Biyolojide ATP molekülü: vücuttaki bileşim, işlevler ve rol. ATP ve metabolizmadaki rolü ATP sentezinin aşamaları

Şema 5

Disimilasyon sürecinde maddelerin ve enerjinin dönüşümü aşağıdaki adımları içerir:

sahneye koyuyorum- hazırlık: sindirim enzimlerinin etkisi altındaki karmaşık organik maddeler basit maddelere ayrılırken, yalnızca termal enerji açığa çıkar.
Proteinler ® amino asitler

Fats ® gliserol ve yağ asitleri

Nişasta ® glikoz

2. aşama- glikoliz (oksijensiz): hyaloplazmada gerçekleştirilir, zarlarla ilişkili değildir; enzimleri içerir; Glikoz parçalanır:

Aşama III- oksijen: mitokondriyal matris ve iç zar ile ilişkili mitokondride gerçekleştirilir, enzimler buna katılır, pirüvik asit bölünmeye uğrar

CO 2 (karbon dioksit) mitokondriden çevreye salınır. Hidrojen atomu, nihai sonucu ATP'nin sentezi olan bir reaksiyon zincirine dahil edilir. Bu reaksiyonlar aşağıdaki sırayla gider:

1. Hidrojen atomu H, taşıyıcı enzimlerin yardımıyla mitokondrinin iç zarına girerek cristae oluşturur ve burada oksitlenir:

2. Proton H+ (hidrojen katyonu), taşıyıcılar tarafından cristae zarının dış yüzeyine taşınır. Protonlar için, bu zar ve mitokondrinin dış zarı geçirimsizdir, bu nedenle zarlar arası boşlukta birikerek bir proton rezervuarı oluştururlar.

3. Hidrojen elektronları, kristal zarın iç yüzeyine aktarılır ve oksidaz enzimi yardımıyla hemen oksijene bağlanarak negatif yüklü bir aktif oksijen (anyon) oluşturur:

4. Membranın her iki tarafındaki katyonlar ve anyonlar zıt yüklü bir elektrik alanı oluşturur ve potansiyel fark 200 mV'a ulaştığında proton kanalı çalışmaya başlar. Cristae'yi oluşturan iç zara gömülü olan ATP sentetazın enzim moleküllerinde oluşur.

5. Proton kanalı aracılığıyla, H + protonları mitokondriye koşarak, çoğu ADP ve F'den () ATP'nin sentezine giden yüksek bir enerji seviyesi yaratır ve H + protonlarının kendileri aktif oksijen ile etkileşime girerek oluştururlar. su ve moleküler O 2:

Böylece organizmanın solunumu sırasında mitokondriye giren O2, H+ protonlarının eklenmesi için gereklidir. Yokluğunda, elektron taşıma zinciri işlevini durdurduğu için mitokondrideki tüm süreç durur. Evre III'ün genel reaksiyonu:

Bir glikoz molekülünün parçalanması sonucunda 38 ATP molekülü oluşur: II - 2 ATP aşamasında ve III - 36 ATP aşamasında. Ortaya çıkan ATP molekülleri mitokondrinin ötesine geçer ve enerjinin gerekli olduğu tüm hücre süreçlerine katılır. Bölme, ATP enerji verir (bir fosfat bağı 46 kJ içerir) ve mitokondriye ADP ve F (fosfat) şeklinde geri döner.

Enerjinin açığa çıkması ve ATP'de depolanması ile organik maddelerin daha basit maddelere parçalanması bir enerji alışverişidir. Üç aşama içerir - hazırlık, oksijensiz ve oksijen.

Hazırlık aşamasında enerji açığa çıkmasına rağmen ATP'de depolanmaz, ısı şeklinde dağılır.

Anoksik aşama sitoplazmada gerçekleşir ve her bir glikoz molekülünün iki piruvik asit molekülüne bölünmesine yol açar. Bu durumda çok az enerji açığa çıkar, dolayısıyla sadece iki ATP molekülü sentezlenir.

Enerji metabolizmasının oksijen aşaması mitokondride gerçekleşir. Burada pirüvik asit karbondioksit ve suya oksitlenir, çok fazla enerji açığa çıkar ve yaklaşık 36 ATP molekülü sentezlenir.

Protein biyosentezi ve yağ sentezi, daha karmaşık olanlar daha basit bileşiklerden sentezlendiğinde plastik metabolizmayı ifade eder. Bu tür işlemler, enerjinin serbest bırakılmasıyla değil, tüketimiyle devam eder. ATP burada ADP ve fosforik aside ayrışan bir enerji tedarikçisi rolünü oynar.

Biyolojide, ATP kısaltması organik madde (monomer) anlamına gelir. adenozin trifosfat(adenozin trifosforik asit). Kimyasal yapısına göre bir nükleosit trifosfattır.

ATP oluşur riboz, adenin, üç fosforik asit kalıntısı. Fosfatlar seri olarak bağlanmıştır. Bu durumda, son ikisi, kırılması hücreye büyük miktarda enerji sağlayan sözde makroerjik bağdır.

Böylece hücrede ATP görevini yerine getirir. enerji fonksiyonu.

ATP moleküllerinin çoğu, hücresel solunum reaksiyonlarında mitokondride oluşur. Hücrelerde, çok sayıda adenozin trifosforik asit molekülünün sürekli bir sentezi ve parçalanması vardır.

Fosfat gruplarının parçalanması esas olarak enzimin katılımıyla gerçekleşir. ATPazlar ve bir hidroliz reaksiyonudur (su ilavesi):

ATP + H2O = ADP + H3PO4 + E,

burada E, çeşitli hücresel işlemlere (diğer organik maddelerin sentezi, bunların taşınması, organellerin ve hücrelerin hareketi, termoregülasyon vb.) giden salınan enerjidir.

