Žmogaus kūne yra apie 70 trilijonų ląstelių. Sveikam augimui kiekvienam iš jų reikia pagalbininkų – vitaminų. Vitaminų molekulės nedidelės, tačiau jų trūkumas visada pastebimas. Jei sunku prisitaikyti prie tamsos, reikia vitaminų A ir B2, atsiranda pleiskanų - nepakanka B12, B6, P, mėlynės ilgai negyja - vitamino C trūkumas. Šioje pamokoje sužinosite kaip ir kur strateginis aprūpinimas vitaminais, kaip vitaminai aktyvina organizmo darbą, taip pat sužinokite apie ATP – pagrindinį ląstelės energijos šaltinį.
Tema: Citologijos pagrindai
Pamoka: ATP struktūra ir funkcija
Kaip pamenate, nukleino rūgštyssusideda iš nukleotidų... Paaiškėjo, kad nukleotidai ląstelėje gali būti surištos būsenos arba laisvos. Laisvoje būsenoje jie atlieka daugybę gyvybinei organizmo veiklai svarbių funkcijų.
Tokiems nemokamai nukleotidai nurodo ATP molekulė arba adenozino trifosforo rūgštis(adenozino trifosfatas). Kaip ir visi nukleotidai, ATP sudarytas iš penkių anglies cukrų. ribozė, azoto bazė - adeninas ir, skirtingai nei DNR ir RNR nukleotidai, trys fosforo rūgšties likučiai(1 pav.).
Ryžiai. 1. Trys scheminiai ATP atvaizdai
Svarbiausias ATP funkcija yra tai, kad jis yra universalus laikytojas ir nešiklis energijos narve.
Visos ląstelės biocheminės reakcijos, kurioms reikia energijos sąnaudų, kaip šaltinį naudoja ATP.
Atskirdami vieną fosforo rūgšties likutį, ATF eina į ADP (adenozino difosfatas). Jei išsiskiria kita fosforo rūgšties liekana (tai atsitinka ypatingais atvejais), ADP eina į AMF(adenozino monofosfatas) (2 pav.).
Ryžiai. 2. ATP hidrolizė ir jo pavertimas ADP
Atskiriant antrąjį ir trečiąjį fosforo rūgšties likučius, išsiskiria didelis energijos kiekis, iki 40 kJ. Štai kodėl ryšys tarp šių fosforo rūgšties liekanų vadinamas didelės energijos ir žymimas atitinkamu simboliu.
Įprasto ryšio hidrolizės metu išsiskiria (arba absorbuojamas) nedidelis energijos kiekis, o didelės energijos jungties hidrolizės metu išsiskiria daug daugiau energijos (40 kJ). Ryšys tarp ribozės ir pirmosios fosforo rūgšties liekanos nėra didelės energijos, jos hidrolizės metu išsiskiria tik 14 kJ energijos.
Makroerginiai junginiai gali būti sudaryti, pavyzdžiui, kitų nukleotidų pagrindu GTF(guanozintrifosfatas) naudojamas kaip energijos šaltinis baltymų biosintezėje, dalyvauja signalų perdavimo reakcijose, yra substratas RNR sintezei transkripcijos metu, tačiau būtent ATP yra plačiausiai paplitęs ir universaliausias energijos šaltinis ląstelėje.
ATF yra kaip citoplazmoje ir branduolyje, mitochondrijose ir chloroplastuose.
Taigi prisiminėme, kas yra ATP, kokios jo funkcijos ir kas yra makroerginis ryšys.
Vitaminai – tai biologiškai aktyvūs organiniai junginiai, kurių nedideli kiekiai būtini gyvybiniams procesams ląstelėje palaikyti.
Jie nėra struktūriniai gyvosios medžiagos komponentai ir nenaudojami kaip energijos šaltinis.
Dauguma vitaminų žmogaus ir gyvūno organizme nesintetina, o patenka su maistu, dalį nedideliais kiekiais sintetina žarnyno mikroflora ir audiniai (vitaminą D sintetina oda).
Žmonių ir gyvūnų vitaminų poreikis yra nevienodas ir priklauso nuo tokių veiksnių kaip lytis, amžius, fiziologinė būklė ir aplinkos sąlygos. Kai kurie vitaminai reikalingi ne visiems gyvūnams.
