Acasă Incalzi Structura moleculei de ATP. ATP în injecții: instrucțiuni de utilizare. Fosforilarea oxidativă este una dintre cele mai importante componente ale respirației celulare, ducând la producerea de energie sub formă de ATP. Substraturile pentru fosforilarea oxidativă sunt produse ale

Incalzi

Structura moleculei de ATP. ATP în injecții: instrucțiuni de utilizare. Fosforilarea oxidativă este una dintre cele mai importante componente ale respirației celulare, ducând la producerea de energie sub formă de ATP. Substraturile pentru fosforilarea oxidativă sunt produse ale

Există aproximativ 70 de trilioane de celule în corpul uman. Pentru o creștere sănătoasă, fiecare dintre ele are nevoie de ajutoare - vitamine. Moleculele de vitamine sunt mici, dar deficiența lor este întotdeauna vizibilă. Dacă este dificil să te adaptezi la întuneric, ai nevoie de vitaminele A și B2, apare mătreața - nu este suficientă B12, B6, P, vânătăile nu se vindecă mult timp - deficit de vitamina C. În această lecție vei învăța cum și unde în celulă strategică o aprovizionare de vitamine, cum vitaminele activează organismul și, de asemenea, învață despre ATP - principala sursă de energie în celulă.

Tema: Bazele citologiei

Lecția: Structura și funcțiile ATP

După cum vă amintiți, acizi nucleiciconstau din nucleotide. S-a dovedit că într-o celulă nucleotidele pot fi în stare legată sau în stare liberă. În stare liberă, ele îndeplinesc o serie de funcții importante pentru viața corpului.

La astfel de liberi nucleotide se aplică molecula de ATP sau acid adenozin trifosforic(adenozin trifosfat). Ca toate nucleotidele, ATP este compus dintr-un zahăr cu cinci atomi de carbon - riboza, baza azotata - adeninași, spre deosebire de nucleotidele ADN și ARN, trei resturi de acid fosforic(Fig. 1).

Orez. 1. Trei reprezentări schematice ale ATP

Cel mai important Funcția ATP este că este un păstrător și un purtător universal energie intr-o cusca.

Toate reacțiile biochimice dintr-o celulă care necesită energie folosesc ATP ca sursă.

Când un reziduu de acid fosforic este separat, ATP intră în ADF (adenozin difosfat). Dacă se separă un alt reziduu de acid fosforic (ceea ce se întâmplă în cazuri speciale), ADF intră în AMF(adenozin monofosfat) (Fig. 2).

Orez. 2. Hidroliza ATP și conversia acestuia în ADP

Când al doilea și al treilea reziduu de acid fosforic sunt separate, se eliberează o cantitate mare de energie, până la 40 kJ. De aceea legătura dintre aceste reziduuri de acid fosforic se numește de înaltă energie și este desemnată prin simbolul corespunzător.

Când o legătură obișnuită este hidrolizată, o cantitate mică de energie este eliberată (sau absorbită), dar atunci când o legătură de înaltă energie este hidrolizată, este eliberată mult mai multă energie (40 kJ). Legătura dintre riboză și primul reziduu de acid fosforic nu este de mare energie; hidroliza sa eliberează doar 14 kJ de energie.

Compușii de înaltă energie pot fi formați și pe baza altor nucleotide, de exemplu GTF(guanozin trifosfat) este folosit ca sursă de energie în biosinteza proteinelor, participă la reacțiile de transducție a semnalului și este un substrat pentru sinteza ARN în timpul transcripției, dar ATP este cea mai comună și universală sursă de energie în celulă.

ATP cuprins ca în citoplasmă, asa de în nucleu, mitocondrii și cloroplaste.

Astfel, ne-am amintit ce este ATP, care sunt funcțiile sale și ce este o legătură macroergică.

Vitaminele sunt compuși organici activi biologic care, în cantități mici, sunt necesari pentru menținerea proceselor vitale în celulă.

Ele nu sunt componente structurale ale materiei vii și nu sunt folosite ca sursă de energie.

