بيت التدفئة هيكل جزيء ATP. ATP في الحقن: تعليمات للاستخدام. الفسفرة التأكسدية هي واحدة من أهم مكونات التنفس الخلوي، مما يؤدي إلى إنتاج الطاقة في شكل ATP. ركائز الفسفرة التأكسدية هي منتجات

التدفئة

هيكل جزيء ATP. ATP في الحقن: تعليمات للاستخدام. الفسفرة التأكسدية هي واحدة من أهم مكونات التنفس الخلوي، مما يؤدي إلى إنتاج الطاقة في شكل ATP. ركائز الفسفرة التأكسدية هي منتجات

هناك حوالي 70 تريليون خلية في جسم الإنسان. للنمو الصحي، يحتاج كل واحد منهم إلى مساعدين - الفيتامينات. جزيئات الفيتامينات صغيرة، لكن نقصها يكون ملحوظا دائما. إذا كان من الصعب التكيف مع الظلام، فأنت بحاجة إلى الفيتامينات A و B2، وتظهر قشرة الرأس - لا يوجد ما يكفي من B12، B6، P، الكدمات لا تشفى لفترة طويلة - نقص فيتامين C. في هذا الدرس سوف تتعلم كيف وأين يوجد مخزون استراتيجي من الفيتامينات في الخلية، وكيف تنشط الفيتامينات الجسم، وتعرف أيضًا على ATP - المصدر الرئيسي للطاقة في الخلية.

الموضوع: أساسيات علم الخلايا

الدرس: هيكل ووظائف ATP

كما تتذكر، احماض نوويةتتكون من النيوكليوتيدات. اتضح أنه في الخلية يمكن أن تكون النيوكليوتيدات في حالة مرتبطة أو في حالة حرة. في حالة حرة، يقومون بعدد من الوظائف المهمة لحياة الجسم.

لمثل هؤلاء الأحرار النيوكليوتيداتينطبق جزيء ATPأو حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك(أدينوسين ثلاثي الفوسفات). مثل جميع النيوكليوتيدات، يتكون ATP من سكر خماسي الكربون - الريبوز، قاعدة نيتروجينية - الأدينينوعلى عكس نيوكليوتيدات DNA وRNA، ثلاثة بقايا حمض الفوسفوريك(رسم بياني 1).

أرز. 1. ثلاثة تمثيلات تخطيطية لـ ATP

الأكثر أهمية وظيفة اعبي التنس المحترفينهو أنه حارس وناقل عالمي طاقةفي قفص.

جميع التفاعلات الكيميائية الحيوية في الخلية التي تتطلب الطاقة تستخدم ATP كمصدر لها.

عندما يتم فصل بقايا حمض الفوسفوريك، اعبي التنس المحترفينيدخل وحدة التغذية التلقائية للمستندات (ثنائي فوسفات الأدينوزين). إذا تم فصل بقايا أخرى من حمض الفوسفوريك (وهذا ما يحدث في حالات خاصة)، وحدة التغذية التلقائية للمستنداتيدخل صندوق النقد العربي(أحادي فوسفات الأدينوزين) (الشكل 2).

أرز. 2. التحلل المائي للـ ATP وتحويله إلى ADP

عند فصل البقايا الثانية والثالثة من حمض الفوسفوريك، يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة تصل إلى 40 كيلوجول. ولهذا السبب يُطلق على الرابطة بين بقايا حمض الفوسفوريك اسم الطاقة العالية ويُشار إليها بالرمز المقابل.

عندما يتم التحلل المائي لرابطة عادية، يتم إطلاق (أو امتصاص) كمية صغيرة من الطاقة، ولكن عندما يتم التحلل المائي لرابطة عالية الطاقة، يتم إطلاق طاقة أكثر بكثير (40 كيلوجول). الرابطة بين الريبوز وبقايا حمض الفوسفوريك الأولى ليست ذات طاقة عالية، حيث يطلق التحلل المائي الخاص بها 14 كيلوجول فقط من الطاقة.

ويمكن أيضًا تكوين مركبات عالية الطاقة على أساس النيوكليوتيدات الأخرى، على سبيل المثال جي تي إف(جوانوسين ثلاثي الفوسفات) يستخدم كمصدر للطاقة في التخليق الحيوي للبروتين، ويشارك في تفاعلات نقل الإشارة، وهو ركيزة لتخليق الحمض النووي الريبي (RNA) أثناء النسخ، ولكن ATP هو مصدر الطاقة الأكثر شيوعًا وعالميًا في الخلية.

اعبي التنس المحترفينالواردة كما في السيتوبلازم، لذا في النواة والميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء.

وهكذا، تذكرنا ما هو ATP، وما هي وظائفه، وما هي الرابطة الكلية.

الفيتامينات هي مركبات عضوية نشطة بيولوجيا، بكميات صغيرة، ضرورية للحفاظ على العمليات الحيوية في الخلية.

وهي ليست مكونات هيكلية للمادة الحية، ولا تستخدم كمصدر للطاقة.

لا يتم تصنيع معظم الفيتامينات في جسم الإنسان والحيوان، ولكنها تدخله مع الطعام، ويتم تصنيع بعضها بكميات صغيرة عن طريق البكتيريا والأنسجة المعوية (يتم تصنيع فيتامين د عن طريق الجلد).

