U ljudskom tijelu postoji oko 70 trilijuna stanica. Za zdrav rast svakom od njih potrebni su pomoćnici - vitamini. Molekule vitamina su male, ali je njihov nedostatak uvijek vidljiv. Ako se teško prilagoditi mraku, potrebni su vam vitamini A i B2, pojavljuje se perut - nema dovoljno B12, B6, P, modrice dugo ne zacjeljuju - nedostatak vitamina C. U ovoj lekciji naučit ćete kako i gdje je u stanici strateška zaliha vitamina, kako vitamini aktiviraju tijelo, te naučite o ATP-u - glavnom izvoru energije u stanici.
Tema: Osnove citologije
Lekcija: Struktura i funkcije ATP-a
Kao što se sjećate, nukleinske kiselinesastoje se od nukleotida. Pokazalo se da u stanici nukleotidi mogu biti u vezanom ili slobodnom stanju. U slobodnom stanju obavljaju niz funkcija važnih za život tijela.
Takvim slobodnim nukleotidi primjenjuje se ATP molekula ili adenozin trifosforna kiselina(adenozin trifosfat). Kao i svi nukleotidi, ATP se sastoji od šećera s pet ugljika - riboza, dušična baza - adenin, i, za razliku od DNA i RNA nukleotida, tri ostatka fosforne kiseline(Sl. 1).
Riža. 1. Tri shematska prikaza ATP-a
Najvažniji ATP funkcija jest da je univerzalni čuvar i nositelj energije u kavezu.
Sve biokemijske reakcije u stanici koje zahtijevaju energiju koriste ATP kao izvor.
Kada se odvoji jedan ostatak fosforne kiseline, ATP ide u ADF (adenozin difosfat). Ako se odvoji još jedan ostatak fosforne kiseline (što se događa u posebnim slučajevima), ADF ide u AMF(adenozin monofosfat) (slika 2).
Riža. 2. Hidroliza ATP-a i njegova pretvorba u ADP
Pri odvajanju drugog i trećeg ostatka fosforne kiseline oslobađa se velika količina energije, do 40 kJ. Zato se veza između ovih ostataka fosforne kiseline naziva visokoenergetskom i označava se odgovarajućim simbolom.
Kada se obična veza hidrolizira, oslobađa se (ili apsorbira) mala količina energije, ali kada se hidrolizira visokoenergetska veza, oslobađa se mnogo više energije (40 kJ). Veza između riboze i prvog ostatka fosforne kiseline nije visokoenergetska, njenom hidrolizom oslobađa se samo 14 kJ energije.
Visokoenergetski spojevi mogu nastati i na temelju drugih nukleotida, na primjer GTF(gvanozin trifosfat) koristi se kao izvor energije u biosintezi proteina, sudjeluje u reakcijama transdukcije signala i supstrat je za sintezu RNK tijekom transkripcije, ali ATP je najčešći i univerzalni izvor energije u stanici.
ATP sadržano kao u citoplazmi, dakle u jezgri, mitohondrijima i kloroplastima.
Tako smo se prisjetili što je ATP, koje su mu funkcije i što je makroergička veza.
Vitamini su biološki aktivni organski spojevi koji su u malim količinama neophodni za održavanje vitalnih procesa u stanici.
Nisu strukturne komponente žive tvari i ne koriste se kao izvor energije.
Većina vitamina se ne sintetizira u tijelu ljudi i životinja, već se u njega unose hranom, a neke u malim količinama sintetizira crijevna mikroflora i tkiva (vitamin D sintetizira koža).
Potrebe ljudi i životinja za vitaminima nisu iste i ovise o čimbenicima kao što su spol, dob, fiziološko stanje i uvjeti okoline. Ne trebaju sve životinje neke vitamine.
Na primjer, askorbinska kiselina, ili vitamin C, neophodna je za ljude i druge primate. Istodobno se sintetizira u tijelu gmazova (mornari su na putovanja vodili kornjače radi borbe protiv skorbuta - nedostatka vitamina C).
Vitamini su otkriveni krajem 19. stoljeća zahvaljujući radu ruskih znanstvenika N. I. Lunina I V. Pašutina, koji je pokazao da je za pravilnu prehranu potrebna ne samo prisutnost bjelančevina, masti i ugljikohidrata, već i nekih drugih, u to vrijeme nepoznatih tvari.
Godine 1912. poljski znanstvenik K. Funk(Sl. 3), dok je proučavao komponente rižine ljuske, koja štiti od Beri-Beri bolesti (nedostatak vitamina B vitamina), sugerirao je da sastav ovih tvari mora nužno uključivati aminske skupine. Upravo je on predložio da se te tvari nazovu vitaminima, odnosno aminima života.
Kasnije se pokazalo da mnoge od tih tvari ne sadrže amino skupine, no pojam vitamini dobro se udomaćio u jeziku znanosti i prakse.
Kako su pojedini vitamini otkrivani, označavani su latiničnim slovima i imenovani prema funkcijama koje su obavljali. Na primjer, vitamin E nazvan je tokoferol (od starogrčkog τόκος - "porođaj" i φέρειν - "donijeti").
Danas se vitamini dijele prema sposobnosti topljivosti u vodi ili masti.
Na vitamine topive u vodi uključuju vitamine H, C, P, IN.
Na vitamine topive u mastima uključiti A, D, E, K(može se zapamtiti kao riječ: tenisica) .
Kao što je već navedeno, potreba za vitaminima ovisi o dobi, spolu, fiziološkom stanju organizma i okolišu. U mladoj dobi postoji jasna potreba za vitaminima. Oslabljeno tijelo također zahtijeva velike doze ovih tvari. S godinama se smanjuje sposobnost apsorpcije vitamina.
Potreba za vitaminima također je određena sposobnošću tijela da ih iskoristi.