Majoritatea vitaminelor nu sunt sintetizate în corpul omului și al animalelor, ci intră în el cu alimente; unele sunt sintetizate în cantități mici de microflora intestinală și țesuturi (vitamina D este sintetizată de piele).

Nevoia de vitamine de către oameni și animale nu este aceeași și depinde de factori precum sexul, vârsta, starea fiziologică și condițiile de mediu. Nu toate animalele au nevoie de unele vitamine.

De exemplu, acidul ascorbic, sau vitamina C, este esențial pentru oameni și alte primate. În același timp, este sintetizat în corpul reptilelor (marinarii duceau țestoase în călătorii pentru combaterea scorbutului - deficit de vitamina C).

Vitaminele au fost descoperite la sfârșitul secolului al XIX-lea datorită muncii oamenilor de știință ruși N. I. LuninaȘi V. Pashutina, care a arătat că pentru o alimentație adecvată este necesară nu numai prezența proteinelor, grăsimilor și carbohidraților, ci și a altor substanțe, la acea vreme necunoscute.

În 1912, un om de știință polonez K. Funk(Fig. 3), în timp ce studia componentele cojii de orez, care protejează împotriva bolii Beri-Beri (deficitul de vitamina B), a sugerat că compoziția acestor substanțe trebuie să includă în mod necesar grupe de amine. El a propus să numească aceste substanțe vitamine, adică aminele vieții.

Ulterior s-a constatat că multe dintre aceste substanțe nu conțin grupe amino, dar termenul de vitamine a prins bine rădăcini în limbajul științei și practicii.

Pe măsură ce au fost descoperite vitaminele individuale, acestea au fost desemnate cu litere latine și denumite în funcție de funcțiile pe care le îndeplineau. De exemplu, vitamina E a fost numită tocoferol (din greaca veche τόκος - „naștere” și φέρειν - „a aduce”).

Astăzi, vitaminele sunt împărțite în funcție de capacitatea lor de a se dizolva în apă sau grăsime.

La vitaminele solubile în apă includ vitamine H, C, P, IN.

La vitamine liposolubile include A, D, E, K(poate fi amintit ca cuvântul: adidași) .

După cum sa menționat deja, nevoia de vitamine depinde de vârstă, sex, starea fiziologică a organismului și mediu. La o vârstă fragedă, există o nevoie clară de vitamine. Un organism slăbit necesită, de asemenea, doze mari din aceste substanțe. Odată cu vârsta, capacitatea de a absorbi vitaminele scade.

Nevoia de vitamine este, de asemenea, determinată de capacitatea organismului de a le utiliza.

În 1912, un om de știință polonez Kazimir Funk obţinută parţial purificată vitamina B1 - tiamină - din coji de orez. A fost nevoie de încă 15 ani pentru a obține această substanță în stare cristalină.

Vitamina B1 cristalină este incoloră, are un gust amar și este foarte solubilă în apă. Tiamina se găsește atât în celulele vegetale, cât și în cele microbiene. Este abundent în special în culturile de cereale și drojdie (Fig. 4).

Orez. 4. Tiamina sub formă de tablete și în alimente

Procesarea termică a alimentelor și a diverșilor aditivi distrug tiamina. Cu deficit de vitamine, se observă patologii ale sistemului nervos, cardiovascular și digestiv. Deficitul de vitamine duce la perturbarea metabolismului apei și a funcției hematopoietice. Unul dintre exemplele izbitoare ale deficitului de tiamină este dezvoltarea bolii Beri-Beri (Fig. 5).

Orez. 5. O persoană care suferă de deficit de tiamină - boala beriberi

Vitamina B1 este utilizată pe scară largă în practica medicală pentru a trata diferite boli nervoase și tulburări cardiovasculare.

În copt, tiamina, împreună cu alte vitamine - riboflavină și acid nicotinic, este folosită pentru a fortifica produsele de panificație.