Çeşitli kaynaklara göre, salınan enerji miktarı 30 ila 60 kJ/mol arasında değişmektedir.

ADP, hali hazırda iki fosforik asit kalıntısı içeren adenosin difosfattır.

Çoğu zaman, ATP oluşturmak için fosfat tekrar eklenir:

ADP + H3PO4 = ATP + H2O - E.

Bu reaksiyon, birikimi bir dizi enzimatik reaksiyon ve iyon taşıma işlemlerinin (esas olarak matriste ve mitokondrinin iç zarında) bir sonucu olarak meydana gelen enerjinin emilmesiyle devam eder. Sonuçta, ADP'ye bağlı fosfat grubunda enerji birikir.

Bununla birlikte, makroerjik bir bağ ile bağlanan başka bir fosfat, ADP'den ayrılabilir ve AMP (adenozin monofosfat) oluşur.

AMP, RNA'nın bir parçasıdır. Bu nedenle, adenozin trifosforik asidin bir başka işlevi de, bir dizi organik bileşiğin sentezi için bir ham madde kaynağı olarak hizmet etmesidir.

Böylece ATP'nin yapısal özellikleri, metabolik süreçlerde sadece enerji kaynağı olarak işlevsel kullanımı, hücrelerin kimyasal enerjiyi almak için tek ve evrensel bir sisteme sahip olmasını mümkün kılar.

İlgili makale: Enerji Metabolizmasının Aşamaları

Fosforilasyon işlemi, bir fosforil grubunun kinaz enziminin katılımıyla bir bileşikten diğerine aktarılması reaksiyonudur. ATP, oksidatif ve substrat fosforilasyonu ile sentezlenir.

Oksidatif fosforilasyon, biyoorganik maddelerin oksidasyonu sırasında açığa çıkan enerjiyi kullanarak ADP'ye inorganik fosfat bağlayarak ATP sentezidir.

ADP + ~P → ATP

Karbonhidrat metabolizmasının bir ara ürünü, yüksek enerjili bir bağa sahip bir fosforil grubunu ADP'ye aktaran fosfoenolpirüvik asittir:

2.

İkinci aşama. Taşımadan sonra monomerler (biyoorganik bileşiklerin bozunma ürünleri), oksidasyona uğradıkları hücrelere girer.

Yakıt moleküllerinin (amino asitler, glikoz, yağlar) oksidasyonu sonucunda asetil-Co-A bileşiği oluşur. Bu aşamada besinlerin enerjisinin yaklaşık %30'u açığa çıkar.

Üçüncü aşama - Krebs döngüsü - kapalı bir biyokimyasal redoks reaksiyonları sistemidir. Döngü, aerobik oksidasyonun ana reaksiyonlarını öne süren ve deneysel olarak doğrulayan İngiliz biyokimyacı Hans Krebs'in adını almıştır. Araştırması için Krebs, Nobel Ödülü'nü aldı (1953).

Döngünün iki adı daha var:

II.

Bu süreç, akonitaz enzimi tarafından katalize edilen bir dehidrasyon reaksiyonudur.

Bu işlem, enzim akonitaz tarafından katalize edilen bir hidrasyon reaksiyonudur.

IV.

Reaksiyon 4 ve 5, izositrat dehidrojenaz tarafından katalize edilen oksidatif dekarboksilasyondur, reaksiyon ara ürünü oksalosüksinattır.

Bu reaksiyon aynı zamanda bir oksidatif dekarboksilasyon reaksiyonudur, yani. Bu ikinci redoks reaksiyonudur:

α-Oksoglutarat + NAD + CoA Süksinil-CoA + CO2 + NADH

VII.

GTP + ADP ATP + GSYİH

X. Dördüncü redoks reaksiyonu:

Döngünün dört reaksiyonu, enzimler tarafından katalize edilen redokstur - NAD, FAD koenzimlerini içeren dehidrojenazlar. Koenzimler, ortaya çıkan H + ve ē'yi yakalar ve bunları solunum zincirine (biyolojik oksidasyon zinciri) aktarır. Solunum zincirinin elemanları mitokondrinin iç zarında bulunur.

Solunum zinciri, solunum sonucunda vücuda giren H + ve ē'nin kademeli olarak O2'ye transferinin olduğu bir redoks reaksiyonları sistemidir.

ATP solunum zincirinde üretilir. Zincirdeki ana ē taşıyıcıları, demir ve bakır içeren proteinler (sitokromlar), koenzim Q'dur (ubikinon). Zincirde 5 sitokrom vardır (b1, c1, c, a, a3).

Prostetik sitokrom b1, c1, c grubu demir içeren heme'dir. Bu sitokromların etki mekanizması, ē ve H + transferinin bir sonucu olarak hem oksitlenmiş hem de indirgenmiş durumda olabilen değişken değerlikli bir demir atomu içermeleridir:

Sitokrom a ve a3, solunum zincirindeki son halka olan sitokrom oksidaz kompleksini oluşturur.

Sitokrom oksidaz, demire ek olarak değişken değerlikli bakır içerir. ē sitokrom a3'ten moleküler O2'ye taşınırken, işlem gerçekleşir

Geri9101112131415161718192021222324Sonraki

DAHA FAZLA GÖSTER:



Geri bildirim

BİLİŞSEL

İrade gücü eyleme götürür ve olumlu eylemler olumlu bir tutum oluşturur

Hedef, siz harekete geçmeden önce arzularınızı nasıl öğrenir?

Şirketler alışkanlıkları nasıl tahmin ediyor ve manipüle ediyor?

İyileşme Alışkanlığı

Kırgınlıktan nasıl kurtulurum

Erkeklerin doğasında bulunan nitelikler hakkında çelişkili görüşler

özgüven eğitimi

Sarımsaklı Lezzetli Pancar Salatası

Natürmort ve resimsel olanakları

Uygulama, mumya nasıl alınır? Saç, yüz, kırıklar, kanama vb. için Shilajit.