Godine 1912. poljski znanstvenik Kazimir Funk dobiven djelomično pročišćeni vitamin B1 – tiamin – iz rižinih ljuski. Bilo je potrebno još 15 godina da se ova tvar dobije u kristalnom stanju.
Kristalni vitamin B1 je bezbojan, gorkog okusa i vrlo je topiv u vodi. Tiamin se nalazi u biljnim i mikrobnim stanicama. Posebno ga ima u žitaricama i kvascu (slika 4).
Riža. 4. Tiamin u obliku tableta i u hrani
Termička obrada namirnica i razni aditivi uništavaju tiamin. S nedostatkom vitamina opažaju se patologije živčanog, kardiovaskularnog i probavnog sustava. Nedostatak vitamina dovodi do poremećaja metabolizma vode i hematopoetske funkcije. Jedan od upečatljivih primjera nedostatka tiamina je razvoj Beri-Beri bolesti (slika 5).
Riža. 5. Osoba koja pati od nedostatka tiamina - bolest beri-beri
Vitamin B1 naširoko se koristi u medicinskoj praksi za liječenje raznih živčanih bolesti i kardiovaskularnih poremećaja.
U pekarstvu se tiamin, zajedno s drugim vitaminima - riboflavinom i nikotinskom kiselinom, koristi za obogaćivanje peciva.
Godine 1922 G. Evans I A. Bisho otkrili su vitamin topiv u mastima, koji su nazvali tokoferol ili vitamin E (doslovno: “poticanje rađanja”).
Vitamin E u svom čistom obliku je uljasta tekućina. Široko je rasprostranjen u usjevima žitarica kao što je pšenica. Ima ga dosta u biljnim i životinjskim mastima (slika 6).
Riža. 6. Tokoferol i proizvodi koji ga sadrže
Vitamina E ima dosta u mrkvi, jajima i mlijeku. Vitamin E je antioksidans, odnosno štiti stanice od patološke oksidacije koja dovodi do starenja i smrti. To je "vitamin mladosti". Vitamin je od velike važnosti za reproduktivni sustav, zbog čega se često naziva i vitaminom reprodukcije.
Kao rezultat toga, nedostatak vitamina E, prije svega, dovodi do poremećaja embriogeneze i funkcioniranja reproduktivnih organa.
Proizvodnja vitamina E temelji se na njegovoj izolaciji iz pšeničnih klica metodom alkoholne ekstrakcije i destilacije otapala na niskim temperaturama.
U medicinskoj praksi koriste se prirodni i sintetski lijekovi - tokoferol acetat u biljnom ulju, zatvoren u kapsulu (poznato "riblje ulje").
Preparati vitamina E koriste se kao antioksidansi kod izloženosti zračenju i drugih patoloških stanja povezanih s povišenim razinama ioniziranih čestica i reaktivnih vrsta kisika u tijelu.
Osim toga, vitamin E se propisuje trudnicama, a također se koristi u kompleksnoj terapiji za liječenje neplodnosti, mišićne distrofije i nekih bolesti jetre.
Otkriven je vitamin A (slika 7). N. Drummond godine 1916.
Ovom otkriću prethodila su promatranja prisutnosti faktora topljivog u mastima u hrani, koji je neophodan za puni razvoj domaćih životinja.
Nije uzalud vitamin A na prvom mjestu u vitaminskoj abecedi. Sudjeluje u gotovo svim životnim procesima. Ovaj vitamin je neophodan za vraćanje i održavanje dobrog vida.
Također pomaže u razvoju imuniteta na mnoge bolesti, uključujući prehlade.
Bez vitamina A, zdrav epitel kože je nemoguć. Ako imate gušce, koje se najčešće pojavljuju na laktovima, kukovima, koljenima, nogama, suhu kožu na rukama ili druge slične pojave, to znači da vam nedostaje vitamina A.
Vitamin A, kao i vitamin E, neophodan je za normalan rad spolnih žlijezda (gonada). Hipovitaminoza vitamina A uzrokuje oštećenje reproduktivnog sustava i dišnih organa.
Jedna od specifičnih posljedica nedostatka vitamina A je poremećaj procesa vida, posebice smanjenje sposobnosti očiju da se prilagode tamnim uvjetima - noćno sljepilo. Nedostatak vitamina dovodi do kseroftalmije i razaranja rožnice. Potonji proces je nepovratan i karakteriziran je potpunim gubitkom vida. Hipervitaminoza dovodi do upale očiju i gubitka kose, gubitka apetita i potpune iscrpljenosti organizma.
Riža. 7. Vitamin A i namirnice koje ga sadrže
Vitamini skupine A prvenstveno se nalaze u proizvodima životinjskog podrijetla: jetra, riblje ulje, ulje, jaja (slika 8).
Riža. 8. Sadržaj vitamina A u namirnicama biljnog i životinjskog podrijetla
Proizvodi biljnog podrijetla sadrže karotenoide koji se u ljudskom tijelu pod djelovanjem enzima karotinaze pretvaraju u vitamin A.
Dakle, danas ste se upoznali sa građom i funkcijama ATP-a, a prisjetili ste se važnosti vitamina i saznali kako neki od njih sudjeluju u vitalnim procesima.
S nedovoljnim unosom vitamina u tijelo razvija se primarni nedostatak vitamina. Različite namirnice sadrže različite količine vitamina.
Na primjer, mrkva sadrži mnogo provitamina A (karotena), kupus sadrži vitamin C itd. Otuda i potreba za uravnoteženom prehranom, uključujući raznovrsnu hranu biljnog i životinjskog podrijetla.
Avitaminoza u normalnim prehrambenim uvjetima vrlo je rijetka, puno češća hipovitaminoza, koji su povezani s nedovoljnim unosom vitamina iz hrane.
Hipovitaminoza mogu se pojaviti ne samo kao posljedica neuravnotežene prehrane, već i kao posljedica raznih patologija gastrointestinalnog trakta ili jetre, ili kao posljedica raznih endokrinih ili zaraznih bolesti koje dovode do poremećene apsorpcije vitamina u tijelu.
