Miljoniem bioķīmisko reakciju notiek jebkurā mūsu ķermeņa šūnā. Tos katalizē dažādi fermenti, kuriem bieži vien ir nepieciešama enerģija. Kur šūna to iegūst? Uz šo jautājumu var atbildēt, ja ņemam vērā ATP molekulas struktūru - vienu no galvenajiem enerģijas avotiem.

ATP ir universāls enerģijas avots

ATP apzīmē adenozīna trifosfātu vai adenozīna trifosfātu. Viela ir viens no diviem svarīgākajiem enerģijas avotiem jebkurā šūnā. ATP struktūra un tā bioloģiskā loma ir cieši saistītas. Lielākā daļa bioķīmisko reakciju var notikt tikai ar vielas molekulu piedalīšanos, tas ir īpaši patiesi.Tomēr ATP reakcijā ir reti iesaistīts tieši: jebkuram procesam ir nepieciešama enerģija, kas atrodas tieši adenozīna trifosfātā.

Vielas molekulu struktūra ir tāda, ka saites, kas veidojas starp fosfātu grupām, nes milzīgu enerģijas daudzumu. Tāpēc šādas saites tiek sauktas arī par makroerģiskām jeb makroenerģētiskām (makro=daudz, liels daudzums). Šo terminu pirmais ieviesa zinātnieks F. Lipmans, un viņš arī ierosināja to apzīmēšanai izmantot simbolu ̴.

Šūnai ir ļoti svarīgi uzturēt nemainīgu adenozīna trifosfāta līmeni. Īpaši tas attiecas uz muskuļu šūnām un nervu šķiedrām, jo ​​tās ir visvairāk atkarīgas no enerģijas un to funkciju veikšanai ir nepieciešams augsts adenozīna trifosfāta saturs.

ATP molekulas struktūra

Adenozīna trifosfāts sastāv no trim elementiem: ribozes, adenīna un atlikumiem

Ribose- ogļhidrāti, kas pieder pie pentozes grupas. Tas nozīmē, ka riboze satur 5 oglekļa atomus, kas ir iekļauti ciklā. Riboze savienojas ar adenīnu caur β-N-glikozīdu saiti uz 1. oglekļa atoma. Pentozei pievieno arī fosforskābes atlikumus uz 5. oglekļa atoma.

Adenīns ir slāpekļa bāze. Atkarībā no tā, kura slāpekļa bāze ir piesaistīta ribozei, izšķir arī GTP (guanozīna trifosfātu), TTP (timidīna trifosfātu), CTP (citidīna trifosfātu) un UTP (uridīna trifosfātu). Visas šīs vielas pēc struktūras ir līdzīgas adenozīna trifosfātam un veic aptuveni tādas pašas funkcijas, taču šūnā tās ir daudz retāk sastopamas.

Fosforskābes atliekas. Pie ribozes var piesaistīt ne vairāk kā trīs fosforskābes atlikumus. Ja ir divi vai tikai viens, tad vielu sauc par ADP (difosfātu) vai AMP (monofosfātu). Tieši starp fosfora atlikumiem tiek noslēgtas makroenerģētiskās saites, pēc kuru pārrāvuma izdalās 40 līdz 60 kJ enerģijas. Ja tiek pārrautas divas saites, atbrīvojas 80, retāk - 120 kJ enerģijas. Pārraujot saiti starp ribozi un fosfora atlikumu, atbrīvojas tikai 13,8 kJ, tāpēc trifosfāta molekulā ir tikai divas augstas enerģijas saites (P ̴ P ̴ P), bet ADP molekulā ir viena (P ̴). P).

Šīs ir ATP strukturālās iezīmes. Sakarā ar to, ka starp fosforskābes atlikumiem veidojas makroenerģētiskā saite, ATP struktūra un funkcijas ir savstarpēji saistītas.

ATP struktūra un molekulas bioloģiskā loma. Adenozīna trifosfāta papildu funkcijas

Papildus enerģijai ATP šūnā var veikt daudzas citas funkcijas. Kopā ar citiem nukleotīdu trifosfātiem trifosfāts ir iesaistīts nukleīnskābju veidošanā. Šajā gadījumā ATP, GTP, TTP, CTP un UTP ir slāpekļa bāzu piegādātāji. Šis īpašums tiek izmantots procesos un transkripcijā.

ATP ir nepieciešams arī jonu kanālu darbībai. Piemēram, Na-K kanāls izsūknē no šūnas 3 nātrija molekulas un šūnā iesūknē 2 kālija molekulas. Šī jonu strāva ir nepieciešama, lai uzturētu pozitīvu lādiņu uz membrānas ārējās virsmas, un tikai ar adenozīna trifosfāta palīdzību kanāls var funkcionēt. Tas pats attiecas uz protonu un kalcija kanāliem.

ATP ir otrā ziņotāja cAMP (cikliskā adenozīna monofosfāta) prekursors - cAMP ne tikai pārraida signālu, ko saņem šūnu membrānas receptori, bet arī ir allosteriskais efektors. Allosteriskie efektori ir vielas, kas paātrina vai palēnina fermentatīvās reakcijas. Tādējādi cikliskais adenozīna trifosfāts inhibē enzīma sintēzi, kas katalizē laktozes sadalīšanos baktēriju šūnās.