إن حاجة الإنسان والحيوان إلى الفيتامينات ليست هي نفسها وتعتمد على عوامل مثل الجنس والعمر والحالة الفسيولوجية والظروف البيئية. ليست كل الحيوانات تحتاج إلى بعض الفيتامينات.

على سبيل المثال، حمض الأسكوربيك، أو فيتامين C، ضروري للإنسان والرئيسيات الأخرى. وفي الوقت نفسه، يتم تصنيعه في جسم الزواحف (أخذ البحارة السلاحف في رحلات لمكافحة الاسقربوط - نقص فيتامين سي).

تم اكتشاف الفيتامينات في نهاية القرن التاسع عشر بفضل عمل العلماء الروس إن آي لونيناو في. باشوتينا،مما أظهر أنه من الضروري للتغذية السليمة ليس فقط وجود البروتينات والدهون والكربوهيدرات، ولكن أيضًا بعض المواد الأخرى غير المعروفة في ذلك الوقت.

في عام 1912، عالم بولندي ك.فونك(الشكل 3)، أثناء دراسة مكونات قشر الأرز، الذي يحمي من مرض البري بيري (نقص فيتامين ب)، اقترح أن تكوين هذه المواد يجب أن يشمل بالضرورة مجموعات الأمين. وهو الذي اقترح تسمية هذه المواد بالفيتامينات، أي أمينات الحياة.

وفي وقت لاحق تبين أن العديد من هذه المواد لا تحتوي على مجموعات أمينية، ولكن مصطلح الفيتامينات قد ترسخ بشكل جيد في لغة العلم والممارسة.

عندما تم اكتشاف الفيتامينات الفردية، تم تحديدها بأحرف لاتينية وتم تسميتها اعتمادًا على الوظائف التي تؤديها. على سبيل المثال، كان يسمى فيتامين E توكوفيرول (من اليونانية القديمة τόκος - "الولادة"، و φέρειν - "لإحضار").

واليوم تنقسم الفيتامينات حسب قدرتها على الذوبان في الماء أو الدهون.

إلى الفيتامينات القابلة للذوبان في الماءتشمل الفيتامينات ح, ج, ص، في.

إلى الفيتامينات التي تذوب في الدهونيشمل أ, د, ه, ك(يمكن تذكرها ككلمة: حذاء رياضة) .

كما سبق ذكره، فإن الحاجة إلى الفيتامينات تعتمد على العمر والجنس والحالة الفسيولوجية للجسم والبيئة. في سن مبكرة، هناك حاجة واضحة للفيتامينات. ويتطلب الجسم الضعيف أيضًا جرعات كبيرة من هذه المواد. مع التقدم في السن، تقل القدرة على امتصاص الفيتامينات.

يتم تحديد الحاجة إلى الفيتامينات أيضًا من خلال قدرة الجسم على الاستفادة منها.

في عام 1912، عالم بولندي كازيمير فونكتم الحصول على فيتامين ب1 المنقى جزئيًا - الثيامين - من قشور الأرز. استغرق الأمر 15 عامًا أخرى للحصول على هذه المادة في حالة بلورية.

فيتامين ب1 البلوري عديم اللون، وله طعم مرير، وقابل للذوبان بدرجة عالية في الماء. تم العثور على الثيامين في كل من الخلايا النباتية والميكروبية. وهو متوفر بشكل خاص في محاصيل الحبوب والخميرة (الشكل 4).

أرز. 4. الثيامين على شكل أقراص وفي الطعام

المعالجة الحرارية للأطعمة والمواد المضافة المختلفة تدمر الثيامين. مع نقص الفيتامينات، لوحظت أمراض الجهاز العصبي والقلب والأوعية الدموية والجهاز الهضمي. يؤدي نقص الفيتامينات إلى تعطيل استقلاب الماء ووظيفة المكونة للدم. أحد الأمثلة الصارخة لنقص الثيامين هو تطور مرض بيري بيري (الشكل 5).

أرز. 5. الشخص الذي يعاني من نقص الثيامين – مرض البري بري

يستخدم فيتامين ب 1 على نطاق واسع في الممارسة الطبية لعلاج الأمراض العصبية المختلفة واضطرابات القلب والأوعية الدموية.

في الخبز، يستخدم الثيامين، مع الفيتامينات الأخرى - الريبوفلافين وحمض النيكوتينيك، لتحصين المخبوزات.

في عام 1922 جي إيفانزو أ. بيشواكتشفوا فيتامينًا قابلاً للذوبان في الدهون، أطلقوا عليه اسم توكوفيرول أو فيتامين هـ (حرفيًا: "تعزيز الولادة").

فيتامين E في شكله النقي هو سائل زيتي. ينتشر على نطاق واسع في محاصيل الحبوب مثل القمح. يوجد الكثير منها في الدهون النباتية والحيوانية (الشكل 6).

أرز. 6. توكوفيرول والمنتجات التي تحتوي عليه

يوجد الكثير من فيتامين E في الجزر والبيض والحليب. فيتامين ه هو مضادات الأكسدةأي أنه يحمي الخلايا من الأكسدة المرضية التي تؤدي إلى الشيخوخة والموت. إنه "فيتامين الشباب". وللفيتامين أهمية كبيرة للجهاز التناسلي، ولهذا يطلق عليه غالباً فيتامين التكاثر.

