Molekula ATP v biológii: zloženie, funkcie a úloha v tele. ATP a jeho úloha v metabolizme Etapy syntézy ATP

Schéma 5

Transformácia látok a energie v procese disimilácie zahŕňa tieto kroky:

ja inscenujem- prípravné: zložité organické látky sa pôsobením tráviacich enzýmov rozkladajú na jednoduché, pričom sa uvoľňuje iba tepelná energia.
Proteíny ® aminokyseliny

Fats ® glycerol a mastné kyseliny

Glukóza škrobu®

II etapa- glykolýza (bez obsahu kyslíka): vykonávaná v hyaloplazme, ktorá nie je spojená s membránami; zahŕňa enzýmy; glukóza sa rozkladá:

Stupeň III- kyslík: prebieha v mitochondriách, spája sa s mitochondriálnou matricou a vnútornou membránou, podieľajú sa na nej enzýmy, štiepi sa kyselina pyrohroznová

Z mitochondrií sa do životného prostredia uvoľňuje CO 2 (oxid uhličitý). Atóm vodíka je zahrnutý v reťazci reakcií, ktorých konečným výsledkom je syntéza ATP. Tieto reakcie prebiehajú v nasledujúcom poradí:

1. Atóm vodíka H sa pomocou nosných enzýmov dostáva do vnútornej membrány mitochondrií, ktoré tvoria cristae, kde dochádza k jeho oxidácii:

2. Protón H + (katión vodíka) je prenášaný nosičmi na vonkajší povrch membrány krýs. Pre protóny je táto membrána, rovnako ako vonkajšia membrána mitochondrií, nepriepustná, preto sa hromadia v medzimembránovom priestore a vytvárajú rezervoár protónov.

3. Vodíkové elektróny sa prenesú na vnútorný povrch membrány cristae a pomocou enzýmu oxidázy sa okamžite naviažu na kyslík, čím sa vytvorí negatívne nabitý aktívny kyslík (anión):

4. Katióny a anióny na oboch stranách membrány vytvárajú opačne nabité elektrické pole a keď potenciálny rozdiel dosiahne 200 mV, protónový kanál začne fungovať. Vyskytuje sa v molekulách enzýmu ATP syntetázy, ktoré sú zapustené vo vnútornej membráne, ktorá tvorí cristae.

5. Prostredníctvom protónového kanála sa protóny H + ponáhľajú do mitochondrií, čím vytvárajú vysokú úroveň energie, z ktorej väčšina ide na syntézu ATP z ADP a F (), a samotné protóny H + interagujú s aktívnym kyslíkom a tvoria voda a molekulový O2:

O 2 vstupujúci do mitochondrií počas dýchania organizmu je teda nevyhnutný pre pridanie H + protónov. V jeho neprítomnosti sa celý proces v mitochondriách zastaví, pretože transportný reťazec elektrónov prestane fungovať. Všeobecná reakcia fázy III:

V dôsledku rozpadu jednej molekuly glukózy sa vytvorí 38 molekúl ATP: v štádiu II - 2 ATP a v štádiu III - 36 ATP. Výsledné molekuly ATP presahujú mitochondrie a zúčastňujú sa všetkých bunkových procesov, kde je potrebná energia. Štiepením sa ATP uvoľňuje energiu (jedna fosfátová väzba obsahuje 46 kJ) a vracia sa do mitochondrií vo forme ADP a F (fosfát).

Rozklad organických látok na jednoduchšie s uvoľňovaním energie a jej ukladaním do ATP je výmena energie. Zahŕňa tri stupne – prípravný, bezkyslíkový a kyslíkový.

V prípravnom štádiu sa síce energia uvoľní, ale neuloží sa v ATP, ale sa rozptýli vo forme tepla.

Anoxické štádium prebieha v cytoplazme a vedie k rozdeleniu každej molekuly glukózy na dve molekuly kyseliny pyrohroznovej. V tomto prípade sa uvoľňuje málo energie, takže sa syntetizujú iba dve molekuly ATP.

Kyslíkové štádium energetického metabolizmu prebieha v mitochondriách. Tu sa kyselina pyrohroznová oxiduje na oxid uhličitý a vodu, uvoľňuje sa veľa energie a syntetizuje sa asi 36 molekúl ATP.

Biosyntéza bielkovín a syntéza tukov sa týka metabolizmu plastov, keď sa zložitejšie syntetizujú z jednoduchších zlúčenín. Takéto procesy neprebiehajú s uvoľňovaním energie, ale s jej spotrebou. ATP tu zohráva úlohu dodávateľa energie, rozkladá sa na ADP a kyselinu fosforečnú.