Pati adenozīna trifosfāta molekula var būt arī allosterisks efektors. Turklāt šādos procesos ADP darbojas kā ATP antagonists: ja trifosfāts paātrina reakciju, tad difosfāts to kavē un otrādi. Šīs ir ATP funkcijas un struktūra.

Kā šūnā veidojas ATP?

ATP funkcijas un struktūra ir tāda, ka vielas molekulas tiek ātri izmantotas un iznīcinātas. Tāpēc trifosfātu sintēze ir svarīgs process enerģijas veidošanā šūnā.

Ir trīs vissvarīgākās adenozīna trifosfāta sintēzes metodes:

1. Substrāta fosforilēšana.

2. Oksidatīvā fosforilēšana.

3. Fotofosforilēšana.

Substrāta fosforilēšana balstās uz vairākām reakcijām, kas notiek šūnu citoplazmā. Šīs reakcijas sauc par glikolīzi - anaerobo stadiju.1 glikolīzes cikla rezultātā no 1 glikozes molekulas tiek sintezētas divas molekulas, kuras pēc tam tiek izmantotas enerģijas ražošanai, kā arī tiek sintezēti divi ATP.

• C6H12O6 + 2ADP + 2Pn --> 2C 3H4O3 + 2ATP + 4H.

Šūnu elpošana

Oksidatīvā fosforilēšana ir adenozīna trifosfāta veidošanās, pārnesot elektronus pa membrānas elektronu transportēšanas ķēdi. Šīs pārneses rezultātā vienā membrānas pusē veidojas protonu gradients un ar ATP sintāzes proteīna integrālā komplekta palīdzību tiek uzbūvētas molekulas. Process notiek uz mitohondriju membrānas.

Glikolīzes un oksidatīvās fosforilācijas posmu secība mitohondrijās ir kopīgs process, ko sauc par elpošanu. Pēc pilnīga cikla no 1 glikozes molekulas šūnā veidojas 36 ATP molekulas.

Fotofosforilēšana

Fotofosforilēšanas process ir tāds pats kā oksidatīvā fosforilēšana ar tikai vienu atšķirību: fotofosforilēšanas reakcijas notiek šūnas hloroplastos gaismas ietekmē. ATP tiek ražots fotosintēzes gaismas stadijā, kas ir galvenais enerģijas ražošanas process zaļajos augos, aļģēs un dažās baktērijās.

Fotosintēzes laikā elektroni iziet cauri vienai un tai pašai elektronu transportēšanas ķēdei, kā rezultātā veidojas protonu gradients. Protonu koncentrācija vienā membrānas pusē ir ATP sintēzes avots. Molekulu montāžu veic enzīms ATP sintāze.

Vidējā šūna satur 0,04% adenozīna trifosfāta pēc svara. Tomēr visvairāk liela nozīme novērots muskuļu šūnās: 0,2-0,5%.

Šūnā ir aptuveni 1 miljards ATP molekulu.

Katra molekula dzīvo ne vairāk kā 1 minūti.

Viena adenozīna trifosfāta molekula tiek atjaunota 2000-3000 reizes dienā.

Kopumā dienā cilvēka organisms sintezē 40 kg adenozīna trifosfāta, un jebkurā brīdī ATP rezerve ir 250 g.

Secinājums

ATP struktūra un tā molekulu bioloģiskā loma ir cieši saistītas. Vielai ir galvenā loma dzīvības procesos, jo augstas enerģijas saites starp fosfātu atliekām satur milzīgu enerģijas daudzumu. Adenozīna trifosfāts šūnā pilda daudzas funkcijas, un tāpēc ir svarīgi uzturēt nemainīgu vielas koncentrāciju. Sabrukšana un sintēze notiek lielā ātrumā, jo saišu enerģija tiek pastāvīgi izmantota bioķīmiskās reakcijās. Šī ir būtiska viela jebkurai ķermeņa šūnai. Tas, iespējams, ir viss, ko var teikt par ATP struktūru.

Attēlā parādītas divas metodes ATP struktūras attēli. Adenozīna monofosfāts (AMP), adenozīna difosfāts (ADP) un adenozīna trifosfāts (ATP) pieder pie savienojumu klases, ko sauc par nukleotīdiem. Nukleotīdu molekula sastāv no piecu oglekļa cukura, slāpekļa bāzes un fosforskābes. AMP molekulā cukuru attēlo riboze, un bāze ir adenīns. ADP molekulā ir divas fosfātu grupas, bet ATP molekulā - trīs.

ATP vērtība

Kad ATP tiek sadalīts ADP un izdalās neorganiskā fosfāta (Pn) enerģija:

Reakcija notiek ar ūdens uzsūkšanos, t.i., tas apzīmē hidrolīzi (mūsu rakstā mēs daudzkārt esam saskārušies ar šo ļoti izplatīto bioķīmisko reakciju veidu). Trešā fosfātu grupa, kas atdalīta no ATP, paliek šūnā neorganiskā fosfāta (Pn) formā. Brīvās enerģijas iznākums šai reakcijai ir 30,6 kJ uz 1 molu ATP.

No ADF un fosfātu, ATP var sintezēt vēlreiz, bet tas prasa tērēt 30,6 kJ enerģijas uz 1 molu jaunizveidotā ATP.

Šajā reakcijā, ko sauc par kondensācijas reakciju, izdalās ūdens. Fosfāta pievienošanu ADP sauc par fosforilēšanas reakciju. Abus iepriekš minētos vienādojumus var apvienot:

Šo atgriezenisko reakciju katalizē ferments, ko sauc ATPāze.

