμός λίπους. Η ανταλλαγή υδατανθράκων. Το συκώτι, ο ρόλος του στο μεταβολισμό

4.3 Ο ρόλος του ήπατος στο μεταβολισμό

Λαμβάνοντας υπόψη τον μεταβολισμό των πρωτεϊνών, των λιπών και των υδατανθράκων, έχουμε επηρεάσει επανειλημμένα το συκώτι.

Το συκώτι είναι το πιο σημαντικό όργανο για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Σχηματίζει όλη τη λευκωματίνη του αίματος, τον κύριο όγκο των παραγόντων πήξης...

Βασικές αρχές διατροφής

7. Ο ρόλος των μετάλλων στη διατροφή του ανθρώπου

Ανάλογα με την ποσότητα των μετάλλων στο ανθρώπινο σώμα και στα τρόφιμα, χωρίζονται σε μακρο- και μικροστοιχεία.

Τα πρώτα περιλαμβάνουν ασβέστιο, κάλιο, μαγνήσιο, νάτριο, φώσφορο, χλώριο, θείο ...

Ο ρόλος των μικροοργανισμών στον κύκλο των χημικών στοιχείων στη φύση

4. Ο ρόλος των μικροοργανισμών στον κύκλο του θείου στη φύση, η σημασία τους στον μετασχηματισμό των ουσιών και στην πρακτική χρήση

Ο κύκλος του θείου πραγματοποιείται ως αποτέλεσμα της ζωτικής δραστηριότητας των βακτηρίων που το οξειδώνουν ή το αποκαθιστούν.

Οι διαδικασίες ανάκτησης θείου συμβαίνουν με διάφορους τρόπους. Υπό την επίδραση σήψης βακτηρίων - Clostridium ...

4.2 Καροτενοειδή. Η δομή, οι λειτουργίες και ο φυσιολογικός τους ρόλος

Τα καροτενοειδή - λιποδιαλυτές χρωστικές κίτρινου, πορτοκαλί, κόκκινου χρώματος - υπάρχουν στους χλωροπλάστες όλων των φυτών. Αποτελούν επίσης μέρος των χρωμοπλαστών σε μη πράσινα μέρη φυτών, για παράδειγμα, σε ρίζες καρότου ...

Η φωτοσύνθεση ως βάση της ενέργειας της βιόσφαιρας

4.3 Φυκοβιλίνες.

Η δομή, οι λειτουργίες και ο φυσιολογικός τους ρόλος

Τα γαλαζοπράσινα φύκια (κυανοβακτήρια), τα κόκκινα φύκια και μερικές θαλάσσιες κρυπτομονάδες, εκτός από τη χλωροφύλλη α και τα καροτενοειδή, περιέχουν χρωστικές φυκοβιλίνης ...

Ενεργειακός μεταβολισμός μικροοργανισμών

1.

Γενικές έννοιες μεταβολισμού και ενέργειας

Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί μπορούν να χρησιμοποιήσουν μόνο χημικά δεσμευμένη ενέργεια. Κάθε ουσία έχει μια ορισμένη ποσότητα δυνητικής ενέργειας. Οι κύριοι φορείς υλικών των χημικών δεσμών του ...

Κύριος πηγή ενέργειας για το κύτταροείναι θρεπτικά συστατικά: υδατάνθρακες, λίπη και πρωτεΐνες, που οξειδώνονται με τη βοήθεια του οξυγόνου. Σχεδόν όλοι οι υδατάνθρακες, πριν φτάσουν στα κύτταρα του σώματος, μετατρέπονται σε γλυκόζη λόγω της εργασίας του γαστρεντερικού σωλήνα και του ήπατος. Μαζί με τους υδατάνθρακες, οι πρωτεΐνες διασπώνται επίσης - σε αμινοξέα και λιπίδια - σε λιπαρά οξέα. Στο κύτταρο, τα θρεπτικά συστατικά οξειδώνονται υπό τη δράση του οξυγόνου και με τη συμμετοχή ενζύμων που ελέγχουν τις αντιδράσεις απελευθέρωσης ενέργειας και τη χρησιμοποίησή της.