Pavyzdžiui, askorbo rūgštis arba vitaminas C yra būtinas žmonėms ir kitiems primatams. Tuo pačiu metu jis sintetinamas roplių organizme (jūreiviai vėžlius naudojo maudytis, kad kovotų su skorbutu – vitamino C trūkumu).
Vitaminai buvo atrasti XIX amžiaus pabaigoje rusų mokslininkų darbo dėka N.I. Lunina ir V. Pašutinas, kurie parodė, kad gerai mitybai būtinas ne tik baltymų, riebalų ir angliavandenių buvimas, bet ir kai kurios kitos, tuo metu nežinomos, medžiagos.
1912 m. lenkų mokslininkas K. Funkas(3 pav.), tiriant ryžių lukštų, saugančių nuo Beri-Beri ligos (vitamino B trūkumo), komponentus, nustatyta, kad šių medžiagų sudėtyje būtinai turi būti aminų grupių. Būtent jis šias medžiagas pasiūlė vadinti vitaminais, tai yra gyvybės aminais.
Vėliau buvo nustatyta, kad daugelyje šių medžiagų nėra amino grupių, tačiau mokslo ir praktikos kalboje gerai įsitvirtino vitaminų terminas.
Kadangi buvo atrasti atskiri vitaminai, jie buvo žymimi lotyniškomis raidėmis ir pavadinti priklausomai nuo atliekamų funkcijų. Pavyzdžiui, vitaminas E buvo pavadintas tokoferoliu (iš senovės graikų τόκος – „gimdymas“, o φέρειν – „atnešti“).
Šiandien vitaminai skirstomi pagal jų gebėjimą ištirpti vandenyje ar riebaluose.
Prie vandenyje tirpių vitaminųįtraukti vitaminus H, C, P, V.
Riebaluose tirpiems vitaminamsįtraukti A, D, E, K(galima įsiminti kaip žodį: keda) .
Kaip jau minėta, vitaminų poreikis priklauso nuo amžiaus, lyties, fiziologinės organizmo būklės ir aplinkos. Jauname amžiuje akivaizdus vitaminų poreikis. Nusilpusiam organizmui reikia ir didelių šių medžiagų dozių. Su amžiumi gebėjimas pasisavinti vitaminus mažėja.
Vitaminų poreikį lemia ir organizmo gebėjimas juos panaudoti.
1912 m. lenkų mokslininkas Kazimieras Funkas gautas iš ryžių lukštų iš dalies rafinuotas vitaminas B1 – tiaminas. Šiai kristalinei medžiagai gauti prireikė dar 15 metų.
Kristalinis vitaminas B1 yra bespalvis, kartaus skonio ir gerai tirpsta vandenyje. Tiamino yra tiek augalų, tiek mikrobų ląstelėse. Ypač daug jo yra grūduose ir mielėse (4 pav.).
Ryžiai. 4. Tiaminas tablečių pavidalu ir maiste
Terminis maisto apdorojimas ir įvairūs priedai sunaikina tiaminą. Esant vitaminų trūkumui, stebimos nervų, širdies ir kraujagyslių bei virškinimo sistemų patologijos. Avitaminozė sukelia vandens apykaitos ir hematopoezės funkcijos pažeidimą. Vienas ryškiausių tiamino vitamino trūkumo pavyzdžių – Beri-Beri ligos išsivystymas (5 pav.).
Ryžiai. 5. Žmogus, kenčiantis nuo tiamino vitaminų trūkumo – avitaminozės
Vitaminas B1 plačiai naudojamas medicinos praktikoje gydant įvairias nervų ligas, širdies ir kraujagyslių sutrikimus.
Kepykloje tiaminas kartu su kitais vitaminais riboflavinu ir niacinu naudojamas duonos gaminiams stiprinti.
1922 metais G. Evansas ir A. Bišo atrado riebaluose tirpų vitaminą, kurį pavadino tokoferoliu arba vitaminu E (pažodžiui: „skatinantis gimdymą“).
Grynas vitaminas E yra riebus skystis. Jis plačiai paplitęs grūduose, pavyzdžiui, kviečiuose. Jo gausu augaliniuose ir gyvuliniuose riebaluose (6 pav.).
