Makroerg vegyületek. Az ATP univerzális akkumulátor és energiaforrás a szervezetben
A fő anyagcsere-folyamatok az anabolizmus (asszimiláció) és a katabolizmus (disszimiláció).
Az anabolizmus vagy asszimiláció (a latin asszimilációból - asszimiláció) a sejtbe belépő anyagoknak magának a sejtnek az anyagaihoz való asszimilációjának endoterm folyamata. Ez egy "kreatív" anyagcsere.
Az asszimiláció legfontosabb mozzanata a fehérjék és nukleinsavak szintézise. Az anabolizmus speciális esete a fotoszintézis, amely egy olyan biológiai folyamat, amelyben a nap sugárzó energiája hatására vízből, szén-dioxidból és szervetlen sókból szerves anyagok szintetizálódnak. A zöld növényekben a fotoszintézis egy autotróf típusú csere.
A katabolizmus vagy disszimiláció (a latin dissimilis - disszimilációból) egy exoterm folyamat, amelyben feloldódás történik.
anyagok esése energia felszabadulásával. Ez a bomlás az emésztés és a légzés eredményeként következik be. Az emésztés a nagy molekulák kisebb molekulákra való lebontásának folyamata, míg a légzés az egyszerű cukrok, a glicerin, a zsírsavak és a dezaminált aminosavak oxidatív katabolizmusának folyamata, melynek eredményeként létfontosságú kémiai energia szabadul fel. Ezt az energiát használják fel az adenozitrifoszfát (ATP) készletek pótlására, amely a sejtek energia közvetlen donoraként (forrásaként) szolgál, amely a biológiai rendszerek univerzális energia "pénzneme". Az ATP-pótlást a foszfát (P) és az adenozin-difoszfát (ADP) reakciója biztosítja, nevezetesen:
Amikor az ATP ADP-re és foszfátra bomlik, a sejt energiája felszabadul, és a sejtben történő munkára kerül. Az ATP egy adenin-, ribóz- és trifoszfát-maradékokból (trifoszfátcsoportokból) álló nukleotid, míg az adenozin-difoszfátnak (ADP) csak két csoportja van. Az ATP energiagazdagságát az határozza meg, hogy trifoszfát komponense két foszfoanhidrid kötést tartalmaz. Az ATP energiája 7000 kcal/mol-al meghaladja az ADP energiáját. Ezt az energiát a sejtben az ATP ADP-vé és szervetlen foszfáttá történő hidrolízise eredményeként minden bioszintetikus reakció biztosítja. Tehát az ATP - ADP ciklus az energiacsere fő mechanizmusa az élő rendszerekben. Mint látható, az asszimiláció, a disszimiláció és a fotoszintézis az energiához kapcsolódik. Energiára van szükség a molekulák és ionok szállításához, a biomolekulák egyszerű prekurzorokból történő szintéziséhez, a mechanikai munka sejtmozgásokká történő átalakulásához.
|
Az élő rendszerekre a termodinamika két törvénye érvényes. A termodinamika első törvényének (az energiamegmaradás törvényének) megfelelően a kémiai és fizikai folyamatok során az energia nem keletkezik és nem is tűnik el, hanem egyszerűen átmegy egyik formából a másikba, amely így vagy úgy alkalmas munkavégzésre. A termodinamika második főtételének megfelelően a kémiai és fizikai folyamatok az egyensúly megteremtésének irányába, vagyis a rendezett állapotból a rendezetlen állapotba mennek. Ahogy közeledünk a rend és a rendezetlenség közötti egyensúly megteremtéséhez, csökken a szabadenergia, vagyis az összenergia azon része, amely képes munkát termelni. Amikor a szabadenergia csökken, a rendszer teljes belső energiájának az a része növekszik, amely a véletlenszerűség és a rendezetlenség (dezorganizáció) mértékének mérőszáma, és entrópiának nevezzük. Így minden rendszer természetes tendenciája az entrópia növelése és a szabadenergia csökkentése, ami a leghasznosabb termodinamikai függvény. |
Az élőlények számára az elsődleges energiaforrás a napsugárzás, különösen a látható fény, amely elektromágneses energiahullámokból áll, amelyek fotonoknak vagy fénykvantumoknak nevezett diszkrét egységek formájában jelennek meg. Egyes élőlények képesek felvenni a fényenergiát, míg mások a táplálékanyagok oxidációja következtében kapnak energiát.
A látható fény energiáját a zöld növények a sejtjeik kloroplasztiszában végbemenő fotoszintézis folyamatában rögzítik. A fotoszintézis révén az élőlények rendet teremtenek a rendezetlenségből, és a fényenergia a fotoszintézis termékei, a szénhidrátok kémiai energiájává alakul át. Így a fotoszintetikus szervezetek szabad energiát vonnak ki a napfényből. Ennek eredményeként a zöld növények sejtjei magas szabadenergia-tartalommal rendelkeznek.
Az állati szervezetek a táplálékkal már szénhidrátokban tárolt energiát kapnak. Következésképpen hozzájárulnak a környezet entrópiájának növekedéséhez. Ezen organizmusok sejtjeinek mitokondriumaiban a szénhidrátokban tárolt energia szabad energiává alakul, amely alkalmas más anyagok molekuláinak szintézisére, valamint a sejtek mechanikai, elektromos és ozmotikus munkájának biztosítására. A szénhidrátokban tárolt energia felszabadulása a légzés eredményeként történik - aerob és anaerob. Az aerob légzés során a tárolt energiát tartalmazó molekulák lebomlása glikolízissel és a Krebs-ciklusban történik. Az anaerob légzésben csak a glikolízis működik. Így az állati szervezetek sejtjeinek létfontosságú tevékenységét elsősorban az energia biztosítja, amelynek forrása az "üzemanyag" (glükóz és zsírsavak) oxidációs-redukciós reakciója, amely során egy vegyületből elektronok átvitele történik ( oxidáció) másikra (redukció). Az energiát biztosító kémiai reakciókból a folyamatok - energiafogyasztók - felé történő energiaátvitel az ATP segítségével történik.
A test egy nyitott, önszabályozó kémiai rendszer, amely fenntartja és megismétli magát a nap által termelt energia felhasználásával. Az energiát és anyagokat folyamatosan felszívva az élet nem "törekszik" a rend és a rendezetlenség, a nagy molekuláris szerveződés és a dezorganizáció közötti egyensúlyra. Ellenkezőleg, az élőlényekre jellemző a rendezettség mind felépítésükben, mind funkciójukban, mind az energia átalakításában és felhasználásában.
Az anyag- és energiaanyagcsere-folyamatok szabályozottak, számos szabályozási mechanizmus létezik, amelyek közül a leghíresebb az enzimek mennyiségének és aktivitásának szabályozása. Az anyagcsere és az energia szabályozásában az is fontos, hogy a szintézis és a bomlás metabolikus pályái szinte mindig disszociáltak, az eukariótákban pedig ezt a disszociációt fokozza a sejtek kompartmentalizációja.
VÁLASZ: A sejt egy élőlény elemi szerkezeti, funkcionális és genetikai egysége. A sejt az élőlény fejlődésének elemi egysége. A sejt képes önszabályozásra, önmegújulásra és önreprodukcióra.
12. A mitokondriumok teljes tömege a patkány különböző szerveinek sejtjeinek tömegéhez viszonyítva: a hasnyálmirigyben - 7,9%, a májban - 18,4%, a szívben - 35,8%. Miért van eltérő mitokondriális tartalom e szervek sejtjeiben?
VÁLASZ: A mitokondriumok a sejt erőművei – bennük szintetizálódnak az ATP-molekulák. A szívizomnak sok energiára van szüksége a működéséhez, ezért sejtjei tartalmazzák a legtöbb mitokondriumot. A májban több van, mint a hasnyálmirigyben, mert intenzívebb az anyagcseréje.
Hogyan hasznosul az ATP-ben tárolt energia?
VÁLASZ: Az ATP univerzális energiaforrás minden élő szervezet sejtjében. Az ATP energiát az anyagok szintézisére és szállítására, a sejtszaporodásra, az izomösszehúzódásra, az impulzusokra fordítják, i.e. a sejtek, szövetek, szervek és az egész szervezet létfontosságú tevékenységére.
A DNS mely tulajdonságai igazolják, hogy genetikai információhordozó?
VÁLASZ: Replikációs képesség (önkettőzés), két szál komplementaritása, átírási képesség.
Ismertesse az állati sejtek külső plazmamembránjának molekuláris szerkezetét!
VÁLASZ: A plazmamembránt két lipidréteg alkotja. A fehérjemolekulák áthatolhatnak a plazmamembránon, vagy annak külső vagy belső felületén helyezkedhetnek el. Kívül a szénhidrátok kapcsolódhatnak a fehérjékhez, és egy glycocalis alakul ki.
Miben különböznek az élő szervezetek az élettelen testek tulajdonságaitól?
VÁLASZ: Az élőlények jelei: anyagcsere és energiaátalakítás, öröklődés és változékonyság, életkörülményekhez való alkalmazkodás, ingerlékenység, szaporodás, növekedés és fejlődés, önszabályozás stb.
Mik a vírusok jellemzői?
Mi volt a jelentősége a sejtelmélet megalkotásának a tudományos világkép kialakításában?
VÁLASZ: A sejtelmélet alátámasztotta az élő szervezetek kapcsolatát, közös eredetét, általánosított ismereteket a sejtről, mint az élő szervezetek szerkezetének és élettevékenységének egységéről.
Miben különbözik egy DNS-molekula az i-RNS-től?
VÁLASZ: a DNS szerkezete kettős hélix, az RNS pedig egyetlen láncból áll; A DNS dezoxoribóz cukrot és nukleotidokat tartalmaz nitrogéntartalmú timin bázissal, az RNS pedig cukorribózt és nukleotidokat nitrogéntartalmú uracil bázissal.
Miért nem lehet a baktériumokat eukarióták közé sorolni?
VÁLASZ: Nincs bennük a citoplazmából izolált sejtmag, mitokondrium, Golgi komplexum, EPS, nem jellemző rájuk a mitózis és a meiózis, a megtermékenyítés. Örökletes információ körkörös DNS-molekula formájában.
Anyagcsere és energia
Milyen anyagcsere-reakciókban a víz a szénhidrátok szintézisének kiindulási anyaga?
VÁLASZ: Fotoszintézis.
Milyen energiát fogyasztanak a heterotróf élőlények?
VÁLASZ: Szerves anyagok oxidációs energiája.
Milyen típusú energiát fogyasztanak az autotróf szervezetek?
VÁLASZ: Fototrófok - fényenergia, kemotrófok - szervetlen anyagok oxidációs energiája.
A fotoszintézis melyik fázisában megy végbe az ATP szintézis?
VÁLASZ: A világos fázisban.
Melyik anyag szolgál oxigénforrásként a fotoszintézis során?
VÁLASZ: Víz (a fotolízis eredményeként - a fény hatására bomlás a könnyű fázisban, oxigén szabadul fel).
Miért nem képesek maguk a heterotróf szervezetek szerves anyagot létrehozni?
VÁLASZ: Sejtjeikben nincs kloroplasztisz és klorofill.
Mi a lipidek funkciója a sejtmembránokban?
4.2. Anyagcsere és energia
Milyen anyagcsere-reakciókban a víz a szénhidrátok szintézisének kiindulási anyaga?