Neke vitamine proizvodi crijevna mikroflora (crijevna mikrobiota). Suzbijanje biosintetskih procesa kao rezultat djelovanja antibiotici također može dovesti do razvoja hipovitaminoza, kao posljedica disbakterioza.
Pretjerana konzumacija vitaminskih dodataka prehrani, kao i lijekova koji sadrže vitamine, dovodi do pojave patološkog stanja - hipervitaminoza. To posebno vrijedi za vitamine topive u mastima, kao npr A, D, E, K.
Domaća zadaća
1. Koje se tvari nazivaju biološki aktivnima?
2. Što je ATP? Što je posebno u strukturi ATP molekule? Koje vrste kemijskih veza postoje u ovoj složenoj molekuli?
3. Koje su funkcije ATP-a u stanicama živih organizama?
4. Gdje se događa sinteza ATP-a? Gdje se događa hidroliza ATP-a?
5. Što su vitamini? Koje su njihove funkcije u tijelu?
6. Po čemu se vitamini razlikuju od hormona?
7. Koju klasifikaciju vitamina poznajete?
8. Što su nedostatak vitamina, hipovitaminoza i hipervitaminoza? Navedite primjere tih pojava.
9. Koje bolesti mogu biti posljedica nedovoljnog ili prekomjernog unosa vitamina u organizam?
10. Raspravite svoj jelovnik s prijateljima i rodbinom, izračunajte, koristeći dodatne podatke o sadržaju vitamina u različitim namirnicama, unosite li dovoljno vitamina.
1. Objedinjena zbirka digitalnih obrazovnih izvora ().
2. Objedinjena zbirka digitalnih obrazovnih izvora ().
3. Objedinjena zbirka digitalnih obrazovnih izvora ().
Bibliografija
1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Opća biologija 10-11 razred droplja, 2005.
2. Belyaev D.K. Biologija 10-11 razreda. Opća biologija. Osnovna razina. - 11. izd., stereotip. - M.: Obrazovanje, 2012. - 304 str.
3. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazov V. I. Biologija 10-11 razreda. Opća biologija. Osnovna razina. - 6. izd., dod. - Droplja, 2010. - 384 str.
Ciklički adenozin monofosfat (CAMP)- derivat ATP-a koji u tijelu djeluje kao drugi glasnik, služi za unutarstaničnu distribuciju signala određenih hormona (na primjer, glukagona ili adrenalina) koji ne mogu proći kroz staničnu membranu. Pretvara niz inertnih proteina u enzime (protein kinaze ovisne o kampu), pod čijim utjecajem se odvija niz biokemijskih reakcija. reakcije (provođenje živčanih impulsa).
stimulira se proizvodnja cAMP-a adrenalin.
Ciklički gvanozin monofosfat (cGMP) je ciklički oblik nukleotida formiran od gvanozin trifosfata (GTP) pomoću enzima gvanilat ciklaze. Obrazovanje se potiče acetilkolina.
· cGMP je uključen u regulaciju biokemijskih procesa u živim stanicama kao sekundarni glasnik (second messenger). Karakteristično je da su mnogi učinci cGMP-a izravno suprotni cAMP-u.
· cGMP aktivira G-kinazu i fosfodiesterazu, koja hidrolizira cAMP.
· cGMP je uključen u regulaciju staničnog ciklusa. Izbor stanice ovisi o omjeru cAMP/cGMP: zaustaviti diobu (zaustaviti u G0 fazi) ili nastaviti, prelazeći u G1 fazu.
· cGMP potiče staničnu proliferaciju (diobu), a cAMP potiskuje
Adenozin trifosfat (ATP)- nukleotid koji tvori dušična baza adenin, šećer s pet ugljika riboza i tri ostatka fosforne kiseline. Fosfatne skupine u molekuli ATP-a su međusobno povezane visokoenergetski (makroergički) veze. Veze između fosfatnih skupina nisu jako jake, a pri njihovom pucanju oslobađa se velika količina energije. Kao rezultat hidrolitičkog cijepanja fosfatne skupine iz ATP-a nastaje adenozin difosforna kiselina (ADP) i oslobađa se dio energije.
· Zajedno s ostalim nukleozid trifosfatima, ATP je početni produkt u sintezi nukleinskih kiselina.
· ATP ima važnu ulogu u regulaciji mnogih biokemijskih procesa. Budući da je alosterički efektor niza enzima, ATP, spajajući se s njihovim regulatornim centrima, pojačava ili potiskuje njihovu aktivnost.
· ATP je također izravni prekursor za sintezu cikličkog adenozin monofosfata, sekundarnog glasnika prijenosa hormonskog signala u stanicu.
· Poznata je i uloga ATP-a kao posrednika u sinapsama i signalne tvari u drugim međustaničnim interakcijama
Adenozin difosfat (ADP)- nukleotid koji se sastoji adenina, riboze i dva ostatka fosforne kiseline. ADP je uključen u energetski metabolizam u svim živim organizmima; ATP nastaje iz njega fosforilacijom:
ADP + H3PO4 + energija → ATP + H2O.
Ciklička fosforilacija ADP-a i kasnija uporaba ATP-a kao izvora energije čine proces koji je bit energetskog metabolizma (katabolizam).
FAD - flavin adenin dinukleotid- koenzim koji sudjeluje u mnogim redoks biokemijskim procesima. FAD postoji u dva oblika - oksidirani i reducirani, njegova biokemijska funkcija, u pravilu, je prijelaz između ovih oblika.
Nikotinamid adenin dinukleotid (NAD) - dinukleotid se sastoji od dva nukleotida povezana svojim fosfatnim skupinama. Jedan od nukleotida sadrži adenin kao dušičnu bazu, drugi sadrži nikotinamid. Nikotinamid adenin dinukleotid postoji u dva oblika: oksidirani (NAD) i reducirani (NADH).