Sorumluluk almayı öğrenmek nasıl

Çocuklarla ilişkilerde neden sınırlara ihtiyacımız var?

Çocuk giyiminde yansıtıcı unsurlar

Yaşınızı nasıl yenersiniz?

Uzun Ömür Elde Etmenin Sekiz Benzersiz Yolu

BMI (WHO) ile obezitenin sınıflandırılması

Bölüm 3

İnsan vücudunun eksenleri ve düzlemleri - İnsan vücudu, organların, kasların, kan damarlarının, sinirlerin vb.

Duvar düzeltme ve söve kesme - Evin pencereleri ve kapıları olmadığında, güzel bir yüksek sundurma hala sadece hayal gücündedir, sokaktan eve merdivenleri tırmanmanız gerekir.

İkinci Mertebeden Diferansiyel Denklemler (Fiyat Tahmini Piyasa Modeli) - Basit piyasa modellerinde, arz ve talebin genellikle bir emtianın yalnızca cari fiyatına bağlı olduğu varsayılır.

Vücutta ATP sentezi yolları

Fosforilasyon işlemi, bir fosforil grubunun kinaz enziminin katılımıyla bir bileşikten diğerine aktarılması reaksiyonudur.

ATP, oksidatif ve substrat fosforilasyonu ile sentezlenir. Oksidatif fosforilasyon, biyoorganik maddelerin oksidasyonu sırasında açığa çıkan enerjiyi kullanarak ADP'ye inorganik fosfat bağlayarak ATP sentezidir.

ADP + ~P → ATP

Substrat fosforilasyonu, ATP sentezi için makroerjik bir bağa sahip bir fosforil grubunun ADP'ye doğrudan transferidir.

Substrat fosforilasyonuna örnekler:

1. Karbonhidrat metabolizmasının bir ara ürünü, yüksek enerjili bir bağa sahip bir fosforil grubunu ADP'ye aktaran fosfoenolpirüvik asittir:

Krebs döngüsünün bir ara ürününün - makroerjik süksinil-Co-A - ADP ile bir ATP molekülünün oluşumu ile etkileşimi.

Vücutta enerji salınımının ve ATP sentezinin üç ana aşamasını düşünün.

İlk aşama (hazırlık) sindirim ve emilimi içerir.

Bu aşamada gıda bileşiklerinin enerjisinin %0,1'i açığa çıkar.

İkinci aşama. Taşımadan sonra monomerler (biyoorganik bileşiklerin bozunma ürünleri), oksidasyona uğradıkları hücrelere girer. Yakıt moleküllerinin (amino asitler, glikoz, yağlar) oksidasyonu sonucunda asetil-Co-A bileşiği oluşur. Bu aşamada besinlerin enerjisinin yaklaşık %30'u açığa çıkar.

Üçüncü aşama - Krebs döngüsü - kapalı bir biyokimyasal redoks reaksiyonları sistemidir.

Döngü, aerobik oksidasyonun ana reaksiyonlarını öne süren ve deneysel olarak doğrulayan İngiliz biyokimyacı Hans Krebs'in adını almıştır. Araştırması için Krebs, Nobel Ödülü'nü aldı (1953). Döngünün iki adı daha var:

- trikarboksilik asitlerin çevrimi, çünkü trikarboksilik asitlerin (üç karboksil grubu içeren asitler) dönüşüm reaksiyonlarını içerir;

- sitrik asit döngüsü, çünkü döngünün ilk reaksiyonu sitrik asit oluşumudur.

Krebs döngüsü, dördü redoks olan 10 reaksiyon içerir.

Reaksiyonlar sırasında enerjinin %70'i açığa çıkar.

Bu döngünün biyolojik rolü son derece büyüktür, çünkü tüm ana gıdaların oksidatif parçalanmasının ortak son noktasıdır.

Bu, hücredeki ana oksidasyon mekanizmasıdır, mecazi olarak buna metabolik "kazan" denir. Yakıt moleküllerinin (karbonhidratlar, amino asitler, yağ asitleri) oksidasyon sürecinde vücuda ATP şeklinde enerji sağlanır.Yakıt molekülleri asetil-Co-A'ya dönüştürüldükten sonra Krebs döngüsüne girerler.

Ek olarak, trikarboksilik asit döngüsü, biyosentetik işlemler için ara ürünler sağlar. Bu döngü mitokondri matriksinde gerçekleşir.

Krebs döngüsünün reaksiyonlarını düşünün:

Döngü, okzaloasetatın dört karbonlu bileşeni ile asetil-Co-A'nın iki karbonlu bileşeninin yoğunlaşmasıyla başlar.

Reaksiyon, sitrat sentaz tarafından katalize edilir ve bir aldol kondenzasyonu ve ardından hidrolizdir. Ara ürün, sitrat ve CoA'ya hidrolize olan sitril-Co-A'dır:

Bu ilk redoks reaksiyonudur.

Reaksiyon, üç enzimden oluşan bir a-oksoglutarat dehidrojenaz kompleksi tarafından katalize edilir:

Süksinil, enerji açısından zengin bir bağa sahiptir.

Süksinil-CoA'nın tioeter bağının bölünmesi, guanozin difosfatın (GDP) fosforilasyonu ile ilişkilidir:

Süksinil-CoA + ~ P + GDP Süksinat + GTP + CoA

GTP'nin fosforil grubu, ATP'yi oluşturmak için kolayca ADP'ye aktarılır:

GTP + ADP ATP + GSYİH

Bu, substrat fosforilasyonunun bir reaksiyonu olan döngünün tek reaksiyonudur.