Ryžiai. 6. Tokoferolis ir jo turintys produktai
Daug vitamino E yra morkose, kiaušiniuose ir piene. Vitaminas E yra antioksidantas ty apsaugo ląsteles nuo patologinės oksidacijos, dėl kurios sensta ir miršta. Jis yra „jaunystės vitaminas“. Vitamino reikšmė reprodukcinei sistemai yra didžiulė, todėl jis dažnai vadinamas reprodukcijos vitaminu.
Dėl to vitamino E trūkumas, visų pirma, sukelia embriogenezės ir reprodukcinių organų veiklos sutrikimus.
Vitamino E gamyba pagrįsta jo išskyrimu iš kviečių gemalų ekstrahuojant alkoholiu ir distiliuojant tirpiklius žemoje temperatūroje.
Medicinos praktikoje naudojami ir natūralūs, ir sintetiniai narkotikai – tokoferolio acetatas augaliniame aliejuje, uždarytas kapsulėje (garsusis „žuvų taukai“).
Vitamino E preparatai naudojami kaip antioksidantai esant radiacijai ir kitoms patologinėms būklėms, susijusioms su padidėjusiu jonizuotų dalelių ir reaktyviųjų deguonies rūšių kiekiu organizme.
Be to, vitaminas E skiriamas nėščioms moterims, taip pat naudojamas kompleksinėje terapijoje gydant nevaisingumą, raumenų distrofiją ir kai kurias kepenų ligas.
Buvo atrastas vitaminas A (7 pav.). N. Drummondas 1916 metais.
Prieš šį atradimą buvo pastebėta, ar maiste yra riebaluose tirpaus faktoriaus, reikalingo visapusiškam ūkio gyvūnų vystymuisi.
Vitaminas A yra pirmasis vitaminų abėcėlės sąraše dėl priežasties. Jis dalyvauja beveik visuose gyvenimo procesuose. Šis vitaminas yra būtinas norint atkurti ir palaikyti gerą regėjimą.
Tai taip pat padeda sukurti imunitetą daugeliui ligų, įskaitant peršalimą.
Be vitamino A sveika odos epitelio būklė neįmanoma. Jei turite „žąsų kauliukų“, kurie dažniausiai atsiranda ant alkūnių, šlaunų, kelių, kojų, išsausėja rankų oda ar kiti panašūs reiškiniai, vadinasi, jums trūksta vitamino A.
Vitaminas A, kaip ir vitaminas E, yra būtinas normaliai lytinių liaukų (lytinių liaukų) veiklai. Su vitamino A hipovitaminoze buvo pastebėtas reprodukcinės sistemos ir kvėpavimo sistemos pažeidimas.
Viena iš specifinių vitamino A trūkumo pasekmių yra regėjimo proceso pažeidimas, ypač sumažėjęs akių gebėjimas prisitaikyti prie tamsos. naktinis aklumas... Avitaminozė sukelia kseroftalmiją ir ragenos sunaikinimą. Pastarasis procesas yra negrįžtamas ir jam būdingas visiškas regėjimo praradimas. Hipervitaminozė sukelia akių uždegimą ir plaukų slinkimą, apetito praradimą ir visišką organizmo išsekimą.
Ryžiai. 7. Vitaminas A ir jo turintys maisto produktai
A grupės vitaminų, visų pirma, yra gyvūninės kilmės produktuose: kepenyse, žuvų taukuose, aliejuje, kiaušiniuose (8 pav.).
Ryžiai. 8. Vitamino A kiekis augalinės ir gyvūninės kilmės maisto produktuose
Augaliniuose produktuose yra karotinoidų, kurie žmogaus organizme, veikiant karotenazei, virsta vitaminu A.
Taigi šiandien susipažinote su ATP sandara ir funkcijomis, taip pat prisiminėte vitaminų svarbą ir sužinojote, kaip kai kurie iš jų dalyvauja gyvybiniuose procesuose.
Nepakankamai įsisavinus vitaminų organizme, išsivysto pirminis vitaminų trūkumas. Skirtinguose maisto produktuose yra skirtingas vitaminų kiekis.
Pavyzdžiui, morkose yra daug provitamino A (karotino), kopūstuose – vitamino C ir t.
Avitaminozė labai retai normaliomis mitybos sąlygomis, daug dažniau hipovitaminozė, kurie yra susiję su nepakankamu vitaminų suvartojimu iš maisto.