Visām šūnām, kā jau minēts, ir nepieciešama enerģija, lai veiktu savu darbu, un jebkura organisma visām šūnām šīs enerģijas avots ir kalpo kā ATP. Tāpēc ATP sauc par šūnu “universālo enerģijas nesēju” vai “enerģijas valūtu”. Piemērota analoģija ir elektriskās baterijas. Atcerieties, kāpēc mēs tos neizmantojam. Ar viņu palīdzību mēs varam saņemt gaismu vienā gadījumā, skaņu citā, dažreiz mehāniskā kustība, un dažreiz mums ir vajadzīga faktiskā elektriskā enerģija no tiem. Akumulatoru ērtības ir tādas, ka mēs varam izmantot vienu un to pašu enerģijas avotu – akumulatoru – dažādiem mērķiem, atkarībā no tā, kur to ievietojam. ATP spēlē tādu pašu lomu šūnās. Tas piegādā enerģiju dažādiem procesiem, piemēram muskuļu kontrakcija, nervu impulsu pārraidei, aktīvai vielu transportēšanai vai proteīnu sintēzei un visiem citiem šūnu darbības veidiem. Lai to izdarītu, tam vienkārši jābūt “savienotam” ar atbilstošo šūnas aparāta daļu.

Analoģiju var turpināt. Vispirms ir jāizgatavo baterijas, un dažas no tām (uzlādējamās), tāpat kā , var uzlādēt. Ja akumulatorus ražo rūpnīcā, tajās ir jāuzglabā (un līdz ar to rūpnīcai jāpatērē) noteikts enerģijas daudzums. ATP sintēzei ir nepieciešama arī enerģija; tā avots ir organisko vielu oksidēšanās elpošanas laikā. Tā kā oksidācijas procesā, lai fosforilētu ADP, tiek atbrīvota enerģija, šādu fosforilāciju sauc par oksidatīvo fosforilāciju. Fotosintēzes laikā ATP tiek ražots no gaismas enerģijas. Šo procesu sauc par fotofosforilēšanu (sk. 7.6.2. sadaļu). Šūnā ir arī “rūpnīcas”, kas ražo lielāko daļu ATP. Tie ir mitohondriji; tajos ir ķīmiskas “montāžas līnijas”, uz kurām aerobās elpošanas laikā veidojas ATP. Visbeidzot šūnā tiek uzlādētas arī izlādējušās “baterijas”: pēc tam, kad ATP, atbrīvojot tajā esošo enerģiju, pārvēršas par ADP un Fn, to var ātri sintezēt no ADP un Fn, pateicoties procesā saņemtajai enerģijai. elpošana no jaunu organisko vielu daļu oksidēšanas.

ATP daudzumsšūnā jebkurā brīdī ir ļoti mazs. Tāpēc ATF jāredz tikai enerģijas nesējs, nevis tās depo. Tādas vielas kā tauki vai glikogēns tiek izmantotas ilgstošai enerģijas uzglabāšanai. Šūnas ir ļoti jutīgas pret ATP līmeni. Palielinoties tā lietošanas ātrumam, palielinās arī elpošanas procesa ātrums, kas uztur šo līmeni.

ATP loma kā savienojošais posms starp šūnu elpošanu un procesiem, kas saistīti ar enerģijas patēriņu, ir redzams attēlā.Šī diagramma izskatās vienkārša, taču tā ilustrē ļoti svarīgu modeli.

Tāpēc var teikt, ka kopumā elpošanas funkcija ir ražot ATP.

Īsi apkoposim iepriekš teikto.
1. ATP sintēzei no ADP un neorganiskā fosfāta ir nepieciešams 30,6 kJ enerģijas uz 1 molu ATP.
2. ATP atrodas visās dzīvās šūnās un tāpēc ir universāls enerģijas nesējs. Citi enerģijas nesēji netiek izmantoti. Tas vienkāršo lietu - nepieciešamais šūnu aparāts var būt vienkāršāks un strādāt efektīvāk un ekonomiskāk.
3. ATP viegli piegādā enerģiju jebkurai šūnas daļai jebkuram procesam, kam nepieciešama enerģija.
4. ATP ātri atbrīvo enerģiju. Tam nepieciešama tikai viena reakcija - hidrolīze.
5. ATP ražošanas ātrums no ADP un neorganiskā fosfāta (elpošanas procesa ātrums) ir viegli regulējams atbilstoši vajadzībām.
6. ATP tiek sintezēts elpošanas laikā ķīmiskās enerģijas dēļ, kas izdalās organisko vielu, piemēram, glikozes, oksidēšanās laikā, un fotosintēzes laikā saules enerģijas ietekmē. ATP veidošanos no ADP un neorganiskā fosfāta sauc par fosforilēšanas reakciju. Ja enerģiju fosforilēšanai piegādā oksidējot, tad runājam par oksidatīvo fosforilēšanos (šis process notiek elpošanas laikā), bet, ja fosforilēšanai tiek izmantota gaismas enerģija, tad procesu sauc par fotofosforilēšanu (tas notiek fotosintēzes laikā).

Bioloģijā ATP ir enerģijas avots un dzīvības pamats. ATP – adenozīna trifosfāts – piedalās vielmaiņas procesos un regulē bioķīmiskās reakcijas organismā.