Milyen energiát fogyasztanak a heterotróf élőlények?
Milyen típusú energiát fogyasztanak az autotróf szervezetek?
A fotoszintézis melyik fázisában megy végbe az ATP szintézis?
Melyik anyag szolgál oxigénforrásként a fotoszintézis során?
^ Miért nem képesek maguk a heterotróf szervezetek szerves anyagot létrehozni?
Miért a zsírok a leginkább energikus anyagok?
Mi szolgál templátként az i-RNS szintézishez?
Milyen anyagcsere-reakciókban a szén-dioxid a szénhidrátok szintézisének kiindulási anyaga?
Mi a hasonlóság a fotoszintézis és az energia-anyagcsere között?
^ Milyen hasonlóságok és különbségek vannak a fotoszintézis és a kemoszintézis folyamatai között?
^ Milyen anyagcsere-reakciókban a víz a végtermék?
Milyen anyagcsere-reakciókban valósul meg a mag, EPS, riboszómák, mitokondriumok összekapcsolása?
Mi a hasonlóság a fehérje bioszintézis és a fotoszintézis között?
Mi történik a fotoszintézis fényfázisában?
^ Melyek a fotoszintézis sötét fázisában végbemenő fő folyamatok?
^ Mi a nukleinsavak szerepe a fehérjebioszintézisben?
^ Mi az oxidatív foszforiláció biológiai jelentése?
^ Mi a hasonlóság és a különbség az autotróf táplálkozás között foto- és kemoszintetikus baktériumokban?
Különbség: a fototróf baktériumok fényenergiát használnak a glükóz szintetizálására, míg a kemotróf baktériumok a szervetlen anyagok oxidációs energiáját.
^ Mi a kapcsolat a műanyag és az energia anyagcsere között? Indokolja válaszát.
^ Miért nevezik a fehérje bioszintézis reakcióit mátrix reakcióknak?
^ Miben nyilvánul meg az energia-anyagcsere és a fehérjebioszintézis kapcsolata?
Határozza meg az m-RNS, t-RNS antikodonok nukleotidszekvenciáját és a fehérjemolekula megfelelő fragmentumának aminosavszekvenciáját (a genetikai kódtáblázat segítségével), ha a DNS-láncfragmens a következő nukleotidszekvenciával rendelkezik: GTGCCGTCAAAAA!
^ Milyen következményekkel jár az állatok energiaanyagcseréjének oxigén szakaszában részt vevő enzimek aktivitásának csökkenése?
Az egyik DNS-szál nukleotidszekvenciája: CAT - GHC - TGT - TCC - GTZ ... Magyarázza el, hogyan változik meg egy fehérjemolekula szerkezete, ha a DNS-lánc negyedik nukleotidhármasa megkétszereződik?
Az UGA, AUG, AGU, GHC, AAU antikodonokkal rendelkező T-RNS molekulák részt vesznek egy polipeptid bioszintézisében. Határozza meg a DNS-molekula egyes szálaiban a szintetizált polipeptidről információt hordozó régió nukleotidszekvenciáját, valamint az adenint (A), guanint (G), timint (T), citozint (C) tartalmazó nukleotidok számát kettős alakban. -szálú DNS-molekula. Magyarázza meg a választ.
2) DNS: 1. lánc: TGA - ATG - AGT - GHC - AAT
2. lánc: ACT - TAC –TTSA –TSTSG - TTA
3) a nukleotidok száma: A - 9 (30%), T - 9 (30%), mivel A = T; G-6 (20%), C - 6 (20%), mivel G = C.
^ Milyen esetekben nem befolyásolja a DNS nukleotid szekvencia változása a megfelelő fehérje szerkezetét és működését?
A fehérje bioszintézisében t-RNS vett részt antikodonokkal: UUA, GHC, CGC, AUU, TsGU. Határozza meg a DNS-molekula egyes szálaiban a szintetizált polipeptidről információt hordozó régió nukleotidszekvenciáját, valamint a kétszálú DNS-molekulában az adenint, guanint, timint, citozint tartalmazó nukleotidok számát!
t-RNK: UUA, GGTs, TsGTs, AUU, TsGU
i-RNS: AAU-TsCH-GCG-UAA-HCA
1 DNS szál: TTA-GHC-CGC-ATT-CGT
2 DNS-szál: AAT-CCH-HCG-TAA-HCA.
A DNS-molekulában A = T = 7, a G = C = 8 szám.
Egy emberi szomatikus sejt 46 szomatikus kromoszómájában található összes DNS-molekula össztömege 6x10-9 mg. Határozza meg, mekkora az összes DNS-molekula tömege a spermiumban és a szomatikus sejtben osztódás előtt és után! Magyarázza meg a választ.
A különböző sejtekből származó riboszómákat egy kémcsőbe helyezték, az aminosavak teljes készletét és ugyanazokat az i-RNS és t-RNS molekulákat, minden feltételt megteremtettek a fehérjeszintézishez. Miért szintetizálódik egyfajta fehérje egy kémcsőben különböző riboszómákon?
A transzlációs folyamatban 30 t-RNS molekula vett részt. Határozza meg a szintetizált fehérjét alkotó aminosavak számát, valamint az ezt a fehérjét kódoló gén tripleteinek és nukleotidjainak számát.
Az egyik DNS-molekulában a timint (T) tartalmazó nukleotidok az összes nukleotid szám 24%-át teszik ki. Határozza meg a guanin (G), adenin (A), citozin (C) nukleotidok mennyiségét (%) a DNS-molekulában, és magyarázza meg a kapott eredményeket!
^ Adott egy DNS-lánc: CTAATGTAAZZA. Határozza meg:
B) A különböző típusú nukleotidok száma (%) ebben a génben (két láncban)
C) Ennek a génnek a hossza
D) A mókus hossza
VÁLASZ: A) 1. DNS-szál: CTA-ATG-TAA-TsCA-
2. DNS szál: GAT-TAC-ATT-GGT-
^ I-RNK: TsUA-AUG-UAA-TsTSA
A genetikai kód táblázata alapján meghatározzuk az aminosavakat:
Aminosavak: leu-meter - pro
B) A szám = 8; T = 8; G = 4; D = 4. Teljes összeg = 24 = 100%.
A = T = 8 (8x100%): 24 = 33,3%
G = C = 4 (4x100%): 24 = 16,6%
B) Génhossz: 12x0,34 = 4,04 nm (0,34 nm - 1 nukleotid hosszúság)
D) Fehérje hossza: 4 kodon x 0,3 nm = 1,2 nm (0,3 nm az 1 am / k-you hossza.)
Határozza meg: az m-RNS-en lévő nukleotidszekvenciát, a megfelelő t-RNS antikodonjait és a fehérjemolekula megfelelő fragmentumának aminosav-szekvenciáját (a genetikai kód táblázata segítségével),
^ VÁLASZ: GTG-TAT-GGA-AGT – DNS
TsAC-AUA-TsCU-UCA – i-RNK
GUG; UAU; GGA; ASU – t-RNS antikodonok
Aminosavak: Gis-ile-pro-ser
4.3. Az élőlények szaporodása és fejlődése
Egy emberi szomatikus sejt 46 kromoszómájában található összes DNS-molekula össztömege körülbelül 6x10-9 mg. Határozza meg, mekkora az összes DNS-molekula tömege a spermiumban és a szomatikus sejtben osztódás előtt és után! Magyarázza meg a választ.
^ Mi a mitózis biológiai jelentése?
^ Mi a meiózis biológiai jelentése?
^ Mit nevezünk zigótának?
Mi a hasonlóság és a különbség a béka- és az emberi tojások között?
^ Mi a jelentősége az interfázisnak a sejt életében?
^ Mi a jelentősége a kettős trágyázásnak a virágos növényekben?
^ Melyek az ivartalan és ivaros szaporodás előnyei és hátrányai?
^ Miben különböznek a szamármájsejtek a lómájsejtektől?
Miért alkalmazzák a vegetatív szaporodást az értékes heterozigóta egyedek megőrzésére?
^ Ismertesse az állati tojások szerkezetét és működését!
^ Nevezze meg a gerinces állat embriójának csírarétegét, amelyet az ábrán 1-es számmal jelöltünk. Milyen típusú szövetek, szervek, szervrészek keletkeznek belőle?
^ Milyen folyamatok játszódnak le a sejtmagban az interfázis során?
^ Ismertesse azokat a mechanizmusokat, amelyek biztosítják az élőlények sejtjeiben a kromoszómák számának és alakjának állandóságát generációról generációra?
^ Magyarázza el, hogy az ivaros szaporodás miért hoz sokszínűbb utódokat, mint a vegetatív szaporodás! .
^ 4.4. Tenyésztési alapismeretek
Mi a jellemzője a poliploidia jelenségének?
Mi a jellemzője a heterózis jelenségének?
Mi a jelentősége a homológ sorozatok törvényének N. I. Vavilov örökletes változékonyságában?
^ Milyen célból használják a növénynemesítésben a különböző fajták egyedeinek keresztezését?
^ Hogyan őrizhető meg a növényekben a két fajta keresztezéséből nyert hasznos tulajdonságok kombinációja?
^ Milyen célból végeznek szorosan összefüggő keresztezést a tenyésztésben. Milyen negatív következményei vannak?
^ Miért végeznek interline hibridizációt a növénynemesítésben?
Miért csak az első generációban jelentkezik a heterózis hatása?
^ Miért nem alkalmazhatók a növénynemesítésben alkalmazott poliploidia és mesterséges mutagenezis módszerei az állattenyésztésben?
^ Mi a mesterséges mutagenezis és mire használják?
^ 4.5. Az ökológia alapjai
Miért eltérő a különböző állatok termékenysége?
Minden élőlény esetében van egy szabályszerűség: minél nagyobb az utódok halálának valószínűsége, annál nagyobb a termékenység.
^ Melyek a fő korlátozó tényezők a növények, állatok, mikroorganizmusok számára?
Mikroorganizmusok esetében: élelmiszerforrások hiánya, kedvezőtlen körülmények (hőmérséklet, víz, gázrendszer, vegyszerek (paraziták elleni antibiotikumok)
^ A nemzetgazdaság mely ágazataiban alkalmazzák a baktériumokat?
^ Miért vannak ritka és veszélyeztetett fajok, ha bármely élőlény korlátlan számú növekedésre képes?
^ Mi a korlátozó tényező törvényének lényege?
^ Az iskolások fiatal lucokat az erdőből, és nem a tisztásról vittek a terület tereprendezéséhez. Mindent helyesen ültettünk el, de aztán a tűk megbarnultak és összeroppantak. Miért?
^ Miért élnek zöld színű növények a víztestek felszínén, pirosak pedig a tenger mélyén?
^ Milyen eszközei vannak az állati sushiknak a víz gazdaságos felhasználására?
^ Nevezhető-e a talaj homok, víz, szervetlen és szerves anyagok keverékének?
^ Miért van a szárazföldi emlősöknek fülcsontja, míg a vízi és talajban élő emlősöknek nincs vagy redukáltuk?