ونتيجة لذلك، يؤدي نقص فيتامين E، في المقام الأول، إلى تعطيل تكوين الجنين وعمل الأعضاء التناسلية.

يعتمد إنتاج فيتامين E على عزله من جنين القمح بطريقة استخلاص الكحول وتقطير المذيبات عند درجات حرارة منخفضة.

في الممارسة الطبية، يتم استخدام كل من الأدوية الطبيعية والاصطناعية - خلات توكوفيرول في الزيت النباتي، المغلقة في كبسولة ("زيت السمك" الشهير).

تُستخدم مستحضرات فيتامين هـ كمضادات للأكسدة عند التعرض للإشعاع والحالات المرضية الأخرى المرتبطة بزيادة مستويات الجسيمات المتأينة وأنواع الأكسجين التفاعلية في الجسم.

بالإضافة إلى ذلك، يوصف فيتامين E للنساء الحوامل، ويستخدم أيضًا في العلاج المعقد لعلاج العقم وضمور العضلات وبعض أمراض الكبد.

تم اكتشاف فيتامين أ (الشكل 7). ن. دروموندفي عام 1916.

وقد سبق هذا الاكتشاف ملاحظات على وجود عامل قابل للذوبان في الدهون في الغذاء، وهو أمر ضروري للنمو الكامل لحيوانات المزرعة.

ليس من قبيل الصدفة أن يحتل فيتامين أ المركز الأول في أبجدية الفيتامينات. يشارك في جميع عمليات الحياة تقريبًا. هذا الفيتامين ضروري لاستعادة والحفاظ على الرؤية الجيدة.

كما أنه يساعد على تطوير المناعة ضد العديد من الأمراض، بما في ذلك نزلات البرد.

بدون فيتامين أ، تكون ظهارة الجلد الصحية مستحيلة. إذا كان لديك قشعريرة، والتي تظهر غالبًا على المرفقين أو الوركين أو الركبتين أو الساقين، أو جفاف الجلد على يديك، أو غيرها من الظواهر المماثلة، فهذا يعني أنك تفتقر إلى فيتامين أ.

فيتامين أ، مثل فيتامين هـ، ضروري للعمل الطبيعي للغدد الجنسية (الغدد التناسلية). نقص فيتامين (أ) يسبب ضررا للجهاز التناسلي والجهاز التنفسي.

إحدى العواقب المحددة لنقص فيتامين أ هي انتهاك عملية الرؤية، وخاصة انخفاض قدرة العين على التكيف مع الظروف المظلمة. العمى الليلي. يؤدي نقص الفيتامينات إلى جفاف الملتحمة وتدمير القرنية. العملية الأخيرة لا رجعة فيها وتتميز بفقدان كامل للرؤية. يؤدي فرط الفيتامين إلى التهاب العينين وتساقط الشعر وفقدان الشهية والإرهاق التام للجسم.

أرز. 7. فيتامين أ والأطعمة التي تحتوي عليه

توجد فيتامينات المجموعة أ بشكل أساسي في المنتجات ذات الأصل الحيواني: الكبد وزيت السمك والزيت والبيض (الشكل 8).

أرز. 8. محتوى فيتامين أ في الأطعمة ذات الأصل النباتي والحيواني

تحتوي المنتجات ذات الأصل النباتي على الكاروتينات التي يتم تحويلها إلى فيتامين أ في جسم الإنسان تحت تأثير إنزيم كاروتيناز.

وهكذا، تعرفت اليوم على بنية ووظائف ATP، وتذكرت أيضًا أهمية الفيتامينات واكتشفت مدى مشاركة بعضها في العمليات الحيوية.

مع عدم كفاية تناول الفيتامينات في الجسم، يتطور نقص الفيتامينات الأولية. تحتوي الأطعمة المختلفة على كميات مختلفة من الفيتامينات.

على سبيل المثال، يحتوي الجزر على الكثير من بروفيتامين أ (كاروتين)، ويحتوي الملفوف على فيتامين ج، وما إلى ذلك. ومن هنا الحاجة إلى اتباع نظام غذائي متوازن، بما في ذلك مجموعة متنوعة من الأطعمة ذات الأصل النباتي والحيواني.

نقص الفيتاميناتفي ظل الظروف الغذائية العادية، يكون نادرًا جدًا، وأكثر شيوعًا نقص الفيتامينوالتي ترتبط بعدم تناول كمية كافية من الفيتامينات من الطعام.

نقص الفيتامينقد يحدث ليس فقط نتيجة لنظام غذائي غير متوازن، ولكن أيضا نتيجة لأمراض مختلفة في الجهاز الهضمي أو الكبد، أو نتيجة لمختلف أمراض الغدد الصماء أو الأمراض المعدية التي تؤدي إلى ضعف امتصاص الفيتامينات في الجسم.

يتم إنتاج بعض الفيتامينات عن طريق البكتيريا المعوية (ميكروبيوتا الأمعاء). قمع عمليات التخليق الحيوي نتيجة للعمل مضادات حيويةقد يؤدي أيضا إلى التنمية نقص الفيتامين، نتيجة دسباقتريوز.