Σχεδόν όλες οι οξειδωτικές αντιδράσειςεμφανίζονται στα μιτοχόνδρια και η απελευθερωμένη ενέργεια αποθηκεύεται με τη μορφή μιας μακροεργικής ένωσης - ATP. Στο μέλλον, το ATP, και όχι τα θρεπτικά συστατικά, χρησιμοποιείται για την παροχή ενέργειας για τις ενδοκυτταρικές μεταβολικές διεργασίες.

μόριο ATPπεριέχει: (1) την αζωτούχα βάση αδενίνη. (2) υδατάνθρακας πεντόζης ριβόζη, (3) τρία υπολείμματα φωσφορικού οξέος. Τα δύο τελευταία φωσφορικά άλατα συνδέονται μεταξύ τους και με το υπόλοιπο μόριο με μακροεργικούς φωσφορικούς δεσμούς, που υποδεικνύονται με το σύμβολο ~ στον τύπο ATP. Ανάλογα με τις φυσικές και χημικές συνθήκες που χαρακτηρίζουν το σώμα, η ενέργεια κάθε τέτοιου δεσμού είναι 12.000 θερμίδες ανά 1 mol ATP, που είναι πολλές φορές υψηλότερη από την ενέργεια ενός συνηθισμένου χημικού δεσμού, γι' αυτό οι φωσφορικοί δεσμοί ονομάζονται μακροεργικοί. Επιπλέον, αυτοί οι δεσμοί καταστρέφονται εύκολα, παρέχοντας ενέργεια στις ενδοκυτταρικές διεργασίες μόλις παραστεί ανάγκη.

Όταν απελευθερωθεί Ενέργεια ATPδωρίζει μια φωσφορική ομάδα και μετατρέπεται σε διφωσφορική αδενοσίνη. Η ενέργεια που απελευθερώνεται χρησιμοποιείται για όλες σχεδόν τις κυτταρικές διεργασίες, για παράδειγμα, σε αντιδράσεις βιοσύνθεσης και κατά τη συστολή των μυών.

Σχέδιο σχηματισμού τριφωσφορικής αδενοσίνης στο κύτταρο, που δείχνει τον βασικό ρόλο των μιτοχονδρίων σε αυτή τη διαδικασία.
GI - γλυκόζη; FA - λιπαρά οξέα; Το ΑΑ είναι ένα αμινοξύ.

Αναπλήρωση αποθεμάτων ATPσυμβαίνει με τον ανασυνδυασμό της ADP με ένα υπόλειμμα φωσφορικού οξέος σε βάρος της ενέργειας των θρεπτικών συστατικών. Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται ξανά και ξανά. Το ATP καταναλώνεται και συσσωρεύεται συνεχώς, γι' αυτό και ονομάζεται ενεργειακό νόμισμα του κυττάρου. Ο χρόνος κύκλου εργασιών του ATP είναι μόνο λίγα λεπτά.

Ο ρόλος των μιτοχονδρίων στις χημικές αντιδράσεις του σχηματισμού ΑΤΡ. Όταν η γλυκόζη εισέρχεται στο κύτταρο, υπό τη δράση των κυτταροπλασματικών ενζύμων μετατρέπεται σε πυροσταφυλικό οξύ (αυτή η διαδικασία ονομάζεται γλυκόλυση). Η ενέργεια που απελευθερώνεται σε αυτή τη διαδικασία χρησιμοποιείται για τη μετατροπή μιας μικρής ποσότητας ADP σε ATP, λιγότερο από το 5% των συνολικών αποθεμάτων ενέργειας.

Το 95% πραγματοποιείται στα μιτοχόνδρια. Το πυροσταφυλικό οξύ, τα λιπαρά οξέα και τα αμινοξέα, που σχηματίζονται αντίστοιχα από υδατάνθρακες, λίπη και πρωτεΐνες, μετατρέπονται τελικά στη μιτοχονδριακή μήτρα σε μια ένωση που ονομάζεται ακετυλο-CoA. Αυτή η ένωση, με τη σειρά της, εισέρχεται σε μια σειρά από ενζυματικές αντιδράσεις, γνωστές συλλογικά ως κύκλος τρικαρβοξυλικού οξέος ή κύκλος Krebs, για να εγκαταλείψει την ενέργειά της.