Kas tas ir?

Ķīmija palīdzēs jums saprast, kas ir ATP. ATP molekulas ķīmiskā formula ir C10H16N5O13P3. Pilnu vārdu ir viegli atcerēties, ja to sadalāt tā sastāvdaļās. Adenozīna trifosfāts jeb adenozīna trifosforskābe ir nukleotīds, kas sastāv no trim daļām:

• adenīns - purīna slāpekļa bāze;
• riboze - monosaharīds, kas saistīts ar pentozēm;
• trīs fosforskābes atlikumi.

Rīsi. 1. ATP molekulas uzbūve.

Detalizētāks ATP skaidrojums ir sniegts tabulā.

ATP pirmo reizi atklāja Hārvardas bioķīmiķi Subbarao, Lohman un Fiske 1929. gadā. 1941. gadā vācu bioķīmiķis Frics Lipmans atklāja, ka ATP ir dzīva organisma enerģijas avots.

Enerģijas ražošana

Fosfātu grupas ir savstarpēji savienotas ar augstas enerģijas saitēm, kuras ir viegli iznīcināmas. Hidrolīzes (mijiedarbības ar ūdeni) laikā fosfātu grupas saites sadalās, atbrīvojot lielu enerģijas daudzumu, un ATP tiek pārveidots par ADP (adenozīndifosforskābi).

Parasti ķīmiskā reakcija izskatās šādi:

TOP 4 rakstikuri lasa kopā ar šo

ATP + H2O → ADP + H3PO4 + enerģija

Rīsi. 2. ATP hidrolīze.

Daļa atbrīvotās enerģijas (apmēram 40 kJ/mol) tiek iesaistīta anabolismā (asimilācijā, plastiskā vielmaiņā), bet daļa tiek izkliedēta siltuma veidā, lai uzturētu ķermeņa temperatūru. Turpinot ADP hidrolīzi, tiek atdalīta vēl viena fosfātu grupa, atbrīvojot enerģiju un veidojot AMP (adenozīna monofosfātu). AMP netiek pakļauts hidrolīzei.

ATP sintēze

ATP atrodas citoplazmā, kodolā, hloroplastos un mitohondrijās. ATP sintēze iekšā dzīvnieku šūna notiek mitohondrijās, bet augos - mitohondrijās un hloroplastos.

ATP veidojas no ADP un fosfāta, patērējot enerģiju. Šo procesu sauc par fosforilēšanu:

ADP + H3PO4 + enerģija → ATP + H2O

Rīsi. 3. ATP veidošanās no ADP.

Augu šūnās fosforilācija notiek fotosintēzes laikā, un to sauc par fotofosforilāciju. Dzīvniekiem process notiek elpošanas laikā, un to sauc par oksidatīvo fosforilāciju.

Dzīvnieku šūnās ATP sintēze notiek katabolisma (disimilācijas, enerģijas metabolisma) procesā olbaltumvielu, tauku un ogļhidrātu sadalīšanās laikā.

Funkcijas

No ATP definīcijas ir skaidrs, ka šī molekula spēj nodrošināt enerģiju. Papildus enerģijai darbojas adenozīna trifosforskābe citas funkcijas:

• ir materiāls nukleīnskābju sintēzei;
• ir daļa no fermentiem un regulē ķīmiskos procesus, paātrinot vai palēninot to gaitu;
• ir starpnieks - pārraida signālu uz sinapsēm (kontakta vietām starp divām šūnu membrānām).

Ko mēs esam iemācījušies?

No 10. klases bioloģijas stundas uzzinājām par ATP – adenozīntrifosforskābes uzbūvi un funkcijām. ATP sastāv no adenīna, ribozes un trim fosforskābes atlikumiem. Hidrolīzes laikā tiek pārtrauktas fosfātu saites, kas atbrīvo organismu dzīvībai nepieciešamo enerģiju.

Tests par tēmu

Ziņojuma izvērtēšana

Vidējais vērtējums: 4.6. Kopējais saņemto vērtējumu skaits: 621.

ATP ir adenozīna trifosforskābes saīsinājums. Varat arī atrast nosaukumu Adenozīna trifosfāts. Šis ir nukleoīds, kam ir milzīga loma enerģijas apmaiņā organismā. Adenozīna trifosforskābe ir universāls enerģijas avots, kas iesaistīts visos ķermeņa bioķīmiskajos procesos. Šo molekulu 1929. gadā atklāja zinātnieks Karls Lohmans. Un tā nozīmi 1941. gadā apstiprināja Frics Lipmans.

ATP struktūra un formula

Ja mēs runājam par ATP sīkāk, tad šī ir molekula, kas nodrošina enerģiju visiem organismā notiekošajiem procesiem, ieskaitot enerģiju kustībām. Kad ATP molekula tiek sadalīta, muskuļu šķiedra saraujas, kā rezultātā atbrīvojas enerģija, kas ļauj notikt kontrakcijai. Adenozīna trifosfāts tiek sintezēts no inozīna dzīvā organismā.

Lai dotu ķermenim enerģiju, adenozīna trifosfātam ir jāiziet vairāki posmi. Pirmkārt, vienu no fosfātiem atdala, izmantojot īpašu koenzīmu. Katrs fosfāts nodrošina desmit kalorijas. Process ražo enerģiju un ražo ADP (adenozīndifosfātu).