الإفراط في تناول مكملات الفيتامينات الغذائية وكذلك الأدوية التي تحتوي على فيتامينات يؤدي إلى حدوث حالة مرضية - فرط الفيتامين. وهذا ينطبق بشكل خاص على الفيتامينات التي تذوب في الدهون، مثل أ, د, ه, ك.

العمل في المنزل

1. ما هي المواد التي تسمى نشطة بيولوجيا؟

2. ما هو الـATP؟ ما الذي يميز بنية جزيء ATP؟ ما أنواع الروابط الكيميائية الموجودة في هذا الجزيء المعقد؟

3. ما هي وظائف ATP في خلايا الكائنات الحية؟

4. أين يحدث تركيب ATP؟ أين يحدث التحلل المائي ATP؟

5. ما هي الفيتامينات؟ وما هي وظائفهم في الجسم؟

6. كيف تختلف الفيتامينات عن الهرمونات؟

7. ما هي تصنيفات الفيتامينات التي تعرفها؟

8. ما هو نقص الفيتامينات ونقص الفيتامين وفرط الفيتامين؟ أعط أمثلة على هذه الظواهر.

9. ما هي الأمراض التي يمكن أن تكون نتيجة لعدم كفاية أو الإفراط في تناول الفيتامينات في الجسم؟

10. ناقش قائمتك مع الأصدقاء والأقارب، واحسب باستخدام معلومات إضافية حول محتوى الفيتامينات في الأطعمة المختلفة، ما إذا كنت تحصل على ما يكفي من الفيتامينات.

1. المجموعة الموحدة للمصادر التعليمية الرقمية ().

2. المجموعة الموحدة للمصادر التعليمية الرقمية ().

3. المجموعة الموحدة للمصادر التعليمية الرقمية ().

فهرس

1. Kamensky A. A.، Kriksunov E. A.، Pasechnik V. V. علم الأحياء العام 10-11 الصف بوستارد، 2005.

2. بيليايف د.ك. علم الأحياء الصف 10-11. علم الأحياء العام. مستوى أساسي من. - الطبعة الحادية عشرة، الصورة النمطية. - م: التربية، 2012. - 304 ص.

3. Agafonova I. B.، Zakharova E. T.، Sivoglazov V. I. علم الأحياء الصف 10-11. علم الأحياء العام. مستوى أساسي من. - الطبعة السادسة، إضافة. - حبارى، 2010. - 384 ص.

أحادي فوسفات الأدينوزين الحلقي (CAMP)- أحد مشتقات ATP الذي يعمل كرسول ثانٍ في الجسم، ويستخدم للتوزيع داخل الخلايا لإشارات هرمونات معينة (على سبيل المثال، الجلوكاجون أو الأدرينالين) التي لا يمكنها المرور عبر غشاء الخلية. يحول عددًا من البروتينات الخاملة إلى إنزيمات (كينازات البروتين المعتمدة على المعسكر)، والتي يحدث تحت تأثيرها عدد من التفاعلات الكيميائية الحيوية. ردود الفعل (توصيل النبضات العصبية).

يتم تحفيز إنتاج cAMP الأدرينالين.

غوانوزين أحادي الفوسفات الحلقي (cGMP) هو شكل دوري من النوكليوتيدات يتكون من غوانوزين ثلاثي الفوسفات (GTP) بواسطة إنزيم جوانيلات سيكلاز. يتم تحفيز التعليم أستيل كولين.

· يشارك cGMP في تنظيم العمليات البيوكيميائية في الخلايا الحية كرسول ثانوي (الرسول الثاني). ومن المميزات أن العديد من تأثيرات cGMP تتعارض مباشرة مع cAMP.

· يقوم cGMP بتنشيط إنزيم G-kinase وphosphodiesterase، الذي يعمل على تحلل cAMP.

· يشارك cGMP في تنظيم دورة الخلية. يعتمد اختيار الخلية على نسبة cAMP/cGMP: توقف عن الانقسام (توقف في مرحلة G0) أو استمر، وانتقل إلى مرحلة G1.

· يحفز cGMP تكاثر الخلايا (الانقسام)، ويمنع cAMP

أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP)- نيوكليوتيد يتكون من قاعدة نيتروجينية الأدينين، وريبوز السكر الخماسي الكربون، وثلاث بقايا حمض الفوسفوريك.ترتبط مجموعات الفوسفات في جزيء ATP ببعضها البعض عالية الطاقة (ماكرورجيك)روابط. الروابط بين مجموعات الفوسفات ليست قوية جدًا، وعندما تنكسر، يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة. نتيجة للانقسام المائي لمجموعة الفوسفات من ATP، يتم تشكيل حمض الأدينوزين ثنائي الفوسفوريك (ADP) ويتم إطلاق جزء من الطاقة.

· جنبا إلى جنب مع نوكليوزيد ثلاثي الفوسفات الأخرى، يعد ATP المنتج الأولي في تخليق الأحماض النووية.

· يلعب ATP دورًا مهمًا في تنظيم العديد من العمليات البيوكيميائية. كونه مؤثرًا تفارغيًا لعدد من الإنزيمات، فإن ATP، الذي ينضم إلى مراكزها التنظيمية، يعزز أو يثبط نشاطها.