Σε έναν κύκλο τρικαρβοξυλικά οξέα ακετυλο-CoAδιασπάται σε άτομα υδρογόνου και μόρια διοξειδίου του άνθρακα. Το διοξείδιο του άνθρακα απομακρύνεται από τα μιτοχόνδρια, μετά από το κύτταρο με διάχυση και αποβάλλεται από το σώμα μέσω των πνευμόνων.

άτομα υδρογόνουείναι χημικά πολύ ενεργά και επομένως αντιδρούν αμέσως με το οξυγόνο που διαχέεται στα μιτοχόνδρια. Η μεγάλη ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται σε αυτή την αντίδραση χρησιμοποιείται για τη μετατροπή πολλών μορίων ADP σε ATP. Αυτές οι αντιδράσεις είναι αρκετά περίπλοκες και απαιτούν τη συμμετοχή ενός τεράστιου αριθμού ενζύμων που αποτελούν τους μιτοχονδριακούς κρύστες. Στο αρχικό στάδιο, ένα ηλεκτρόνιο αποσπάται από το άτομο υδρογόνου και το άτομο μετατρέπεται σε ιόν υδρογόνου. Η διαδικασία τελειώνει με την προσθήκη ιόντων υδρογόνου στο οξυγόνο. Ως αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης, σχηματίζεται νερό και μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας που είναι απαραίτητη για τη λειτουργία της συνθετάσης ATP, μιας μεγάλης σφαιρικής πρωτεΐνης που δρα ως φυματίδια στην επιφάνεια των μιτοχονδριακών κρυστάλλων. Κάτω από τη δράση αυτού του ενζύμου, το οποίο χρησιμοποιεί την ενέργεια των ιόντων υδρογόνου, το ADP μετατρέπεται σε ATP. Νέα μόρια ATP αποστέλλονται από τα μιτοχόνδρια σε όλα τα μέρη του κυττάρου, συμπεριλαμβανομένου του πυρήνα, όπου η ενέργεια αυτής της ένωσης χρησιμοποιείται για να παρέχει μια ποικιλία λειτουργιών.
Αυτή η διαδικασία Σύνθεση ATPγενικά ονομάζεται χημειοσμωτικός μηχανισμός σχηματισμού ATP.

Η χρήση της μιτοχονδριακής τριφωσφορικής αδενοσίνης για την υλοποίηση τριών σημαντικών λειτουργιών του κυττάρου:
μεταφορά της μεμβράνης, πρωτεϊνική σύνθεση και μυϊκή σύσπαση.

Εκατομμύρια βιοχημικές αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα σε οποιοδήποτε κύτταρο του σώματός μας. Καταλύονται από μια ποικιλία ενζύμων που συχνά απαιτούν ενέργεια. Πού το παίρνει το κύτταρο; Αυτή η ερώτηση μπορεί να απαντηθεί εάν λάβουμε υπόψη τη δομή του μορίου ATP - μια από τις κύριες πηγές ενέργειας.

Το ATP είναι μια παγκόσμια πηγή ενέργειας

Το ATP σημαίνει τριφωσφορική αδενοσίνη ή τριφωσφορική αδενοσίνη. Η ύλη είναι μία από τις δύο πιο σημαντικές πηγές ενέργειας σε κάθε κύτταρο. Η δομή του ATP και ο βιολογικός ρόλος είναι στενά συνδεδεμένοι. Οι περισσότερες βιοχημικές αντιδράσεις μπορούν να πραγματοποιηθούν μόνο με τη συμμετοχή μορίων μιας ουσίας, ειδικά αυτό ισχύει.Ωστόσο, το ATP σπάνια εμπλέκεται άμεσα στην αντίδραση: για να πραγματοποιηθεί οποιαδήποτε διαδικασία, απαιτείται ενέργεια που περιέχεται ακριβώς στην τριφωσφορική αδενοσίνη.

