Acid adenozin trifosforic - ATP
Nucleotidele sunt baza structurală pentru o serie de substanțe organice importante pentru viață, de exemplu, compuși cu energie înaltă.
ATP este sursa universală de energie în toate celulele. acid adenozin trifosforic sau adenozin trifosfat.
ATP se găsește în citoplasmă, mitocondrii, plastide și nuclee celulare și este cea mai comună și universală sursă de energie pentru majoritatea reacțiilor biochimice care au loc în celulă.
ATP furnizează energie pentru toate funcțiile celulare: lucru mecanic, biosinteza substanţelor, diviziunea etc. În medie, conținutul de ATP dintr-o celulă este de aproximativ 0,05% din masa acesteia, dar în acele celule în care costurile ATP sunt mari (de exemplu, în celulele hepatice, mușchii striați), conținutul său poate ajunge până la 0,5%.
Structura ATP
ATP este o nucleotidă constând dintr-o bază azotată - adenină, carbohidratul riboză și trei resturi de acid fosforic, în două dintre care este depozitat. număr mare energie.
Legătura dintre resturile de acid fosforic se numește macroergice(este desemnat prin simbolul ~), deoarece atunci când se rupe, se eliberează de aproape 4 ori mai multă energie decât atunci când se despart alte legături chimice.
ATP este o structură instabilă și atunci când un reziduu de acid fosforic este separat, ATP se transformă în adenozin difosfat (ADP) eliberând 40 kJ de energie.
Alți derivați de nucleotide
Un grup special de derivați de nucleotide sunt purtători de hidrogen. Hidrogenul molecular și atomic este foarte activ din punct de vedere chimic și este eliberat sau absorbit în timpul diferitelor procese biochimice. Unul dintre cei mai răspândiți purtători de hidrogen este nicotinamidă dinucleotidă fosfat(NADP).
Molecula NADP este capabilă să atașeze doi atomi sau o moleculă de hidrogen liber, transformându-se într-o formă redusă NADP H2
. În această formă, hidrogenul poate fi utilizat în diferite reacții biochimice.
Nucleotidele pot participa și la reglarea proceselor oxidative din celulă.
Vitamine
Vitamine (din lat. vita- viață) - compuși bioorganici complecși care sunt absolut necesari în cantități mici pentru funcționarea normală a organismelor vii. Vitaminele diferă de alte substanțe organice prin faptul că nu sunt folosite ca sursă de energie sau material de constructie. Organismele pot sintetiza unele vitamine (de exemplu, bacteriile sunt capabile să sintetizeze aproape toate vitaminele alte vitamine intră în organism cu alimente).
Vitaminele sunt de obicei desemnate prin litere ale alfabetului latin. Clasificarea modernă a vitaminelor se bazează pe capacitatea lor de a se dizolva în apă și grăsimi (sunt împărțite în două grupe: solubil în apă(B 1, B 2, B 5, B 6, B 12, PP, C) și liposolubile(A, D, E, K)).
Vitaminele sunt implicate în aproape toate procesele biochimice și fiziologice care împreună alcătuiesc metabolismul. Atât deficiența, cât și excesul de vitamine pot duce la tulburări grave ale multor funcții fiziologice din organism.
Acid adenozin trifosforic-ATP- o componentă energetică esențială a oricărei celule vii. ATP este, de asemenea, o nucleotidă constând din adenină de bază azotată, riboză de zahăr și trei resturi de molecule de acid fosforic. Aceasta este o structură instabilă. În procesele metabolice, reziduurile de acid fosforic sunt separate secvenţial din acesta prin ruperea legăturii bogate în energie, dar fragilă, dintre al doilea şi al treilea reziduu de acid fosforic. Desprinderea unei molecule de acid fosforic este însoțită de eliberarea a aproximativ 40 kJ de energie. În acest caz, ATP este transformat în acid adenozin difosforic (ADP), iar odată cu scindarea suplimentară a reziduului de acid fosforic din ADP, se formează acidul adenozin monofosforic (AMP).
Schema structurii ATP și conversia acestuia în ADP ( T.A. Kozlova, V.S. Kucimenko. Biologie în tabele. M., 2000 )
În consecință, ATP este un fel de acumulator de energie în celulă, care este „descărcat” atunci când este defalcat. Defalcarea ATP are loc în timpul reacțiilor de sinteză a proteinelor, grăsimilor, carbohidraților și oricăror alte funcții vitale ale celulelor. Aceste reacții implică absorbția de energie, care este extrasă în timpul descompunerii substanțelor.