Hipovitaminozė gali atsirasti ne tik dėl nesubalansuotos mitybos, bet ir dėl įvairių virškinamojo trakto ar kepenų patologijų arba dėl įvairių endokrininių ar infekcinių ligų, dėl kurių sutrinka vitaminų pasisavinimas organizme.
Kai kuriuos vitaminus gamina žarnyno mikroflora (žarnyno mikrobiota). Biosintezės procesų slopinimas dėl veikimo antibiotikai taip pat gali paskatinti vystymąsi hipovitaminozė dėl to disbiozė.
Per didelis maisto vitaminų papildų, taip pat vitaminų turinčių vaistų vartojimas sukelia patologinės būklės atsiradimą - hipervitaminozė... Tai ypač pasakytina apie riebaluose tirpius vitaminus, tokius kaip A, D, E, K.
Namų darbai
1. Kokios medžiagos vadinamos biologiškai aktyviomis?
2. Kas yra ATP? Koks yra ATP molekulės struktūros ypatumas? Kokių tipų cheminės jungtys egzistuoja šioje sudėtingoje molekulėje?
3. Kokias ATP funkcijas atlieka gyvų organizmų ląstelėse?
4. Kur vyksta ATP sintezė? Kur atliekama ATP hidrolizė?
5. Kas yra vitaminai? Kokios yra jų funkcijos organizme?
6. Kuo vitaminai skiriasi nuo hormonų?
7. Kokią vitaminų klasifikaciją žinote?
8. Kas yra vitaminų trūkumas, hipovitaminozė ir hipervitaminozė? Pateikite šių reiškinių pavyzdžių.
9. Kokios ligos gali atsirasti dėl nepakankamo ar per didelio vitaminų kiekio organizme?
10. Aptarkite savo valgiaraštį su draugais ir šeima ir pasinaudokite papildoma informacija apie vitaminų kiekį skirtinguose maisto produktuose, kad suskaičiuotumėte, ar gaunate pakankamai vitaminų.
1. Vieningas skaitmeninių švietimo išteklių rinkinys ().
2. Vieningas skaitmeninių švietimo išteklių rinkinys ().
3. Vieningas skaitmeninių švietimo išteklių rinkinys ().
Bibliografija
1. Kamenskiy A.A., Kriksunov E.A., Pasechnik V.V.Bendroji biologija 10-11 klasė Bustard, 2005 m.
2. Beliajevas DK Biologija 10-11 kl. Bendroji biologija. Pagrindinis lygis. - 11 leidimas, Stereotipas. - M .: Švietimas, 2012 .-- 304 p.
3. Agafonova IB, Zakharova ET, Sivoglazovas VI Biologija 10-11 kl. Bendroji biologija. Pagrindinis lygis. - 6-asis leidimas, pridėti. - Bustard, 2010 .-- 384 p.
ATP yra adenozino trifosforo rūgšties santrumpa. Taip pat galite rasti pavadinimą Adenozino trifosfatas. Tai nukleoidas, kuris vaidina didžiulį vaidmenį keičiantis energija organizme. Adenozino trifosforo rūgštis yra universalus energijos šaltinis, dalyvaujantis visuose biocheminiuose organizmo procesuose. Šią molekulę 1929 metais atrado mokslininkas Karlas Lohmanas. O jo reikšmę Fritzas Lipmannas patvirtino 1941 m.
ATP struktūra ir formulė
Jei kalbėsime apie ATP plačiau, tada tai yra molekulė, kuri suteikia energijos visiems organizme vykstantiems procesams, įskaitant ir judėjimui. ATP molekulei suskaidžius raumenų skaidulos susitraukia, dėl to išsiskiria energija, leidžianti susitraukimui įvykti. Adenozino trifosfatas sintetinamas iš inozino – gyvame organizme.
Norint suteikti organizmui energijos Adenozino trifosfatui, reikia pereiti kelis etapus. Pirmiausia atskiriamas vienas iš fosfatų – specialaus kofermento pagalba. Kiekvienas fosfatas suteikia dešimt kalorijų. Procesas gamina energiją ir gamina ADP (adenozino difosfatą).