V biológii skratka ATP znamená organickú hmotu (monomér). adenosintrifosfátu(kyselina adenozíntrifosforečná). Podľa chemickej štruktúry ide o nukleozidtrifosfát.

ATP sa skladá z ribóza, adenín, tri zvyšky kyseliny fosforečnej. Fosforečnany sú zapojené do série. V tomto prípade sú posledné dve takzvané makroergické väzby, ktorých prerušenie poskytuje bunke veľké množstvo energie.

ATP teda účinkuje v bunke energetická funkcia.

Väčšina molekúl ATP sa tvorí v mitochondriách pri reakciách bunkového dýchania. V bunkách prebieha neustála syntéza a rozklad veľkého počtu molekúl kyseliny adenozíntrifosforečnej.

K štiepeniu fosfátových skupín dochádza hlavne za účasti enzýmu ATPázy a je to hydrolytická reakcia (pridanie vody):

ATP + H2O = ADP + H3PO4 + E,

kde E je uvoľnená energia, ktorá ide do rôznych bunkových procesov (syntéza iných organických látok, ich transport, pohyb organel a buniek, termoregulácia atď.).

Množstvo uvoľnenej energie sa podľa rôznych zdrojov pohybuje od 30 do 60 kJ/mol.

ADP je adenozíndifosfát, ktorý už obsahuje dva zvyšky kyseliny fosforečnej.

Najčastejšie sa k nemu potom opäť pridá fosfát, aby sa vytvoril ATP:

ADP + H3PO4 = ATP + H2O - E.

Táto reakcia prebieha absorpciou energie, ktorej akumulácia nastáva v dôsledku množstva enzymatických reakcií a procesov transportu iónov (hlavne v matrici a na vnútornej membráne mitochondrií). Nakoniec sa energia akumuluje vo fosfátovej skupine pripojenej k ADP.

Z ADP sa však môže odštiepiť ďalší fosfát viazaný makroergickou väzbou a vzniká AMP (adenozínmonofosfát).

AMP je súčasťou RNA. Ďalšou funkciou kyseliny adenozíntrifosforečnej je teda to, že slúži ako zdroj surovín na syntézu mnohých organických zlúčenín.

Štrukturálne vlastnosti ATP, jeho funkčné využitie len ako zdroj energie v metabolických procesoch, teda umožňuje bunkám mať jediný a univerzálny systém na príjem chemickej energie.

Súvisiaci článok: Etapy energetického metabolizmu

Proces fosforylácie je reakciou prenosu fosforylovej skupiny z jednej zlúčeniny na druhú za účasti enzýmu kinázy. ATP sa syntetizuje oxidačnou a substrátovou fosforyláciou.

Oxidačná fosforylácia je syntéza ATP naviazaním anorganického fosfátu na ADP pomocou energie uvoľnenej počas oxidácie bioorganických látok.

ADP + ~P → ATP

Medziproduktom metabolizmu uhľohydrátov je kyselina fosfoenolpyrohroznová, ktorá prenáša na ADP fosforylovú skupinu s vysokoenergetickou väzbou:

Druhá fáza. Po transporte monoméry (produkty rozpadu bioorganických zlúčenín) vstupujú do buniek, kde podliehajú oxidácii.

V dôsledku oxidácie molekúl paliva (aminokyseliny, glukóza, tuky) vzniká zlúčenina acetyl-Co-A. Počas tejto fázy sa uvoľní asi 30 % energie živín.

Tretia etapa – Krebsov cyklus – je uzavretý systém biochemických redoxných reakcií. Cyklus je pomenovaný po anglickom biochemikovi Hansovi Krebsovi, ktorý predpokladal a experimentálne potvrdil hlavné reakcie aeróbnej oxidácie. Za svoj výskum dostal Krebs Nobelovu cenu (1953).

Cyklus má ďalšie dva názvy:

II.

Tento proces je dehydratačná reakcia katalyzovaná enzýmom akonitáza.

Tento proces je hydratačná reakcia katalyzovaná enzýmom akonitáza.

IV.

Reakcie 4 a 5 sú oxidačnou dekarboxyláciou, katalyzovanou izocitrátdehydrogenázou, reakčným medziproduktom je oxalosukcinát.

Táto reakcia je tiež oxidačnou dekarboxylačnou reakciou, t.j. Toto je druhá redoxná reakcia:

a-Oxoglutarát + NAD + CoA Sukcinyl-CoA + CO2 + NADH

VII.