Bu üçüncü redoks reaksiyonudur:

Krebs döngüsü karbondioksit, protonlar ve elektronlar üretir.

Döngünün dört reaksiyonu, enzimler tarafından katalize edilen redokstur - NAD, FAD koenzimlerini içeren dehidrojenazlar. Koenzimler, ortaya çıkan H + ve ē'yi yakalar ve bunları solunum zincirine (biyolojik oksidasyon zinciri) aktarır.

Solunum zincirinin elemanları mitokondrinin iç zarında bulunur.

Solunum zinciri, solunum sonucunda vücuda giren H + ve ē'nin kademeli olarak O2'ye transferinin olduğu bir redoks reaksiyonları sistemidir. ATP solunum zincirinde oluşur.

Zincirdeki ana ē taşıyıcıları, demir ve bakır içeren proteinler (sitokromlar), koenzim Q'dur (ubikinon). Zincirde 5 sitokrom vardır (b1, c1, c, a, a3).

Prostetik sitokrom b1, c1, c grubu demir içeren heme'dir.

Bu sitokromların etki mekanizması, ē ve H + transferinin bir sonucu olarak hem oksitlenmiş hem de indirgenmiş durumda olabilen değişken değerlikli bir demir atomu içermeleridir:

Sitokrom oksidaz üzerinde meydana gelen son reaksiyon şu şekildedir:

Krebs döngüsünün ve solunum zincirinin enerji dengesi 24 ATP molekülüdür.

Krebs döngüsünün şeması

Organik maddelerin parçalanması sırasında açığa çıkan enerji, hücre tarafından hemen kullanılmaz, genellikle yüksek enerjili bileşikler şeklinde depolanır. adenozin trifosfat (ATP).

ATP, bir mononükleotit olarak sınıflandırılır. Makroerjik bağlarla birbirine bağlı adenin, riboz ve üç fosforik asit kalıntısından oluşur.

Bu bağlar, kırıldıklarında açığa çıkan enerjiyi depolar:

ATP + H2O → ADP + H3PO4 + Q1,
ADP + H2O → AMP + H3PO4 + Q2,
AMP + H2O → adenin + riboz + H3PO4 + Q3,

ATP, adenosin trifosforik asittir; ADP - asenosin difosforik asit; AMP - adenozin monofosforik asit; Q1 = Q2 = 30,6 kJ; Q3 = 13,8 kJ.

Hücrede ATP temini, fosforilasyon işlemi - ADP'ye bir fosforik asit kalıntısının eklenmesi (ADP + F → ATP) nedeniyle sınırlıdır ve yenilenir.

Solunum, fermantasyon ve fotosentez sırasında değişen yoğunlukta oluşur. ATP son derece hızlı bir şekilde yenilenir (insanlarda bir ATP molekülünün ömrü 1 dakikadan azdır).

ATP moleküllerinde depolanan enerji vücut tarafından anabolik reaksiyonlarda (biyosentez reaksiyonları) kullanılır.

ATP molekülü, tüm canlılar için evrensel bir enerji deposu ve taşıyıcısı olarak hizmet eder.

Merkezi sinir sisteminin anatomisi ve fizyolojisi

4. Yağların metabolizması, biyolojik rolü, ısı kapasitesi, metabolizmaya katılımı.

Yağların enerji değeri. Yağ birikintileri

Yağlar, hayvan ve bitki dokularının bir parçası olan ve esas olarak trigliseritlerden (gliserol esterleri ve çeşitli yağ asitleri) oluşan organik bileşiklerdir. Trigliseritlere ek olarak, yağlar maddeler içerir ...

Organik gübrelerin toprak mikrobiyotasına etkisi

2.

Doğadaki maddelerin döngüsünde mikroorganizmaların rolü

Mikroorganizmaların kimyasal aktivitesi, sürekli nitrojen, fosfor, kükürt, karbon ve diğer maddeler döngüsünde kendini gösterir. Doğadaki mikroorganizmaların en aktif, geniş katılımıyla, özellikle toprakta ve hidrosferde ...

hormon oksitosin

1.

Oksitosinin kimyasal yapısı ve sentezi

Oksitosin, nörohipofizin kendi hormonu değildir, ancak yalnızca hipotalamus-hipofiz demetinin aksonları boyunca ön hipotalamusun çekirdeklerinden - supraoptik ve paraventriküler ...

3.

Maddelerin reaktivitesi, analiz ve sentez

Moleküler düzeyde doğa bilimi

3. Maddelerin reaktivitesi, analizi ve sentezi

Tiroid uyarıcı ve tiroid hormon düzeylerinin tiroid hastalıklarına bağımlılığı

2.5 Maddelerin tiroid hormonlarının sentezi üzerindeki etkisi

Şu anda, çeşitli maddelerin sentezi üzerindeki etkinin karışık nitelikte olduğuna inanılmaktadır.

Bu tez, R.V.'nin makalesinde kanıtlanmıştır.

Kubasova, E.D.

Doğadaki madde döngüsündeki mikroorganizmalar

Doğadaki maddelerin döngüsünde mikroorganizmaların rolü

Mikroorganizmaların yardımıyla bitki ve hayvan kaynaklı organik bileşikler karbon, azot, kükürt, fosfor, demir vb.

Karbon döngüsü. Bitkiler karbon döngüsünde aktif rol alırlar...

Çeşitli doğal yağlardan izole edilen mikroorganizmalar

1.1 Yağlı maddelerin yapısı

Yağlar uçucu olmayan maddelerdir ve 250-300 °C'ye kadar ısıtıldıklarında buhar, gaz ve duman şeklinde açığa çıkan uçucu maddelerin oluşumu ile ayrışırlar.

Yağlar zayıf ısı iletkenleridir...