Küldje el a jó munkát a tudásbázis egyszerű. Használja az alábbi űrlapot
Azok a hallgatók, végzős hallgatók, fiatal tudósok, akik tanulmányaikban és munkájuk során használják fel a tudásbázist, nagyon hálásak lesznek Önnek.
közzétett http://www.allbest.ru/
- Bevezetés
- 1.1 Az ATP kémiai tulajdonságai
- 1.2 Az ATP fizikai tulajdonságai
- 2.1
- 3.1 Szerep a cellában
- 3.2 Szerep az enzimek munkájában
- 3.4 Az ATP egyéb funkciói
- Következtetés
- Bibliográfiai lista
Szimbólumok listája
ATP - adenozin-trifoszfát
ADP - adenozin-difoszfát
AMP - adenozin-monofoszfát
RNS - ribonukleinsav
DNS - dezoxiribonukleinsav
NAD - nikotinamid-adenin-dinukleotid
PVC - piroszőlősav
G-6-F - foszfoglükóz izomeráz
F-6-F - fruktóz-6-foszfát
TPP - tiamin-pirofoszfát
FAD – feniladenin-dinukleotid
Fn - korlátlan foszfát
G - entrópia
PHP - ribonukleotid reduktáz
Bevezetés
A bolygónkon élő összes élőlény fő energiaforrása a napfény energiája, amelyet közvetlenül csak a zöld növények, algák, zöld és lila baktériumok sejtjei használnak fel. Ezekben a sejtekben a fotoszintézis során szén-dioxidból és vízből szerves anyagok (szénhidrátok, zsírok, fehérjék, nukleinsavak stb.) keletkeznek. A növények fogyasztásával az állatok kész szerves anyagot kapnak. Az ezekben az anyagokban tárolt energia velük együtt átjut a heterotróf szervezetek sejtjeibe.
Az állati szervezetek sejtjeiben a szerves vegyületek energiája oxidációjuk során ATP energiává alakul át. (A folyamat során felszabaduló szén-dioxidot és vizet az autotróf élőlények ismét felhasználják a fotoszintézis folyamataihoz.) Az ATP energiájának köszönhetően minden létfontosságú folyamat lezajlik: szerves vegyületek bioszintézise, mozgás, növekedés, sejtosztódás stb.
A szervezetben az ATP képződésének és felhasználásának témája már régóta nem újdonság, de ritka, hogy egy forrásban találjuk mindkettőt teljes körűen, és még ritkábban mindkét folyamat elemzését egyszerre, ill. különböző szervezetekben.
Ebben a tekintetben munkánk relevanciája az ATP élő szervezetekben való képződésének és felhasználásának alapos tanulmányozása lett, mivel ezt a témát nem tanulmányozzák megfelelő szinten a népszerű tudományos irodalom.
Munkánk célja a következő volt:
· Az ATP képződési mechanizmusainak és felhasználási módjainak tanulmányozása állatok és emberek szervezetében.
Feladatokat kaptunk:
· Az ATP kémiai természetének és tulajdonságainak tanulmányozása;
· Az élő szervezetekben az ATP képződés módjainak elemzése;
· Az ATP élő szervezetekben való felhasználásának módjainak mérlegelése;
· Vegye figyelembe az ATP értékét az emberi test és az állatok számára.
1. fejezet Az ATP kémiai természete és tulajdonságai
1.1 Az ATP kémiai tulajdonságai
Az adenozin-trifoszfát egy nukleotid, amely rendkívül fontos szerepet játszik a szervezetek energia- és anyagcseréjében; Először is, a vegyület univerzális energiaforrásként ismert az élő rendszerekben végbemenő összes biokémiai folyamathoz. Az ATP-t 1929-ben fedezte fel Karl Lohmann, majd 1941-ben Fritz Lipmann kimutatta, hogy az ATP a fő energiahordozó a sejtben.
ATP szisztematikus név:
9-ben-D-ribofuranoziladenin-5"-trifoszfát, vagy
9-ben-D-ribofuranozil-6-amino-purin-5"-trifoszfát.
Kémiailag az ATP adenozin-trifoszforsav-észter, amely az adenin és a ribóz származéka.
A purin nitrogéntartalmú bázis - adenin - N-glikozidos kötéssel kapcsolódik 1 "-szén ribózhoz. Három foszforsavmolekula kapcsolódik egymás után az 5" -szén ribózhoz, amelyeket b, c és d betűkkel jelölünk.
Szerkezetében az ATP hasonló az adenin nukleotidhoz, amely az RNS része, csak egy foszforsav helyett három foszforsavmaradékot tartalmaz. A sejtek nem képesek észrevehető mennyiségben savakat tartalmazni, csak azok sóit. Ezért a foszforsav maradék formájában jut be az ATP-be (a sav OH-csoportja helyett egy negatív töltésű oxigénatom van).
Az enzimek hatására az ATP-molekula könnyen hidrolízisen megy keresztül, azaz vízmolekulához kötődik, és felhasad, így adenozin-difoszforsav (ADP) keletkezik:
ATP + H2O ADP + H3PO4.
Egy másik foszforsav-maradék hasítása az ADP-t adenozin-monofoszforsav-AMP-vé alakítja:
ADP + H2O AMP + H3PO4.
Ezek a reakciók reverzibilisek, vagyis az AMP átjuthat ADP-be, majd ATP-be, energiát halmozva fel. A szokásos peptidkötés lebontása mindössze 12 kJ/mol energiát szabadít fel. És azok a kötések, amelyekkel a foszforsavmaradékok kötődnek, nagy energiájúak (nagyenergiának is nevezik őket): amikor mindegyik megsemmisül, 40 kJ / mol energia szabadul fel. Ezért az ATP központi szerepet játszik a sejtekben, mint univerzális biológiai energiatároló. Az ATP-molekulák a mitokondriumokban és a kloroplasztiszokban szintetizálódnak (csak kis részük szintetizálódik a citoplazmában), majd a sejt különböző organellumáiba kerül, energiát biztosítva minden létfontosságú folyamathoz.
Az ATP energiájának köszönhetően megtörténik a sejtosztódás, a sejtmembránokon keresztüli aktív anyagok átvitele, az idegimpulzusok átvitele során a membrán elektromos potenciáljának fenntartása, valamint a makromolekuláris vegyületek bioszintézise és a fizikai munka.
Megnövekedett terhelés mellett (például rövid távon történő futásnál) az izmok kizárólag az ATP tartalék rovására dolgoznak. Az izomsejtekben ez a tartalék több tucat összehúzódásra elegendő, majd az ATP mennyiségét pótolni kell. Az ATP szintézise ADP-ből és AMP-ből a szénhidrátok, lipidek és egyéb anyagok lebontása során felszabaduló energia miatt következik be. Az ATP nagy részét szellemi munkára is fordítják. Emiatt a szellemi munkát végzőknek megnövekedett mennyiségű glükózra van szükségük, amelynek lebontása biztosítja az ATP szintézisét.
1.2 Az ATP fizikai tulajdonságai
Az ATP adenozinból és ribózból, valamint három foszfátcsoportból áll. Az ATP könnyen oldódik vízben, és meglehetősen stabil oldatokban pH 6,8-7,4 között, de gyorsan hidrolizál extrém pH-n. Ezért az ATP legjobban vízmentes sókban tárolható.
Az ATP instabil molekula. Pufferolatlan vízben ADP-vé és foszfáttá hidrolizálódik. Ennek az az oka, hogy az ATP-ben lévő foszfátcsoportok közötti kötések erőssége kisebb, mint a termékei (ADP + foszfát) és a víz közötti hidrogénkötések (hidratációs kötések) erőssége. Így, ha az ATP és az ADP kémiai egyensúlyban van a vízben, akkor végül szinte az összes ATP átalakul ADP-vé. Egy olyan rendszer, amely távol áll az egyensúlytól, Gibbs-szabad energiát tartalmaz, és képes munkát végezni. Az élő sejtek az egyensúlyi állapottól tíz nagyságrenddel egy ponton tartják fenn az ATP-ADP arányt, az ATP-koncentráció ezerszer magasabb, mint az ADP koncentrációja. Ez az egyensúlyi helyzetből való eltolódás azt jelenti, hogy a sejtben az ATP hidrolízise során nagy mennyiségű szabad energia szabadul fel.
Két nagy energiájú foszfátkötés (amelyek a szomszédos foszfátokat kötik meg) egy ATP-molekulában felelősek ennek a molekulának a magas energiatartalmáért. Az ATP-ben tárolt energia a hidrolízis során felszabadulhat. A ribózcukortól legtávolabb található r-foszfát csoport nagyobb hidrolízisenergiával rendelkezik, mint a b- vagy c-foszfát. Az ATP-maradék hidrolízise vagy foszforilációja után kialakuló kötések energiája alacsonyabb, mint más ATP-kötéseké. Az ATP enzimkatalizált hidrolízise vagy az ATP foszforilációja során a rendelkezésre álló szabad energiát az élő rendszerek munkára tudják felhasználni.
A potenciálisan reaktív molekulák bármely instabil rendszere potenciálisan a szabad energia tárolásának módja lehet, ha a sejtek koncentrációjukat a reakció egyensúlyi pontjától távol tartják. A legtöbb polimer biomolekulához hasonlóan azonban az RNS, a DNS és az ATP egyszerű monomerekké történő lebomlása az energia felszabadulásának és az entrópiának, a megfontolások növekedésének köszönhető, mind a standard koncentrációknál, mind pedig ezeknél a koncentrációknál. a cellában találták meg.
Az ATP hidrolízis eredményeként felszabaduló standard energiamennyiség a természetes (standard) körülményekhez nem kapcsolódó energiaváltozásokból, majd a biológiai koncentráció korrigálásával számítható. A hőenergia (entalpia) nettó változása az ATP ADP-re és szervetlen foszfátokra bomlásakor a standard hőmérsékleten és nyomáson 20,5 kJ / mol, a szabadenergia változása 3,4 kJ / mol. A foszfátnak vagy pirofoszfátnak az ATP-ből az 1M állapotszabványba történő hasítása során felszabaduló energia:
ATP + H 2 O> ADP + P i DG? = -30,5 kJ/mol (-7,3 kcal/mol)
ATP + H 2 O> AMP + PP I DG? = -45,6 kJ/mol (-10,9 kcal/mol)
Ezek az értékek felhasználhatók az energia fiziológiás körülmények közötti változásának és a celluláris ATP / ADP-nek számítására. Azonban egy reprezentatívabb érték, az úgynevezett energetikai töltés nagyobb valószínűséggel működik. Az értékek a Gibbs szabad energiára vonatkoznak. Ezek a reakciók számos tényezőtől függenek, beleértve a teljes ionerősséget és az alkáliföldfémek, például Mg 2+ és Ca 2+ ionok jelenlétét. Normál körülmények között a DG körülbelül -57 kJ / mol (-14 kcal / mol).
fehérje biológiai akkumulátor energiája
2. fejezet Az ATP képződésének módjai
A szervezetben az ATP az ADP foszforilációjával szintetizálódik:
ADP + H 3 PO 4 + energia> ATP + H 2 O.
Az ADP foszforilációja kétféleképpen lehetséges: szubsztrát foszforiláció és oxidatív foszforiláció (oxidáló anyagok energiájának felhasználásával). Az ATP nagy része a mitokondriális membránokon képződik a H-függő ATP-szintáz által végzett oxidatív foszforiláció során. Az ATP szubsztrát foszforilációja nem igényli a membránenzimek részvételét, ez glikolízis során vagy egy foszfátcsoport más, nagy energiájú vegyületekből történő átvitele során történik.
Az ADP foszforilációjának reakciói, majd az ATP energiaforrásként történő felhasználása ciklikus folyamatot alkot, amely az energiaanyagcsere lényege.