· U metabolizmu, NAD je uključen u redoks reakcije, prenoseći elektrone iz jedne reakcije u drugu. Dakle, u stanicama NAD postoji u dva funkcionalna stanja: njegov oksidirani oblik, NAD+, je oksidacijsko sredstvo i preuzima elektrone od druge molekule, reducira se u NADH, koji zatim služi kao redukcijsko sredstvo i predaje elektrone.
· 1. Metabolizam bjelančevina, masti i ugljikohidrata. Budući da NAD i NADP služe kao koenzimi većine dehidrogenaza, oni sudjeluju u reakcijama
tijekom sinteze i oksidacije masnih kiselina,
tijekom sinteze kolesterola,
izmjena glutaminske kiseline i drugih aminokiselina,
metabolizam ugljikohidrata: pentozofosfatni put, glikoliza,
oksidativna dekarboksilacija pirogrožđane kiseline,
ciklus trikarboksilnih kiselina.
· 2. NADH ima regulatornu funkciju jer je inhibitor određenih oksidacijskih reakcija, na primjer, u ciklusu trikarboksilne kiseline.
· 3. Zaštita nasljedne informacije - NAD je supstrat poli-ADP-ribozilacije u procesu unakrsnog povezivanja kromosomskih lomova i popravka DNA, čime se usporava nekrobioza i apoptoza stanica.
· 4. Zaštita od slobodnih radikala – NADPH je bitna komponenta antioksidativnog sustava stanice.
Osnova svih živih procesa je atomsko-molekularno kretanje. I proces disanja i stanični razvoj i dioba nemogući su bez energije. Izvor opskrbe energijom je ATP; što je to i kako se formira, raspravljat ćemo u nastavku.
Prije proučavanja koncepta ATP-a, potrebno ga je dešifrirati. Ovaj pojam označava nukleozid trifosfat, koji je neophodan za energetski i materijalni metabolizam u tijelu.
Ovo je jedinstveni izvor energije u podlozi biokemijskih procesa. Ovaj spoj je temeljan za stvaranje enzima.
ATP je otkriven na Harvardu 1929. Osnivači su bili znanstvenici s Harvard Medical School. Među njima su bili Karl Lohman, Cyrus Fiske i Yellapragada Subbarao. Identificirali su spoj čija struktura nalikuje adenil nukleotidu ribonukleinskih kiselina.
Posebnost spoja bio je sadržaj tri ostatka fosforne kiseline umjesto jednog. Godine 1941. znanstvenik Fritz Lipmann dokazao je da ATP ima energetski potencijal unutar stanice. Nakon toga je otkriven ključni enzim koji je nazvan ATP sintaza. Njegova zadaća je stvaranje kiselih molekula u mitohondrijima.
ATP je u staničnoj biologiji akumulator energije i neophodan je za uspješno odvijanje biokemijskih reakcija.
Biologija adenozin trifosforne kiseline sugerira njezin nastanak kao rezultat metabolizma energije. Proces se sastoji od stvaranja 2 molekule u drugoj fazi. Preostalih 36 molekula pojavljuje se u trećoj fazi.
Akumulacija energije u kiseloj strukturi događa se u veznom dijelu između fosfornih ostataka. U slučaju odvajanja 1 fosfornog ostatka oslobađa se energija od 40 kJ.
Kao rezultat, kiselina se pretvara u adenozin difosfat (ADP). Naknadna apstrakcija fosfata potiče pojavu adenozin monofosfata (AMP).
Treba napomenuti da biljni ciklus uključuje ponovnu upotrebu AMP i ADP, što rezultira redukcijom ovih spojeva u kiselo stanje. To je osigurano procesom.
Struktura
Otkrivanje suštine spoja moguće je nakon proučavanja koji su spojevi dio ATP molekule.
Koji su spojevi uključeni u kiselinu:
- 3 ostatka fosforne kiseline. Kiselinski ostaci međusobno se spajaju energetskim vezama nestabilne prirode. Također se nalazi pod nazivom fosforna kiselina;
- adenin: je dušična baza;
- Riboza: je pentozni ugljikohidrat.
Uključivanje ovih elemenata u ATP daje mu nukleotidnu strukturu. To omogućuje da se molekula klasificira kao nukleinska kiselina.
Važno! Kao rezultat cijepanja kiselih molekula oslobađa se energija. Molekula ATP-a sadrži 40 kJ energije.
Obrazovanje
Formiranje molekule događa se u mitohondrijima i kloroplastima. Temeljna točka u molekularnoj sintezi kiseline je proces disimilacije. Disimilacija je proces prijelaza složenog spoja u relativno jednostavan uslijed razaranja.
U okviru sinteze kiselina uobičajeno je razlikovati nekoliko faza:
- Pripremni. Osnova cijepanja je probavni proces, osiguran enzimskim djelovanjem. Hrana koja uđe u tijelo prolazi kroz raspadanje. Dolazi do razgradnje masti u masne kiseline i glicerol. Bjelančevine se razgrađuju do aminokiselina, škrob do stvaranja glukoze. Stadij je popraćen oslobađanjem toplinske energije.
- Anoksična ili glikoliza. Temelji se na procesu raspadanja. Razgradnja glukoze događa se uz sudjelovanje enzima, dok se 60% oslobođene energije pretvara u toplinu, ostatak ostaje u molekuli.
- Kisik, ili hidroliza; Odvija se unutar mitohondrija. Nastaje uz pomoć kisika i enzima. Uključen je kisik koji tijelo izdahne. Završeci dovršeni. Uključuje oslobađanje energije za formiranje molekule.
Postoje sljedeći putovi molekularne formacije:
- Fosforilacija supstratne prirode. Na temelju energije tvari koja nastaje oksidacijom. Pretežni dio molekule nastaje u mitohondrijima na membranama. Provodi se bez sudjelovanja membranskih enzima. Nastaje u citoplazmatskom dijelu glikolizom. Dopuštena je mogućnost formiranja zbog transporta fosfatne skupine iz drugih visokoenergetskih spojeva.