ATP este sintetizatîn mitocondrii în mai multe etape. Primul este pregătitoare - decurge în etape, cu implicarea unor enzime specifice în fiecare etapă. În acest caz, compușii organici complecși sunt descompuși în monomeri: proteinele în aminoacizi, carbohidrații în glucoză, acizii nucleici în nucleotide etc. Ruperea legăturilor din aceste substanțe este însoțită de eliberarea unei cantități mici de energie. Monomerii rezultați sub influența altor enzime pot suferi o descompunere ulterioară cu formarea mai multor substanțe simple până la dioxid de carbon și apă.
Sistem Sinteza ATP în mtocondriile celulare
EXPLICAȚII PENTRU SCHEMA DE TRANSFORMARE A SUBSTANȚELOR ȘI A ENERGIEI ÎN PROCESUL DE DISIMILIARE
Etapa I - pregătitoare: substanțele organice complexe, sub influența enzimelor digestive, se descompun în unele simple și se eliberează numai energie termică.
Proteine ->aminoacizi
Grasimi - >
glicerol și acizi grași
Amidon ->glucoza
Etapa II - glicoliză (fără oxigen): efectuată în hialoplasmă, neasociată cu membrane; enzimele sunt implicate în el; Glucoza este descompusă:
În ciupercile de drojdie, o moleculă de glucoză fără participarea oxigenului este transformată în alcool etilic și dioxid de carbon (fermentație alcoolică):
La alte microorganisme, glicoliza poate duce la formarea de acetonă, acid acetic etc. În toate cazurile, descompunerea unei molecule de glucoză este însoțită de formarea a două molecule de ATP. În timpul descompunerii fără oxigen a glucozei sub forma unei legături chimice în molecula de ATP, 40% din anergie este reținută, iar restul este disipat sub formă de căldură.
Etapa III - hidroliza (oxigen): efectuată în mitocondrii, asociată cu matricea mitocondrială și membrana interioară, enzimele participă la ea, acidul lactic suferă descompunere: C3H6O3 + 3H20 --> 3CO2+ 12H. CO2 (dioxid de carbon) este eliberat din mitocondrii în mediu. Atomul de hidrogen este inclus într-un lanț de reacții, al cărui rezultat final este sinteza ATP. Aceste reacții apar în următoarea secvență:
1. Intră atomul de hidrogen H cu ajutorul enzimelor purtătoare membrana interioara mitocondrii, formând criste, unde se oxidează: H-e--> H+
2. Proton de hidrogen H+(cationul) este transportat de purtători pe suprafața exterioară a membranei crestai. Această membrană este impermeabilă la protoni, astfel încât aceștia se acumulează în spațiul intermembranar, formând un rezervor de protoni.
3. Electroni de hidrogen e transferat la suprafata interioara crestae și se atașează imediat la oxigen folosind enzima oxidază, formând oxigen activ încărcat negativ (anion): O2 + e--> O2-
4. Cationii și anionii de pe ambele părți ale membranei creează încărcare opusă câmp electric, iar când diferența de potențial ajunge la 200 mV, canalul de protoni începe să funcționeze. Apare în moleculele enzimelor ATP sintetaze, care sunt încorporate în membrana interioară care formează cristae.
5. Protonii de hidrogen trec prin canalul de protoni H+ se repezi în mitocondrii, creând nivel înalt energie, cea mai mare parte din care merge la sinteza ATP din ADP și Ph (ADP+P-->ATP) și protoni H+ interacționează cu oxigenul activ, formând apă și moleculară 02:
(4Н++202- -->2Н20+02)
Astfel, O2, care intră în mitocondrii în timpul procesului de respirație al corpului, este necesar pentru adăugarea de protoni de hidrogen H. În absența sa, întregul proces din mitocondrii se oprește, deoarece lanțul de transport de electroni încetează să funcționeze. Reacția generală a etapei III:
(2C3NbOz + 6Oz + 36ADP + 36F ---> 6C02 + 36ATP + +42H20)
Ca urmare a defalcării unei molecule de glucoză, se formează 38 de molecule de ATP: în stadiul II - 2 ATP și în stadiul III - 36 ATP. Moleculele de ATP rezultate merg dincolo de mitocondrii și participă la toate procesele celulare în care este nevoie de energie. La scindare, ATP eliberează energie (o legătură fosfat conține 40 kJ) și revine în mitocondrii sub formă de ADP și P (fosfat).