Jei organizmui reikia daugiau energijos veikti, tada atskiriamas kitas fosfatas. Tada susidaro AMP (adenozino monofosfatas). Pagrindinis adenozino trifosfato gamybos šaltinis yra gliukozė, ląstelėje ji suskaidoma į piruvatą ir citozolį. Adenozino trifosfatas energizuoja ilgas skaidulas, kuriose yra baltymo, vadinamo miozinu. Būtent jis formuoja raumenų ląsteles.
Tuo metu, kai kūnas ilsisi, grandinė eina priešinga kryptimi, t.y. susidaro adenozino trifosforo rūgštis. Vėlgi, šiam tikslui naudojama gliukozė. Sukurtos adenozino trifosfato molekulės bus panaudotos pakartotinai, kai tik reikės. Kai energija nereikalinga, ji kaupiama kūne ir išleidžiama, kai tik jos prireikia.
ATP molekulė susideda iš kelių, tiksliau, trijų komponentų:
- Ribozė yra penkių angliavandenių cukrus, kuris yra DNR pagrindas.
- Adeninas yra sujungti azoto ir anglies atomai.
- Trifosfatas.
Pačiame adenozino trifosfato molekulės centre yra ribozės molekulė, o jos kraštas yra pagrindinis adenozinui. Kitoje ribozės pusėje yra trijų fosfatų grandinė.
ATP sistemos
Reikia suprasti, kad ATP atsargų pakaks tik pirmoms dviem ar trims fizinio aktyvumo sekundėms, po kurių jo lygis mažėja. Tačiau tuo pačiu metu raumenų darbą galima atlikti tik naudojant ATP. Dėl specialių sistemų organizme nuolat sintetinamos naujos ATP molekulės. Naujų molekulių įtraukimas vyksta priklausomai nuo apkrovos trukmės.
ATP molekules sintetina trys pagrindinės biocheminės sistemos:
- Fosfageninė sistema (kreatino fosfatas).
- Glikogeno ir pieno rūgšties sistema.
- Aerobinis kvėpavimas.
Panagrinėkime kiekvieną iš jų atskirai.
Fosfageninė sistema- jei raumenys dirba neilgai, o itin intensyviai (apie 10 sekundžių), bus naudojama fosfageninė sistema. Šiuo atveju ADP jungiasi su kreatino fosfatu. Šios sistemos dėka raumenų ląstelėse nuolat cirkuliuoja nedidelis adenozino trifosfato kiekis. Kadangi pačiose raumenų ląstelėse taip pat yra kreatino fosfato, jis naudojamas ATP lygiui atkurti po didelio intensyvumo trumpo darbo. Tačiau maždaug po dešimties sekundžių kreatino fosfato lygis pradeda mažėti – šios energijos pakanka trumpam bėgimui ar intensyviam jėgos krūviui kultūrizme.
Glikogenas ir pieno rūgštis- tiekia energiją kūnui lėčiau nei ankstesnis. Sintetina ATP, kurio gali pakakti pusantros minutės intensyviam darbui. Vykstant anaerobiniam metabolizmui, raumenų ląstelėse esanti gliukozė virsta pieno rūgštimi.
Kadangi anaerobinėje būsenoje deguonies organizmas nenaudoja, ši sistema suteikia energijos taip pat, kaip ir aerobinėje sistemoje, tačiau taupomas laikas. Anaerobiniu režimu raumenys susitraukia itin galingai ir greitai. Tokia sistema galėtų leisti 400 metrų sprintą arba ilgesnę intensyvią treniruotę sporto salėje. Tačiau ilgai dirbti tokiu būdu neleis raumenų skausmai, atsirandantys dėl pieno rūgšties pertekliaus.
Aerobinis kvėpavimas- ši sistema įsijungia, jei treniruotė trunka ilgiau nei dvi minutes. Tada raumenys pradeda gauti adenozino trifosfatą iš angliavandenių, riebalų ir baltymų. Tokiu atveju ATP sintetinamas lėtai, tačiau energijos užtenka ilgam – fizinis aktyvumas gali trukti kelias valandas. Taip yra dėl to, kad gliukozė skyla be kliūčių, ji neturi jokių atsakomųjų priemonių, kurios užkerta kelią iš išorės – kaip tai daro pieno rūgštis anaerobiniame procese.