- Oksidativne fosforilacije. Nastaje zbog oksidativne reakcije.
- Fotofosforilacija u biljkama tijekom fotosinteze.
Značenje
Temeljni značaj molekule za tijelo otkriva se kroz funkciju koju ATP obavlja.
ATP funkcionalnost uključuje sljedeće kategorije:
- energija. Opskrbljuje tijelo energijom i energetska je osnova za fiziološko-biokemijske procese i reakcije. Nastaje zbog 2 visokoenergetske veze. Uključuje kontrakciju mišića, stvaranje transmembranskog potencijala i osiguravanje molekularnog transporta kroz membrane.
- Osnova sinteze. Smatra se početnim spojem za kasniju tvorbu nukleinskih kiselina.
- Regulatorni. U osnovi je regulacije većine biokemijskih procesa. Osigurava se pripadanjem alosteričnom efektoru enzimske serije. Utječe na aktivnost regulacijskih centara tako što ih pojačava ili potiskuje.
- Posrednik. Smatra se sekundarnom karikom u prijenosu hormonskih signala u stanicu. Prethodnik je stvaranja cikličkog ADP-a.
- Posrednik. To je signalna tvar u sinapsama i drugim međustaničnim interakcijama. Omogućena je purinergička signalizacija.
Među navedenim točkama dominantno mjesto zauzima energetska funkcija ATP-a.
Energetski metabolizam ili disimilacija ili katabolizam skup je reakcija enzimske razgradnje organskih spojeva (bjelančevina, masti, ugljikohidrata) i stvaranja energetski bogatih spojeva (adenozin trifosfat i dr.) .ATP i slični spojevi (nazivaju se makroergički) osiguravaju razne vitalne procese: biološku sintezu, održavanje razlika u koncentraciji tvari (gradijenti) i transport tvari kroz membrane, provođenje električnih impulsa, rad mišića, izlučivanje raznih sekreta itd. .
Kemijska energija hranjivih tvari koje ulaze u tijelo sadržana je u kovalentnim vezama između atoma u molekulama organskih spojeva. Na primjer, kada se kemijska veza kao što je peptidna veza prekine, oslobađa se oko 12 kJ po 1 molu. U glukozi je količina potencijalne energije sadržana u vezama između C, H i O atoma 2800 kJ po 1 molu (tj. po 180 g glukoze). Kada se glukoza razgradi, nastaju ugljični dioksid i voda, a energija se oslobađa prema konačnoj jednadžbi:
SbN 1 gOb + 6O2-IZN2O + 6C02 + 2800 kJ.
Dio energije oslobođene iz hranjivih tvari rasipa se u obliku topline, a dio se akumulira, odnosno skladišti u energetski bogatim fosfatnim vezama ATP-a. Molekule ATP-a pohranjuju više od polovice energije koja se može izdvojiti iz organskih molekula kada se one oksidiraju u H20 i CO2. Stvaranjem ATP-a energija se pretvara u pogodniji, koncentrirani oblik iz kojeg se može lako osloboditi. Stanica u prosjeku sadrži oko 1 milijardu molekula ATP-a čija razgradnja (hidroliza) na ADP i fosfat osigurava energiju za mnoge biološke i kemijske procese koji se odvijaju uz apsorpciju energije.
ATP molekula sastoji se od dušične baze adenina, šećera riboze i tri ostatka fosforne kiseline (14). Adenin, riboza i prvi fosfat tvore adenozin monofosfat (AMP). Kada se drugom fosfatu doda prvi, nastaje adenozin difosfat (ADP). Molekula s tri ostatka fosforne kiseline (ATP) energetski je najintenzivnija. Cijepanje terminalnog fosfata iz molekule ATP-a popraćeno je oslobađanjem 40 kJ energije umjesto 12 kJ koje se oslobađa kada se obične kemijske veze pokidaju. Zahvaljujući energetski bogatim vezama u molekuli ATP-a, stanica može akumulirati velike količine energije na malom prostoru i trošiti je prema potrebi. Sinteza ATP-a provodi se u posebnim staničnim organelama - mitohondrijima.
Faze energetskog metabolizma
Energetski metabolizam se obično dijeli u tri faze. Prva faza je pripremna, koja se naziva i probava. Provodi se uglavnom izvan stanica pod djelovanjem enzima izlučenih u šupljinu probavnog trakta. U ovoj se fazi velike polimerne molekule razgrađuju na monomere: proteini na aminokiseline, polisaharidi na jednostavne šećere, masti na masne kiseline i glicerol. Time se oslobađa mala količina energije koja se rasipa kao toplina.
U drugoj fazi, male molekule nastale tijekom procesa probave ulaze u stanice i dalje se razgrađuju. Najvažniji dio druge faze energetskog metabolizma je glikoliza – razgradnja glukoze. Glikoliza se može dogoditi u nedostatku kisika.
Kao rezultat niza sekvencijalnih enzimskih reakcija, jedna molekula glukoze koja sadrži šest atoma ugljika pretvara se u dvije molekule pirogrožđane kiseline (C3H403), od kojih svaka sadrži tri atoma ugljika. Fosforna kiselina i ADP sudjeluju u razgradnji glukoze. Pirogrožđana kiselina se zatim reducira u mliječnu kiselinu (u mišićima), a ukupna jednadžba izgleda ovako:
SbN120b+2HzP04+2ADP-^ -*2SzH6OZ+2ATP+2H20
Dakle, razgradnju jedne molekule glukoze prati stvaranje dviju molekula ATP-a.
Anaerobna razgradnja glukoze (glikoliza) može biti glavni izvor ATP-a u stanici u organizmima koji ne koriste molekularni kisik ili žive bez njega, kao iu tkivima višestaničnih organizama koji mogu raditi u anaerobnim uvjetima (npr. u mišićima) tijekom intenzivnog vježbanja. U tim se uvjetima molekule pirogrožđane kiseline pretvaraju ili u mliječnu kiselinu, kao što je gore opisano, ili u druge spojeve (etanol i CO2 u stanicama kvasca, aceton, maslačnu i jantarnu kiselinu u različitim mikroorganizmima itd.).