Ja ķermeņa darbībai nepieciešams vairāk enerģijas, tad tiek atdalīts vēl viens fosfāts. Tad veidojas AMP (adenozīna monofosfāts). Galvenais adenozīna trifosfāta ražošanas avots ir glikoze; šūnā tā tiek sadalīta piruvātā un citozolā. Adenozīna trifosfāts aktivizē garās šķiedras, kas satur proteīnu miozīnu. Tas veido muskuļu šūnas.

Brīžos, kad ķermenis atpūšas, ķēde iet pretējā virzienā, t.i., veidojas adenozīna trifosforskābe. Atkal šiem nolūkiem tiek izmantota glikoze. Izveidotās adenozīna trifosfāta molekulas tiks izmantotas atkārtoti, tiklīdz būs nepieciešams. Kad enerģija nav vajadzīga, tā tiek uzkrāta organismā un atbrīvota, tiklīdz tā ir nepieciešama.

ATP molekula sastāv no vairākiem vai drīzāk trim komponentiem:

1. Riboze ir piecu oglekļa cukurs, kas veido DNS pamatu.
2. Adenīns ir apvienoti slāpekļa un oglekļa atomi.
3. Trifosfāts.

Adenozīna trifosfāta molekulas pašā centrā atrodas ribozes molekula, un tās mala ir galvenā adenozīnam. Ribozes otrā pusē ir trīs fosfātu ķēde.

ATP sistēmas

Tajā pašā laikā jums ir jāsaprot, ka ATP rezerves pietiks tikai pirmajās divās vai trīs fiziskās aktivitātes sekundēs, pēc kurām tā līmenis samazinās. Bet tajā pašā laikā muskuļu darbu var veikt tikai ar ATP palīdzību. Pateicoties īpašām sistēmām organismā, nepārtraukti tiek sintezētas jaunas ATP molekulas. Jaunu molekulu iekļaušana notiek atkarībā no slodzes ilguma.

ATP molekulas sintezē trīs galvenās bioķīmiskās sistēmas:

1. Fosfagēnu sistēma (kreatīna fosfāts).
2. Glikogēna un pienskābes sistēma.
3. Aerobā elpošana.

Apskatīsim katru no tiem atsevišķi.

Fosfagēnu sistēma- ja muskuļi strādā īsu laiku, bet ārkārtīgi intensīvi (apmēram 10 sekundes), tiks izmantota fosfagēnu sistēma. Šajā gadījumā ADP saistās ar kreatīna fosfātu. Pateicoties šai sistēmai, neliels daudzums adenozīna trifosfāta pastāvīgi tiek cirkulēts muskuļu šūnās. Tā kā pašās muskuļu šūnās ir arī kreatīna fosfāts, to izmanto, lai atjaunotu ATP līmeni pēc augstas intensitātes īsa darba. Taču jau desmit sekunžu laikā kreatīna fosfāta līmenis sāk pazemināties – ar šo enerģiju pietiek īsam skrējienam vai intensīvam spēka treniņam kultūrismā.

Glikogēns un pienskābe- piegādā ķermenim enerģiju lēnāk nekā iepriekšējais. Tas sintezē ATP, ar ko var pietikt pusotras minūtes intensīvam darbam. Šajā procesā glikoze muskuļu šūnās pārvēršas pienskābē anaerobā vielmaiņas ceļā.

Tā kā anaerobā stāvoklī skābekli organisms neizmanto, šī sistēma nodrošina enerģiju tāpat kā aerobā sistēmā, bet laiks tiek ietaupīts. Anaerobā režīmā muskuļi saraujas ārkārtīgi spēcīgi un ātri. Šāda sistēma var ļaut noskriet četrsimt metru vai ilgāku sprintu. intensīvs treniņš Hallē. Bet, ilgstoši strādājot šādā veidā, nebūs iespējams pieļaut muskuļu sāpes, kas parādās pienskābes pārpalikuma dēļ.

Aerobā elpošana- šī sistēma ieslēdzas, ja treniņš ilgst vairāk nekā divas minūtes. Tad muskuļi sāk saņemt adenozīna trifosfātu no ogļhidrātiem, taukiem un olbaltumvielām. Šajā gadījumā ATP tiek sintezēts lēni, bet enerģija ilgst ilgu laiku - fiziskā aktivitāte var ilgt vairākas stundas. Tas notiek tāpēc, ka glikoze sadalās bez šķēršļiem, tai nav nekādas pretdarbības no ārpuses – jo pienskābe traucē anaerobo procesu.

ATP loma organismā

No iepriekšējā apraksta ir skaidrs, ka adenozīna trifosfāta galvenā loma organismā ir nodrošināt enerģiju visiem daudzajiem bioķīmiskiem procesiem un reakcijām organismā. Lielākā daļa enerģiju patērējošo procesu dzīvās būtnēs notiek, pateicoties ATP.

Bet papildus šai galvenajai funkcijai adenozīna trifosfāts veic arī citas:

ATP loma cilvēka organismā un dzīvē ir labi zināms ne tikai zinātniekiem, bet arī daudziem sportistiem un kultūristiem, jo ​​tā izpratne palīdz padarīt treniņus efektīvākus un pareizi aprēķināt slodzes. Cilvēkiem, kas ir iesaistīti spēka treniņš sporta zālē, sprintā un citos sporta veidos ir ļoti svarīgi saprast, kādi vingrinājumi vienā vai otrā reizē ir jāveic. Pateicoties tam, var veidot vēlamo ķermeņa uzbūvi, trenēt muskuļu struktūru, samazināt lieko svaru un sasniegt citus vēlamos rezultātus.