GTP + ADP ATP + HDP

X. Štvrtá redoxná reakcia:

Štyri reakcie cyklu sú redoxné, katalyzované enzýmami - dehydrogenázami obsahujúcimi koenzýmy NAD, FAD. Koenzýmy zachytávajú vzniknuté H + a ē a prenášajú ich do dýchacieho reťazca (biologický oxidačný reťazec). Prvky dýchacieho reťazca sa nachádzajú na vnútornej membráne mitochondrií.

Dýchací reťazec je systém redoxných reakcií, pri ktorých dochádza k postupnému presunu H + a ē na O2, ktorý sa do organizmu dostáva v dôsledku dýchania.

ATP sa tvorí v dýchacom reťazci. Hlavnými nosičmi ē v reťazci sú proteíny obsahujúce železo a meď (cytochrómy), koenzým Q (ubichinón). V reťazci je 5 cytochrómov (b1, c1, c, a, a3).

Protetická skupina cytochrómov b1, c1, c je hém obsahujúci železo. Mechanizmus účinku týchto cytochrómov spočíva v tom, že obsahujú atóm železa s premenlivou mocnosťou, ktorý môže byť v dôsledku prenosu ē a H+ v oxidovanom aj redukovanom stave:

Cytochrómy a a a3 tvoria komplex cytochróm oxidázy, ktorý je posledným článkom dýchacieho reťazca.

Cytochrómoxidáza obsahuje okrem železa aj meď s premenlivou mocnosťou. Pri transporte ē z cytochrómu a3 do molekulového O2 dochádza k procesu

Predchádzajúci9101112131415161718192021222324Ďalší

VIDIEŤ VIAC:

Spätná väzba

POZNÁVACIE

Sila vôle vedie k činom a pozitívne činy vytvárajú pozitívny postoj

Ako sa cieľ dozvie o vašich túžbach predtým, ako začnete konať.

Ako spoločnosti predpovedajú a manipulujú návyky

Liečebný návyk

Ako sa zbaviť hnevu

Protichodné názory na vlastnosti, ktoré sú mužom vlastné

Tréning sebavedomia

Lahodný cviklový šalát s cesnakom

Zátišie a jeho obrazové možnosti

Aplikácia, ako vziať múmiu? Shilajit na vlasy, tvár, zlomeniny, krvácanie atď.

Ako sa naučiť prevziať zodpovednosť

Prečo potrebujeme hranice vo vzťahoch s deťmi?

Reflexné prvky na detskom oblečení

Ako prekonať svoj vek?

Osem jedinečných spôsobov, ako dosiahnuť dlhovekosť

Klasifikácia obezity podľa BMI (WHO)

Kapitola 3

Osi a roviny ľudského tela - Ľudské telo sa skladá z určitých topografických častí a oblastí, v ktorých sa nachádzajú orgány, svaly, cievy, nervy atď.

Orezávanie stien a orezávanie zárubní - Keď v dome chýbajú okná a dvere, krásna vysoká veranda je stále len vo fantázii, do domu musíte vyjsť po schodoch z ulice.

Diferenciálne rovnice druhého rádu (trhový model cenovej prognózy) – V jednoduchých trhových modeloch sa zvyčajne predpokladá, že ponuka a dopyt závisia iba od aktuálnej ceny komodity.

Spôsoby syntézy ATP v tele

Proces fosforylácie je reakciou prenosu fosforylovej skupiny z jednej zlúčeniny na druhú za účasti enzýmu kinázy.

ATP sa syntetizuje oxidačnou a substrátovou fosforyláciou. Oxidačná fosforylácia je syntéza ATP naviazaním anorganického fosfátu na ADP pomocou energie uvoľnenej počas oxidácie bioorganických látok.

ADP + ~P → ATP

Fosforylácia substrátu je priamy prenos fosforylovej skupiny s makroergickou väzbou na ADP na syntézu ATP.

Príklady fosforylácie substrátu:

1. Medziproduktom metabolizmu sacharidov je kyselina fosfoenolpyrohroznová, ktorá prenáša fosforylovú skupinu s vysokoenergetickou väzbou na ADP:

Interakcia medziproduktu Krebsovho cyklu - makroergický sukcinyl-Co-A - s ADP za vzniku jednej molekuly ATP.

Zvážte tri hlavné fázy uvoľňovania energie a syntézy ATP v tele.

Prvá fáza (prípravná) zahŕňa trávenie a vstrebávanie.

V tomto štádiu sa uvoľní 0,1 % energie z potravín.