În 1922 G. EvansȘi A. Bisho au descoperit o vitamina liposolubila, pe care au numit-o tocoferol sau vitamina E (literal: „promovarea nasterii”).

Vitamina E în forma sa pură este un lichid uleios. Este larg răspândit în culturile de cereale, cum ar fi grâul. Se găsește mult în grăsimile vegetale și animale (Fig. 6).

Orez. 6. Tocoferol și produsele care îl conțin

Există multă vitamina E în morcovi, ouă și lapte. Vitamina E este antioxidant, adică protejează celulele de oxidarea patologică, care duce la îmbătrânire și moarte. Este „vitamina tinereții”. Vitamina este de mare importanță pentru sistemul reproducător, motiv pentru care este adesea numită vitamina reproducerii.

Ca urmare, deficitul de vitamina E, în primul rând, duce la perturbarea embriogenezei și a funcționării organelor de reproducere.

Producerea vitaminei E se bazează pe izolarea acesteia din germeni de grâu folosind metoda extracției alcoolice și distilării solvenților la temperaturi scăzute.

În practica medicală, se folosesc atât medicamente naturale, cât și cele sintetice - acetat de tocoferol în ulei vegetal, închis într-o capsulă (celemul „ulei de pește”).

Preparatele cu vitamina E sunt utilizate ca antioxidanți pentru expunerea la radiații și alte afecțiuni patologice asociate cu niveluri crescute de particule ionizate și specii reactive de oxigen în organism.

În plus, vitamina E este prescrisă femeilor însărcinate și este folosită și în terapia complexă pentru tratamentul infertilității, distrofiei musculare și a unor boli hepatice.

Vitamina A (Fig. 7) a fost descoperită N. Drummondîn 1916.

Această descoperire a fost precedată de observațiile prezenței unui factor solubil în grăsimi în alimente, care este necesar pentru dezvoltarea deplină a animalelor de fermă.

Nu degeaba vitamina A ocupă primul loc în alfabetul vitaminelor. Ea participă la aproape toate procesele vieții. Această vitamină este necesară pentru restabilirea și menținerea vederii bune.

De asemenea, ajută la dezvoltarea imunității la multe boli, inclusiv răceli.

Fără vitamina A, epiteliul pielii sănătoase este imposibil. Dacă aveți pielea de găină, care apare cel mai adesea pe coate, șolduri, genunchi, picioare, pielea uscată a mâinilor sau alte fenomene similare, aceasta înseamnă că vă lipsește vitamina A.

Vitamina A, ca și vitamina E, este necesară pentru funcționarea normală a glandelor sexuale (gonade). Hipovitaminoza de vitamina A provoacă leziuni ale sistemului reproducător și organelor respiratorii.

Una dintre consecințele specifice ale lipsei de vitamina A este o încălcare a procesului de vedere, în special o scădere a capacității ochilor de a se adapta la condițiile întunecate - orbirea nocturnă. Deficitul de vitamine duce la xeroftalmie și distrugerea corneei. Ultimul proces este ireversibil și se caracterizează prin pierderea completă a vederii. Hipervitaminoza duce la inflamarea ochilor și la căderea părului, pierderea poftei de mâncare și epuizarea completă a organismului.

Orez. 7. Vitamina A și alimentele care o conțin

Vitaminele din grupa A se găsesc în principal în produsele de origine animală: ficat, ulei de pește, ulei, ouă (Fig. 8).

Orez. 8. Conținutul de vitamina A în alimentele de origine vegetală și animală

Produsele de origine vegetală conțin carotenoide, care sunt transformate în vitamina A în organismul uman sub acțiunea enzimei carotinaze.

Astfel, astăzi ați făcut cunoștință cu structura și funcțiile ATP și, de asemenea, v-ați amintit de importanța vitaminelor și ați aflat cum unele dintre ele sunt implicate în procesele vitale.

Cu un aport insuficient de vitamine în organism, se dezvoltă deficiența primară de vitamine. Diferite alimente conțin cantități diferite de vitamine.