· يعتبر ATP أيضًا مقدمة مباشرة لتخليق أحادي فوسفات الأدينوزين الحلقي، وهو رسول ثانوي لنقل الإشارات الهرمونية إلى الخلية.

· ومن المعروف أيضا دور ATP كوسيط في المشابك العصبية وكمادة إشارة في التفاعلات الأخرى بين الخلايا

أدينوسين ثنائي الفوسفات (ADP)- يتكون من النيوكليوتيدات من الأدينين والريبوز واثنين من بقايا حمض الفوسفوريك.يشارك ADP في استقلاب الطاقة في جميع الكائنات الحية، ويتكون ATP منه عن طريق الفسفرة:

ADP + H3PO4 + الطاقة → ATP + H2O.

يشكل الفسفرة الدورية لـ ADP والاستخدام اللاحق لـ ATP كمصدر للطاقة عملية تمثل جوهر استقلاب الطاقة (التقويض).

FAD - فلافين أدينين ثنائي النوكليوتيد- أنزيم يشارك في العديد من عمليات الأكسدة والاختزال البيوكيميائية. يوجد FAD في شكلين - مؤكسد ومختزل، ووظيفته البيوكيميائية، كقاعدة عامة، هي الانتقال بين هذه الأشكال.

نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD) -يتكون الدينوكليوتيد من نيوكليوتيدتين متصلتين بمجموعات الفوسفات الخاصة بهما. يحتوي أحد النيوكليوتيدات على الأدينين كقاعدة نيتروجينية، بينما يحتوي الآخر على النيكوتيناميد. يوجد ثنائي نيوكليوتيد النيكوتيناميد الأدينين في شكلين: مؤكسد (NAD) ومخفض (NADH).

· في عملية التمثيل الغذائي، يشارك NAD في تفاعلات الأكسدة والاختزال، حيث ينقل الإلكترونات من تفاعل إلى آخر. وهكذا، في الخلايا، يوجد NAD في حالتين وظيفيتين: شكله المؤكسد، NAD+، هو عامل مؤكسد ويأخذ الإلكترونات من جزيء آخر، ويتم اختزاله إلى NADH، الذي يعمل بعد ذلك كعامل اختزال ويتبرع بالإلكترونات.

· 1. استقلاب البروتينات والدهون والكربوهيدرات. نظرًا لأن NAD وNADP يعملان كأنزيمات مساعدة لمعظم إنزيمات الهيدروجين، فإنهما يشاركان في التفاعلات

أثناء تخليق وأكسدة الأحماض الدهنية ،

أثناء تركيب الكولسترول،

تبادل حمض الجلوتاميك والأحماض الأمينية الأخرى،

استقلاب الكربوهيدرات: مسار فوسفات البنتوز، تحلل السكر،

نزع الكربوكسيل التأكسدي لحمض البيروفيك ،

دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل.

· 2. يقوم NADH بوظيفة تنظيمية لأنه مثبط لبعض تفاعلات الأكسدة، على سبيل المثال، في دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل.

3. حماية المعلومات الوراثية - NAD هو ركيزة من الريبوزيل متعدد ADP في عملية كسر الكروموسومات المتقاطعة وإصلاح الحمض النووي، مما يبطئ تنخر الخلايا وموت الخلايا المبرمج.

· 4. الحماية ضد الجذور الحرة - NADPH هو عنصر أساسي في نظام مضادات الأكسدة في الخلية.

أساس جميع العمليات الحية هو الحركة الذرية الجزيئية. كل من عملية التنفس والتطور والانقسام الخلوي مستحيلان بدون الطاقة. مصدر إمدادات الطاقة هو ATP، وسيتم مناقشة ما هو وكيف يتم تشكيله أدناه.

قبل دراسة مفهوم ATP، من الضروري فك شفرته. ويعني هذا المصطلح نوكليوزيد ثلاثي الفوسفات، وهو ضروري لعملية استقلاب الطاقة والمواد في الجسم.

هذا مصدر طاقة فريد يقوم عليه العمليات البيوكيميائية.هذا المركب أساسي للتكوين الأنزيمي.

تم اكتشاف ATP في جامعة هارفارد في عام 1929. المؤسسون كانوا علماء من كلية الطب بجامعة هارفارد. ومن بين هؤلاء كارل لوهمان، وسيروس فيسك، وييلابراجادا سوباراو. وحددوا مركبًا يشبه تركيبه نيوكليوتيد الأدينيل الموجود في الأحماض النووية الريبية.

ومن السمات المميزة للمركب محتوى ثلاثة بقايا من حمض الفوسفوريك بدلاً من واحد. في عام 1941، أثبت العالم فريتز ليبمان أن ATP لديه طاقة محتملة داخل الخلية. وبعد ذلك، تم اكتشاف إنزيم رئيسي يسمى ATP سينسيز. وتتمثل مهمتها في تكوين جزيئات حمضية في الميتوكوندريا.

ATP هو تراكم الطاقة في بيولوجيا الخلية وهو ضروري للتنفيذ الناجح للتفاعلات الكيميائية الحيوية.