Rolul principal al ATP în organism este asociat cu furnizarea de energie pentru numeroase reacții biochimice. Fiind purtător a două legături de înaltă energie, ATP servește ca sursă directă de energie pentru multe procese biochimice și fiziologice consumatoare de energie. Toate acestea sunt reacții de sinteza a unor substanțe complexe în organism: implementarea transferului activ de molecule prin membranele biologice, inclusiv crearea unui potențial electric transmembranar; implementarea contractiei musculare.
Pe lângă energie, ATP îndeplinește o serie de alte funcții la fel de importante în organism:
§ Împreună cu alți nucleozidici trifosfați, ATP este produsul de pornire în sinteza acizilor nucleici.
§ În plus, ATP este eliberat loc importantîn reglarea multor procese biochimice. Fiind un efector alosteric al unui număr de enzime, ATP, unindu-și centrele lor de reglare, le sporește sau suprimă activitatea.
§ ATP este, de asemenea, precursorul imediat pentru sinteza monofosfatului de adenozină ciclică, un mesager secundar al transmiterii semnalului hormonal în celulă.
Ribozomul este cel mai important organel nemembranar al unei celule vii, de formă sferică sau ușor elipsoidală, cu diametrul de 100-200 angstromi, format din subunități mari și mici. Ribozomii servesc la biosinteza proteinelor din aminoacizi într-un șablon predeterminat pe baza informațiilor genetice furnizate de ARN-ul mesager sau ARNm. Acest proces se numește traducere.
Compoziția chimică celule. Structura, proprietățile, semnificația ADN-ului.
Vezi 1.
Acidul dezoxiribonucleic (ADN) este o macromoleculă care asigură stocarea, transmiterea din generație în generație și implementarea programului genetic pentru dezvoltarea și funcționarea organismelor vii. Rolul principal al ADN-ului în celule este stocarea pe termen lung a informațiilor despre structura ARN-ului și proteinelor.
Din punct de vedere chimic, ADN-ul este o moleculă lungă de polimer formată din blocuri repetate - nucleotide. Fiecare nucleotidă constă dintr-o bază azotată, un zahăr (dezoxiriboză) și o grupare fosfat. Legăturile dintre nucleotide din lanț sunt formate din deoxiriboză și o grupare fosfat. În marea majoritate a cazurilor (cu excepția unor virusuri care conțin ADN monocatenar), macromolecula de ADN este formată din două lanțuri orientate cu baze azotate unul spre celălalt. Această moleculă dublu catenară este elicoidală. Structura generală a moleculei de ADN este numită „dublă helix”.
Adenozin monofosfat ciclic (CAMP)- un derivat de ATP care actioneaza ca un al doilea mesager in organism, folosit pentru distributia intracelulara a semnalelor anumitor hormoni (de exemplu, glucagon sau adrenalina) care nu pot trece prin membrana celulara. Transformă un număr de proteine inerte în enzime (protein kinaze dependente de tabără), sub influența cărora au loc o serie de reacții biochimice. reacții (conducerea impulsurilor nervoase).
Producția de cAMP este stimulată adrenalina.
Guanozin monofosfat ciclic (cGMP) este o formă ciclică de nucleotidă formată din guanozin trifosfat (GTP) de enzima guanilat ciclază. Educația este stimulată acetilcolina.
· cGMP este implicat în reglarea proceselor biochimice din celulele vii ca mesager secundar (al doilea mesager). Este caracteristic că multe dintre efectele cGMP sunt direct opuse cu cAMP.
· cGMP activează G-kinaza și fosfodiesteraza, care hidrolizează cAMP.
· cGMP este implicat în reglarea ciclului celular. Alegerea celulei depinde de raportul cAMP/cGMP: opriți divizarea (opriți-vă în faza G0) sau continuați, trecând la faza G1.