Η δομή των μορίων της ουσίας είναι τέτοια που οι δεσμοί που σχηματίζονται μεταξύ των φωσφορικών ομάδων μεταφέρουν τεράστια ποσότητα ενέργειας. Επομένως, τέτοιοι δεσμοί ονομάζονται επίσης μακροεργικοί, ή μακροενεργετικοί (μακρο=πολλοί, μεγάλος αριθμός). Ο όρος εισήχθη για πρώτη φορά από τον επιστήμονα F. Lipman, και πρότεινε επίσης τη χρήση του εικονιδίου ̴ για να τα χαρακτηρίσουν.

Είναι πολύ σημαντικό για το κύτταρο να διατηρεί ένα σταθερό επίπεδο τριφωσφορικής αδενοσίνης. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τα μυϊκά κύτταρα και τις νευρικές ίνες, επειδή είναι οι πιο ενεργειακά εξαρτώμενες και χρειάζονται υψηλή περιεκτικότητα σε τριφωσφορική αδενοσίνη για να εκτελέσουν τις λειτουργίες τους.

Η δομή του μορίου ATP

Η τριφωσφορική αδενοσίνη αποτελείται από τρία στοιχεία: ριβόζη, αδενίνη και

Ριβόζη- ένας υδατάνθρακας που ανήκει στην ομάδα των πεντόζων. Αυτό σημαίνει ότι η ριβόζη περιέχει 5 άτομα άνθρακα, τα οποία περικλείονται σε έναν κύκλο. Η ριβόζη συνδέεται με την αδενίνη μέσω ενός β-Ν-γλυκοσιδικού δεσμού στο 1ο άτομο άνθρακα. Επίσης, υπολείμματα φωσφορικού οξέος στο 5ο άτομο άνθρακα συνδέονται με την πεντόζη.

Η αδενίνη είναι μια αζωτούχα βάση.Ανάλογα με το ποια αζωτούχα βάση είναι συνδεδεμένη με τη ριβόζη, απομονώνονται επίσης GTP (τριφωσφορική γουανοσίνη), TTP (τριφωσφορική θυμιδίνη), CTP (τριφωσφορική κυτιδίνη) και UTP (τριφωσφορική ουριδίνη). Όλες αυτές οι ουσίες έχουν παρόμοια δομή με την τριφωσφορική αδενοσίνη και εκτελούν περίπου τις ίδιες λειτουργίες, αλλά είναι πολύ λιγότερο συχνές στο κύτταρο.

Υπολείμματα φωσφορικού οξέος. Το πολύ τρία υπολείμματα φωσφορικού οξέος μπορούν να προσκολληθούν σε μια ριβόζη. Εάν υπάρχουν δύο ή μόνο ένα από αυτά, τότε, αντίστοιχα, η ουσία ονομάζεται ADP (διφωσφορικό) ή AMP (μονοφωσφορικό). Μεταξύ των υπολειμμάτων φωσφόρου συνάπτονται μακροενεργειακοί δεσμοί, μετά τη ρήξη των οποίων απελευθερώνονται από 40 έως 60 kJ ενέργειας. Εάν σπάσουν δύο δεσμοί, απελευθερώνονται 80, λιγότερο συχνά - 120 kJ ενέργειας. Όταν ο δεσμός μεταξύ της ριβόζης και του υπολείμματος φωσφόρου σπάσει, απελευθερώνονται μόνο 13,8 kJ, επομένως, υπάρχουν μόνο δύο δεσμοί υψηλής ενέργειας στο μόριο τριφωσφορικού (P ̴ P ̴ P) και ένας στο μόριο ADP (P ̴ Π).

Ποια είναι τα δομικά χαρακτηριστικά του ATP. Λόγω του γεγονότος ότι ένας μακροενεργειακός δεσμός σχηματίζεται μεταξύ των υπολειμμάτων φωσφορικού οξέος, η δομή και οι λειτουργίες του ATP αλληλοσυνδέονται.