تشير بيولوجيا حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك إلى تكوينه نتيجة لاستقلاب الطاقة. تتكون العملية من تكوين جزيئين في المرحلة الثانية. تظهر الجزيئات الـ 36 المتبقية في المرحلة الثالثة.

يحدث تراكم الطاقة في البنية الحمضية في الجزء المتصل بين بقايا الفوسفور. في حالة انفصال 1 بقايا فوسفور، يحدث إطلاق طاقة قدره 40 كيلوجول.

ونتيجة لذلك، يتم تحويل الحمض إلى ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP). يؤدي تجريد الفوسفات اللاحق إلى تعزيز ظهور أحادي فوسفات الأدينوزين (AMP).

وتجدر الإشارة إلى أن دورة النبات تتضمن إعادة استخدام AMP وADP، مما يؤدي إلى اختزال هذه المركبات إلى الحالة الحمضية. يتم ضمان ذلك من خلال هذه العملية.

بناء

يمكن الكشف عن جوهر المركب بعد دراسة المركبات التي تشكل جزءًا من جزيء ATP.

ما هي المركبات المدرجة في الحمض:

3 بقايا حمض الفوسفوريك. تتحد البقايا الحمضية مع بعضها البعض من خلال روابط حيوية ذات طبيعة غير مستقرة. ويوجد أيضاً تحت اسم حمض الفوسفوريك؛
الأدينين: عبارة عن قاعدة نيتروجينية؛
الريبوز: هو كربوهيدرات البنتوز.

إن إدراج هذه العناصر في ATP يمنحه بنية النيوكليوتيدات. وهذا يسمح بتصنيف الجزيء على أنه حمض نووي.

مهم!نتيجة لانقسام الجزيئات الحمضية، يتم إطلاق الطاقة. يحتوي جزيء ATP على 40 كيلوجول من الطاقة.

تعليم

يحدث تكوين الجزيء في الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء. النقطة الأساسية في التركيب الجزيئي للحمض هي عملية التفكك. التماثل هو عملية انتقال مركب معقد إلى مركب بسيط نسبيًا بسبب التدمير.

في إطار تخليق الحمض، من المعتاد التمييز بين عدة مراحل:

تحضيري. أساس الانقسام هو عملية الهضم، التي يضمنها العمل الأنزيمي. الطعام الذي يدخل الجسم يتعرض للتحلل. يحدث تحلل الدهون إلى أحماض دهنية وجلسرين. تتحلل البروتينات إلى أحماض أمينية، والنشا إلى تكوين الجلوكوز. المرحلة مصحوبة بإطلاق الطاقة الحرارية.
نقص الأكسجين، أو تحلل السكر. لأنه يقوم على عملية الاضمحلال. يحدث انهيار الجلوكوز بمشاركة الإنزيمات، في حين يتم تحويل 60٪ من الطاقة المنطلقة إلى حرارة، ويبقى الباقي في الجزيء.
الأكسجين، أو التحلل المائي. يحدث داخل الميتوكوندريا. يحدث بمساعدة الأكسجين والإنزيمات. ويشارك الأكسجين الذي يخرجه الجسم. تنتهي كاملة. يتضمن إطلاق الطاقة لتكوين جزيء.

توجد المسارات التالية للتكوين الجزيئي:

الفسفرة ذات طبيعة الركيزة. على أساس طاقة المواد الناتجة عن الأكسدة. يتكون الجزء السائد من الجزيء في الميتوكوندريا على الأغشية. يتم تنفيذه دون مشاركة إنزيمات الغشاء. يحدث في الجزء السيتوبلازمي من خلال تحلل السكر. يُسمح بخيار التكوين بسبب نقل مجموعة الفوسفات من مركبات أخرى عالية الطاقة.
الفسفرة التأكسدية. يحدث نتيجة لتفاعل الأكسدة.
الفسفرة الضوئية في النباتات أثناء عملية التمثيل الضوئي.

معنى

يتم الكشف عن الأهمية الأساسية للجزيء بالنسبة للجسم من خلال الوظيفة التي يؤديها ATP.

تتضمن وظيفة ATP الفئات التالية:

طاقة. يزود الجسم بالطاقة ويعتبر أساس الطاقة للعمليات والتفاعلات البيوكيميائية الفسيولوجية. يحدث بسبب 2 روابط عالية الطاقة. يتضمن تقلص العضلات، وتشكيل إمكانات الغشاء، وضمان النقل الجزيئي عبر الأغشية.
أساس التوليف. ويعتبر المركب الأولي للتكوين اللاحق للأحماض النووية.
تنظيمية. وهو الأساس لتنظيم معظم العمليات البيوكيميائية. يتم توفيره من خلال الانتماء إلى مؤثر تفارغي من السلسلة الأنزيمية. يؤثر على نشاط المراكز التنظيمية من خلال تعزيزها أو قمعها.
وسيط. ويعتبر حلقة ثانوية في نقل الإشارات الهرمونية إلى داخل الخلية. إنها مقدمة لتشكيل ADP الدوري.
الوسيط. وهي مادة إشارة في المشابك العصبية والتفاعلات الخلوية الأخرى. يتم توفير إشارات البيورينرجيك.

من بين النقاط المذكورة أعلاه، يتم إعطاء المكان المهيمن لوظيفة الطاقة في ATP.