Druhá fáza. Po transporte monoméry (produkty rozpadu bioorganických zlúčenín) vstupujú do buniek, kde podliehajú oxidácii. V dôsledku oxidácie molekúl paliva (aminokyseliny, glukóza, tuky) vzniká zlúčenina acetyl-Co-A. Počas tejto fázy sa uvoľní asi 30 % energie živín.

Tretia etapa – Krebsov cyklus – je uzavretý systém biochemických redoxných reakcií.

Cyklus je pomenovaný po anglickom biochemikovi Hansovi Krebsovi, ktorý predpokladal a experimentálne potvrdil hlavné reakcie aeróbnej oxidácie. Za svoj výskum dostal Krebs Nobelovu cenu (1953). Cyklus má ďalšie dva názvy:

- cyklus trikarboxylových kyselín, pretože zahŕňa reakcie transformácie trikarboxylových kyselín (kyseliny obsahujúce tri karboxylové skupiny);

- cyklus kyseliny citrónovej, keďže prvou reakciou cyklu je tvorba kyseliny citrónovej.

Krebsov cyklus zahŕňa 10 reakcií, z ktorých štyri sú redoxné.

Počas reakcií sa uvoľní 70% energie.

Biologická úloha tohto cyklu je mimoriadne veľká, pretože je spoločným koncovým bodom oxidačného rozkladu všetkých hlavných potravín.

Toto je hlavný mechanizmus oxidácie v bunke, obrazne sa tomu hovorí metabolický „kotol“. V procese oxidácie molekúl paliva (sacharidy, aminokyseliny, mastné kyseliny) je telu dodávaná energia vo forme ATP Molekuly paliva po premene na acetyl-Co-A vstupujú do Krebsovho cyklu.

Okrem toho cyklus trikarboxylových kyselín dodáva medziprodukty pre biosyntetické procesy. Tento cyklus prebieha v mitochondriálnej matrici.

Zvážte reakcie Krebsovho cyklu:

Cyklus začína kondenzáciou štvoruhlíkovej zložky oxalacetátu a dvojuhlíkovej zložky acetyl-Co-A.

Reakcia je katalyzovaná citrátsyntázou a ide o aldolovú kondenzáciu, po ktorej nasleduje hydrolýza. Medziproduktom je citryl-Co-A, ktorý sa hydrolyzuje na citrát a CoA:

Toto je prvá redoxná reakcia.

Reakciu katalyzuje komplex α-oxoglutarátdehydrogenázy pozostávajúci z troch enzýmov:

Sukcinyl má väzbu, ktorá je bohatá na energiu.

Štiepenie tioesterovej väzby sukcinyl-CoA je spojené s fosforyláciou guanozíndifosfátu (GDP):

Sukcinyl-CoA + ~ P + GDP sukcinát + GTP + CoA

Fosforylová skupina GTP sa ľahko prenáša na ADP za vzniku ATP:

GTP + ADP ATP + HDP

Toto je jediná reakcia cyklu, ktorá je reakciou fosforylácie substrátu.

Toto je tretia redoxná reakcia:

Krebsov cyklus produkuje oxid uhličitý, protóny a elektróny.

Prvky dýchacieho reťazca sa nachádzajú na vnútornej membráne mitochondrií.

Dýchací reťazec je systém redoxných reakcií, pri ktorých dochádza k postupnému presunu H + a ē na O2, ktorý sa do organizmu dostáva v dôsledku dýchania. ATP sa tvorí v dýchacom reťazci.

Hlavnými nosičmi ē v reťazci sú proteíny obsahujúce železo a meď (cytochrómy), koenzým Q (ubichinón). V reťazci je 5 cytochrómov (b1, c1, c, a, a3).

Protetická skupina cytochrómov b1, c1, c je hém obsahujúci železo.

Mechanizmus účinku týchto cytochrómov spočíva v tom, že obsahujú atóm železa s premenlivou mocnosťou, ktorý môže byť v dôsledku prenosu ē a H+ v oxidovanom aj redukovanom stave:

Konečná reakcia, ktorá sa vyskytuje na cytochrómoxidáze, má tvar

Energetická bilancia Krebsovho cyklu a dýchacieho reťazca je 24 molekúl ATP.

Schéma Krebsovho cyklu

Energia uvoľnená pri rozklade organických látok nie je bunkou okamžite využitá, ale je uložená vo forme vysokoenergetických zlúčenín, zvyčajne vo forme adenozíntrifosfát (ATP).