Stvaranje ATP-a u glikolitičkim reakcijama relativno je neučinkovito, jer su njegovi krajnji produkti relativno velike molekule koje sadrže veliku količinu kemijske energije. Stoga se drugi stupanj energetskog metabolizma naziva nepotpunim. Ova faza se također naziva fermentacija. Izdvajanje energije iz organskih spojeva u nedostatku kisika – fermentacija – vrlo je rašireno u prirodi. Većina prirodnih spojeva koji se sastoje od ugljika, vodika, kisika i/ili dušika mogu fermentirati u anaerobnim uvjetima. Takvi spojevi uključuju polisaharide, heksoze, pentoze, trioze, polihidrične alkohole, organske kiseline, aminokiseline, purine i pirimidine. Produkti fermentacije ugljikohidrata su maslačna kiselina, aceton, butanol, propanol itd. Polisaharid celuloza, kao rezultat prerade mikroorganizama, pretvara se u etilni alkohol, octenu, mravlju i mliječnu kiselinu, molekularni vodik i CO2. Bakterije koje žive u buragu preživača (10 9-10 10 bakterijskih stanica u 1 ml ruminalne tekućine; razlažu celulozu sadržanu u biljnoj hrani na lako probavljive jednostavne spojeve - organske kiseline i alkohole.
Postoje tvari koje se ne mogu fermentirati u anaerobnim uvjetima. Tu spadaju zasićeni alifatski i aromatski ugljikovodici, biljni pigmenti - karotenoidi i neki drugi spojevi. U aerobnim uvjetima sve su te tvari potpuno oksidirane, ali su u nedostatku kisika vrlo postojane. Zahvaljujući toj stabilnosti, ugljikovodici dugo ostaju u naftnim poljima.
Treća faza katabolizma zahtijeva prisutnost molekularnog kisika i naziva se disanje. Razvoj staničnog disanja u aerobnim mikroorganizmima i eukariotskim stanicama postao je moguć tek nakon što se u Zemljinoj atmosferi kao rezultat fotosinteze pojavio molekularni kisik. Dodatak kisika u kataboličkom procesu pruža stanicama snažan i učinkovit način izvlačenja hranjivih tvari i energije iz molekula.
Reakcije cijepanja kisika, odnosno oksidativni katabolizam, odvijaju se u posebnim staničnim organelama – mitohondrijima, u koje ulaze molekule pirogrožđane kiseline. Nakon niza transformacija nastaju konačni produkti - CO2 i H0, koji zatim difundiraju izvan stanice. Ukupna jednadžba za aerobno disanje izgleda ovako:
2SzN60g+602+36NzR04+36ADP-^
V6CO2+6H2O+36AT0+36H2O "
Dakle, oksidacijom dviju molekula mliječne kiseline nastaje 36 molekula ATP-a. Ukupno, tijekom druge i treće faze energetskog metabolizma, razgradnjom jedne molekule glukoze nastaje 38 molekula ATP-a. Posljedično, aerobno disanje ima glavnu ulogu u opskrbi stanice energijom.
Ne samo pirogrožđana kiselina, već i masne kiseline i neke aminokiseline ulaze u mitohondrije, gdje se pretvaraju u jedan od međuproizvoda oksidativnog katabolizma. Mitohondriji su središte u kojem se energija izvlači iz kemijskih veza masti, proteina i ugljikohidrata. Stoga se mitohondriji nazivaju energetskim stanicama stanice.
U ljudskom tijelu postoji oko 70 trilijuna stanica. Za zdrav rast svakom od njih potrebni su pomoćnici - vitamini. Molekule vitamina su male, ali je njihov nedostatak uvijek vidljiv. Ako se teško prilagoditi mraku, potrebni su vam vitamini A i B2, pojavljuje se perut - nema dovoljno B12, B6, P, modrice dugo ne zacjeljuju - nedostatak vitamina C. U ovoj lekciji naučit ćete kako i gdje je u stanici strateška zaliha vitamina, kako vitamini aktiviraju tijelo, te naučite o ATP-u - glavnom izvoru energije u stanici.
Tema: Osnove citologije
Lekcija: Struktura i funkcije ATP-a
Kao što se sjećate, nukleinske kiselinesastoje se od nukleotida. Pokazalo se da u stanici nukleotidi mogu biti u vezanom ili slobodnom stanju. U slobodnom stanju obavljaju niz funkcija važnih za život tijela.
Takvim slobodnim nukleotidi primjenjuje se ATP molekula ili adenozin trifosforna kiselina(adenozin trifosfat). Kao i svi nukleotidi, ATP se sastoji od šećera s pet ugljika - riboza, dušična baza - adenin, i, za razliku od DNA i RNA nukleotida, tri ostatka fosforne kiseline(Sl. 1).
Riža. 1. Tri shematska prikaza ATP-a
Najvažniji ATP funkcija jest da je univerzalni čuvar i nositelj energije u kavezu.
Sve biokemijske reakcije u stanici koje zahtijevaju energiju koriste ATP kao izvor.
Kada se odvoji jedan ostatak fosforne kiseline, ATP ide u ADF (adenozin difosfat). Ako se odvoji još jedan ostatak fosforne kiseline (što se događa u posebnim slučajevima), ADF ide u AMF(adenozin monofosfat) (slika 2).
Riža. 2. Hidroliza ATP-a i njegova pretvorba u ADP
Pri odvajanju drugog i trećeg ostatka fosforne kiseline oslobađa se velika količina energije, do 40 kJ. Zato se veza između ovih ostataka fosforne kiseline naziva visokoenergetskom i označava se odgovarajućim simbolom.