· cGMP stimulează proliferarea celulară (diviziunea), iar cAMP suprimă
Adenozin trifosfat (ATP)- o nucleotidă formată dintr-o bază azotată adenina, zahărul cu cinci atomi de carbon riboză și trei reziduuri de acid fosforic. Grupările fosfat din molecula ATP sunt conectate între ele de mare energie (macroergic) conexiuni. Legăturile dintre grupările fosfat nu sunt foarte puternice, iar atunci când se rupe, se eliberează o cantitate mare de energie. Ca rezultat al scindării hidrolitice a grupării fosfat din ATP, se formează acid adenozin difosforic (ADP) și se eliberează o parte de energie.
· Împreună cu alți nucleozidici trifosfați, ATP este produsul de plecare în sinteza acizilor nucleici.
· ATP joacă un rol important în reglarea multor procese biochimice. Fiind un efector alosteric al unui număr de enzime, ATP, unindu-și centrele lor de reglare, le sporește sau suprimă activitatea.
· ATP este, de asemenea, un precursor direct al sintezei de adenozin monofosfat ciclic, un mesager secundar al transmiterii semnalului hormonal în celulă.
· Rolul ATP ca mediator în sinapse și substanță semnal în alte interacțiuni intercelulare este de asemenea cunoscut
Adenozin difosfat (ADP)- o nucleotidă constând în de adenină, riboză și două resturi de acid fosforic. ADP este implicat în metabolismul energetic în toate organismele vii ATP se formează prin fosforilare:
ADP + H3PO4 + energie → ATP + H2O.
Fosforilarea ciclică a ADP și utilizarea ulterioară a ATP ca sursă de energie formează un proces care este esența metabolismului energetic (catabolism).
FAD - flavin adenin dinucleotide- o coenzimă care participă la multe procese biochimice redox. FAD există în două forme - oxidat și redus, funcția sa biochimică, de regulă, este de a trece între aceste forme.
Nicotinamidă adenin dinucleotidă (NAD) - dinucleotida constă din două nucleotide legate prin grupările lor fosfat. Una dintre nucleotide conține adenină ca bază azotată, cealaltă conține nicotinamidă. Nicotinamida adenin dinucleotida există sub două forme: oxidată (NAD) și redusă (NADH).
· În metabolism, NAD este implicat în reacții redox, transferând electroni de la o reacție la alta. Astfel, în celule NAD se găsește în două stări funcționale: Forma sa oxidată, NAD+, este un agent oxidant și preia electroni dintr-o altă moleculă, fiind redusă la NADH, care servește apoi ca agent reducător și donează electroni.
· 1. Metabolismul proteinelor, grăsimilor și carbohidraților. Deoarece NAD și NADP servesc ca coenzime ale majorității dehidrogenazelor, ele participă la reacții
în timpul sintezei și oxidării acizilor grași,
în timpul sintezei colesterolului,
schimb de acid glutamic și alți aminoacizi,
metabolismul carbohidraților: calea pentozei fosfat, glicoliză,
decarboxilarea oxidativă a acidului piruvic,
ciclul acidului tricarboxilic.
· 2. NADH îndeplinește o funcție de reglare, deoarece este un inhibitor al anumitor reacții de oxidare, de exemplu, în ciclul acidului tricarboxilic.
· 3. Protecția informațiilor ereditare - NAD este un substrat al poli-ADP-ribozilării în procesul de reticulare a rupelor cromozomiale și repararea ADN-ului, care încetinește necrobioza și apoptoza celulară.
· 4. Protecție împotriva radicali liberi- NADPH este o componentă esențială a sistemului antioxidant al celulei.
1. Ce cuvinte lipsesc din propoziție și sunt înlocuite cu litere (a-d)?
„Molecula de ATP constă dintr-o bază azotată (a), o monozaharidă cu cinci atomi de carbon (b) și (c) un reziduu acid (d).”
Următoarele cuvinte se înlocuiesc cu litere: a – adenină, b – riboză, c – trei, d – fosforic.
2. Comparați structura ATP și structura unei nucleotide. Identificați asemănările și diferențele.
De fapt, ATP este un derivat al adenil nucleotidei ARN (adenozin monofosfat sau AMP). Moleculele ambelor substanțe includ baza azotată adenina și zahărul riboză cu cinci atomi de carbon. Diferențele se datorează faptului că nucleotida adenil a ARN (ca în orice altă nucleotidă) conține un singur reziduu de acid fosforic și nu există legături de înaltă energie (de înaltă energie). Molecula de ATP conține trei resturi de acid fosforic, între care există două legături de înaltă energie, astfel încât ATP poate acționa ca o baterie și un purtător de energie.