ATP je klasifikovaný ako mononukleotid. Pozostáva z adenínu, ribózy a troch zvyškov kyseliny fosforečnej, ktoré sú vzájomne prepojené makroergickými väzbami.

Tieto väzby uchovávajú energiu, ktorá sa uvoľňuje, keď sú prerušené:

ATP + H2O → ADP + H3PO4 + Q1,
ADP + H2O → AMP + H3PO4 + Q2,
AMP + H2O → adenín + ribóza + H3PO4 + Q3,

kde ATP je kyselina adenozíntrifosforečná; ADP - kyselina acenozíndifosforečná; AMP - kyselina adenozínmonofosforečná; Q1 = Q2 = 30,6 kJ; Q3 = 13,8 kJ.

Zásoba ATP v bunke je obmedzená a doplnená v dôsledku procesu fosforylácie - pridania zvyšku kyseliny fosforečnej k ADP (ADP + F → ATP).

Vyskytuje sa s rôznou intenzitou počas dýchania, fermentácie a fotosyntézy. ATP sa obnovuje extrémne rýchlo (u ľudí je životnosť jednej molekuly ATP menej ako 1 minúta).

Energiu uloženú v molekulách ATP telo využíva pri anabolických reakciách (biosyntetických reakciách).

Molekula ATP slúži ako univerzálny zásobník a nosič energie pre všetky živé bytosti.

Anatómia a fyziológia centrálneho nervového systému

4. Metabolizmus tukov, ich biologická úloha, tepelná kapacita, účasť na metabolizme.
Energetická hodnota tukov. Tukové usadeniny

Tuky sú organické zlúčeniny, ktoré sú súčasťou živočíšnych a rastlinných tkanív a pozostávajú najmä z triglyceridov (estery glycerolu a rôznych mastných kyselín). Tuky okrem triglyceridov obsahujú látky...

Vplyv organických hnojív na pôdnu mikroflóru

2.
Úloha mikroorganizmov v kolobehu látok v prírode

Chemická aktivita mikroorganizmov sa prejavuje v nepretržitom kolobehu dusíka, fosforu, síry, uhlíka a iných látok. S najaktívnejšou, širokou účasťou mikroorganizmov v prírode, hlavne v pôde a hydrosfére ...

Hormonálny oxytocín

1.
Chemická štruktúra a syntéza oxytocínu

Oxytocín nie je vlastným hormónom neurohypofýzy, ale iba sa v ňom hromadí a pohybuje sa pozdĺž axónov hypotalamo-hypofyzárneho zväzku z jadier predného hypotalamu - supraoptického a paraventrikulárneho ...

3.
Reaktivita látok, analýza a syntéza

Prírodné vedy na molekulárnej úrovni

3. Reaktivita látok, analýza a syntéza

Závislosť hladiny hormónov stimulujúcich štítnu žľazu a štítnej žľazy od ochorení štítnej žľazy

2.5 Vplyv látok na syntézu hormónov štítnej žľazy

V súčasnosti sa predpokladá, že vplyv na syntézu rôznych látok je zmiešanej povahy.

Túto tézu dokazuje aj článok R.V.

Kubašová, E.D…

Mikroorganizmy v kolobehu látok v prírode

Úloha mikroorganizmov v kolobehu látok v prírode

Pomocou mikroorganizmov sú organické zlúčeniny rastlinného a živočíšneho pôvodu mineralizované na uhlík, dusík, síru, fosfor, železo atď.

Cyklus uhlíka. Rastliny sa aktívne podieľajú na kolobehu uhlíka...

Mikroorganizmy izolované z rôznych prírodných tukov

1.1 Štruktúra tukových látok

Tuky sú neprchavé látky a pri zahriatí na 250-300°C sa rozkladajú za vzniku prchavých látok, ktoré sa uvoľňujú vo forme pár, plynov a dymu.

Tuky sú zlými vodičmi tepla...

Kapitola 4

Metabolizmus bielkovín. Metabolizmus tukov. Výmena uhľohydrátov. Pečeň, jej úloha v metabolizme

4.3 Úloha pečene v metabolizme

Vzhľadom na metabolizmus bielkovín, tukov a sacharidov sme opakovane zasiahli pečeň.

Pečeň je najdôležitejším orgánom pre syntézu bielkovín. Tvorí všetok krvný albumín, väčšinu koagulačných faktorov...

Základné princípy výživy

7. Úloha minerálov vo výžive človeka

V závislosti od množstva minerálov v ľudskom tele a v potravinách sa delia na makro- a mikroprvky.