De exemplu, morcovii conțin multă provitamina A (caroten), varza conține vitamina C etc. De aici și necesitatea unei alimentații echilibrate, care să includă o varietate de alimente de origine vegetală și animală.

Avitaminoza in conditii normale de nutritie este foarte rar, mult mai frecvent hipovitaminoza, care sunt asociate cu un aport insuficient de vitamine din alimente.

Hipovitaminoza poate apărea nu numai ca urmare a unei alimentații dezechilibrate, ci și ca urmare a diferitelor patologii ale tractului gastro-intestinal sau ficatului, sau ca urmare a diferitelor boli endocrine sau infecțioase care duc la o absorbție afectată a vitaminelor în organism.

Unele vitamine sunt produse de microflora intestinală (microflora intestinală). Suprimarea proceselor de biosinteză ca urmare a acțiunii antibiotice poate duce, de asemenea, la dezvoltare hipovitaminoza, în consecință disbacterioza.

Consumul excesiv de suplimente de vitamine alimentare, precum și de medicamente care conțin vitamine, duce la apariția unei stări patologice - hipervitaminoza. Acest lucru este valabil mai ales pentru vitaminele solubile în grăsimi, cum ar fi A, D, E, K.

Teme pentru acasă

1. Ce substanțe sunt numite biologic active?

2. Ce este ATP? Ce este special la structura moleculei de ATP? Ce tipuri de legături chimice există în această moleculă complexă?

3. Care sunt funcțiile ATP-ului în celulele organismelor vii?

4. Unde are loc sinteza ATP? Unde are loc hidroliza ATP?

5. Ce sunt vitaminele? Care sunt funcțiile lor în organism?

6. Cum diferă vitaminele de hormoni?

7. Ce clasificări ale vitaminelor cunoașteți?

8. Ce sunt deficiența de vitamine, hipovitaminoza și hipervitaminoza? Dați exemple ale acestor fenomene.

9. Ce boli pot fi o consecință a aportului insuficient sau excesiv de vitamine în organism?

10. Discutați-vă meniul cu prietenii și rudele, calculați, folosind informații suplimentare despre conținutul de vitamine din diferite alimente, dacă obțineți suficiente vitamine.

1. Colecție unificată de resurse educaționale digitale ().

2. Colecție unificată de Resurse Educaționale Digitale ().

3. Colecție unificată de Resurse Educaționale Digitale ().

Bibliografie

1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Biologie generală grade 10-11 Buttarda, 2005.

2. Belyaev D.K. Biologie clasa 10-11. Biologie generală. Un nivel de bază de. - Ed. a 11-a, stereotip. - M.: Educație, 2012. - 304 p.

3. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazov V. I. Biologie clasa 10-11. Biologie generală. Un nivel de bază de. - Ed. a VI-a, add. - Buttard, 2010. - 384 p.

Adenozin monofosfat ciclic (CAMP)- un derivat de ATP care actioneaza ca un al doilea mesager in organism, folosit pentru distributia intracelulara a semnalelor anumitor hormoni (de exemplu, glucagon sau adrenalina) care nu pot trece prin membrana celulara. Transformă un număr de proteine inerte în enzime (protein kinaze dependente de tabără), sub influența cărora au loc o serie de reacții biochimice. reacții (conducerea impulsurilor nervoase).

Producția de cAMP este stimulată adrenalina.

Guanozin monofosfat ciclic (cGMP) este o formă ciclică de nucleotidă formată din guanozin trifosfat (GTP) de enzima guanilat ciclază. Educația este stimulată acetilcolina.

· cGMP este implicat în reglarea proceselor biochimice din celulele vii ca mesager secundar (al doilea mesager). Este caracteristic că multe dintre efectele cGMP sunt direct opuse cu cAMP.

· cGMP activează G-kinaza și fosfodiesteraza, care hidrolizează cAMP.

· cGMP este implicat în reglarea ciclului celular. Alegerea celulei depinde de raportul cAMP/cGMP: opriți diviziunea (opriți-vă în faza G0) sau continuați, trecând la faza G1.