A szervezetben az ATP az egyik leggyakrabban megújuló anyag. Tehát emberben egy ATP-molekula élettartama kevesebb, mint 1 perc. A nap folyamán egy ATP-molekula átlagosan 2000-3000 újraszintézis cikluson megy keresztül (az emberi szervezet kb. 40 kg ATP-t szintetizál naponta), vagyis gyakorlatilag nincs ATP-ellátás a szervezetben, és a normális élethez szükséges az új ATP-molekulák folyamatos szintéziséhez.
Oxidatív foszforiláció -
A szénhidrátokat azonban leggyakrabban szubsztrátként használják. Tehát az agysejtek a szénhidrátokon kívül nem képesek más tápanyagot használni a táplálkozáshoz.
Az előkomplex szénhidrátok egyszerűekké bomlanak le, egészen a glükóz képződéséig. A glükóz sokoldalú szubsztrát a sejtlégzés folyamatában. A glükóz oxidációja három szakaszra oszlik:
1.glikolízis;
2. oxidatív dekarboxilezés és a Krebs-ciklus;
3. oxidatív foszforiláció.
Ezenkívül a glikolízis az aerob és anaerob légzés gyakori fázisa.
2 .1.1 GlikoLiz- a glükóz szekvenciális lebomlásának enzimatikus folyamata a sejtekben, amelyet az ATP szintézise kísér. Az aerob körülmények közötti glikolízis piroszőlősav (piruvát), az anaerob körülmények közötti glikolízis tejsav (laktát) képződéséhez vezet. A glikolízis a glükóz katabolizmusának fő útja állatokban.
A glikolitikus út 10 egymást követő reakcióból áll, amelyek mindegyikét külön enzim katalizálja.
A glikolízis folyamata hagyományosan két szakaszra osztható. Az első szakasz, amely 2 ATP molekula energiáját használja fel, abból áll, hogy egy glükózmolekulát 2 molekula glicerinaldehid-3-foszfátra hasítanak. A második szakaszban a gliceraldehid-3-foszfát NAD-függő oxidációja megy végbe, amit az ATP szintézise kísér. Önmagában a glikolízis teljesen anaerob folyamat, vagyis nem szükséges oxigén jelenléte a reakciók lezajlásához.
A glikolízis az egyik legrégebbi anyagcsere-folyamat, amely szinte minden élő szervezetben ismert. Feltehetően a glikolízis több mint 3,5 milliárd évvel ezelőtt jelent meg az elsődleges prokariótákban.
A glikolízis eredménye egy glükózmolekula átalakul két piroszőlősav (PVA) molekulává, és két redukáló ekvivalens képződik NAD H koenzim formájában.
A teljes glikolízis egyenlet:
C6H12O6+2NAD++2ADP+2Fn=2NADN+2PVK+2ATF+2H2O+2H+.
A sejtben oxigén hiányában vagy hiányában a piroszőlősav tejsavvá redukálódik, majd a glikolízis általános egyenlete a következő lesz:
C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2F n = 2 laktát + 2 ATP + 2H 2 O.
Így egy glükózmolekula anaerob hasítása során az ATP teljes nettó hozama két molekula, amelyet az ADP szubsztrát foszforilációs reakcióiban kapnak.
Az aerob szervezetekben a glikolízis végtermékei a sejtlégzéssel kapcsolatos biokémiai ciklusokban további átalakulásokon mennek keresztül. Ennek eredményeként egy glükózmolekula összes metabolitjának teljes oxidációja után a sejtlégzés utolsó szakaszában - oxidatív foszforiláció, amely a mitokondriális légzőláncon oxigén jelenlétében megy végbe - további 34 vagy 36 ATP molekula szintetizálódik minden glükózmolekulához. .
A glikolízis első reakciója egy glükózmolekula foszforilációja, amely a szövetspecifikus hexokináz enzim részvételével, 1 ATP molekula energiafelhasználásával megy végbe; a glükóz aktív formája képződik - glükóz-6-foszfát (G-6-F):
A reakció lezajlásához Mg 2+ ionok jelenléte szükséges a közegben, amelyekkel az ATP molekula komplexen kötődik. Ez a reakció visszafordíthatatlan, és az első kulcs reakció glikolízis.
A glükóz foszforilációja két célt szolgál: egyrészt, mivel a semleges glükózmolekulát áteresztő plazmamembrán nem engedi át a negatív töltésű G-6-F molekulákat, a foszforilált glükóz a sejt belsejében csapdába esik. Másodszor, a foszforiláció során a glükóz aktív formává alakul, amely részt vehet a biokémiai reakciókban, és részt vehet az anyagcsere ciklusokban.
A hexokináz máj izoenzimje, a glükokináz nélkülözhetetlen a vércukorszint szabályozásában.
A következő reakcióban ( 2 ) a foszfoglükoizomeráz G-6-F enzim hatására átalakul fruktóz-6-foszfát (F-6-F):
Ehhez a reakcióhoz nincs szükség energiára, és a reakció teljesen visszafordítható. Ebben a szakaszban a fruktózt foszforilációval is be lehet vonni a glikolízis folyamatába.
Ezután szinte azonnal egymás után következik két reakció: a fruktóz-6-foszfát irreverzibilis foszforilációja ( 3 ) és a képződött reverzibilis aldolhasadás fruktóz-1,6-biszfoszfát (F-1,6-bF) két trióba ( 4 ).
Az F-6-F foszforilációját a foszfofruktokináz végzi, még egy ATP-molekula energiafelhasználásával; ez a második kulcs reakció glikolízis, szabályozása határozza meg általában a glikolízis intenzitását.
Aldol dekoltázs F-1,6-bF fruktóz-1,6-biszfoszfát-aldoláz hatására fordul elő:
A negyedik reakció eredményeként dihidroxi-aceton-foszfátés gliceraldehid-3-foszfát, az első pedig szinte azonnal hatása alatt foszfotrióz izomeráz megy a másodikra ( 5 ), amely további átalakításokban vesz részt:
A glicerinaldehid-foszfát minden molekuláját NAD + oxidálja dehidrogenáz glicerinaldehid-foszfát előtt 1,3- difosfoglyce- rata (6 ):
Tovább a 1,3-difoszfoglicerát Az 1-es pozícióban nagy energiájú kötést tartalmazó foszforsavmaradék a foszfoglicerát kináz enzim hatására az ADP molekulába kerül (reakció 7 ) - ATP molekula képződik:
Ez a szubsztrát foszforilációjának első reakciója. Ettől a pillanattól kezdve a glükóz lebontási folyamata megszűnik energiaigényesnek lenni, mivel az első szakasz energiaköltségei kompenzálódnak: 2 ATP-molekula szintetizálódik (minden 1,3-difoszfogliceráthoz egy) a reakciókban elköltött kettő helyett. 1 és 3 ... Ehhez a reakcióhoz az ADP jelenléte szükséges a citoszolban, vagyis a sejtben lévő ATP feleslegével (és az ADP hiányával) a sebessége csökken. Mivel az ATP, amely nincs kitéve az anyagcserének, nem rakódik le a sejtben, hanem egyszerűen elpusztul, ez a reakció a glikolízis fontos szabályozója.
Ezután egymás után: foszfoglicerolmutáz képződik 2-foszfo- glicerát (8 ):
Enoláz képződik foszfoenolpiruvát (9 ):
És végül az ADP szubsztrát foszforilációjának második reakciója a piruvát és az ATP enol formájának kialakulásával megy végbe. 10 ):
Ez a reakció a piruvát-kináz hatása alatt megy végbe. Ez a glikolízis utolsó kulcsreakciója. A piruvát enol formájának piruváttá történő izomerizációja nem enzimatikus.
A megalakulás óta F-1,6-bF az energia felszabadulásával csak reakciók mennek végbe 7 és 10 , amelyben az ADP szubsztrát foszforilációja megy végbe.
Szabályozás glikolízis
Tegyen különbséget a helyi és az általános szabályozás között.
A helyi szabályozást az enzimek aktivitásának megváltoztatásával hajtják végre a sejten belüli különféle metabolitok hatására.
A glikolízis egészének szabályozása, egyszerre az egész szervezet számára, hormonok hatására megy végbe, amelyek a másodlagos hírvivők molekuláin keresztül megváltoztatják az intracelluláris anyagcserét.
Az inzulin fontos szerepet játszik a glikolízis stimulálásában. A glukagon és az epinefrin a glikolízis legfontosabb hormonális inhibitorai.
Az inzulin stimulálja a glikolízist:
· A hexokináz reakció aktiválása;
· A foszfofruktokináz stimulálása;
· A piruvát-kináz stimulálása.
Más hormonok is befolyásolják a glikolízist. Például a növekedési hormon gátolja a glikolízis enzimeket, a pajzsmirigyhormonok pedig stimulánsok.
A glikolízis szabályozása több kulcsfontosságú lépésen keresztül történik. A hexokináz által katalizált reakciók ( 1 ), foszfofruktokináz ( 3 ) és piruvát kináz ( 10 ) a szabadenergia jelentős csökkenése jellemzi, és gyakorlatilag visszafordíthatatlanok, ami lehetővé teszi, hogy a glikolízis szabályozásának hatékony pontjai legyenek.
A glikolízis egy rendkívüli jelentőségű katabolikus folyamat. Energiát biztosít a sejtreakciókhoz, beleértve a fehérjeszintézist is. A glikolízis intermediereit a zsírok szintézisében használják. A piruvát alanin, aszpartát és más vegyületek szintézisére is használható. A glikolízisnek köszönhetően a mitokondriális teljesítmény és az oxigén rendelkezésre állása nem korlátozza az izomerőt a rövid távú extrém terhelések során.
2.1.2. Oxidatív dekarboxilezés – a piruvát acetil-CoA-vá történő oxidációja számos enzim és koenzim részvételével megy végbe, amelyek szerkezetileg egy multienzim rendszerré egyesülnek, az úgynevezett "piruvát-dehidrogenáz komplex".
Ennek a folyamatnak az első szakaszában a piruvát a piruvát-dehidrogenáz enzim (E 1) aktív központjában lévő tiamin-pirofoszfáttal (TPP) való kölcsönhatás következtében elveszti karboxilcsoportját. A II. szakaszban az E 1 -TPP-CHOH-CH 3 komplex oxietilcsoportja acetilcsoporttá oxidálódik, amely egyidejűleg a dihidrolipoilacetil-transzferáz (E 2) enzimhez kapcsolódó liponsavamidhoz (koenzimhez) kerül. Ez az enzim katalizálja a III. szakaszt - az acetilcsoport átvitelét koenzim-CoA-vá (HS-KoA) a végtermék, az acetil-CoA képződésével, amely egy nagy energiájú (nagy energiájú) vegyület.
A IV. szakaszban a lipoamid oxidált formáját regenerálják a dihidrolipoamid-E 2 redukált komplexéből. A dihidrolipoil-dehidrogenáz (E 3) enzim részvételével a hidrogénatomok a dihidrolipoamid redukált szulfhidrilcsoportjaiból FAD-ba kerülnek, amely ennek az enzimnek a protetikus csoportjaként működik, és erősen kapcsolódik hozzá. Az V. szakaszban a redukált FADH 2 dihidrolipoil-dehidrogenáz hidrogént ad át a NAD koenzimhez, NADH + H + képződésével.