Medzi prvé patria vápnik, draslík, horčík, sodík, fosfor, chlór, síra ...

Úloha mikroorganizmov v kolobehu chemických prvkov v prírode

4. Úloha mikroorganizmov v kolobehu síry v prírode, ich význam pri premene látok a praktické využitie

Cyklus síry sa uskutočňuje v dôsledku životnej aktivity baktérií, ktoré ju oxidujú alebo obnovujú.

Procesy obnovy síry prebiehajú niekoľkými spôsobmi. Pod vplyvom hnilobných baktérií - Clostridium ...

4.2 Karotenoidy. Ich štruktúra, funkcie a fyziologická úloha

Karotenoidy - v tukoch rozpustné pigmenty žltej, oranžovej, červenej farby - sú prítomné v chloroplastoch všetkých rastlín. Sú tiež súčasťou chromoplastov v nezelených častiach rastlín, napríklad v koreňoch mrkvy ...

Fotosyntéza ako základ energie biosféry

4.3 Fykobilíny.
Ich štruktúra, funkcie a fyziologická úloha

Modrozelené riasy (sinice), červené riasy a niektoré morské kryptomonády okrem chlorofylu a a karotenoidov obsahujú fykobilínové pigmenty ...

Energetický metabolizmus mikroorganizmov

1.
Všeobecné pojmy metabolizmu a energie

Všetky živé organizmy dokážu využívať iba chemicky viazanú energiu. Každá látka má určité množstvo potenciálnej energie. Hlavnými materiálnymi nosičmi jeho chemických väzieb ...

Hlavná zdroj energie pre bunku sú živiny: sacharidy, tuky a bielkoviny, ktoré sa oxidujú pomocou kyslíka. Takmer všetky uhľohydráty sa pred dosiahnutím buniek tela premieňajú na glukózu v dôsledku práce gastrointestinálneho traktu a pečene. Spolu so sacharidmi sa štiepia aj bielkoviny - na aminokyseliny a lipidy - na mastné kyseliny.V bunke dochádza k oxidácii živín pôsobením kyslíka a za účasti enzýmov, ktoré riadia reakcie uvoľňovania energie a jej využitia.

Takmer všetky oxidačné reakcie sa vyskytujú v mitochondriách a uvoľnená energia sa ukladá vo forme makroergickej zlúčeniny – ATP. V budúcnosti je to ATP, a nie živiny, čo sa používa na poskytovanie energie pre intracelulárne metabolické procesy.

molekula ATP obsahuje: (1) dusíkatú bázu adenín; (2) pentóza sacharidov ribóza, (3) tri zvyšky kyseliny fosforečnej. Posledné dva fosfáty sú spojené navzájom a so zvyškom molekuly makroergickými fosfátovými väzbami, ktoré sú vo vzorci ATP označené symbolom ~. V závislosti od fyzikálnych a chemických podmienok charakteristických pre telo je energia každej takejto väzby 12 000 kalórií na 1 mol ATP, čo je mnohonásobne viac ako energia bežnej chemickej väzby, a preto sa fosfátové väzby nazývajú makroergické. Okrem toho sa tieto väzby ľahko zničia a poskytujú intracelulárnym procesom energiu, len čo to bude potrebné.

Pri uvoľnení Energia ATP daruje fosfátovú skupinu a premieňa sa na adenozíndifosfát. Uvoľnená energia sa využíva takmer na všetky bunkové procesy, napríklad pri biosyntéznych reakciách a pri svalovej kontrakcii.

Schéma tvorby adenozíntrifosfátu v bunke, ukazujúca kľúčovú úlohu mitochondrií v tomto procese.
GI - glukóza; FA - mastné kyseliny; AA je aminokyselina.

Doplnenie rezerv ATP vzniká rekombináciou ADP so zvyškom kyseliny fosforečnej na úkor energie živín. Tento proces sa opakuje znova a znova. ATP sa neustále spotrebúva a hromadí, preto sa nazýva energetická mena bunky. Doba obratu ATP je len niekoľko minút.

Úloha mitochondrií v chemických reakciách tvorby ATP. Keď glukóza vstúpi do bunky, pôsobením cytoplazmatických enzýmov sa zmení na kyselinu pyrohroznovú (tento proces sa nazýva glykolýza). Energia uvoľnená v tomto procese sa používa na premenu malého množstva ADP na ATP, menej ako 5% celkových energetických zásob.