Η δομή του ATP και ο βιολογικός ρόλος του μορίου. Πρόσθετες λειτουργίες τριφωσφορικής αδενοσίνης

Εκτός από την ενέργεια, το ATP μπορεί να εκτελέσει πολλές άλλες λειτουργίες στο κύτταρο. Μαζί με άλλα τριφωσφορικά νουκλεοτίδια, το τριφωσφορικό εμπλέκεται στην κατασκευή νουκλεϊκών οξέων. Στην περίπτωση αυτή, οι ATP, GTP, TTP, CTP και UTP είναι οι προμηθευτές αζωτούχων βάσεων. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται σε διαδικασίες και μεταγραφή.

Το ATP απαιτείται επίσης για τη λειτουργία των καναλιών ιόντων. Για παράδειγμα, το κανάλι Na-K αντλεί 3 μόρια νατρίου έξω από το κύτταρο και αντλεί 2 μόρια καλίου στο κύτταρο. Ένα τέτοιο ρεύμα ιόντων χρειάζεται για να διατηρηθεί ένα θετικό φορτίο στην εξωτερική επιφάνεια της μεμβράνης και μόνο με τη βοήθεια της τριφωσφορικής αδενοσίνης μπορεί να λειτουργήσει το κανάλι. Το ίδιο ισχύει για τα κανάλια πρωτονίων και ασβεστίου.

Το ATP είναι πρόδρομος του δεύτερου αγγελιοφόρου cAMP (κυκλική μονοφωσφορική αδενοσίνη) - το cAMP όχι μόνο μεταδίδει το σήμα που λαμβάνεται από τους υποδοχείς της κυτταρικής μεμβράνης, αλλά είναι επίσης ένας αλλοστερικός τελεστής. Οι αλλοστερικοί τελεστές είναι ουσίες που επιταχύνουν ή επιβραδύνουν τις ενζυμικές αντιδράσεις. Έτσι, η κυκλική τριφωσφορική αδενοσίνη αναστέλλει τη σύνθεση ενός ενζύμου που καταλύει τη διάσπαση της λακτόζης στα βακτηριακά κύτταρα.

Το ίδιο το μόριο τριφωσφορικής αδενοσίνης μπορεί επίσης να είναι αλλοστερικός τελεστής. Επιπλέον, σε τέτοιες διεργασίες, το ADP δρα ως ανταγωνιστής του ATP: εάν το τριφωσφορικό επιταχύνει την αντίδραση, τότε το διφωσφορικό επιβραδύνει και το αντίστροφο. Αυτές είναι οι λειτουργίες και η δομή του ATP.

Πώς σχηματίζεται το ATP στο κύτταρο

Οι λειτουργίες και η δομή του ATP είναι τέτοιες που τα μόρια της ουσίας χρησιμοποιούνται και καταστρέφονται γρήγορα. Επομένως, η σύνθεση του τριφωσφορικού είναι μια σημαντική διαδικασία για το σχηματισμό ενέργειας στο κύτταρο.

Υπάρχουν τρεις πιο σημαντικοί τρόποι σύνθεσης τριφωσφορικής αδενοσίνης:

1. Φωσφορυλίωση υποστρώματος.

2. Οξειδωτική φωσφορυλίωση.

3. Φωτοφωσφορυλίωση.

Η φωσφορυλίωση του υποστρώματος βασίζεται σε πολλαπλές αντιδράσεις που συμβαίνουν στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Αυτές οι αντιδράσεις ονομάζονται γλυκόλυση - το αναερόβιο στάδιο. Ως αποτέλεσμα 1 κύκλου γλυκόλυσης, συντίθενται δύο μόρια από 1 μόριο γλυκόζης, τα οποία χρησιμοποιούνται περαιτέρω για την παραγωγή ενέργειας και συντίθενται επίσης δύο ATP.

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

Κυτταρική αναπνοή

Η οξειδωτική φωσφορυλίωση είναι ο σχηματισμός τριφωσφορικής αδενοσίνης με τη μεταφορά ηλεκτρονίων κατά μήκος της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων της μεμβράνης. Ως αποτέλεσμα αυτής της μεταφοράς, σχηματίζεται μια βαθμίδα πρωτονίου σε μία από τις πλευρές της μεμβράνης και με τη βοήθεια του ενσωματωμένου πρωτεϊνικού συνόλου της συνθάσης ATP, δημιουργούνται μόρια. Η διαδικασία λαμβάνει χώρα στη μιτοχονδριακή μεμβράνη.