A piruvát oxidatív dekarboxilezési folyamata a mitokondriális mátrixban megy végbe. 3 enzimet (piruvát-dehidrogenáz, dihidrolipoil-acetil-transzferáz, dihidrolipoil-dehidrogenáz) és 5 koenzimet (TPP, liponsavamid, koenzim A, FAD és NAD) tartalmaz (egy összetett multienzim komplex részeként), amelyek közül a három enzim viszonylagos. szorosan kötődik (TPF-E 1, li-poamid-E 2 és FAD-E 3), és kettő könnyen disszociál (HS-KoA és NAD).
Rizs. 1 A piruvát-dehidrogenáz komplex hatásmechanizmusa
E1 - piruvát-dehidrogenáz; E2-dihidrolipoil-acetil-transzraza; E3 - dihidrolipoil-dehidrogenáz; a bekarikázott számok a folyamat lépéseit jelzik.
Mindezek az enzimek, amelyek alegység szerkezettel rendelkeznek, és a koenzimek egyetlen komplexbe szerveződnek. Ezért a köztes termékek gyorsan képesek kölcsönhatásba lépni egymással. Kimutatták, hogy a komplexet alkotó dihidrolipoil-acetil-transzferáz-alegységek polipeptidláncai mintegy annak a komplexnek a magját alkotják, amely körül a piruvát-dehidrogenáz és a dihidrolipoil-dehidrogenáz található. Általánosan elfogadott, hogy a natív enzimkomplex önszerveződéssel jön létre.
A piruvát-dehidrogenáz komplex által katalizált teljes reakció a következőképpen ábrázolható:
Piruvát + NAD + + HS-KoA -> Acetil-CoA + NADH + H + + CO 2.
A reakció a standard szabadenergia jelentős csökkenésével jár, és gyakorlatilag visszafordíthatatlan.
Az oxidatív dekarboxilezés során keletkező acetil-CoA további oxidáción megy keresztül CO 2 és H 2 O képződésével. Az acetil-CoA teljes oxidációja a trikarbonsav ciklusban (Krebs-ciklus) megy végbe. Ez a folyamat, valamint a piruvát oxidatív dekarboxilezése a sejtek mitokondriumában megy végbe.
2 .1.3 CiklustrikarbonsavsavanyúT (ciklus Crebsa, citeratny ciklus) a katabolizmus általános útjának központi része, egy ciklikus biokémiai aerob folyamat, melynek során két-három szénatomos vegyületek alakulnak át CO-vá, amelyek az élő szervezetekben a szénhidrátok, zsírok és fehérjék lebontása során intermedierként képződnek. 2. Ebben az esetben a felszabaduló hidrogén a szöveti légzési láncba kerül, ahol tovább oxidálódik vízzé, közvetlenül részt vesz az univerzális energiaforrás - ATP - szintézisében.
A Krebs-ciklus az összes oxigént használó sejt légzésének kulcsfontosságú szakasza, számos anyagcsereút metszéspontja a szervezetben. Jelentős energetikai szerepe mellett a körforgásnak jelentős plasztikus funkciója is van, vagyis fontos prekurzor molekulák forrása, amelyekből más biokémiai átalakulások során a sejt élettevékenysége szempontjából olyan fontos vegyületek keletkeznek. mint aminosavak, szénhidrátok, zsírsavak stb.
Az átalakulási ciklus citromsavélő sejtekben Sir Hans Krebs német biokémikus fedezte fel és tanulmányozta, ezért munkájáért (F. Lipmannel együtt) Nobel-díjat kapott (1953).
Az eukariótákban a Krebs-ciklus összes reakciója a mitokondriumokon belül játszódik le, és az ezeket katalizáló enzimek egy kivételével a mitokondriális mátrixban szabad állapotban vannak, kivéve a szukcinát-dehidrogenázt, amely a belső mitokondriális membránon lokalizálódik, integrálva. a lipid kettősrétegbe. A prokariótákban a ciklusreakciók a citoplazmában mennek végbe.
A Krebs-ciklus egy fordulatának általános egyenlete:
Acetil-CoA> 2CO 2 + CoA + 8e?
Szabályozás ciklusa:
A Krebs-ciklust "negatív visszacsatolás mechanizmusa" szabályozza, nagyszámú szubsztrát (acetil-CoA, oxaloacetát) jelenlétében a ciklus aktívan működik, és a reakciótermékek feleslegével (NAD, ATP) gátolt. A szabályozás szintén hormonok segítségével történik, a glükóz az acetil-CoA fő forrása, ezért a glükóz aerob lebontását elősegítő hormonok hozzájárulnak a Krebs-ciklus munkájához. Ezek a hormonok:
Inzulin;
· Adrenalin.
A glukagon serkenti a glükóz szintézist és gátolja a Krebs-ciklus reakcióit.
A Krebs-ciklus munkája általában nem szakad meg az anaplerotikus reakciók miatt, amelyek a ciklust szubsztrátokkal töltik fel:
Piruvát + CO 2 + ATP = Oxaloacetát (a Krebs-ciklus szubsztrátja) + ADP + Fn.
Munka ATP szintáz
Az oxidatív foszforiláció folyamatát a mitokondriális légzési lánc ötödik komplexe - a proton ATP szintáz - végzi, amely 9 5 típusú alegységből áll:
3 alegység (d, e, f) hozzájárul az ATP szintáz integritásához
· Az alegység a fő funkcionális egység. 3 konformációja van:
L-konformáció - ADP-t és foszfátot köt (speciális hordozók segítségével belép a mitokondriumokba a citoplazmából)
T-konformáció - foszfát kötődik az ADP-hez és ATP képződik
· O-konformáció – Az ATP lehasad a p-alegységről és átjut a b-alegységbe.
· Ahhoz, hogy az alegység megváltoztassa a konformációt, hidrogén protonra van szükség, mivel a konformáció 3-szor változik, 3 hidrogén protonra van szükség. A protonok elektrokémiai potenciál hatására pumpálódnak ki a mitokondriumok membránközi teréből.
· A B-alegység ATP-t szállít a membrán transzporterhez, amely az ATP-t a citoplazmába "dobja". Cserébe ugyanaz a hordozó szállítja az ADP-t a citoplazmából. A mitokondriumok belső membránján egy foszfát transzporter is található a citoplazmából a mitokondriumokba, de a működéséhez hidrogén protonra van szükség. Az ilyen hordozókat transzlokázoknak nevezzük.
Teljes Kimenet
1 ATP molekula szintéziséhez 3 proton szükséges.
Inhibitorok oxidatív foszforiláció
V blokk inhibitorok komplex:
· Oligomicin – blokkolja az ATP-szintáz protoncsatornáit.
· Atractilozid, ciklofillin – blokkolja a transzlokázokat.
Lecsatolók oxidatív foszforiláció
Lecsatolók- lipofil anyagok, amelyek képesek protonok befogadására és a mitokondriumok belső membránján keresztül történő szállítására, megkerülve a V komplexet (protoncsatornáját). Leválasztók:
· Természetes- lipid-peroxidáció termékei, hosszú szénláncú zsírsavak; nagy dózisú pajzsmirigyhormonok.
· Mesterséges- dinitrofenol, éter, K-vitamin származékok, érzéstelenítők.
2.2 Szubsztrát foszforiláció
Substr a tnoefoszforilés jegyrendszer ( biokémiai), energiában gazdag foszforvegyületek szintézise a glikolízis redox reakcióinak energiája következtében (a foszfogliceraldehid-dehidrogenáz és az enoláz katalizálja) és az a-ketoglutársav oxidációja során a trikarbonsav körfolyamatban (a-ketoglutarát hatására) és szukcinát-dehidrogenáz). A baktériumok esetében az S. f eseteit írjuk le. a piroszőlősav oxidációja során. f., ellentétben az elektrontranszport láncban végbemenő foszforilációval, nem gátolják a mérgek "lekapcsolása" (például dinitrofenol), és nem kapcsolódik enzimek rögzítéséhez a mitokondriális membránokban. Hozzájárulása S. f. Az ATP sejtalapjában aerob körülmények között sokkal kisebb, mint a foszforiláció hozzájárulása az elektrontranszport láncban.
3. fejezet Az ATP használatának módjai
3.1 Szerep a cellában
Az ATP fő szerepe a szervezetben számos biokémiai reakció energiaellátásához kapcsolódik. Két nagy energiájú kötés hordozójaként az ATP közvetlen energiaforrásként szolgál számos energiaigényes biokémiai és élettani folyamathoz. Mindezek összetett anyagok szintézisének reakciói a szervezetben: a molekulák biológiai membránokon keresztül történő aktív átvitele, beleértve a transzmembrán elektromos potenciál létrehozását; izomösszehúzódás megvalósítása.
Mint tudják, az élő szervezetek bioenergiájában két fő szempont fontos:
a) a kémiai energia tárolása az ATP képződésén keresztül történik, a szerves szubsztrátok oxidációjának exergonikus katabolikus reakcióival párosulva;
b) a kémiai energiát az ATP lebontása hasznosítja, az anabolizmus endergonikus reakcióival és más, energiafogyasztást igénylő folyamatokkal párosulva.
Felmerül a kérdés, hogy az ATP-molekula miért felel meg a bioenergiában betöltött központi szerepének. Ennek megoldásához vegye figyelembe az ATP szerkezetét Szerkezet ATF - (nál nél NS 7,0 tetratöltés anion) .
Az ATP termodinamikailag instabil vegyület. Az ATP instabilitását egyrészt az elektrosztatikus taszítás határozza meg a hasonló negatív töltések halmazának tartományában, amely az egész molekula feszültségéhez vezet, de ezek közül a legerősebb a P - O - P kötés, másrészt pedig sajátos rezonancia. Ez utóbbi tényezõnek megfelelõen a foszfor atomok között verseny van a közöttük elhelyezkedõ oxigénatom magányos mozgó elektronjaiért, mivel a P = O jelentõs elektronreceptor hatásának következtében minden foszforatom részleges pozitív töltéssel rendelkezik. és P-O- csoportok. Így az ATP létezésének lehetőségét az határozza meg, hogy a molekulában elegendő mennyiségű kémiai energia van jelen, amely lehetővé teszi ezen fizikai-kémiai feszültségek kompenzálását. Az ATP molekulában két foszfoanhidrid (pirofoszfát) kötés található, amelyek hidrolízisét a szabadenergia jelentős csökkenése kíséri (pH 7,0 és 37 ° C-on).
ATP + H 2 O = ADP + H 3 PO 4 G0I = - 31,0 kJ / mol.
ADP + H 2 O = AMP + H 3 PO 4 G0I = - 31,9 kJ / mol.
A bioenergia egyik központi problémája az ATP bioszintézise, amely az élő természetben az ADP foszforilációjával megy végbe.
Az ADP foszforilációja endergonikus folyamat, és energiaforrást igényel. Amint azt korábban említettük, a természetben két ilyen energiaforrás dominál: a napenergia és a redukált szerves vegyületek kémiai energiája. A zöld növények és egyes mikroorganizmusok képesek az elnyelt fénykvantumok energiáját kémiai energiává alakítani, amelyet a fotoszintézis fénystádiumában az ADP foszforilációjára fordítanak. Az ATP regenerációjának ezt a folyamatát fotoszintetikus foszforilációnak nevezik. A szerves vegyületek oxidációs energiájának átalakulása ATP makroenergetikus kötéseivé aerob körülmények között főként oxidatív foszforiláción keresztül történik. Az ATP képződéséhez szükséges szabad energia a mitakhodria légúti oxidatív láncában keletkezik.