4. Bölüm

Protein metabolizması. Yağ metabolizması. Karbonhidrat değişimi. Karaciğer, metabolizmadaki rolü

4.3 Karaciğerin metabolizmadaki rolü

Proteinlerin, yağların ve karbonhidratların metabolizmasını göz önünde bulundurarak karaciğeri defalarca etkiledik.

Karaciğer protein sentezi için en önemli organdır. Pıhtılaşma faktörlerinin büyük kısmı olan kan albümininin tamamını oluşturur ...

Beslenmenin temel ilkeleri

7. Minerallerin insan beslenmesindeki rolü

İnsan vücudundaki ve gıda ürünlerindeki mineral miktarına bağlı olarak makro ve mikro elementlere ayrılırlar.

İlki kalsiyum, potasyum, magnezyum, sodyum, fosfor, klor, kükürt içerir...

Doğadaki kimyasal elementlerin döngüsünde mikroorganizmaların rolü

4. Doğadaki kükürt döngüsünde mikroorganizmaların rolü, maddelerin dönüşümündeki önemi ve pratik kullanımı

Kükürt döngüsü, onu oksitleyen veya eski haline getiren bakterilerin hayati aktivitesinin bir sonucu olarak gerçekleştirilir.

Kükürt geri kazanım süreçleri birkaç şekilde gerçekleşir. Çürütücü bakterilerin etkisi altında - Clostridium ...

4.2 Karotenoidler. Yapıları, işlevleri ve fizyolojik rolleri

Karotenoidler - sarı, turuncu, kırmızı renkteki yağda çözünen pigmentler - tüm bitkilerin kloroplastlarında bulunur. Ayrıca bitkilerin yeşil olmayan kısımlarında, örneğin havuç köklerinde kromoplastların bir parçasıdırlar ...

Biyosferin enerjisinin temeli olarak fotosentez

4.3 Fikobilinler.

Yapıları, işlevleri ve fizyolojik rolleri

Klorofil a ve karotenoidlere ek olarak mavi-yeşil algler (siyanobakteriler), kırmızı algler ve bazı deniz kriptomonadları fikobilin pigmentleri içerir ...

Mikroorganizmaların enerji metabolizması

1.

Metabolizma ve enerji ile ilgili genel kavramlar

Tüm canlı organizmalar sadece kimyasal olarak bağlı enerji kullanabilirler. Her maddenin belirli bir potansiyel enerjisi vardır. Kimyasal bağlarının ana malzeme taşıyıcıları ...

Ana hücre için enerji kaynağı besinlerdir: oksijen yardımıyla oksitlenen karbonhidratlar, yağlar ve proteinler. Hemen hemen tüm karbonhidratlar, vücut hücrelerine ulaşmadan önce, gastrointestinal sistem ve karaciğerin çalışması nedeniyle glikoza dönüştürülür. Karbonhidratların yanı sıra proteinler de - amino asitlere ve lipitlere - yağ asitlerine ayrılır Hücrede besinler, oksijenin etkisi altında ve enerji salınımı ve kullanımının reaksiyonlarını kontrol eden enzimlerin katılımıyla oksitlenir.

Neredeyse tüm oksidatif reaksiyonlar mitokondride meydana gelir ve salınan enerji makroerjik bir bileşik - ATP şeklinde depolanır. Gelecekte, hücre içi metabolik süreçler için enerji sağlamak için kullanılan besinler değil, ATP'dir.

atp molekülüşunları içerir: (1) azotlu baz adenin; (2) pentoz karbonhidrat riboz, (3) üç fosforik asit kalıntısı. Son iki fosfat, ATP formülünde ~ sembolü ile gösterilen makroerjik fosfat bağları ile birbirine ve molekülün geri kalanına bağlanır. Vücudun fiziksel ve kimyasal koşullarına bağlı olarak, bu tür bağların her birinin enerjisi, 1 mol ATP başına 12.000 kaloridir ve bu, sıradan bir kimyasal bağın enerjisinden birçok kez daha yüksektir, bu nedenle fosfat bağlarına makroerjik denir. Ayrıca, bu bağlar kolayca yok edilir ve ihtiyaç ortaya çıkar çıkmaz hücre içi süreçlere enerji sağlar.

serbest bırakıldığında ATP enerjisi bir fosfat grubu bağışlar ve adenozin difosfata dönüştürülür. Serbest bırakılan enerji, örneğin biyosentez reaksiyonlarında ve kas kasılması sırasında neredeyse tüm hücresel işlemler için kullanılır.

Bu süreçte mitokondrinin anahtar rolünü gösteren, hücrede adenozin trifosfat oluşum şeması.
GI - glikoz; FA - yağ asitleri; AA bir amino asittir.

ATP rezervlerinin yenilenmesi ADP'nin, besinlerin enerjisi pahasına bir fosforik asit kalıntısı ile yeniden birleştirilmesiyle oluşur. Bu işlem defalarca tekrarlanır. ATP sürekli tüketilir ve biriktirilir, bu nedenle hücrenin enerji para birimi olarak adlandırılır. ATP'nin devir süresi sadece birkaç dakikadır.

ATP oluşumunun kimyasal reaksiyonlarında mitokondrinin rolü. Glikoz hücreye girdiğinde, sitoplazmik enzimlerin etkisi altında piruvik aside dönüşür (bu işleme glikoliz denir). Bu süreçte salınan enerji, toplam enerji rezervlerinin %5'inden daha az olan az miktarda ADP'yi ATP'ye dönüştürmek için kullanılır.