Η ακολουθία των σταδίων της γλυκόλυσης και της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης στα μιτοχόνδρια συνθέτει τη συνολική διαδικασία που ονομάζεται αναπνοή. Μετά από έναν πλήρη κύκλο, 36 μόρια ATP σχηματίζονται από 1 μόριο γλυκόζης στο κύτταρο.

Φωτοφωσφορυλίωση

Η διαδικασία της φωτοφωσφορυλίωσης είναι η ίδια οξειδωτική φωσφορυλίωση με μία μόνο διαφορά: οι αντιδράσεις φωτοφωσφορυλίωσης συμβαίνουν στους χλωροπλάστες του κυττάρου υπό τη δράση του φωτός. Το ATP παράγεται κατά το ελαφρύ στάδιο της φωτοσύνθεσης, της κύριας διαδικασίας παραγωγής ενέργειας στα πράσινα φυτά, τα φύκια και ορισμένα βακτήρια.

Κατά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, τα ηλεκτρόνια διέρχονται από την ίδια αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων, με αποτέλεσμα να σχηματίζεται μια βαθμίδα πρωτονίων. Η συγκέντρωση των πρωτονίων στη μία πλευρά της μεμβράνης είναι η πηγή της σύνθεσης του ATP. Η συναρμολόγηση των μορίων πραγματοποιείται από το ένζυμο συνθάση ATP.

Το μέσο κύτταρο περιέχει 0,04% τριφωσφορική αδενοσίνη της συνολικής μάζας. Ωστόσο, η υψηλότερη τιμή παρατηρείται στα μυϊκά κύτταρα: 0,2-0,5%.

Υπάρχουν περίπου 1 δισεκατομμύριο μόρια ATP σε ένα κύτταρο.

Κάθε μόριο ζει όχι περισσότερο από 1 λεπτό.

Ένα μόριο τριφωσφορικής αδενοσίνης ανανεώνεται 2000-3000 φορές την ημέρα.

Συνολικά, το ανθρώπινο σώμα συνθέτει 40 κιλά τριφωσφορικής αδενοσίνης ημερησίως και σε κάθε χρονικό σημείο η παροχή ATP είναι 250 g.

συμπέρασμα

Η δομή του ATP και ο βιολογικός ρόλος των μορίων του συνδέονται στενά. Η ουσία παίζει βασικό ρόλο στις διαδικασίες ζωής, επειδή οι μακροεργικοί δεσμοί μεταξύ των υπολειμμάτων φωσφορικών αλάτων περιέχουν τεράστια ποσότητα ενέργειας. Η τριφωσφορική αδενοσίνη εκτελεί πολλές λειτουργίες στο κύτταρο και επομένως είναι σημαντικό να διατηρείται μια σταθερή συγκέντρωση της ουσίας. Η αποσύνθεση και η σύνθεση προχωρούν με μεγάλη ταχύτητα, αφού η ενέργεια των δεσμών χρησιμοποιείται συνεχώς σε βιοχημικές αντιδράσεις. Είναι μια απαραίτητη ουσία οποιουδήποτε κυττάρου του σώματος. Αυτό, ίσως, είναι το μόνο που μπορεί να ειπωθεί για τη δομή της ATP.

Τριφωσφορικό οξύ αδενοσίνης-ATP- υποχρεωτικό ενεργειακό συστατικό οποιουδήποτε ζωντανού κυττάρου. Το ATP είναι επίσης ένα νουκλεοτίδιο που αποτελείται από την αζωτούχα βάση της αδενίνης, το σάκχαρο της ριβόζης και τρία υπολείμματα του μορίου του φωσφορικού οξέος. Αυτή είναι μια ασταθής δομή. Στις μεταβολικές διεργασίες, τα υπολείμματα φωσφορικού οξέος διαχωρίζονται διαδοχικά από αυτό σπάζοντας τον πλούσιο σε ενέργεια, αλλά εύθραυστο δεσμό μεταξύ του δεύτερου και του τρίτου υπολείμματος φωσφορικού οξέος. Η αποκόλληση ενός μορίου φωσφορικού οξέος συνοδεύεται από την απελευθέρωση περίπου 40 kJ ενέργειας. Σε αυτή την περίπτωση, το ATP διέρχεται σε αδενοσινοδιφωσφορικό οξύ (ADP) και με περαιτέρω διάσπαση του υπολείμματος φωσφορικού οξέος από το ADP, σχηματίζεται μονοφωσφορικό οξύ αδενοσίνης (AMP).