Kada se obična veza hidrolizira, oslobađa se (ili apsorbira) mala količina energije, ali kada se hidrolizira visokoenergetska veza, oslobađa se mnogo više energije (40 kJ). Veza između riboze i prvog ostatka fosforne kiseline nije visokoenergetska, njenom hidrolizom oslobađa se samo 14 kJ energije.
Visokoenergetski spojevi mogu nastati i na temelju drugih nukleotida, na primjer GTF(gvanozin trifosfat) koristi se kao izvor energije u biosintezi proteina, sudjeluje u reakcijama transdukcije signala i supstrat je za sintezu RNK tijekom transkripcije, ali ATP je najčešći i univerzalni izvor energije u stanici.
ATP sadržano kao u citoplazmi, dakle u jezgri, mitohondrijima i kloroplastima.
Tako smo se prisjetili što je ATP, koje su mu funkcije i što je makroergička veza.
Vitamini su biološki aktivni organski spojevi koji su u malim količinama neophodni za održavanje vitalnih procesa u stanici.
Nisu strukturne komponente žive tvari i ne koriste se kao izvor energije.
Većina vitamina se ne sintetizira u tijelu ljudi i životinja, već se u njega unose hranom, a neke u malim količinama sintetizira crijevna mikroflora i tkiva (vitamin D sintetizira koža).
Potrebe ljudi i životinja za vitaminima nisu iste i ovise o čimbenicima kao što su spol, dob, fiziološko stanje i uvjeti okoline. Ne trebaju sve životinje neke vitamine.
Na primjer, askorbinska kiselina, ili vitamin C, neophodna je za ljude i druge primate. Istodobno se sintetizira u tijelu gmazova (mornari su na putovanja vodili kornjače radi borbe protiv skorbuta - nedostatka vitamina C).
Vitamini su otkriveni krajem 19. stoljeća zahvaljujući radu ruskih znanstvenika N. I. Lunina I V. Pašutina, koji je pokazao da je za pravilnu prehranu potrebna ne samo prisutnost bjelančevina, masti i ugljikohidrata, već i nekih drugih, u to vrijeme nepoznatih tvari.
Godine 1912. poljski znanstvenik K. Funk(Sl. 3), dok je proučavao komponente rižine ljuske, koja štiti od Beri-Beri bolesti (nedostatak vitamina B vitamina), sugerirao je da sastav ovih tvari mora nužno uključivati aminske skupine. Upravo je on predložio da se te tvari nazovu vitaminima, odnosno aminima života.
Kasnije se pokazalo da mnoge od tih tvari ne sadrže amino skupine, no pojam vitamini dobro se udomaćio u jeziku znanosti i prakse.
Kako su pojedini vitamini otkrivani, označavani su latiničnim slovima i imenovani prema funkcijama koje su obavljali. Na primjer, vitamin E nazvan je tokoferol (od starogrčkog τόκος - "porođaj" i φέρειν - "donijeti").
Danas se vitamini dijele prema sposobnosti topljivosti u vodi ili masti.
Na vitamine topive u vodi uključuju vitamine H, C, P, IN.
Na vitamine topive u mastima uključiti A, D, E, K(može se zapamtiti kao riječ: tenisica) .
Kao što je već navedeno, potreba za vitaminima ovisi o dobi, spolu, fiziološkom stanju organizma i okolišu. U mladoj dobi postoji jasna potreba za vitaminima. Oslabljeno tijelo također zahtijeva velike doze ovih tvari. S godinama se smanjuje sposobnost apsorpcije vitamina.
Potreba za vitaminima također je određena sposobnošću tijela da ih iskoristi.
Godine 1912. poljski znanstvenik Kazimir Funk dobiven djelomično pročišćeni vitamin B1 – tiamin – iz rižinih ljuski. Bilo je potrebno još 15 godina da se ova tvar dobije u kristalnom stanju.
Kristalni vitamin B1 je bezbojan, gorkog okusa i vrlo je topiv u vodi. Tiamin se nalazi u biljnim i mikrobnim stanicama. Posebno ga ima u žitaricama i kvascu (slika 4).
Riža. 4. Tiamin u obliku tableta i u hrani
Termička obrada namirnica i razni aditivi uništavaju tiamin. S nedostatkom vitamina opažaju se patologije živčanog, kardiovaskularnog i probavnog sustava. Nedostatak vitamina dovodi do poremećaja metabolizma vode i hematopoetske funkcije. Jedan od upečatljivih primjera nedostatka tiamina je razvoj Beri-Beri bolesti (slika 5).
Riža. 5. Osoba koja pati od nedostatka tiamina - bolest beri-beri
Vitamin B1 naširoko se koristi u medicinskoj praksi za liječenje raznih živčanih bolesti i kardiovaskularnih poremećaja.
U pekarstvu se tiamin, zajedno s drugim vitaminima - riboflavinom i nikotinskom kiselinom, koristi za obogaćivanje peciva.
Godine 1922 G. Evans I A. Bisho otkrili su vitamin topiv u mastima, koji su nazvali tokoferol ili vitamin E (doslovno: “poticanje rađanja”).
Vitamin E u svom čistom obliku je uljasta tekućina. Široko je rasprostranjen u usjevima žitarica kao što je pšenica. Ima ga dosta u biljnim i životinjskim mastima (slika 6).
Riža. 6. Tokoferol i proizvodi koji ga sadrže
Vitamina E ima dosta u mrkvi, jajima i mlijeku. Vitamin E je antioksidans, odnosno štiti stanice od patološke oksidacije koja dovodi do starenja i smrti. To je "vitamin mladosti". Vitamin je od velike važnosti za reproduktivni sustav, zbog čega se često naziva i vitaminom reprodukcije.
Kao rezultat toga, nedostatak vitamina E, prije svega, dovodi do poremećaja embriogeneze i funkcioniranja reproduktivnih organa.