Az ATP szintézis egy másik típusa is ismert, amit szubsztrát foszforilációnak neveznek. Az oxidatív foszforilációval ellentétben, amely elektrontranszferrel párosul, az aktivált foszforilcsoport (-PO3 H2) donora, amely az ATP regenerációjához szükséges, a glikolízis és a trikarbonsav ciklus köztiterméke. Mindezen esetekben az oxidációs folyamatok során nagy energiájú vegyületek képződnek: 1,3-difoszfoglicerát (glikolízis), szukcinil-CoA (trikarbonsav ciklus), amelyek megfelelő enzimek közreműködésével képesek az ADP-t, ill. ATP-t alkotnak. Az anaerob szervezetekben az ATP szintézis egyetlen módja a szubsztrát szintjén történő energiaátalakítás. Ez az ATP-szintézis folyamata segít fenntartani az intenzív vázizommunkát oxigénhiányos időszakokban. Emlékeztetni kell arra, hogy ez az egyetlen módja az ATP-szintézisnek érett, mitokondrium nélküli vörösvértestekben.
A sejt bioenergetikájában különösen fontos szerepet játszik az adenil-nukleotid, amelyhez két foszforsav-maradék kapcsolódik. Ezt az anyagot adenozin-trifoszforsavnak (ATP) nevezik. Az ATP-molekula foszforsavmaradékai közötti kémiai kötésekben energia raktározódik, amely a szerves foszforit leválasztásakor szabadul fel:
ATP = ADP + F + E,
ahol F egy enzim, E egy felszabadító energia. Ebben a reakcióban adenozin-foszforsav (ADP) képződik - az ATP-molekula maradéka és szerves foszfát. Minden sejt felhasználja az ATP energiáját a bioszintézis folyamataihoz, a mozgáshoz, a hőtermeléshez, az idegimpulzusokhoz, a lumineszcenciához (például ulumineszcens baktériumok), vagyis minden létfontosságú folyamathoz.
Az ATP egy univerzális biológiai energiaakkumulátor. Az elfogyasztott élelmiszerben lévő fényenergia ATP-molekulákban raktározódik.
Az ATP készlete a sejtben kicsi. Tehát az izomban az ATP tartalék 20-30 összehúzódásra elegendő. Fokozott, de rövid távú munkával az izmok kizárólag a bennük lévő ATP lebontása miatt működnek. A munka befejezése után az ember nehezen lélegzik - ebben az időszakban a szénhidrátok és más anyagok lebomlása következik be (energia halmozódik fel), és helyreáll a sejtek ATP-ellátása.
Szintén ismert az ATP neurotranszmitter szerepe a szinapszisokban.
3.2 Szerep az enzimek munkájában
Az élő sejt egy kémiai rendszer, amely távol áll az egyensúlytól: elvégre egy élő rendszer egyensúlyhoz való közeledése annak szétesését és halálát jelenti. Az egyes enzimek termékei általában gyorsan elfogynak, mivel egy másik enzim szubsztrátként használja fel ebben az anyagcsereútban. Ennél is fontosabb, hogy az ATP ADP-vé és szervetlen foszfáttá bomlásával számos enzimatikus reakció kapcsolódik. Ahhoz, hogy ez lehetséges legyen, az ATP-készletet az egyensúlytól távol kell tartani, hogy az ATP-koncentráció és a hidrolízistermékek koncentrációja aránya magas legyen. Így az ATP-pool egy "akkumulátor" szerepét tölti be, amely az enzimek jelenléte által meghatározott, metabolikus útvonalak mentén fenntartja a sejtben az energia és az atomok állandó átvitelét.
Tehát nézzük meg az ATP hidrolízis folyamatát és annak hatását az enzimek munkájára. Képzeljünk el egy tipikus bioszintetikus folyamatot, amelyben két monomer - A és B - dehidratációs reakcióban (kondenzációnak is nevezik) kell, hogy egyesüljön egymással, és víz szabadul fel:
A - H + B - OH - AB + H2O
A hidrolízisnek nevezett fordított reakció, amelyben a vízmolekula elpusztítja a kovalens kötésű A-B vegyületet, szinte mindig energetikailag előnyös. Ez például a fehérjék, nukleinsavak és poliszacharidok alegységekre történő hidrolitikus hasítása során megy végbe.
Az általános stratégia, amellyel az A - B sejtek A - H és B - OH képződésével megy végbe, többlépéses reakciósorozatot tartalmaz, amelynek eredményeként a szükséges vegyületek energetikailag kedvezőtlen szintézise kötődik a kiegyensúlyozott jótékony hatáshoz. reakció.
A nagy negatív érték az ATP hidrolízisének felel meg? G, ezért az ATP hidrolízis gyakran energetikailag kedvező reakció szerepét tölti be, melynek köszönhetően intracelluláris bioszintetikus reakciók mennek végbe.
Az A-H-ból és B-OH-A-B-ből az ATP hidrolízisével összefüggő hidrolízisenergia először a B-OH-t nagyenergiájú intermedierré alakítja, amely azután közvetlenül reagál A-H-val, és A-t képez. B. Ennek a folyamatnak egy egyszerű mechanizmusa magában foglalja a foszfát átvitelét ATP-ből B-OH-ba B-OPO 3 vagy B-O-R képződésével, és ebben az esetben a teljes reakció csak két szakaszban megy végbe:
1) B - OH + ATP - B - C - R + ADP
2) A - H + B - O - R - A - B + R
Mivel a reakció során képződő B - O - R közbenső termék ismét elpusztul, a reakciók összessége a következő egyenletekkel írható le:
3) A-H + B - OH - A - B és ATP - ADP + R
Az első, energetikailag kedvezőtlen reakció azért lehetséges, mert a második, energetikailag kedvező reakcióhoz (ATP hidrolízis) társul. Az ilyen típusú rokon bioszintetikus reakciókra példa a glutamin aminosav szintézise.
Az ATP ADP-vé és szervetlen foszfáttá történő hidrolízisének G értéke az összes reagáló anyag koncentrációjától függ, és általában egy sejt esetében -11 és -13 kcal / mol között van. Az ATP hidrolízis reakciója végül felhasználható egy termodinamikailag hátrányos reakció végrehajtására, amelynek G értéke kb. +10 kcal/mol, természetesen megfelelő reakciósor jelenlétében. Sok reakció esetében azonban a bioszintézis még nem is elégséges? G = -13 kcal/mol. Ezekben és más esetekben az ATP hidrolízis útja oly módon változik, hogy először AMP és PP (pirofoszfát) képződik. A következő lépésben a pirofoszfát is hidrolízisen megy keresztül; a teljes folyamat szabad energiájának teljes változása körülbelül - 26 kcal / mol.
Hogyan hasznosul a pirofoszfát hidrolízis energiája a bioszintetikus reakciókban? Az egyik módot az A-B vegyület A-H és B-OH szintézisével a fenti szintézis példájával mutathatjuk be. A megfelelő enzim segítségével a B - OH reakcióba léphet az ATP-vel, és nagy energiájú B - O - R - R vegyületté alakulhat. Most a reakció három szakaszból áll:
1) B - OH + ATP - B - C - R - R + AMP
2) A - H + B - O - R - R - A - B + RR
3) PP + H2O - 2P
Az általános reakció a következőképpen ábrázolható:
A - H + B - OH - A - B és ATP + H2O - AMP + 2P
Mivel az enzim mindig felgyorsítja az általa katalizált reakciót, mind előre, mind ellentétes irányban, ezért az A-B vegyület pirofoszfáttal reagálva lebomolhat (a 2. szakasz fordított reakciója). A pirofoszfát hidrolízis energetikailag kedvező reakciója (3. szakasz) azonban segít megőrizni az A-B vegyület stabilitását, mivel a pirofoszfát koncentrációja nagyon alacsony marad (ez megakadályozza, hogy a reakció visszaforduljon a 2. szakaszba). Így a pirofoszfát hidrolízis energiája biztosítja a reakciót előrefelé. Az ilyen típusú fontos bioszintetikus reakcióra példa a polinukleotidok szintézise.
3.3 Szerep a DNS, RNS és fehérjék szintézisében
Minden ismert szervezetben a DNS-t alkotó dezoxiribonukleotidok a ribonukleotid-reduktáz (PHP) enzimek hatására szintetizálódnak a megfelelő ribonukleotidokon. Ezek az enzimek a cukormaradékot a ribózból dezoxiribózzá redukálják azáltal, hogy eltávolítják az oxigént a 2" hidroxilcsoportokból, szubsztrátokból ribonukleozid-difoszfátokból és dezoxiribonukleozid-difoszfát termékekből. Minden reduktáz enzim egy közös szulfhidril gyökös mechanizmust használ, amely a reaktív cisztein-gyököktől függ, és diszulfidoxidokká alakulnak A PHP enzim tioredoxinnal vagy glutaredoxinnal való reakcióval kerül feldolgozásra.
A PHP és a kapcsolódó enzimek szabályozása fenntartja az egyensúlyt egymáshoz képest. A nagyon alacsony koncentráció gátolja a DNS-szintézist és a DNS-javítást, és halálos a sejtre nézve, míg az abnormális kapcsolat mutagén a DNS-szintézis során a DNS-polimeráz beépülésének megnövekedett valószínűsége miatt.
Az RNS-nukleinsavak szintézisében az ATP-ből származó adenozin egyike annak a négy nukleotidnak, amelyek közvetlenül az RNS-molekulákba, az RNS-polimerázba épülnek be. Energia, ez a polimerizáció a pirofoszfát (két foszfátcsoport) eltávolításával megy végbe. Ez a folyamat hasonló a DNS bioszintéziséhez, azzal a különbséggel, hogy az ATP dATP dezoxiribonukleotiddá redukálódik, mielőtt beépül a DNS-be.
V szintézis mókus. Az aminoacil-tRNS szintetázok ATP enzimeket használnak energiaforrásként, hogy egy tRNS-molekulát kapcsolódjanak a specifikus aminosavhoz, így aminoacil-tRNS-t képezve, amely készen áll a riboszómákba való átvitelre. Az energia az adenozin-monofoszfát (AMP) ATP hidrolízisén keresztül válik elérhetővé két foszfátcsoport eltávolítására.
Az ATP-t számos sejtfunkcióhoz használják, ideértve az anyagok sejtmembránokon keresztül történő szállítását is. Mechanikai munkákhoz is használják, biztosítva az izomösszehúzódáshoz szükséges energiát. Nemcsak a szívizmot (a vérkeringéshez) és a vázizmokat (például a test durva mozgásához) látja el energiával, hanem a kromoszómákat és a flagellákat is, hogy azok számos funkciójukat elláthassák. Az ATP fontos szerepet játszik a kémiai munkában, biztosítva a szükséges energiát több ezer fajta makromolekula szintéziséhez, amelyeknek egy sejtnek létezniük kell.
Az ATP-t ki-be kapcsolóként is használják a kémiai reakciók szabályozására és információk küldésére. Az építőelemeket és egyéb, az életben használatos struktúrákat előállító fehérjeláncok alakját főként a gyenge kémiai kötések határozzák meg, amelyek könnyen eltűnnek és átstrukturálódnak. Ezek az áramkörök lerövidíthetik, meghosszabbíthatják és megváltoztathatják alakjukat a bemeneti vagy kimeneti energia hatására. A láncok változásai megváltoztatják a fehérje alakját, és megváltoztathatják a funkcióját, vagy aktívvá vagy inaktívvá tehetik.