Σχηματικό διάγραμμα της δομής του ATP και της μετατροπής του σε ADP (Τ.Α. Kozlova, V.S. Κουτσμένκο. Βιολογία σε πίνακες. Μ., 2000 )

Κατά συνέπεια, το ATP είναι ένα είδος συσσωρευτή ενέργειας στο κύτταρο, το οποίο «εκφορτίζεται» όταν διασπάται. Η διάσπαση του ATP συμβαίνει κατά τις αντιδράσεις σύνθεσης πρωτεϊνών, λιπών, υδατανθράκων και οποιωνδήποτε άλλων ζωτικών λειτουργιών των κυττάρων. Αυτές οι αντιδράσεις συνοδεύονται από την απορρόφηση ενέργειας, η οποία εξάγεται κατά τη διάσπαση των ουσιών.

Το ATP συντίθεταιστα μιτοχόνδρια σε διάφορα στάδια. Το πρώτο είναι προπαρασκευαστική -προχωρά σταδιακά, με τη συμμετοχή συγκεκριμένων ενζύμων σε κάθε βήμα. Στην περίπτωση αυτή, οι σύνθετες οργανικές ενώσεις διασπώνται σε μονομερή: πρωτεΐνες - σε αμινοξέα, υδατάνθρακες - σε γλυκόζη, νουκλεϊκά οξέα - σε νουκλεοτίδια κ.λπ. Η διάσπαση των δεσμών σε αυτές τις ουσίες συνοδεύεται από την απελευθέρωση μικρής ποσότητας ενέργειας. Τα μονομερή που προκύπτουν υπό τη δράση άλλων ενζύμων μπορούν να υποστούν περαιτέρω αποσύνθεση με το σχηματισμό απλούστερων ουσιών μέχρι το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό.

Σχέδιο Σύνθεση ΑΤΡ στα μιτοχόνδρια του κυττάρου

ΕΠΕΞΗΓΗΣΕΙΣ ΣΤΟ ΣΧΕΔΙΟ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ ΟΥΣΙΩΝ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΤΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΑΠΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ

Στάδιο Ι - προπαρασκευαστικό: σύνθετες οργανικές ουσίες υπό τη δράση πεπτικών ενζύμων διασπώνται σε απλές, ενώ απελευθερώνεται μόνο θερμική ενέργεια.
Πρωτεΐνες -> αμινοξέα
Λίπη- > γλυκερίνη και λιπαρά οξέα
Αμυλο -> γλυκόζη

Στάδιο II - γλυκόλυση (χωρίς οξυγόνο): πραγματοποιείται στο υαλόπλασμα, που δεν σχετίζεται με μεμβράνες. περιλαμβάνει ένζυμα? η γλυκόζη διασπάται:

Στους μύκητες ζυμομύκητα, το μόριο της γλυκόζης, χωρίς τη συμμετοχή οξυγόνου, μετατρέπεται σε αιθυλική αλκοόλη και διοξείδιο του άνθρακα (αλκοολική ζύμωση):

Σε άλλους μικροοργανισμούς, η γλυκόλυση μπορεί να ολοκληρωθεί με σχηματισμό ακετόνης, οξικού οξέος κ.λπ. Σε όλες τις περιπτώσεις, η διάσπαση ενός μορίου γλυκόζης συνοδεύεται από το σχηματισμό δύο μορίων ΑΤΡ. Κατά τη διάσπαση της γλυκόζης χωρίς οξυγόνο με τη μορφή χημικού δεσμού, το 40% της ανεργίας διατηρείται στο μόριο ATP και το υπόλοιπο διαχέεται με τη μορφή θερμότητας.