استقلاب الطاقة، أو التفتيت، أو الهدم، عبارة عن مجموعة من تفاعلات التحلل الأنزيمي للمركبات العضوية (البروتينات والدهون والكربوهيدرات) وتكوين مركبات غنية بالطاقة (أدينوسين ثلاثي الفوسفات، وما إلى ذلك) .

توفر ATP والمركبات المشابهة (وتسمى ماكرورجيك) مجموعة متنوعة من العمليات الحيوية: التخليق البيولوجي، والحفاظ على الاختلافات في تركيز المواد (التدرجات) ونقل المواد عبر الأغشية، وإجراء النبضات الكهربائية، وعمل العضلات، وإفراز الإفرازات المختلفة، وما إلى ذلك. .

الطاقة الكيميائية للمواد الغذائية التي تدخل الجسم موجودة في روابط تساهمية بين الذرات في جزيئات المركبات العضوية. على سبيل المثال، عند كسر رابطة كيميائية مثل الرابطة الببتيدية، يتم تحرير حوالي 12 كيلو جول لكل 1 مول. في الجلوكوز، تبلغ كمية الطاقة الكامنة الموجودة في الروابط بين ذرات C وH وO 2800 كيلوجول لكل 1 مول (أي لكل 180 جم من الجلوكوز). عند تحلل الجلوكوز يتكون ثاني أكسيد الكربون والماء وتنطلق الطاقة حسب المعادلة النهائية:

SbN 1 gOb + 6O2-IZN2O + 6C02 + 2800 كيلوجول.

يتبدد بعض الطاقة المنطلقة من العناصر الغذائية على شكل حرارة، ويتراكم البعض الآخر، أي يتم تخزينه في روابط الفوسفات الغنية بالطاقة في ATP. تخزن جزيئات ATP أكثر من نصف الطاقة التي يمكن استخلاصها من الجزيئات العضوية عند أكسدتها إلى H20 وCO2. من خلال تكوين ATP، يتم تحويل الطاقة إلى شكل أكثر ملاءمة وتركيزًا يمكن إطلاقها منه بسهولة. في المتوسط، تحتوي الخلية على حوالي مليار جزيء ATP، والذي يوفر انهياره (التحلل المائي) إلى ADP والفوسفات الطاقة للعديد من العمليات البيولوجية والكيميائية التي تحدث مع امتصاص الطاقة.

جزيء ATP يتكون من القاعدة النيتروجينية الأدينين وسكر الريبوز وثلاث بقايا حمض الفوسفوريك (14). الأدينين والريبوز والفوسفات الأول يشكلون أحادي فوسفات الأدينوزين (AMP). عند إضافة فوسفات ثانٍ إلى الأول، يتكون ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP). الجزيء الذي يحتوي على ثلاث بقايا حمض الفوسفوريك (ATP) هو الأكثر استهلاكًا للطاقة. يصاحب انقسام الفوسفات الطرفي من جزيء ATP إطلاق 40 كيلوجول من الطاقة بدلاً من 12 كيلوجول يتم إطلاقها عند كسر الروابط الكيميائية العادية. بفضل الروابط الغنية بالطاقة في جزيء ATP، يمكن للخلية تجميع كميات كبيرة من الطاقة في مساحة صغيرة وصرفها حسب الحاجة. يتم تصنيع ATP في عضيات الخلايا الخاصة - الميتوكوندريا.

مراحل استقلاب الطاقة

ينقسم استقلاب الطاقة عادة إلى ثلاث مراحل. المرحلة الأولى هي المرحلة التحضيرية، وتسمى أيضًا عملية الهضم. يتم تنفيذه بشكل رئيسي خارج الخلايا تحت تأثير الإنزيمات المفرزة في تجويف الجهاز الهضمي. في هذه المرحلة، تتحلل جزيئات البوليمر الكبيرة إلى مونومرات: البروتينات إلى أحماض أمينية، والسكريات إلى سكريات بسيطة، والدهون إلى أحماض دهنية وجلسرين. يؤدي ذلك إلى إطلاق كمية صغيرة من الطاقة، والتي تتبدد على شكل حرارة.

في المرحلة الثانية، تدخل الجزيئات الصغيرة التي تتشكل أثناء عملية الهضم إلى الخلايا وتتعرض لمزيد من التحلل. الجزء الأكثر أهمية في المرحلة الثانية من استقلاب الطاقة هو تحلل السكر - انهيار الجلوكوز. يمكن أن يحدث تحلل السكر في غياب الأكسجين.

ونتيجة لسلسلة من التفاعلات الأنزيمية المتتابعة، يتحول جزيء واحد من الجلوكوز يحتوي على ست ذرات كربون إلى جزيئين من حمض البيروفيك (C3H403)، يحتوي كل منهما على ثلاث ذرات كربون. ويشارك حمض الفوسفوريك و ADP في انهيار الجلوكوز. ثم يتم اختزال حمض البيروفيك إلى حمض اللاكتيك (في العضلات)، وتصبح المعادلة الإجمالية كما يلي:

SbN120b+2 هرتزP04+2ADP-^ -*2SzH6OZ+2ATP+2H20

وبالتالي، فإن انهيار جزيء واحد من الجلوكوز يصاحبه تكوين جزيئين من ATP.