ATP vaidmuo organizme
Iš ankstesnio aprašymo aišku, kad pagrindinis adenozino trifosfato vaidmuo organizme yra aprūpinti energiją daugeliui organizme vykstančių biocheminių procesų ir reakcijų. Dauguma energiją vartojančių procesų gyvuose organizmuose vyksta dėl ATP.
Tačiau, be šios pagrindinės funkcijos, adenozino trifosfatas atlieka ir kitas:
ATP vaidmuo žmogaus organizme ir gyvenime yra gerai žinomas ne tik mokslininkams, bet ir daugeliui sportininkų bei kultūristų, nes jos supratimas padeda treniruotis efektyviau ir teisingai apskaičiuoti krūvį. Žmonėms, kurie užsiima jėgos treniruotėmis sporto salėje, sprinto lenktynėse ir kitose sporto šakose, labai svarbu suprasti, kokius pratimus reikia atlikti bet kuriuo metu. Dėl to galite suformuoti norimą kūno struktūrą, lavinti raumenų struktūrą, sumažinti antsvorį ir pasiekti kitų norimų rezultatų.
Bet kurioje mūsų kūno ląstelėje vyksta milijonai biocheminių reakcijų. Juos katalizuoja įvairūs fermentai, kuriems dažnai reikia energijos. Kur narvas jį neša? Į šį klausimą galima atsakyti, jei atsižvelgsime į ATP molekulės – vieno iš pagrindinių energijos šaltinių – struktūrą.
ATP yra universalus energijos šaltinis
ATP reiškia adenozino trifosfatą arba adenozino trifosfatą. Medžiaga yra vienas iš dviejų svarbiausių energijos šaltinių bet kurioje ląstelėje. ATP struktūra ir biologinis vaidmuo yra glaudžiai susiję. Dauguma biocheminių reakcijų gali vykti tik dalyvaujant medžiagos molekulėms, tai ypač pasakytina. Tačiau ATP retai tiesiogiai dalyvauja reakcijoje: kad bet koks procesas vyktų, reikia energijos, esančios adenozino trifosfate.
Medžiagos molekulių struktūra yra tokia, kad tarp fosfatų grupių susidarę ryšiai neša didžiulį energijos kiekį. Todėl tokie ryšiai dar vadinami makroerginiais, arba makroenergetiniais (makro = daug, didelis skaičius). Pirmą kartą šį terminą įvedė mokslininkas F. Lipmanas, jis taip pat pasiūlė jiems žymėti simbolį ̴.
Ląstelei labai svarbu palaikyti pastovų adenozino trifosfato kiekį. Tai ypač būdinga raumenų audinio ląstelėms ir nervinėms skaiduloms, nes jos yra labiausiai priklausomos nuo energijos ir jų funkcijoms atlikti reikalingas didelis adenozino trifosfato kiekis.
ATP molekulės struktūra
Adenozino trifosfatas susideda iš trijų elementų: ribozės, adenino ir likučių
Ribose- angliavandeniai, priklausantys pentozių grupei. Tai reiškia, kad ribozėje yra 5 anglies atomai, kurie yra įtraukti į ciklą. Ribozė jungiasi su adenino β-N-glikozidine jungtimi prie 1-ojo anglies atomo. Taip pat prie pentozės prisijungia fosforo rūgšties likučiai 5-ajame anglies atome.
Adeninas yra azoto bazė. Priklausomai nuo to, kokia azoto bazė yra prijungta prie ribozės, taip pat išsiskiria GTP (guanozino trifosfatas), TTP (timidino trifosfatas), CTP (citidino trifosfatas) ir UTP (uridino trifosfatas). Visos šios medžiagos savo sandara panašios į adenozino trifosfatą ir atlieka maždaug tokias pačias funkcijas, tačiau ląstelėje jų yra daug rečiau.
Fosforo rūgšties likučiai... Prie ribozės gali būti prijungtos daugiausia trys fosforo rūgšties liekanos. Jei jų yra du arba tik vienas, medžiaga atitinkamai vadinama ADP (difosfatu) arba AMP (monofosfatu). Būtent tarp fosforo likučių susidaro makroenergetiniai ryšiai, kuriems nutrūkus išsiskiria nuo 40 iki 60 kJ energijos. Nutrūkus dviem ryšiams, išsiskiria 80, rečiau 120 kJ energijos. Nutrūkus ryšiui tarp ribozės ir fosforo liekanos, išsiskiria tik 13,8 kJ, todėl trifosfato molekulėje yra tik dvi didelės energijos jungtys (P ̴ P ̴ P), o ADP molekulėje - viena (P ̴). P).