· cGMP stimulează proliferarea celulară (diviziunea), iar cAMP suprimă

Adenozin trifosfat (ATP)- o nucleotidă formată dintr-o bază azotată adenina, zahărul cu cinci atomi de carbon riboză și trei reziduuri de acid fosforic. Grupările fosfat din molecula ATP sunt conectate între ele de mare energie (macroergic) conexiuni. Legăturile dintre grupările fosfat nu sunt foarte puternice, iar atunci când se rupe, se eliberează o cantitate mare de energie. Ca rezultat al scindării hidrolitice a grupării fosfat din ATP, se formează acid adenozin difosforic (ADP) și se eliberează o parte de energie.

· Împreună cu alți nucleozidici trifosfați, ATP este produsul de plecare în sinteza acizilor nucleici.

· ATP joacă un rol important în reglarea multor procese biochimice. Fiind un efector alosteric al unui număr de enzime, ATP, unindu-și centrele lor de reglare, le sporește sau suprimă activitatea.

· ATP este, de asemenea, un precursor direct al sintezei de adenozin monofosfat ciclic, un mesager secundar al transmiterii semnalului hormonal în celulă.

· Rolul ATP ca mediator în sinapse și substanță semnal în alte interacțiuni intercelulare este de asemenea cunoscut

Adenozin difosfat (ADP)- o nucleotidă constând în de adenină, riboză și două resturi de acid fosforic. ADP este implicat în metabolismul energetic în toate organismele vii; ATP este format din el prin fosforilare:

ADP + H3PO4 + energie → ATP + H2O.

Fosforilarea ciclică a ADP și utilizarea ulterioară a ATP ca sursă de energie formează un proces care este esența metabolismului energetic (catabolism).

FAD - dinucleotidă flavină adenină- o coenzimă care participă la multe procese biochimice redox. FAD există în două forme - oxidat și redus, funcția sa biochimică, de regulă, este de a trece între aceste forme.

Nicotinamidă adenin dinucleotidă (NAD) - dinucleotida constă din două nucleotide legate prin grupările lor fosfat. Una dintre nucleotide conține adenină ca bază azotată, cealaltă conține nicotinamidă. Nicotinamida adenin dinucleotida există sub două forme: oxidată (NAD) și redusă (NADH).

· În metabolism, NAD este implicat în reacții redox, transferând electroni de la o reacție la alta. Astfel, în celule, NAD există în două stări funcționale: forma sa oxidată, NAD+, este un agent oxidant și preia electroni dintr-o altă moleculă, fiind redus la NADH, care servește apoi ca agent reducător și donează electroni.

· 1. Metabolismul proteinelor, grăsimilor și carbohidraților. Deoarece NAD și NADP servesc ca coenzime ale majorității dehidrogenazelor, ele participă la reacții

în timpul sintezei și oxidării acizilor grași,

în timpul sintezei colesterolului,

schimb de acid glutamic și alți aminoacizi,

metabolismul carbohidraților: calea pentozei fosfat, glicoliză,

decarboxilarea oxidativă a acidului piruvic,

ciclul acidului tricarboxilic.

· 2. NADH îndeplinește o funcție de reglare deoarece este un inhibitor al anumitor reacții de oxidare, de exemplu, în ciclul acidului tricarboxilic.

· 3. Protecția informațiilor ereditare - NAD este un substrat al poli-ADP-ribozilării în procesul de reticulare a rupelor cromozomiale și repararea ADN-ului, care încetinește necrobioza și apoptoza celulară.

· 4. Protectie impotriva radicalilor liberi – NADPH este o componenta esentiala a sistemului antioxidant al celulei.

Baza tuturor proceselor vii este mișcarea atomo-moleculară. Atât procesul respirator, cât și dezvoltarea și diviziunea celulară sunt imposibile fără energie. Sursa de alimentare cu energie este ATP; ce este și cum se formează vor fi discutate mai jos.