Az ATP-molekulák kötődhetnek egy fehérjemolekula egy részéhez, aminek következtében ugyanannak a molekulának egy másik része enyhén elcsúszik vagy elmozdul, ami megváltoztatja a konformációját, inaktiválva a molekulát. Az ATP eltávolítása után a fehérje visszatér eredeti formájába, és így ismét működőképes.
A ciklus addig ismételhető, amíg a molekula vissza nem tér, hatékonyan kapcsolóként és kapcsolóként is funkcionálva. Mind a foszfor hozzáadása (foszforiláció), mind a foszfor eltávolítása a fehérjéből (defoszforiláció) be- vagy kikapcsolható.
3.4 Az ATP egyéb funkciói
Szerep v anyagcsere, szintézis és aktív szállítás
Így az ATP energiát ad át a térben elkülönülő metabolikus reakciók között. Az ATP a legtöbb sejtfunkció fő energiaforrása. Ez magában foglalja a makromolekulák, köztük a DNS és az RNS, valamint a fehérjék szintézisét. Az ATP fontos szerepet játszik a makromolekulák sejtmembránokon keresztüli szállításában is, például az exocitózisban és az endocitózisban.
Szerep v szerkezet sejteket és mozgalom
Az ATP részt vesz a sejtszerkezet fenntartásában azáltal, hogy megkönnyíti a citoszkeleton elemeinek össze- és szétszerelését. Ennek a folyamatnak köszönhetően az izomösszehúzódáshoz szükséges aktin és miozin filamentumok összehúzódásához ATP szükséges. Ez utóbbi folyamat az állatok egyik alapvető energiaszükséglete, elengedhetetlen a mozgáshoz és a légzéshez.
Szerep v jelzés rendszerek
Ban benextracellulárisjelzésrendszerek
Az ATP egyben jelzőmolekula is. Az ATP-t, az ADP-t vagy az adenozint purinerg receptorként ismerik fel. A purinoreceptorok lehetnek a legnagyobb mennyiségben előforduló receptorok az emlősök szöveteiben.
Emberben ez a jelátviteli szerep a központi és a perifériás idegrendszerben egyaránt fontos. Az aktivitás függ az ATP szinapszisokból, axonokból való felszabadulásától és a glia purinerg aktiválja a membrán receptorokat
Ban benintracellulárisjelzésrendszerek
Az ATP kritikus a jelátviteli folyamatokban. A kinázok foszfátcsoportok forrásaként használják foszfáttranszfer reakcióik során. A szubsztrátokon, például fehérjéken vagy membránlipideken lévő kinázok a jelek gyakori formái. Egy fehérje kináz általi foszforilációja aktiválhatja ezt a kaszkádot, például egy mitogén által aktivált protein kináz kaszkádot.
Az ATP-t az adenilát-cikláz is felhasználja, és az AMP molekula másodlagos hírvivőjévé alakítja, amely részt vesz a kalcium jelek kiváltásában a kalcium intracelluláris raktárakból való felszabadulásához. [38] Ez a hullámforma különösen fontos az agyműködésben, bár sok más sejtfolyamat szabályozásában is részt vesz.
Következtetés
1. Adenozin-trifoszfát - egy nukleotid, rendkívül fontos szerepet játszik a szervezetek energia- és anyagcseréjében; Először is, a vegyület univerzális energiaforrásként ismert az élő rendszerekben végbemenő összes biokémiai folyamathoz. Kémiailag az ATP adenozin-trifoszforsav-észter, amely az adenin és a ribóz származéka. Szerkezetében az ATP hasonló az adenin nukleotidhoz, amely az RNS része, csak egy foszforsav helyett három foszforsavmaradékot tartalmaz. A sejtek nem képesek észrevehető mennyiségben savakat tartalmazni, csak azok sóit. Ezért a foszforsav maradék formájában jut be az ATP-be (a sav OH-csoportja helyett egy negatív töltésű oxigénatom van).
2. A szervezetben az ATP az ADP foszforilációjával szintetizálódik:
ADP + H 3 PO 4 + energia> ATP + H 2 O.
Az ADP foszforilációja kétféleképpen lehetséges: szubsztrát foszforiláció és oxidatív foszforiláció (oxidáló anyagok energiájának felhasználásával).
Oxidatív foszforiláció - a sejtlégzés egyik legfontosabb összetevője, amely ATP formájában energiatermeléshez vezet. Az oxidatív foszforiláció szubsztrátjai a szerves vegyületek - fehérjék, zsírok és szénhidrátok - bomlástermékei. Az oxidatív foszforiláció folyamata a mitokondriális cristae-kon megy végbe.
Substr a tnoefoszforilés jegyrendszer ( biokémiai), energiában gazdag foszforvegyületek szintézise a glikolízis redoxreakcióinak energiája és az a-ketoglutársav oxidációja során a trikarbonsav ciklusban.
3. Az ATP fő szerepe a szervezetben számos biokémiai reakció energiaellátásához kapcsolódik. Két nagy energiájú kötés hordozójaként az ATP közvetlen energiaforrásként szolgál számos energiaigényes biokémiai és élettani folyamathoz. Az élőlények bioenergiájában a következők fontosak: ATP képződése révén kémiai energia raktározódik, amely a szerves szubsztrátok oxidációjának exergonikus katabolikus reakcióival párosul; A kémiai energia az ATP lebontása révén hasznosul, az anabolizmus endergonikus reakcióival és más, energiafogyasztást igénylő folyamatokkal párosulva.
4. Megnövelt terhelés mellett (például rövidtávú futásnál) az izmok kizárólag az ATP-készletnek köszönhetően dolgoznak. Az izomsejtekben ez a tartalék több tucat összehúzódásra elegendő, majd az ATP mennyiségét pótolni kell. Az ATP szintézise ADP-ből és AMP-ből a szénhidrátok, lipidek és egyéb anyagok lebontása során felszabaduló energia miatt következik be. Az ATP nagy részét szellemi munkára is fordítják. Emiatt a szellemi munkát végzőknek megnövekedett mennyiségű glükózra van szükségük, amelynek lebontása biztosítja az ATP szintézisét.
Az energia-ATP mellett számos más, ugyanolyan fontos funkciót is ellát a szervezetben:
· Más nukleozid-trifoszfátokkal együtt az ATP a nukleinsavak szintézisének kezdeti terméke.
Emellett az ATP fontos szerepet játszik számos biokémiai folyamat szabályozásában. Mivel számos enzim alloszterikus effektora, az ATP szabályozó központjaihoz kapcsolódva fokozza vagy elnyomja azok aktivitását.
· Az ATP a ciklikus adenozin-monofoszfát szintézisének közvetlen előfutára, amely a hormonális jelátvitel másodlagos közvetítője a sejtbe.
Szintén ismert az ATP neurotranszmitter szerepe a szinapszisokban.
Bibliográfiai lista
1. Lemeza, N.A. Biológiai kézikönyv egyetemi jelentkezőknek / L.V. Kamlyuk N.D. Lisov. - Minszk: Unipress, 2011 - 624 p.
2. Lodish, H, Berk A, Matsudaira P, Kaiser CA, Krieger M, Scott MP, Zipursky SL, Darnell J. Molecular Cell Biology, 5. kiadás. - New York: WH Freeman, 2004.
3. Romanovsky, Yu.M. Élő sejt molekuláris energia átalakítói. Proton ATP szintáz - egy forgó molekuláris motor / Yu.M. Romanovszkij A.N. Tikhonov // Fizik. - 2010. - T.180. - 931-956.
4. Voet D, Voet JG. Biochemistry 1. kötet, 3. kiadás. - Wiley: Hoboken, NJ. - N-Y: W. H. Freeman and Company, 2002. - 487 p.
5. Általános kémia. Biofizikai kémia. A biogén elemek kémiája. M .: Felsőiskola, 1993
6. Vershubsky, A.V. Biofizika. / A.V. Vershubsky, V.I. Prik-lonsky, A.N. Tyihonov. - M: 471-481.
7. Alberts B. Sejtek molekuláris biológiája 3 kötetben. / Alberts B., Bray D., Lewis J. et al. M .: Mir, 1994, 1558 p.
8. Nikolaev A.Ya. Biológiai kémia - M .: Orvosi Információs Ügynökség, 1998.
9. Berg, J. M. Biochemistry, nemzetközi kiadás. / Berg, J. M, Tymoczko, J. L, Stryer, L. - New York: WH Freeman, 2011; 287. o.
10. Knorre DG. Biológiai kémia: Tankönyv. chem., biol. És édesem. szakember. egyetemek. - 3. kiadás, Rev. / Knorre D.G., Mysina S.D. - M .: Magasabb. shk., 2000. - 479 p .: ill.
11. Eliot, V. Biokémia és molekuláris biológia / V. Eliot, D. Eliot. - M .: Az Orosz Orvostudományi Akadémia Orvosbiológiai Kémiai Kutatóintézetének kiadója, LLC "Materik-alpha", 1999, - 372 p.
12. Shina CL, K., 7 Areieh, W. On the Energetics of ATP Hydrolysis in Solution. Journal Of Physical Chemistry B, 113 (47), (2009).
13. Berg, J. M. Biochemistry / J. M. Berg: J. L. Tymoczko, L. Stryer. - N-Y: W. H. Freeman and Company, 2002. - 1514 p.
...Hasonló dokumentumok
Szerves vegyületek az emberi szervezetben. A fehérjék szerkezete, funkciója és osztályozása. Nukleinsavak (polinukleotidok), az RNS n DNS szerkezeti jellemzői és tulajdonságai. Szénhidrátok a természetben és az emberi szervezetben. A lipidek zsírok és zsírszerű anyagok.
absztrakt, hozzáadva: 2009.09.06
A fehérjeszintézis folyamata és szerepük az élő szervezetek életében. Az aminosavak funkciói és kémiai tulajdonságai. Hiányuk okai az emberi szervezetben. Esszenciális savakat tartalmazó élelmiszerek típusai. A májban szintetizált aminosavak.
előadás hozzáadva 2014.10.23
A szénhidrátok energetikai, raktározási és tartó-építő funkciói. A monoszacharidok, mint az emberi szervezet fő energiaforrásának tulajdonságai; szőlőcukor. A diszacharidok fő képviselői; szacharóz. Poliszacharidok, keményítőképződés, szénhidrát-anyagcsere.
jelentés hozzáadva: 2010.04.30
Metabolikus funkciók a szervezetben: a szervek és rendszerek ellátása a tápanyagok lebontása során keletkező energiával; élelmiszer-molekulák építőelemekké alakítása; nukleinsavak, lipidek, szénhidrátok és egyéb komponensek képződése.
absztrakt, hozzáadva: 2009.01.20
A fehérjék, zsírok és szénhidrátok szerepe és jelentősége minden létfontosságú folyamat normális lefolyásában. A fehérjék, zsírok és szénhidrátok összetétele, szerkezete, legfontosabb tulajdonságai, legfontosabb feladataik és funkcióik a szervezetben. Ezeknek a tápanyagoknak a fő forrásai.
bemutató hozzáadva: 2013.11.04
A koleszterin molekulák szerkezetének jellemzése, mint a sejtmembrán fontos alkotóeleme. A koleszterin-anyagcsere szabályozási mechanizmusainak tanulmányozása az emberi szervezetben. Az alacsony sűrűségű lipoproteinek feleslegének a véráramban való előfordulásának jellemzőinek elemzése.
absztrakt, hozzáadva: 2012.06.17
A fehérjék, lipidek és szénhidrátok anyagcseréje. Az emberi táplálkozás típusai: mindenevő, szeparált és alacsony szénhidráttartalmú ételek, vegetarianizmus, nyers táplálkozás. A fehérjék szerepe az anyagcserében. Zsír hiánya a szervezetben. A szervezetben bekövetkező változások az étrend típusának megváltozása következtében.
szakdolgozat hozzáadva 2014.02.02
A vas oxidatív folyamatokban és a kollagén szintézisben való részvételének figyelembevétele. Ismerkedés a hemoglobin értékével a vérképzési folyamatokban. Szédülés, légszomj és anyagcserezavarok az emberi szervezet vashiánya következtében.
bemutató hozzáadva: 2012.02.08
A fluor és a vas tulajdonságai. A szervezet napi szükséglete. A fluor funkciói a szervezetben, hatása, halálos dózis, kölcsönhatás más anyagokkal. Vas az emberi szervezetben, forrásai. A vashiány következményei a szervezetre és annak feleslegére.
bemutató hozzáadva 2017.02.14
A fehérjék, mint táplálékforrások, fő funkcióik. A fehérjék előállításában részt vevő aminosavak. A polipeptid lánc szerkezete. A fehérjék átalakulása a szervezetben. Komplett és hibás fehérjék. A fehérjék szerkezete, kémiai tulajdonságai, minőségi reakciói.