Cilvēka ķermenī ir aptuveni 70 triljoni šūnu. Veselīgai augšanai katram no viņiem nepieciešami palīgi – vitamīni. Vitamīnu molekulas ir mazas, bet to trūkums vienmēr ir manāms. Ja grūti pielāgoties tumsai, nepieciešami A un B2 vitamīni, parādās blaugznas - nepietiek B12, B6, P, zilumi ilgstoši nedzīst - C vitamīna deficīts.Šajā nodarbībā uzzināsiet, kā un kur šūnā ir stratēģisks vitamīnu krājums, kā vitamīni aktivizē organismu, kā arī uzzini par ATP – galveno enerģijas avotu šūnā.

Tēma: Citoloģijas pamati

Nodarbība: ATP struktūra un funkcijas

Kā jūs atceraties, nukleīnskābessastāv no nukleotīdiem. Izrādījās, ka šūnā nukleotīdi var būt saistīti stāvoklī vai brīvā stāvoklī. Brīvā stāvoklī tie veic vairākas ķermeņa dzīvībai svarīgas funkcijas.

Tādiem brīvajiem nukleotīdi attiecas ATP molekula vai adenozīna trifosforskābe(adenozīna trifosfāts). Tāpat kā visi nukleotīdi, ATP sastāv no piecu oglekļa cukuru riboze, slāpekļa bāze - adenīns un atšķirībā no DNS un RNS nukleotīdiem, trīs fosforskābes atlikumi(1. att.).

Rīsi. 1. Trīs shematiski ATP attēlojumi

Svarīgākā ATP funkcija ir tas, ka tas ir universāls turētājs un nesējs enerģiju būrī.

Visas bioķīmiskās reakcijas šūnā, kurām nepieciešama enerģija, kā avotu izmanto ATP.

Kad tiek atdalīts viens fosforskābes atlikums, ATP iet iekšā ADF (adenozīna difosfāts). Ja tiek atdalīts cits fosforskābes atlikums (kas notiek īpašos gadījumos), ADF iet iekšā AMF(adenozīna monofosfāts) (2. att.).

Rīsi. 2. ATP hidrolīze un pārvēršana par ADP

Atdalot otro un trešo fosforskābes atlikumu, izdalās liels enerģijas daudzums, līdz 40 kJ. Tāpēc saiti starp šiem fosforskābes atlikumiem sauc par augstas enerģijas un apzīmē ar atbilstošo simbolu.

Hidrolizējot parasto saiti, tiek atbrīvots (vai absorbēts) neliels enerģijas daudzums, bet, hidrolizējot lielas enerģijas saiti, atbrīvojas daudz vairāk enerģijas (40 kJ). Saitei starp ribozi un pirmo fosforskābes atlikumu nav lielas enerģijas, tās hidrolīze atbrīvo tikai 14 kJ enerģijas.

Augstas enerģijas savienojumus var veidot arī, piemēram, uz citu nukleotīdu bāzes GTF(guanozīna trifosfāts) tiek izmantots kā enerģijas avots proteīnu biosintēzē, piedalās signālu transdukcijas reakcijās un ir substrāts RNS sintēzei transkripcijas laikā, bet ATP ir visizplatītākais un universālākais enerģijas avots šūnā.

ATP ietverts kā citoplazmā, tātad kodolā, mitohondrijās un hloroplastos.

Tādējādi mēs atcerējāmies, kas ir ATP, kādas ir tā funkcijas un kas ir makroerģiskā saite.

Vitamīni ir bioloģiski aktīvi organiski savienojumi, kas nelielos daudzumos ir nepieciešami dzīvībai svarīgo procesu uzturēšanai šūnā.

Tie nav dzīvās vielas strukturālie komponenti un netiek izmantoti kā enerģijas avots.

Lielākā daļa vitamīnu netiek sintezēti cilvēku un dzīvnieku organismā, bet nonāk ar pārtiku, dažus nelielos daudzumos sintezē zarnu mikroflora un audi (D vitamīnu sintezē āda).

Cilvēku un dzīvnieku nepieciešamība pēc vitamīniem nav vienāda un ir atkarīga no tādiem faktoriem kā dzimums, vecums, fizioloģiskais stāvoklis un vides apstākļi. Ne visiem dzīvniekiem ir nepieciešami daži vitamīni.

Piemēram, askorbīnskābe jeb C vitamīns ir būtisks cilvēkiem un citiem primātiem. Tajā pašā laikā tas tiek sintezēts rāpuļu ķermenī (jūrnieki ņēma bruņurupučus reisos, lai cīnītos pret skorbutu - C vitamīna deficītu).

gadā tika atklāti vitamīni XIX beigas gadsimtā, pateicoties krievu zinātnieku darbiem N. I. Luniņa Un V. Pašutina, kas parādīja, ka pareizam uzturam ir nepieciešama ne tikai olbaltumvielu, tauku un ogļhidrātu klātbūtne, bet arī dažas citas, tajā laikā nezināmas vielas.