Στάδιο III - υδρόλυση (οξυγόνο): πραγματοποιείται στα μιτοχόνδρια, συνδέεται με τη μιτοχονδριακή μήτρα και την εσωτερική μεμβράνη, συμμετέχουν ένζυμα σε αυτήν, το γαλακτικό οξύ υφίσταται διάσπαση: CsH6Oz + ZH20 --> 3CO2 + 12H. CO2 (διοξείδιο του άνθρακα) απελευθερώνεται από τα μιτοχόνδρια στο περιβάλλον. Το άτομο υδρογόνου περιλαμβάνεται σε μια αλυσίδα αντιδράσεων, το τελικό αποτέλεσμα της οποίας είναι η σύνθεση του ΑΤΡ. Αυτές οι αντιδράσεις έχουν την εξής σειρά:

1. Το άτομο υδρογόνου Η, με τη βοήθεια ενζύμων-φορέων, εισέρχεται στην εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων, η οποία σχηματίζει cristae, όπου οξειδώνεται: H-e--> Η+

2. Πρωτόνιο υδρογόνου Η+(κατιόν) μεταφέρεται από φορείς στην εξωτερική επιφάνεια της μεμβράνης των κριστών. Για τα πρωτόνια, αυτή η μεμβράνη είναι αδιαπέραστη, επομένως συσσωρεύονται στον ενδιάμεσο χώρο, σχηματίζοντας μια δεξαμενή πρωτονίων.

3. Ηλεκτρόνια υδρογόνου μιμεταφέρονται στην εσωτερική επιφάνεια της μεμβράνης cristae και προσκολλώνται αμέσως στο οξυγόνο με τη βοήθεια του ενζύμου οξειδάση, σχηματίζοντας ένα αρνητικά φορτισμένο ενεργό οξυγόνο (ανιόν): O2 + e--> O2-

4. Κατιόντα και ανιόντα και στις δύο πλευρές της μεμβράνης δημιουργούν ένα αντίθετα φορτισμένο ηλεκτρικό πεδίο και όταν η διαφορά δυναμικού φτάσει τα 200 mV, το κανάλι πρωτονίων αρχίζει να λειτουργεί. Εμφανίζεται στα μόρια του ενζύμου της συνθετάσης ATP, τα οποία είναι ενσωματωμένα στην εσωτερική μεμβράνη που σχηματίζει τα cristae.

5. Πρωτόνια υδρογόνου μέσω του καναλιού πρωτονίων Η+βιασύνη μέσα στα μιτοχόνδρια, δημιουργώντας ένα υψηλό επίπεδο ενέργειας, το μεγαλύτερο μέρος της οποίας πηγαίνει στη σύνθεση του ATP από ADP και P (ADP + P -\u003e ATP) και πρωτόνια Η+αλληλεπιδρούν με το ενεργό οξυγόνο, σχηματίζοντας νερό και το μοριακό 02:
(4Н++202- -->2Н20+02)

Έτσι, το Ο2, που εισέρχεται στα μιτοχόνδρια κατά την αναπνοή του οργανισμού, είναι απαραίτητο για την προσθήκη πρωτονίων υδρογόνου Η. Ελλείψει αυτού, η όλη διαδικασία στα μιτοχόνδρια σταματά, αφού η αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων παύει να λειτουργεί. Γενική αντίδραση του σταδίου III:

(2CsHbOz + 6Oz + 36ADP + 36F ---> 6C02 + 36ATP + + 42H20)

Ως αποτέλεσμα της διάσπασης ενός μορίου γλυκόζης, σχηματίζονται 38 μόρια ATP: στο στάδιο II - 2 ATP και στο στάδιο III - 36 ATP. Τα προκύπτοντα μόρια ATP υπερβαίνουν τα μιτοχόνδρια και συμμετέχουν σε όλες τις κυτταρικές διεργασίες όπου απαιτείται ενέργεια. Διασπώντας, το ATP εκπέμπει ενέργεια (ένας φωσφορικός δεσμός περιέχει 40 kJ) και επιστρέφει στα μιτοχόνδρια με τη μορφή ADP και F (φωσφορικό).