%95 mitokondride gerçekleştirilir. Sırasıyla karbonhidratlardan, yağlardan ve proteinlerden oluşan pirüvik asit, yağ asitleri ve amino asitler, sonunda mitokondriyal matriste asetil-CoA adı verilen bir bileşiğe dönüştürülür. Bu bileşik, sırayla, enerjisini bırakmak için toplu olarak trikarboksilik asit döngüsü veya Krebs döngüsü olarak bilinen bir dizi enzimatik reaksiyona girer.

bir döngüde trikarboksilik asitler asetil-CoA hidrojen atomlarına ve karbondioksit moleküllerine ayrılır. Karbondioksit mitokondriden, daha sonra difüzyonla hücreden uzaklaştırılır ve akciğerler yoluyla vücuttan atılır.

hidrojen atomları kimyasal olarak çok aktiftirler ve bu nedenle mitokondriye yayılan oksijenle hemen reaksiyona girerler. Bu reaksiyonda açığa çıkan büyük miktarda enerji, birçok ADP molekülünü ATP'ye dönüştürmek için kullanılır. Bu reaksiyonlar oldukça karmaşıktır ve mitokondriyal kristalleri oluşturan çok sayıda enzimin katılımını gerektirir. İlk aşamada, hidrojen atomundan bir elektron koparılır ve atom bir hidrojen iyonuna dönüşür. İşlem, oksijene hidrojen iyonlarının eklenmesiyle sona erer. Bu reaksiyonun bir sonucu olarak, mitokondriyal cristae yüzeyinde tüberküller gibi davranan büyük bir küresel protein olan ATP sentetazın çalışması için gerekli olan su ve büyük miktarda enerji oluşur. Hidrojen iyonlarının enerjisini kullanan bu enzimin etkisi altında ADP, ATP'ye dönüştürülür. Mitokondriden yeni ATP molekülleri, bu bileşiğin enerjisinin çeşitli işlevler sağlamak için kullanıldığı çekirdek dahil hücrenin tüm bölümlerine gönderilir.
Bu süreç ATP sentezi genellikle ATP oluşumunun kemiozmotik mekanizması olarak adlandırılır.

Hücrenin üç önemli işlevinin yerine getirilmesi için mitokondriyal adenozin trifosfat kullanımı:
zar taşıma, protein sentezi ve kas kasılması.

Vücudumuzun herhangi bir hücresinde milyonlarca biyokimyasal reaksiyon gerçekleşir. Genellikle enerji gerektiren çeşitli enzimler tarafından katalize edilirler. Hücre onu nereye götürüyor? Bu soru, ana enerji kaynaklarından biri olan ATP molekülünün yapısını düşünürsek cevaplanabilir.

ATP evrensel bir enerji kaynağıdır

ATP, adenosin trifosfat veya adenosin trifosfat anlamına gelir. Madde, herhangi bir hücredeki en önemli iki enerji kaynağından biridir. ATP'nin yapısı ve biyolojik rolü yakından ilişkilidir. Çoğu biyokimyasal reaksiyon, yalnızca bir maddenin moleküllerinin katılımıyla gerçekleşebilir, özellikle bu geçerlidir.Bununla birlikte, ATP nadiren doğrudan reaksiyona dahil olur: herhangi bir sürecin gerçekleşmesi için, tam olarak adenozin trifosfatta bulunan enerjiye ihtiyaç vardır.

Maddenin moleküllerinin yapısı öyledir ki, fosfat grupları arasında oluşan bağlar çok büyük miktarda enerji taşır. Bu nedenle, bu tür bağlara makroerjik veya makroenerjetik (makro=birçok, büyük sayı) da denir. Terim ilk olarak bilim adamı F. Lipman tarafından tanıtıldı ve ayrıca onları belirtmek için ̴ simgesinin kullanılmasını önerdi.

Hücrenin sabit bir adenosin trifosfat seviyesini sürdürmesi çok önemlidir. Bu özellikle kas hücreleri ve sinir lifleri için geçerlidir, çünkü bunlar enerjiye en bağımlı olanlardır ve işlevlerini yerine getirmek için yüksek miktarda adenozin trifosfata ihtiyaç duyarlar.

ATP molekülünün yapısı

Adenozin trifosfat üç elementten oluşur: riboz, adenin ve

riboz- pentoz grubuna ait bir karbonhidrat. Bu, ribozun bir döngü içine alınmış 5 karbon atomu içerdiği anlamına gelir. Riboz, adenine 1. karbon atomu üzerindeki bir β-N-glikosidik bağ ile bağlanır. Ayrıca 5. karbon atomundaki fosforik asit kalıntıları pentoza bağlıdır.

Adenin azotlu bir bazdır. Riboza hangi azotlu bazın bağlandığına bağlı olarak GTP (guanozin trifosfat), TTP (timidin trifosfat), CTP (sitidin trifosfat) ve UTP (üridin trifosfat) da izole edilir. Tüm bu maddeler yapı olarak adenozin trifosfata benzer ve yaklaşık olarak aynı işlevleri yerine getirir, ancak hücrede çok daha az bulunurlar.

fosforik asit kalıntıları. Bir riboza maksimum üç fosforik asit kalıntısı bağlanabilir. Bunlardan iki veya yalnızca biri varsa, sırasıyla maddeye ADP (difosfat) veya AMP (monofosfat) denir. Kırılmasından sonra 40 ila 60 kJ enerji açığa çıkan makroenerjetik bağların yapıldığı fosfor kalıntıları arasındadır. İki bağ kırılırsa, 80, daha az sıklıkla - 120 kJ enerji açığa çıkar. Riboz ve fosfor kalıntısı arasındaki bağ kırıldığında sadece 13,8 kJ açığa çıkar, bu nedenle trifosfat molekülünde (P ̴ P ̴ P) yalnızca iki ve ADP molekülünde (P ̴) bir tane yüksek enerjili bağ vardır. P).

ATP'nin yapısal özellikleri nelerdir? Fosforik asit kalıntıları arasında makro enerjik bir bağ oluşması nedeniyle ATP'nin yapısı ve işlevleri birbirine bağlıdır.