1912. gadā poļu zinātnieks K. Funks(3. att.), pētot rīsu mizas sastāvdaļas, kas aizsargā pret Beri-Beri slimību (vitamīna B vitamīna deficītu), ierosināja, ka šo vielu sastāvā obligāti jāietver amīnu grupas. Tieši viņš ierosināja šīs vielas saukt par vitamīniem, tas ir, par dzīvības amīniem.

Vēlāk atklājās, ka daudzas no šīm vielām nesatur aminogrupas, taču termins vitamīni ir labi iesakņojies zinātnes un prakses valodā.

Atklājot atsevišķus vitamīnus, tie tika apzīmēti ar latīņu burtiem un nosaukti atkarībā no to veiktajām funkcijām. Piemēram, E vitamīnu sauca par tokoferolu (no sengrieķu τόκος - “dzemdības”, un φέρειν - “atnest”).

Mūsdienās vitamīnus iedala pēc to spējas šķīst ūdenī vai taukos.

Uz ūdenī šķīstošiem vitamīniem ietver vitamīnus H, C, P, IN.

Uz taukos šķīstošiem vitamīniem ietver A, D, E, K(var atcerēties kā vārdu: kedas) .

Kā jau minēts, vitamīnu nepieciešamība ir atkarīga no vecuma, dzimuma, ķermeņa fizioloģiskā stāvokļa un vides. Jaunībā ir skaidri izteikta vajadzība pēc vitamīniem. Arī novājinātam organismam nepieciešamas lielas šo vielu devas. Ar vecumu samazinās spēja uzņemt vitamīnus.

Vitamīnu nepieciešamību nosaka arī organisma spēja tos izmantot.

1912. gadā poļu zinātnieks Kazimirs Funks iegūts daļēji attīrīts B1 vitamīns – tiamīns – no rīsu sēnalām. Lai iegūtu šo vielu kristāliskā stāvoklī, bija nepieciešami vēl 15 gadi.

Kristālisks B1 vitamīns ir bezkrāsains, ar rūgtu garšu un labi šķīst ūdenī. Tiamīns ir atrodams gan augu, gan mikrobu šūnās. Īpaši daudz tas ir graudaugu kultūrās un raugā (4. att.).

Rīsi. 4. Tiamīns tablešu veidā un pārtikā

Termiskā apstrāde pārtikas produkti un dažādas piedevas iznīcina tiamīnu. Ar vitamīnu trūkumu, nervu, sirds un asinsvadu un gremošanas sistēmas. Vitamīnu trūkums izraisa ūdens metabolisma un hematopoētiskās funkcijas traucējumus. Viens no spilgtākajiem tiamīna deficīta piemēriem ir Beri-Beri slimības attīstība (5. att.).

Rīsi. 5. Persona, kas cieš no tiamīna deficīta - beriberi slimība

B1 vitamīnu plaši izmanto medicīnas praksē dažādu nervu slimību un sirds un asinsvadu slimību ārstēšanai.

Cepšanā tiamīnu kopā ar citiem vitamīniem – riboflavīnu un nikotīnskābi izmanto maizes izstrādājumu stiprināšanai.

1922. gadā G. Evans Un A. Bišo atklāja taukos šķīstošu vitamīnu, ko viņi sauca par tokoferolu vai E vitamīnu (burtiski: “veicina dzemdības”).

E vitamīns tīrā veidā ir eļļains šķidrums. Tas ir plaši izplatīts labības kultūrās, piemēram, kviešos. Daudz tā ir augu un dzīvnieku taukos (6. att.).

Rīsi. 6. Tokoferols un produkti, kas to satur

Daudz E vitamīna ir burkānos, olās un pienā. E vitamīns ir antioksidants, tas ir, tas aizsargā šūnas no patoloģiskas oksidācijas, kas izraisa novecošanos un nāvi. Tas ir "jaunības vitamīns". Vitamīnam ir liela nozīme reproduktīvajai sistēmai, tāpēc to bieži sauc par reproduktīvo vitamīnu.

Tā rezultātā E vitamīna deficīts, pirmkārt, izraisa embrioģenēzes un reproduktīvo orgānu darbības traucējumus.

E vitamīna ražošanas pamatā ir tā izdalīšana no kviešu dīgļiem, izmantojot spirta ekstrakcijas metodi un šķīdinātāju destilāciju zemā temperatūrā.

Medicīnas praksē tiek izmantotas gan dabiskās, gan sintētiskās narkotikas - tokoferola acetāts dārzeņu eļļa kapsulā (slavenā “zivju eļļa”).

E vitamīna preparātus izmanto kā antioksidantus radiācijas iedarbībai un citiem patoloģiskiem stāvokļiem, kas saistīti ar paaugstinātu jonizēto daļiņu un reaktīvo skābekļa sugu līmeni organismā.

Turklāt E vitamīns tiek parakstīts grūtniecēm un tiek lietots arī kompleksā terapija neauglības, muskuļu distrofijas un dažu aknu slimību ārstēšanai.

Tika atklāts A vitamīns (7. att.). N. Dramonds 1916. gadā.

Pirms šī atklājuma tika veikti novērojumi par taukos šķīstošā faktora klātbūtni pārtikā, kas nepieciešams lauksaimniecības dzīvnieku pilnīgai attīstībai.

Ne velti A vitamīns ieņem pirmo vietu vitamīnu alfabētā. Tas piedalās gandrīz visos dzīves procesos. Šis vitamīns ir nepieciešams, lai atjaunotu un uzturētu labu redzi.