Tai yra struktūrinės ATP savybės. Dėl to, kad tarp fosforo rūgšties likučių susidaro makroenergetinis ryšys, ATP struktūra ir funkcijos yra tarpusavyje susijusios.
ATP struktūra ir biologinis molekulės vaidmuo. Papildomos adenozino trifosfato funkcijos
Be energijos, ATP ląstelėje gali atlikti ir daugybę kitų funkcijų. Kartu su kitais nukleotidų trifosfatais trifosfatas dalyvauja nukleorūgščių gamyboje. Šiuo atveju ATP, GTP, TTF, CTP ir UTP yra azoto bazių tiekėjai. Ši savybė naudojama procesuose ir transkripcijai.
Be to, ATP reikalingas jonų kanalų veikimui. Pavyzdžiui, Na-K kanalas iš ląstelės išpumpuoja 3 natrio molekules, o į ląstelę – 2 kalio molekules. Ši jonų srovė reikalinga teigiamam krūviui palaikyti išoriniame membranos paviršiuje ir tik adenozino trifosfato pagalba kanalas gali funkcionuoti. Tas pats pasakytina apie protonų ir kalcio kanalus.
ATP yra antrinio pasiuntinio cAMP (ciklinio adenozino monofosfato) pirmtakas – cAMP ne tik perduoda signalą, kurį priima ląstelės membranos receptoriai, bet ir yra allosterinis efektorius. Allosteriniai efektoriai yra medžiagos, kurios pagreitina arba sulėtina fermentines reakcijas. Taigi ciklinis adenozino trifosfatas slopina fermento, katalizuojančio laktozės skilimą bakterijų ląstelėse, sintezę.
Pati adenozino trifosfato molekulė taip pat gali būti allosterinis efektorius. Be to, tokiuose procesuose ADP veikia kaip ATP antagonistas: jei trifosfatas pagreitina reakciją, tai difosfatas slopina ir atvirkščiai. Tai yra ATP funkcijos ir struktūra.
Kaip ATP susidaro ląstelėje
ATP funkcijos ir struktūra yra tokios, kad medžiagos molekulės greitai panaudojamos ir sunaikinamos. Todėl trifosfato sintezė yra svarbus energijos gamybos ląstelėje procesas.
Yra trys svarbiausi adenozino trifosfato sintezės metodai:
1. Substrato fosforilinimas.
2. Oksidacinis fosforilinimas.
3. Fotofosforilinimas.
Substrato fosforilinimas pagrįstas daugybe reakcijų ląstelės citoplazmoje. Šios reakcijos vadinamos glikolize – anaerobine stadija, 1 ciklo glikolizės rezultate iš 1 gliukozės molekulės susintetina dvi molekulės, kurios toliau naudojamos energijai gauti, taip pat susintetinami du ATP.
- C6H12O6 + 2ADP + 2Fn -> 2C 3H4O3 + 2ATP + 4H.
Kvėpavimo ląstelės
Oksidacinis fosforilinimas yra adenozino trifosfato susidarymas elektronams pernešant išilgai membranos elektronų transportavimo grandinės. Dėl šio perdavimo vienoje iš membranos pusių susidaro protonų gradientas, o naudojant ATP sintazės baltymų integralinį rinkinį, statomos molekulės. Procesas vyksta ant mitochondrijų membranos.
Glikolizės ir oksidacinio fosforilinimo etapų seka mitochondrijose yra įprastas procesas, vadinamas kvėpavimu. Po viso ciklo iš 1 gliukozės molekulės ląstelėje susidaro 36 ATP molekulės.
Fotofosforilinimas
Fotofosforilinimo procesas yra tas pats oksidacinis fosforilinimas, turintis tik vieną skirtumą: fotofosforilinimo reakcijos vyksta ląstelės chloroplastuose, veikiant šviesai. ATP susidaro šviesiojoje fotosintezės stadijoje – pagrindiniame žaliųjų augalų, dumblių ir kai kurių bakterijų energijos gamybos procese.