95 % prebieha v mitochondriách. Kyselina pyrohroznová, mastné kyseliny a aminokyseliny, vytvorené zo sacharidov, tukov a bielkovín, sa nakoniec v mitochondriálnej matrici premenia na zlúčeninu nazývanú acetyl-CoA. Táto zlúčenina zase vstupuje do série enzymatických reakcií, ktoré sú súhrnne známe ako cyklus trikarboxylových kyselín alebo Krebsov cyklus, aby sa vzdala svojej energie.

V slučke trikarboxylové kyseliny acetyl-CoAštiepi sa na atómy vodíka a molekuly oxidu uhličitého. Oxid uhličitý sa odstraňuje z mitochondrií, potom z bunky difúziou a vylučuje sa z tela cez pľúca.

atómy vodíka sú chemicky veľmi aktívne, a preto okamžite reagujú s kyslíkom difundujúcim do mitochondrií. Veľké množstvo energie uvoľnenej pri tejto reakcii sa využíva na premenu mnohých molekúl ADP na ATP. Tieto reakcie sú pomerne zložité a vyžadujú si účasť obrovského množstva enzýmov, ktoré tvoria mitochondriálne cristae. V počiatočnom štádiu sa elektrón odštiepi od atómu vodíka a atóm sa zmení na vodíkový ión. Proces končí pridaním vodíkových iónov ku kyslíku. V dôsledku tejto reakcie vzniká voda a veľké množstvo energie, ktoré sú nevyhnutné pre činnosť ATP syntetázy, veľkého guľovitého proteínu, ktorý pôsobí ako tuberkulózy na povrchu mitochondriálnych krís. Pôsobením tohto enzýmu, ktorý využíva energiu vodíkových iónov, sa ADP premieňa na ATP. Nové molekuly ATP sa posielajú z mitochondrií do všetkých častí bunky, vrátane jadra, kde sa energia tejto zlúčeniny využíva na zabezpečenie rôznych funkcií.
Tento proces Syntéza ATP všeobecne nazývaný chemiosmotický mechanizmus tvorby ATP.

Použitie mitochondriálneho adenozíntrifosfátu na realizáciu troch dôležitých funkcií bunky:
membránový transport, syntéza bielkovín a svalová kontrakcia.

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

ATP je univerzálny zdroj energie

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

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

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

Štruktúra molekuly ATP

Adenozíntrifosfát sa skladá z troch prvkov: ribózy, adenínu a

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

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

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

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

Štruktúra ATP a biologická úloha molekuly. Ďalšie funkcie adenozíntrifosfátu

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

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

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

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

Ako sa tvorí ATP v bunke

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

Existujú tri najdôležitejšie spôsoby syntézy adenozíntrifosfátu:

1. Fosforylácia substrátu.

2. Oxidačná fosforylácia.

3. Fotofosforylácia.

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

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

Bunkové dýchanie

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

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

Fotofosforylácia

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

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

Priemerná bunka obsahuje 0,04 % adenozíntrifosfátu z celkovej hmoty. Najvyššia hodnota sa však pozoruje vo svalových bunkách: 0,2-0,5%.

V bunke je asi 1 miliarda molekúl ATP.

Každá molekula nežije dlhšie ako 1 minútu.

Jedna molekula adenozíntrifosfátu sa obnovuje 2000-3000 krát denne.

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

Záver

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

Kyselina adenozíntrifosforečná-ATP- povinná energetická zložka každej živej bunky. ATP je tiež nukleotid pozostávajúci z dusíkatej bázy adenínu, cukru ribózy a troch zvyškov molekuly kyseliny fosforečnej. Toto je nestabilná štruktúra. V metabolických procesoch sa z nej postupne odštiepia zvyšky kyseliny fosforečnej prerušením energeticky bohatej, ale krehkej väzby medzi druhým a tretím zvyškom kyseliny fosforečnej. Oddelenie jednej molekuly kyseliny fosforečnej je sprevádzané uvoľnením asi 40 kJ energie. V tomto prípade ATP prechádza na kyselinu adenozíndifosforečnú (ADP) a ďalším odštiepením zvyšku kyseliny fosforečnej z ADP vzniká kyselina adenozínmonofosforečná (AMP).

Schematický diagram štruktúry ATP a jeho transformácie na ADP ( T.A. Kozlová, V.S. Kučmenko. Biológia v tabuľkách. M., 2000 )

V dôsledku toho je ATP akýmsi energetickým akumulátorom v bunke, ktorý sa pri rozdelení „vybije“. K rozkladu ATP dochádza počas reakcií syntézy bielkovín, tukov, sacharidov a akýchkoľvek iných životne dôležitých funkcií buniek. Tieto reakcie prebiehajú s absorpciou energie, ktorá sa získava pri rozklade látok.