3. Care este procesul de hidroliză a ATP? sinteza ATP? Care este rolul biologic al ATP?
În timpul procesului de hidroliză, un reziduu de acid fosforic este îndepărtat din molecula de ATP (defosforilare). În acest caz, legătura de înaltă energie este ruptă, se eliberează 40 kJ/mol de energie și ATP este convertit în ADP (acid adenozin difosforic):
ATP + H20 → ADP + H3PO4 + 40 kJ
ADP poate suferi o hidroliză ulterioară (ceea ce are loc rar) cu eliminarea unei alte grupări fosfat și eliberarea unei a doua „porțiuni” de energie. În acest caz, ADP este transformat în AMP (acid adenozin monofosforic):
ADP + H20 → AMP + H3PO4 + 40 kJ
Sinteza ATP are loc ca urmare a adăugării unui reziduu de acid fosforic la molecula ADP (fosforilare). Acest proces are loc în principal în mitocondrii și cloroplaste, parțial în hialoplasma celulelor. Pentru a forma 1 mol de ATP din ADP, trebuie cheltuiți cel puțin 40 kJ de energie:
ADP + H3PO4 + 40 kJ → ATP + H2O
ATP este un depozit universal (baterie) și purtător de energie în celulele organismelor vii. În aproape toate procesele biochimice care au loc în celulele care necesită energie, ATP este folosit ca furnizor de energie. Datorită energiei ATP, se sintetizează noi molecule de proteine, carbohidrați, lipide, se realizează transportul activ al substanțelor, are loc mișcarea flagelilor și a cililor, are loc diviziunea celulară, mușchii lucrează, se menține o temperatură constantă a corpului la cald. animale cu sânge etc.
4. Ce conexiuni se numesc macroergice? Ce funcții pot îndeplini substanțele care conțin legături de înaltă energie?
Legăturile macroergice sunt cele a căror rupere eliberează o cantitate mare de energie (de exemplu, ruperea fiecărei legături macroergice ATP este însoțită de eliberarea a 40 kJ/mol de energie). Substanțele care conțin legături de înaltă energie pot servi ca baterii, purtători și furnizori de energie pentru diferite procese de viață.
5. Formula generală a ATP este C 10 H 16 N 5 O 13 P 3. Când 1 mol de ATP este hidrolizat în ADP, se eliberează 40 kJ de energie. Câtă energie va fi eliberată în timpul hidrolizei a 1 kg de ATP?
● Calculați masa molară a ATP:
M (C 10 H 16 N 5 O 13 P 3) = 12 × 10 + 1 × 16 + 14 × 5 + 16 × 13 + 31 × 3 = 507 g/mol.
● Când se hidrolizează 507 g de ATP (1 mol), se eliberează 40 kJ de energie.
Aceasta înseamnă că la hidroliza a 1000 g de ATP, vor fi eliberate următoarele: 1000 g × 40 kJ: 507 g ≈ 78,9 kJ.
Răspuns: Când 1 kg de ATP este hidrolizat în ADP, se vor elibera aproximativ 78,9 kJ de energie.
6. Moleculele de ATP marcate cu fosfor radioactiv 32 P la ultimul (al treilea) rest de acid fosforic au fost introduse într-o celulă, iar moleculele de ATP marcate cu 32 P la primul (cel mai apropiat de riboză) restul au fost introduse în cealaltă celulă. După 5 minute, conținutul de ion fosfat anorganic marcat cu 32 R a fost măsurat în ambele celule Unde a fost mai mare și de ce?
Ultimul (al treilea) reziduu de acid fosforic este scindat cu ușurință în timpul hidrolizei ATP, iar primul (cel mai apropiat de riboză) nu este scindat nici măcar în timpul hidrolizei în două etape a ATP la AMP. Prin urmare, conținutul de fosfat anorganic radioactiv va fi mai mare în celula în care a fost introdus ATP, marcat la ultimul (al treilea) reziduu de acid fosforic.