Tas arī palīdz attīstīt imunitāti pret daudzām slimībām, tostarp saaukstēšanos.

Bez A vitamīna veselīgs ādas epitēlijs nav iespējams. Ja jums ir zosu izciļņi, kas visbiežāk parādās uz elkoņiem, gurniem, ceļiem, kājām, sausa roku āda vai citas līdzīgas parādības, tas nozīmē, ka jums trūkst A vitamīna.

A vitamīns, tāpat kā E vitamīns, ir nepieciešams normālai dzimumdziedzeru (gonādu) darbībai. A vitamīna hipovitaminoze izraisa reproduktīvās sistēmas un elpošanas orgānu bojājumus.

Viena no īpašajām A vitamīna trūkuma sekām ir redzes procesa pārkāpums, jo īpaši acu spēju pielāgoties tumšajiem apstākļiem samazināšanās - nakts aklums. Vitamīnu trūkums izraisa kseroftalmiju un radzenes iznīcināšanu. Pēdējais process ir neatgriezenisks, un to raksturo pilnīgs redzes zudums. Hipervitaminoze izraisa acu iekaisumu un matu izkrišanu, apetītes zudumu un pilnīgu organisma izsīkumu.

Rīsi. 7. A vitamīns un pārtikas produkti, kas to satur

A grupas vitamīni galvenokārt atrodami dzīvnieku izcelsmes produktos: aknās, zivju eļļā, eļļā, olās (8. att.).

Rīsi. 8. A vitamīna saturs augu un dzīvnieku izcelsmes pārtikas produktos

Produktos augu izcelsme satur karotinoīdus, kas cilvēka organismā enzīma karotināzes ietekmē pārvēršas par A vitamīnu.

Tādējādi jūs šodien iepazināties ar ATP uzbūvi un funkcijām, kā arī atcerējāties vitamīnu nozīmi un uzzinājāt, kā daži no tiem ir iesaistīti dzīvībai svarīgos procesos.

Ar nepietiekamu vitamīnu uzņemšanu organismā attīstās primārais vitamīnu deficīts. Dažādi pārtikas produkti satur dažādus vitamīnu daudzumus.

Piemēram, burkānos ir daudz A provitamīna (karotīna), kāpostos ir C vitamīns utt. Līdz ar to ir nepieciešams sabalansēts uzturs, iekļaujot dažādus augu un dzīvnieku izcelsmes pārtikas produktus.

Avitaminoze normālos uztura apstākļos tas ir ļoti reti, daudz biežāk hipovitaminoze, kas ir saistīti ar nepietiekamu vitamīnu uzņemšanu ar pārtiku.

Hipovitaminoze var rasties ne tikai nesabalansēta uztura rezultātā, bet arī dažādu kuņģa-zarnu trakta vai aknu patoloģiju rezultātā, vai dažādu endokrīno vai. infekcijas slimības kas izraisa vitamīnu uzsūkšanās traucējumus organismā.

Dažus vitamīnus ražo zarnu mikroflora (zarnu mikrobiota). Biosintētisko procesu nomākšana darbības rezultātā antibiotikas var izraisīt arī attīstību hipovitaminoze, kā sekas disbakterioze.

Pārmērīga uztura vitamīnu piedevu lietošana, kā arī zāles satur vitamīnus, noved pie patoloģiska stāvokļa rašanās - hipervitaminoze. Īpaši tas attiecas uz taukos šķīstošiem vitamīniem, piemēram A, D, E, K.

Mājasdarbs

1. Kādas vielas sauc par bioloģiski aktīvām?

2. Kas ir ATP? Kas ir īpašs ATP molekulas struktūrā? Kādi ķīmisko saišu veidi pastāv šajā sarežģītajā molekulā?

3. Kādas ir ATP funkcijas dzīvo organismu šūnās?

4. Kur notiek ATP sintēze? Kur notiek ATP hidrolīze?

5. Kas ir vitamīni? Kādas ir viņu funkcijas organismā?

6. Kā vitamīni atšķiras no hormoniem?

7. Kādas vitamīnu klasifikācijas jūs zināt?

8. Kas ir vitamīnu deficīts, hipovitaminoze un hipervitaminoze? Sniedziet šo parādību piemērus.

9. Kādas slimības var būt organisma nepietiekamas vai pārmērīgas vitamīnu uzņemšanas sekas?

10. Pārrunājiet savu ēdienkarti ar draugiem un radiem, aprēķiniet, izmantojot papildu informāciju par vitamīnu saturu dažādos pārtikas produktos, vai uzņemat pietiekami daudz vitamīnu.

1. Vienots digitālo izglītības resursu krājums ().

2. Vienots digitālo izglītības resursu krājums ().

3. Vienots digitālo izglītības resursu krājums ().

Bibliogrāfija

1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Vispārīgā bioloģija 10-11 klase Bustard, 2005. g.

2. Beļajevs D.K.Bioloģija 10-11 kl. Vispārējā bioloģija. Pamata līmenis. - 11. izd., stereotips. - M.: Izglītība, 2012. - 304 lpp.

3. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazovs V. I. Bioloģija 10-11 kl. Vispārējā bioloģija. Pamata līmenis. - 6. izdevums, pievienot. - Bustards, 2010. - 384 lpp.