Proizvodnja vitamina E temelji se na njegovoj izolaciji iz pšeničnih klica metodom alkoholne ekstrakcije i destilacije otapala na niskim temperaturama.
U medicinskoj praksi koriste se prirodni i sintetski lijekovi - tokoferol acetat u biljnom ulju, zatvoren u kapsulu (poznato "riblje ulje").
Preparati vitamina E koriste se kao antioksidansi kod izloženosti zračenju i drugih patoloških stanja povezanih s povišenim razinama ioniziranih čestica i reaktivnih vrsta kisika u tijelu.
Osim toga, vitamin E se propisuje trudnicama, a također se koristi u kompleksnoj terapiji za liječenje neplodnosti, mišićne distrofije i nekih bolesti jetre.
Otkriven je vitamin A (slika 7). N. Drummond godine 1916.
Ovom otkriću prethodila su promatranja prisutnosti faktora topljivog u mastima u hrani, koji je neophodan za puni razvoj domaćih životinja.
Nije uzalud vitamin A na prvom mjestu u vitaminskoj abecedi. Sudjeluje u gotovo svim životnim procesima. Ovaj vitamin je neophodan za vraćanje i održavanje dobrog vida.
Također pomaže u razvoju imuniteta na mnoge bolesti, uključujući prehlade.
Bez vitamina A, zdrav epitel kože je nemoguć. Ako imate gušce, koje se najčešće pojavljuju na laktovima, kukovima, koljenima, nogama, suhu kožu na rukama ili druge slične pojave, to znači da vam nedostaje vitamina A.
Vitamin A, kao i vitamin E, neophodan je za normalan rad spolnih žlijezda (gonada). Hipovitaminoza vitamina A uzrokuje oštećenje reproduktivnog sustava i dišnih organa.
Jedna od specifičnih posljedica nedostatka vitamina A je poremećaj procesa vida, posebice smanjenje sposobnosti očiju da se prilagode tamnim uvjetima - noćno sljepilo. Nedostatak vitamina dovodi do kseroftalmije i razaranja rožnice. Potonji proces je nepovratan i karakteriziran je potpunim gubitkom vida. Hipervitaminoza dovodi do upale očiju i gubitka kose, gubitka apetita i potpune iscrpljenosti organizma.
Riža. 7. Vitamin A i namirnice koje ga sadrže
Vitamini skupine A prvenstveno se nalaze u proizvodima životinjskog podrijetla: jetra, riblje ulje, ulje, jaja (slika 8).
Riža. 8. Sadržaj vitamina A u namirnicama biljnog i životinjskog podrijetla
Proizvodi biljnog podrijetla sadrže karotenoide koji se u ljudskom tijelu pod djelovanjem enzima karotinaze pretvaraju u vitamin A.
Dakle, danas ste se upoznali sa građom i funkcijama ATP-a, a prisjetili ste se važnosti vitamina i saznali kako neki od njih sudjeluju u vitalnim procesima.
S nedovoljnim unosom vitamina u tijelo razvija se primarni nedostatak vitamina. Različite namirnice sadrže različite količine vitamina.
Na primjer, mrkva sadrži mnogo provitamina A (karotena), kupus sadrži vitamin C itd. Otuda i potreba za uravnoteženom prehranom, uključujući raznovrsnu hranu biljnog i životinjskog podrijetla.
Avitaminoza u normalnim prehrambenim uvjetima vrlo je rijetka, puno češća hipovitaminoza, koji su povezani s nedovoljnim unosom vitamina iz hrane.
Hipovitaminoza mogu se pojaviti ne samo kao posljedica neuravnotežene prehrane, već i kao posljedica raznih patologija gastrointestinalnog trakta ili jetre, ili kao posljedica raznih endokrinih ili zaraznih bolesti koje dovode do poremećene apsorpcije vitamina u tijelu.
Neke vitamine proizvodi crijevna mikroflora (crijevna mikrobiota). Suzbijanje biosintetskih procesa kao rezultat djelovanja antibiotici također može dovesti do razvoja hipovitaminoza, kao posljedica disbakterioza.
Pretjerana konzumacija vitaminskih dodataka prehrani, kao i lijekova koji sadrže vitamine, dovodi do pojave patološkog stanja - hipervitaminoza. To posebno vrijedi za vitamine topive u mastima, kao npr A, D, E, K.
Domaća zadaća
1. Koje se tvari nazivaju biološki aktivnima?
2. Što je ATP? Što je posebno u strukturi ATP molekule? Koje vrste kemijskih veza postoje u ovoj složenoj molekuli?
3. Koje su funkcije ATP-a u stanicama živih organizama?
4. Gdje se događa sinteza ATP-a? Gdje se događa hidroliza ATP-a?
5. Što su vitamini? Koje su njihove funkcije u tijelu?
6. Po čemu se vitamini razlikuju od hormona?
7. Koju klasifikaciju vitamina poznajete?
8. Što su nedostatak vitamina, hipovitaminoza i hipervitaminoza? Navedite primjere tih pojava.
9. Koje bolesti mogu biti posljedica nedovoljnog ili prekomjernog unosa vitamina u organizam?
10. Raspravite svoj jelovnik s prijateljima i rodbinom, izračunajte, koristeći dodatne podatke o sadržaju vitamina u različitim namirnicama, unosite li dovoljno vitamina.
1. Objedinjena zbirka digitalnih obrazovnih izvora ().
2. Objedinjena zbirka digitalnih obrazovnih izvora ().
3. Objedinjena zbirka digitalnih obrazovnih izvora ().
Bibliografija
1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Opća biologija 10-11 razred droplja, 2005.
2. Belyaev D.K. Biologija 10-11 razreda. Opća biologija. Osnovna razina. - 11. izd., stereotip. - M.: Obrazovanje, 2012. - 304 str.
3. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazov V. I. Biologija 10-11 razreda. Opća biologija. Osnovna razina. - 6. izd., dod. - Droplja, 2010. - 384 str.