ATP sa syntetizuje v mitochondriách v niekoľkých štádiách. Prvým je prípravné - prebieha postupne, so zapojením špecifických enzýmov do každého kroku. V tomto prípade sa komplexné organické zlúčeniny rozkladajú na monoméry: bielkoviny - na aminokyseliny, sacharidy - na glukózu, nukleové kyseliny - na nukleotidy atď. Rozbitie väzieb v týchto látkach je sprevádzané uvoľnením malého množstva energie. Vzniknuté monoméry pôsobením iných enzýmov môžu podliehať ďalšiemu rozkladu za vzniku jednoduchších látok až po oxid uhličitý a vodu.

Schéma Syntéza ATP v mitochondriách bunky

VYSVETLIVKY K SCHÉME PREMENY LÁTOK A ENERGIE V PROCESE DISIMILÁCIE

I. etapa - prípravná: zložité organické látky sa pôsobením tráviacich enzýmov rozkladajú na jednoduché, pričom sa uvoľňuje iba tepelná energia.
Proteíny -> aminokyseliny
tuky- > glycerín a mastné kyseliny
škrob ->glukóza

Stupeň II - glykolýza (bez kyslíka): vykonávaná v hyaloplazme, ktorá nie je spojená s membránami; zahŕňa enzýmy; glukóza sa rozkladá:

V kvasinkových hubách sa molekula glukózy bez účasti kyslíka premieňa na etylalkohol a oxid uhličitý (alkoholová fermentácia):

U iných mikroorganizmov môže byť glykolýza ukončená tvorbou acetónu, kyseliny octovej atď. Vo všetkých prípadoch je rozpad jednej molekuly glukózy sprevádzaný tvorbou dvoch molekúl ATP. Pri bezkyslíkovom rozklade glukózy vo forme chemickej väzby sa 40 % anergie zadrží v molekule ATP a zvyšok sa rozptýli vo forme tepla.

Stupeň III - hydrolýza (kyslík): prebieha v mitochondriách, súvisí s mitochondriálnou matricou a vnútornou membránou, podieľajú sa na nej enzýmy, štiepi sa kyselina mliečna: CsH6Oz + ZH20 --> 3CO2 + 12H. Z mitochondrií sa do životného prostredia uvoľňuje CO2 (oxid uhličitý). Atóm vodíka je zahrnutý v reťazci reakcií, ktorých konečným výsledkom je syntéza ATP. Tieto reakcie prebiehajú v nasledujúcom poradí:

1. Atóm vodíka H sa pomocou nosných enzýmov dostáva do vnútornej membrány mitochondrií, ktoré tvoria cristae, kde dochádza k jeho oxidácii: H-e--> H+

2. Protón vodíka H+(katión) je prenášaný nosičmi na vonkajší povrch membrány krís. Pre protóny je táto membrána nepriepustná, preto sa hromadia v medzimembránovom priestore a vytvárajú tak zásobník protónov.

3. Vodíkové elektróny e sa prenesú na vnútorný povrch membrány cristae a pomocou enzýmu oxidázy sa okamžite naviažu na kyslík, čím sa vytvorí negatívne nabitý aktívny kyslík (anión): O2 + e--> O2-

5. Protóny vodíka cez protónový kanál H+ ponáhľať sa vo vnútri mitochondrií, čím sa vytvára vysoká hladina energie, z ktorej väčšina ide na syntézu ATP z ADP a P (ADP + P -\u003e ATP) a protónov H+ interagujú s aktívnym kyslíkom, tvoria vodu a molekulovú 02:
(4H++202- -->2H20+02)

O2, ktorý sa dostáva do mitochondrií pri dýchaní organizmu, je teda potrebný na doplnenie vodíkových protónov H. Pri jeho nedostatku sa celý proces v mitochondriách zastaví, pretože prestáva fungovať transportný reťazec elektrónov. Všeobecná reakcia fázy III:

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

V dôsledku rozpadu jednej molekuly glukózy sa vytvorí 38 molekúl ATP: v štádiu II - 2 ATP a v štádiu III - 36 ATP. Výsledné molekuly ATP presahujú mitochondrie a zúčastňujú sa všetkých bunkových procesov, kde je potrebná energia. Štiepením sa ATP uvoľňuje energiu (jedna fosfátová väzba obsahuje 40 kJ) a vracia sa do mitochondrií vo forme ADP a F (fosfát).

Tuleň