Fotosintezės procese elektronai praeina per tą pačią elektronų transportavimo grandinę, dėl kurios susidaro protonų gradientas. Protonų koncentracija vienoje membranos pusėje yra ATP sintezės šaltinis. Molekulių surinkimą atlieka fermentas ATP sintazė.
Vidutiniškai ląstelėje yra 0,04% visos masės adenozino trifosfato. Tačiau didžiausia vertė stebima raumenų ląstelėse: 0,2-0,5%.
Ląstelėje yra apie 1 milijardas ATP molekulių.
Kiekviena molekulė gyvena ne ilgiau kaip 1 minutę.
Viena adenozino trifosfato molekulė atnaujinama 2000-3000 kartų per dieną.
Iš viso per dieną žmogaus organizmas susintetina 40 kg adenozino trifosfato, o kiekvienu laiko momentu ATP atsarga siekia 250 g.
Išvada
ATP struktūra ir biologinis jo molekulių vaidmuo yra glaudžiai susiję. Medžiaga atlieka pagrindinį vaidmenį gyvybiniuose procesuose, nes didžiulis energijos kiekis yra didelės energijos ryšiuose tarp fosfatų likučių. Adenozino trifosfatas ląstelėje atlieka daug funkcijų, todėl svarbu palaikyti pastovią medžiagos koncentraciją. Skilimas ir sintezė vyksta dideliu greičiu, nes jungčių energija nuolat naudojama biocheminėse reakcijose. Tai nepakeičiama medžiaga bet kuriai kūno ląstelei. Tai, ko gero, viskas, ką galima pasakyti apie ATP struktūrą.
ATP, arba adenozino trifosforo rūgštis, kaip ji yra visiškai iššifruota, yra energijos „akumuliatorius“ kūno ląstelėse. Jokia biocheminė reakcija nevyksta be ATP dalyvavimo. ATP molekulės randamos DNR ir RNR.
ATP sudėtis
ATP molekulę sudaro trys komponentai: trys fosforo rūgšties liekanos, adeninas ir ribozė. Tai yra, ATP turi nukleotidų struktūrą ir priklauso nukleino rūgštims. Ribozė yra angliavandenis, o adeninas yra azoto bazė. Rūgšties likučius tarpusavyje jungia nestabilūs energetiniai ryšiai. Energija gaunama skaidant rūgšties molekules. Atskyrimas vyksta biokatalizatorių dėka. Po atsiskyrimo ATP molekulė jau paverčiama ADP (jei viena molekulė yra atskilusi) arba AMP (jei yra atskirtos dvi rūgšties molekulės). Atskyrus vieną fosforo rūgšties molekulę, išsiskiria 40 kJ energijos.
Vaidmuo organizme
ATP organizme atlieka ne tik energetinį vaidmenį, bet ir daugybę kitų:
- yra nukleorūgščių sintezės rezultatas.
- daugelio biocheminių procesų reguliavimas.
- signalizuojanti medžiaga kitose ląstelių sąveikose.
ATP sintezė
ATP gaunama chloroplastuose ir mitochondrijose. Svarbiausias ATP molekulių sintezės procesas yra disimiliacija. Disimiliacija – tai komplekso naikinimas į paprastesnį.
ATP sintezė vyksta ne vienu etapu, o trimis etapais:
- Pirmasis etapas yra paruošiamasis. Virškinimui veikiant fermentams, suyra tai, ką absorbavome. Šiuo atveju riebalai suskaidomi į glicerolį ir riebalų rūgštis, baltymai – į aminorūgštis, o krakmolas – į gliukozę. Tai yra, viskas ruošiama tolesniam naudojimui. Išleidžiama šilumos energija
- Antrasis etapas yra glikolizė (be deguonies). Skilimas vėl atsiranda, tačiau čia taip pat irstanti gliukozė. Taip pat dalyvauja fermentai. Tačiau 40% energijos lieka ATP, o likusi dalis išleidžiama šiluma.
- Trečias etapas yra hidrolizė (deguonis). Jis jau atsiranda pačiose mitochondrijose. Čia dalyvauja ir deguonis, kuriuo kvėpuojame, ir fermentai. Po visiško disimiliacijos išsiskiria energija ATP susidarymui.