يمكن أن يكون التحلل اللاهوائي للجلوكوز (تحلل السكر) هو المصدر الرئيسي لـ ATP في الخلية في الكائنات الحية التي لا تستخدم الأكسجين الجزيئي أو تعيش في غيابه، وكذلك في أنسجة الكائنات متعددة الخلايا التي يمكنها العمل في ظل الظروف اللاهوائية (على سبيل المثال، في العضلات) أثناء ممارسة التمارين الرياضية المكثفة. في ظل هذه الظروف، يتم تحويل جزيئات حمض البيروفيك إما إلى حمض اللاكتيك، كما هو موضح أعلاه، أو إلى مركبات أخرى (الإيثانول وثاني أكسيد الكربون في خلايا الخميرة، والأسيتون، وأحماض الزبد والسكسينيك في الكائنات الحية الدقيقة المختلفة، وما إلى ذلك).

يعد تكوين ATP في تفاعلات تحلل السكر غير فعال نسبيًا، نظرًا لأن منتجاته النهائية عبارة عن جزيئات كبيرة نسبيًا تحتوي على كمية كبيرة من الطاقة الكيميائية. ولذلك، فإن المرحلة الثانية من استقلاب الطاقة تسمى غير مكتملة. وتسمى هذه المرحلة أيضًا بالتخمير. إن استخلاص الطاقة من المركبات العضوية في غياب الأكسجين - التخمر - منتشر في الطبيعة. معظم المركبات الطبيعية التي تتكون من الكربون والهيدروجين والأكسجين و/أو النيتروجين قابلة للتخمر في الظروف اللاهوائية. وتشمل هذه المركبات السكريات، السداسيات، البنتوزات، الثلاثيات، الكحوليات المتعددة الهيدرات، الأحماض العضوية، الأحماض الأمينية، البيورينات والبيريميدين. منتجات تخمير الكربوهيدرات هي حمض الزبدة والأسيتون والبيوتانول والبروبانول وما إلى ذلك. يتم تحويل السليلوز السكاريد نتيجة للمعالجة بواسطة الكائنات الحية الدقيقة إلى كحول إيثيلي وأحماض أسيتيك وفورميك ولاكتيك وهيدروجين جزيئي وثاني أكسيد الكربون. البكتيريا التي تعيش في كرش الحيوانات المجترة (10 9-10 10 خلايا بكتيرية في 1 مل من سائل الكرش؛ تقوم بتكسير السليلوز الموجود في أعلاف النباتات إلى مركبات بسيطة سهلة الهضم - الأحماض العضوية والكحوليات.

هناك مواد لا يمكن تخميرها في الظروف اللاهوائية. وتشمل هذه الهيدروكربونات الأليفاتية والعطرية المشبعة والأصباغ النباتية - الكاروتينات وبعض المركبات الأخرى. في ظل الظروف الهوائية، تتأكسد جميع هذه المواد بالكامل، ولكن في غياب الأكسجين تكون مستقرة للغاية. وبفضل هذا الاستقرار تبقى المواد الهيدروكربونية في حقول النفط لفترة طويلة.

تتطلب المرحلة الثالثة من عملية الهدم وجود الأكسجين الجزيئي وتسمى التنفس. أصبح تطور التنفس الخلوي في الكائنات الحية الدقيقة الهوائية والخلايا حقيقية النواة ممكنًا فقط بعد ظهور الأكسجين الجزيئي في الغلاف الجوي للأرض نتيجة لعملية التمثيل الضوئي. إن إضافة خطوة الأكسجين إلى عملية التقويض توفر للخلايا طريقة قوية وفعالة لاستخراج العناصر الغذائية والطاقة من الجزيئات.

تحدث تفاعلات تقسيم الأكسجين، أو الهدم التأكسدي، في عضيات الخلايا الخاصة - الميتوكوندريا، حيث تدخل جزيئات حمض البيروفيك. بعد عدد من التحولات، يتم تشكيل المنتجات النهائية - CO2 وH0، والتي تنتشر بعد ذلك خارج الخلية. تبدو المعادلة العامة للتنفس الهوائي كما يلي:

2СзН60г+602+36НзР04+36ADP-^

V6CO2+6H2O+36AT0+36H2O"

وبالتالي، فإن أكسدة جزيئين من حمض اللاكتيك تنتج 36 جزيء من ATP. في المجمل، خلال المرحلتين الثانية والثالثة من استقلاب الطاقة، يؤدي تكسير جزيء جلوكوز واحد إلى إنتاج 38 جزيء ATP. وبالتالي، يلعب التنفس الهوائي الدور الرئيسي في تزويد الخلية بالطاقة.

ليس فقط حمض البيروفيك، ولكن أيضًا الأحماض الدهنية وبعض الأحماض الأمينية تدخل الميتوكوندريا، حيث يتم تحويلها إلى أحد المنتجات الوسيطة للتقويض التأكسدي. الميتوكوندريا هي المركز الذي يتم فيه استخلاص الطاقة من الروابط الكيميائية للدهون والبروتينات والكربوهيدرات. ولذلك تسمى الميتوكوندريا بمحطات الطاقة في الخلية.