AZ ATF ENERGIA FŐ FOLYAMATAI:
1. Különféle anyagok szintézise.
2. Aktív transzport (anyagok transzportja a membránon a koncentrációjuk gradiensével szemben). Az elfogyasztott ATP teljes mennyiségének 30%-a a Na +, K + -ATPázra esik.
3. Mechanikus mozgás (izommunka).
Az ATP SZINTÉZISE.
A mitokondriumok belső membránjában egy integrált fehérjekomplex található - a H + -függő ATP-szintáz seu H + -dependens ATP-áz (a katalizált reakció teljes reverzibilitásához két különböző név társul), amely jelentős molekuláris tulajdonságokkal rendelkezik. tömege meghaladja az 500 kDa-t. Két alegységből áll: F O és F 1.
Az F 1 gombaszerű kinövés a belső mitokondriális membrán mátrixfelületén, míg az F O ezen a membránon keresztül-kasul behatol. Az F O vastagságában protoncsatorna található, amely lehetővé teszi, hogy a protonok koncentrációjuk gradiense mentén visszatérjenek a mátrixba.
Az F 1 képes ADP-t és foszfátot megkötni a felületén, hogy ATP-t képezzen - energiafogyasztás nélkül, de mindig enzimmel kombinálva. Energia csak az ATP felszabadításához szükséges ebből a komplexből. Ez az energia a protonok F O protoncsatornán keresztüli árama következtében szabadul fel.
A légzési láncban, párosítás teljesen: egyetlen anyag sem oxidálható egy másik anyag redukciója nélkül.
Az ATP szintézisében azonban a konjugáció egyirányú: az oxidáció foszforiláció nélkül mehet végbe, és a foszforiláció soha nem megy végbe oxidáció nélkül. Ez azt jelenti, hogy az MTO rendszer működhet ATP szintézis nélkül, de az ATP nem szintetizálható, ha az MTO rendszer nem működik.
KÜLÖNLEGES SZÖVETI LÉGZÉSgátlók
Ezek közé tartoznak az olyan anyagok, amelyek leállítják a légzőlánc egyik vagy másik komplexének munkáját.
Az I. komplex inhibitora a rotenon növényi méreg. Egyes népek korábban horgászatban használták.
A komplex IV inhibitorok a cianidok, szén-monoxid CO, hidrogén-szulfid H 2 S.
AZ OXIDÁCIÓS ÉS FOSZFORILÁCIÓS FOLYAMATOK KIBOCSÁTÓ ANYAGAI
Nem állítják le az oxidációs folyamatokat, de csökkentik az ATP szintézisét. A légzési lánc működik, és az ATP a normálisnál kisebb mennyiségben szintetizálódik. Ekkor az MTO lánc mentén az elektronok átvitele során nyert energia hő formájában szabadul fel. Ezt az állapotot, amikor a szubsztrátok oxidációja megtörténik, és a foszforiláció (ATP képződése ADP-ből és F-ből) nem történik meg, az oxidáció és a foszforiláció szétválásának nevezzük. Ezt az állapotot a szétkapcsoló anyagok hatása okozhatja:
2,4-dinitro-fenol, Lipman fedezte fel 1944-ben, amikor a szervezetbe kerül, megemeli a testhőmérsékletet és csökkenti az ATP szintézisét. Ezzel az anyaggal, a később felfedezett többi anyaggal együtt, megpróbálták kezelni az elhízást, de hiába.
A szubsztancia-leválasztók hatásmechanizmusa csak a kemoozmotikus elmélet szemszögéből válik világossá.
A szétkapcsolók gyenge savak, zsírokban oldódnak. A membránközi térben protonokat kötnek meg, majd bediffundálnak a mátrixba, ezáltal csökkentik a DmH +-t.
Hasonló hatást fejtenek ki a jódtartalmú pajzsmirigyhormonok, a tiroxin és a trijódtironin is, a pajzsmirigy túlműködésével járó állapotokban (pl. Graves-kór) a betegek nem rendelkeznek elegendő ATP-energiával: sokat esznek (nagy mennyiségű pajzsmirigyre van szükségük). oxidációs szubsztrátok), de ugyanakkor fogynak. Az energia nagy része hőként szabadul fel.
A mitokondriális oxidációs láncdiagram nem fedi fel az ATP oxidatív foszforilációval történő képződésének mechanizmusát. Ezt a mechanizmust P. Mitchell hipotézise magyarázza.
PETER MITCHELL AZ OXIDÁCIÓ ÉS FOSZFORILÁLÁS KAPCSOLÁSÁNAK ELMÉLETE.
Ismeretes, hogy csak kis töltés nélküli molekulák, valamint hidrofób molekulák tudnak szabadon áthatolni a mitokondriális membránon. Az MTO lánc mentén az elektronok átvitele során felszabaduló energia a protonok (H +) átviteléhez vezet a mitokondriális mátrixból a membránközi térbe. Ezért a mitokondriumok belső membránján protonkoncentráció gradiens alakul ki: a membránközi térben sok H + van, a mátrixban pedig kevés marad. 0,14 V potenciálkülönbség keletkezik - a membrán külső része pozitívan, a belső része negatívan töltődik. A membránközi térben felhalmozódott H + koncentrációjuk gradiense mentén hajlamos visszajutni a mátrixba, de a mitokondriális membrán áthatolhatatlan számukra. A protonok mátrixához az egyetlen visszaút az ATP-szintetáz enzim protoncsatornáján keresztül vezet, amely a belső mitokondriális membránba van beépítve. Amikor a protonok ezen a csatornán keresztül bejutnak a mátrixba, energiájukat az ATP szintáz használja fel az ATP szintézisére. Az ATP a mitokondriális mátrixban szintetizálódik.
A szintézis után az ATP a koncentráció gradiens mentén megkönnyített diffúzióval kerül a citoplazmába, mivel az ATP elfogyasztásának fő folyamatai a citoplazmában zajlanak.
Hogyan kerül az ATP a mitokondriumból a citoplazmába?
Ehhez egy ATP-re specifikus transzportfehérjét használnak - ATP / ADP transzlokáz. Ez egy integrált fehérje, amely a belső mitokondriális membránban lokalizálódik.
|
|
A mitokondriumok belső membránjában van egy hordozó fehérje - ATP / ATP transzlokáz, amelynek 2 kötőhelye van: a mátrix oldalán az ATP-nek, kívül - az ADP-nek. Amikor az ATP / ADP transzlokáz konformációja megváltozik, az ADP átkerül a mátrixba, az ATP pedig az intermembrán térbe, majd a citoplazmába, ahol felhasználásra kerül.
Az ATP képződéséhez a szervetlen foszfátnak (P) folyamatosan be kell jutnia a mátrixba. Ehhez a belső mitokondriális membránban van egy transzportrendszer, amely biztosítja a foszfát mátrixba történő átvitelét, a H + átvitelével párosulva. Ez egy hordozó fehérje, amelynek 2 kötőhelye van: P és H +. Ф és Н + együtt kerül át a membránközi térből a mátrixba.
Ismertek olyan anyagokat, amelyek képesek leválasztani az oxidációs és foszforilációs folyamatokat, és ezáltal a p / o együttható csökkenéséhez vezetnek. Ide tartoznak a jódtartalmú pajzsmirigyhormonok (tiroxin, trijódtironin), valamint egyes xenobiotikumok (például 2,4-dinitro-fenol). Az ilyen anyagokat összefoglaló néven "KIBOCSÁTÁSI MÉRGEK"-nek nevezik. Hogyan működnek az oxidációs és foszforilációs szétkapcsolók? Saját protoncsatornákat alakíthatnak ki a belső mitokondriális membránban. Ezért a protonok egy része ahelyett, hogy az ATP-szintetáz protoncsatornáján keresztül visszamenne a mátrixba, a szétkapcsoló anyagok csatornáin keresztül megy oda. Ennek eredményeként kevesebb ATP termelődik, és az energia egy része hőként szabadul fel.
A MITOKONDRIÁLIS OXIDÁCIÓS RENDSZER AUTONÓM ÖNSZABÁLYOZÁSA
Ha a test egy sejtje nyugalomban van, akkor az ATP keveset használ, és felhalmozódik. Ezért az ADP és az F koncentrációja csökken, ilyen körülmények között az ATP szintetáz már nem kap elegendő foszfátot és ADP-t a citoplazmából az ATP szintéziséhez. Csökken az aktivitása, és ennek az enzimnek a protoncsatornája mentén csökken a protonok mozgási sebessége is a membránközi térből a mátrixba. Ezért a belső mitokondriális membránon a protonkoncentrációk magas gradiense marad meg. Ilyen körülmények között a mitokondriális oxidációs lánc mentén a hidrogéntranszfer energiája már nem elegendő ahhoz, hogy a H +-t a mátrixból a membránközi térbe taszítsa. A hidrogén átvitele az MTO lánc mentén gátolt és a szubsztrátok oxidációja leáll.
A sejtanyagcserét az ATP/ADP arány szabályozza. Ez az arány jellemzi a sejt energiatöltését.
Normál esetben EZK = 0,85-0,90. 0 és 1 között változhat. A magas EZK gátolja az ATP szintézist, és aktiválja az ATP használatát (ATP -------> ADP + F)
A MITOKONDRIÁLIS OXIDÁCIÓ BIOLÓGIAI SZEREPE
Fő feladata, hogy a szervezetet energiatartalékokkal látja el ATP formájában.
A mitokondriumok látják el a sejtet b-vel O a legtöbb ATP, amire szüksége van.
Naponta legfeljebb 62 kg ATP szintetizálódik, bár ugyanakkor a szervezetben soha nincs több, mint 30-40 gramm ebből az anyagból. Azok. az elfogyasztott ATP molekulák nagyon gyors visszanyerése figyelhető meg.