ATP'nin yapısı ve molekülün biyolojik rolü. Adenosin trifosfatın ek fonksiyonları

ATP, enerjiye ek olarak hücrede başka birçok işlevi yerine getirebilir. Diğer nükleotid trifosfatlarla birlikte trifosfat, nükleik asitlerin yapımında yer alır. Bu durumda ATP, GTP, TTP, CTP ve UTP azotlu bazların tedarikçileridir. Bu özellik işlemlerde ve transkripsiyonda kullanılır.

İyon kanallarının çalışması için de ATP gereklidir. Örneğin, Na-K kanalı hücreden 3 molekül sodyum ve hücreye 2 molekül potasyum pompalar. Böyle bir iyon akımı, zarın dış yüzeyinde pozitif bir yükü korumak için gereklidir ve kanal yalnızca adenosin trifosfatın yardımıyla çalışabilir. Aynısı proton ve kalsiyum kanalları için de geçerlidir.

ATP, ikinci haberci cAMP'nin (siklik adenozin monofosfat) bir öncüsüdür - cAMP, yalnızca hücre zarı reseptörleri tarafından alınan sinyali iletmekle kalmaz, aynı zamanda bir allosterik efektördür. Allosterik efektörler, enzimatik reaksiyonları hızlandıran veya yavaşlatan maddelerdir. Böylece siklik adenozin trifosfat, bakteri hücrelerinde laktozun parçalanmasını katalize eden bir enzimin sentezini inhibe eder.

Adenosin trifosfat molekülünün kendisi de bir allosterik efektör olabilir. Ayrıca, bu tür işlemlerde ADP, bir ATP antagonisti görevi görür: eğer trifosfat reaksiyonu hızlandırırsa, difosfat yavaşlar ve bunun tersi de geçerlidir. Bunlar ATP'nin işlevleri ve yapısıdır.

ATP hücrede nasıl oluşur

ATP'nin görevleri ve yapısı, maddenin moleküllerini hızla kullanıp yok edecek şekildedir. Bu nedenle trifosfat sentezi hücrede enerji oluşumunda önemli bir süreçtir.

Adenosin trifosfatı sentezlemenin en önemli üç yolu vardır:

1. Substrat fosforilasyonu.

2. Oksidatif fosforilasyon.

3. Fotofosforilasyon.

Substrat fosforilasyonu, hücrenin sitoplazmasında meydana gelen çoklu reaksiyonlara dayanır. Bu reaksiyonlara glikoliz - anaerobik aşama denir.1 glikoliz döngüsünün bir sonucu olarak, 1 glikoz molekülünden daha fazla enerji üretimi için kullanılan iki molekül sentezlenir ve iki ATP de sentezlenir.

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

hücre solunumu

Oksidatif fosforilasyon, zarın elektron taşıma zinciri boyunca elektronların transferi ile adenozin trifosfat oluşumudur. Bu transfer sonucunda, zarın kenarlarından birinde bir proton gradyanı oluşur ve ATP sentazın protein integral seti yardımıyla moleküller inşa edilir. İşlem mitokondriyal zar üzerinde gerçekleşir.

Mitokondride glikoliz ve oksidatif fosforilasyon adımlarının sırası, solunum adı verilen genel süreci oluşturur. Tam bir döngüden sonra hücrede 1 glikoz molekülünden 36 ATP molekülü oluşur.

fotofosforilasyon

Fotofosforilasyon süreci, tek bir farkla aynı oksidatif fosforilasyondur: fotofosforilasyon reaksiyonları, hücrenin kloroplastlarında ışığın etkisi altında meydana gelir. ATP, yeşil bitkilerde, alglerde ve bazı bakterilerde ana enerji üretim süreci olan fotosentezin hafif aşamasında üretilir.

Fotosentez sürecinde, elektronlar aynı elektron taşıma zincirinden geçerek bir proton gradyanının oluşmasına neden olur. ATP sentezinin kaynağı, zarın bir tarafındaki protonların konsantrasyonudur. Moleküllerin montajı, ATP sentaz enzimi tarafından gerçekleştirilir.

Ortalama hücre, toplam kütlenin %0.04'ü kadar adenosin trifosfat içerir. Ancak en yüksek değer kas hücrelerinde görülür: %0,2-0,5.

Bir hücrede yaklaşık 1 milyar ATP molekülü vardır.

Her molekül 1 dakikadan fazla yaşamaz.

Bir molekül adenozin trifosfat günde 2000-3000 kez yenilenir.

Toplamda, insan vücudu günde 40 kg adenozin trifosfat sentezler ve her zaman noktasında ATP arzı 250 g'dır.

Çözüm

ATP'nin yapısı ve moleküllerinin biyolojik rolü yakından ilişkilidir. Fosfat kalıntıları arasındaki makroerjik bağlar büyük miktarda enerji içerdiğinden, madde yaşam süreçlerinde kilit bir rol oynar. Adenozin trifosfat hücrede birçok işlevi yerine getirir ve bu nedenle maddenin sabit konsantrasyonunu korumak önemlidir. Biyokimyasal reaksiyonlarda bağların enerjisi sürekli kullanıldığından, bozunma ve sentez yüksek hızda ilerler. Vücudun herhangi bir hücresinin vazgeçilmez bir maddesidir. Belki de ATP'nin yapısı hakkında söylenebilecek her şey budur.

Adenozin trifosforik asit-ATP- herhangi bir canlı hücrenin zorunlu bir enerji bileşeni. ATP ayrıca adenin azotlu bazı, riboz şekeri ve fosforik asit molekülünün üç kalıntısından oluşan bir nükleotiddir. Bu kararsız bir yapıdır. Metabolik süreçlerde, fosforik asit kalıntıları, ikinci ve üçüncü fosforik asit kalıntıları arasındaki enerji açısından zengin ancak kırılgan bağı kırarak sırayla ondan ayrılır. Bir fosforik asit molekülünün ayrılmasına yaklaşık 40 kJ enerjinin salınması eşlik eder. Bu durumda ATP, adenozin difosforik aside (ADP) geçer ve fosforik asit tortusunun ADP'den daha fazla bölünmesiyle adenozin monofosforik asit (AMP) oluşur.

ATP yapısının şematik diyagramı ve ADP'ye dönüşümü ( T.A. Kozlova, V.S. Kuçmenko. Tablolarda biyoloji. M., 2000 )

Sonuç olarak ATP, bölündüğünde "boşalan" hücrede bir tür enerji toplayıcıdır. ATP'nin parçalanması, proteinlerin, yağların, karbonhidratların ve hücrelerin diğer hayati fonksiyonlarının sentezinin reaksiyonları sırasında meydana gelir. Bu reaksiyonlar, maddelerin parçalanması sırasında çıkarılan enerjinin emilmesi ile devam eder.

ATP sentezlenir birkaç aşamada mitokondride. Birincisi hazırlık - her adımda belirli enzimlerin katılımıyla adım adım ilerler. Bu durumda, karmaşık organik bileşikler monomerlere ayrılır: proteinler - amino asitlere, karbonhidratlar - glikoza, nükleik asitler - nükleotitlere vb. Bu maddelerdeki bağların kırılmasına az miktarda enerjinin salınması eşlik eder. Diğer enzimlerin etkisi altında ortaya çıkan monomerler, karbondioksit ve suya kadar daha basit maddelerin oluşumu ile daha fazla ayrışmaya maruz kalabilir.

şema Hücrenin mitokondrisinde ATP sentezi

AYIRMA SÜRECİNDE MADDELERİN VE ENERJİNİN DÖNÜŞÜM ŞEMASINA İLİŞKİN AÇIKLAMALAR

Aşama I - hazırlık: sindirim enzimlerinin etkisi altındaki karmaşık organik maddeler, yalnızca termal enerji açığa çıkarken basit olanlara ayrılır.
Proteinler -> amino asitler
yağlar- > gliserin ve yağ asitleri
Nişasta -> glikoz

Aşama II - glikoliz (oksijensiz): zarlarla ilişkili olmayan hyaloplazmada gerçekleştirilir; enzimleri içerir; Glikoz parçalanır:

Maya mantarlarında, oksijenin katılımı olmadan glikoz molekülü etil alkol ve karbondioksite (alkollü fermantasyon) dönüştürülür:

Diğer mikroorganizmalarda glikoliz, aseton, asetik asit vb. Oluşumu ile tamamlanabilir. Her durumda, bir glikoz molekülünün parçalanmasına iki ATP molekülünün oluşumu eşlik eder. Oksijensiz glikozun kimyasal bağ şeklinde parçalanması sırasında, anerjinin %40'ı ATP molekülünde tutulur ve geri kalanı ısı şeklinde dağılır.

Aşama III - hidroliz (oksijen): mitokondriyal matris ve iç zar ile ilişkili mitokondride gerçekleştirilir, enzimler buna katılır, laktik asit bölünmeye uğrar: CsH6Oz + ZH20 --> 3CO2 + 12H. CO2 (karbondioksit) mitokondriden çevreye salınır. Hidrojen atomu, nihai sonucu ATP'nin sentezi olan bir reaksiyon zincirine dahil edilir. Bu reaksiyonlar aşağıdaki sırayla gider:

1. Hidrojen atomu H, taşıyıcı enzimler yardımıyla mitokondri iç zarına girerek cristae oluşturur ve burada oksitlenir: H-e--> H+

2. Hidrojen protonu H+(katyon) taşıyıcılar tarafından cristae zarının dış yüzeyine taşınır. Protonlar için bu zar geçirimsizdir, bu nedenle zarlar arası boşlukta birikerek bir proton rezervuarı oluştururlar.

3. Hidrojen elektronları e kristal zarının iç yüzeyine aktarılır ve oksidaz enzimi yardımıyla hemen oksijene bağlanarak negatif yüklü bir aktif oksijen (anyon) oluşturur: O2 + e--> O2-

4. Membranın her iki tarafındaki katyonlar ve anyonlar zıt yüklü bir elektrik alanı oluşturur ve potansiyel fark 200 mV'a ulaştığında proton kanalı çalışmaya başlar. Cristae'yi oluşturan iç zara gömülü olan ATP sentetazın enzim moleküllerinde oluşur.

5. Proton kanalından hidrojen protonları H+ mitokondri içinde acele ederek, çoğu ADP ve P'den (ADP + P -\u003e ATP) ve protonlardan ATP sentezine giden yüksek bir enerji seviyesi yaratır. H+ aktif oksijen ile etkileşime girerek su ve moleküler 02 oluşturur:
(4Н++202- -->2Н20+02)

Böylece organizmanın solunumu sırasında mitokondriye giren O2, hidrojen protonları H'nin eklenmesi için gereklidir. Yokluğunda, elektron taşıma zinciri işlevini durdurduğu için mitokondrideki tüm süreç durur. Evre III'ün genel reaksiyonu:

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

Bir glikoz molekülünün parçalanması sonucunda 38 ATP molekülü oluşur: II - 2 ATP aşamasında ve III - 36 ATP aşamasında. Ortaya çıkan ATP molekülleri mitokondrinin ötesine geçer ve enerjinin gerekli olduğu tüm hücre süreçlerine katılır. Bölme, ATP enerji verir (bir fosfat bağı 40 kJ içerir) ve mitokondriye ADP ve F (fosfat) şeklinde geri döner.