Înainte de a studia conceptul de ATP, este necesar să-l descifrem. Acest termen înseamnă nucleozid trifosfat, care este esențial pentru metabolismul energetic și material din organism.

Aceasta este o sursă unică de energie care stă la baza proceselor biochimice. Acest compus este fundamental pentru formarea enzimatică.

ATP a fost descoperit la Harvard în 1929. Fondatorii au fost oameni de știință de la Harvard Medical School. Aceștia au inclus Karl Lohman, Cyrus Fiske și Yellapragada Subbarao. Ei au identificat un compus a cărui structură semăna cu nucleotida adenil a acizilor ribonucleici.

O caracteristică distinctivă a compusului a fost conținutul de trei resturi de acid fosforic în loc de unul. În 1941, omul de știință Fritz Lipmann a demonstrat că ATP are potențial energetic în interiorul celulei. Ulterior, a fost descoperită o enzimă cheie, care a fost numită ATP sintază. Sarcina sa este formarea de molecule acide în mitocondrii.

ATP este un acumulator de energie în biologia celulară și este esențial pentru implementarea cu succes a reacțiilor biochimice.

Biologia acidului adenozin trifosforic sugerează formarea acestuia ca urmare a metabolismului energetic. Procesul constă în crearea a 2 molecule în a doua etapă. Cele 36 de molecule rămase apar în a treia etapă.

Acumularea de energie în structura acidă are loc în partea de legătură dintre reziduurile de fosfor. În cazul detașării a 1 reziduu de fosfor are loc o eliberare de energie de 40 kJ.

Ca rezultat, acidul este transformat în adenozin difosfat (ADP). Extracția ulterioară a fosfatului favorizează apariția adenozin monofosfatului (AMP).

Trebuie remarcat faptul că ciclul plantelor implică reutilizarea AMP și ADP, ceea ce are ca rezultat reducerea acestor compuși la o stare acidă. Acest lucru este asigurat de proces.

Structura

Dezvăluirea esenței unui compus este posibilă după studierea compușilor care fac parte din molecula ATP.

Ce compuși sunt incluși în acid:

3 reziduuri de acid fosforic. Reziduurile acide sunt combinate între ele prin legături energetice de natură instabilă. Se găsește și sub denumirea de acid fosforic;
adenina: este o bază azotată;
Riboză: este un carbohidrat de pentoză.

Includerea acestor elemente în ATP îi conferă o structură de nucleotide. Acest lucru permite ca moleculei să fie clasificate ca acid nucleic.

Important! Ca rezultat al scindării moleculelor acide, se eliberează energie. Molecula de ATP conține 40 kJ de energie.

Educaţie

Formarea moleculei are loc în mitocondrii și cloroplaste. Punctul fundamental în sinteza moleculară a acidului este procesul de disimilare. Disimilarea este procesul de tranziție a unui compus complex la unul relativ simplu datorită distrugerii.

În cadrul sintezei acizilor, se obișnuiește să se distingă mai multe etape:

pregătitoare. La baza despicarii se afla procesul digestiv, asigurat de actiunea enzimatica. Alimentele care intră în organism suferă dezintegrare. Descompunerea grăsimilor are loc în acizi grași și glicerol. Proteinele se descompun în aminoacizi, amidonul în formarea de glucoză. Etapa este însoțită de eliberarea de energie termică.
Anoxic sau glicoliză. Se bazează pe procesul de degradare. Defalcarea glucozei are loc cu participarea enzimelor, în timp ce 60% din energia eliberată este transformată în căldură, restul rămâne în moleculă.
Oxigen sau hidroliza; Are loc în interiorul mitocondriilor. Apare cu ajutorul oxigenului și enzimelor. Este implicat oxigenul expirat de organism. Se termină. Implică eliberarea de energie pentru a forma o moleculă.

Există următoarele căi de formare moleculară:

Fosforilarea de natura substratului. Pe baza energiei substantelor rezultate din oxidare. Partea predominantă a moleculei se formează în mitocondriile de pe membrane. Se efectuează fără participarea enzimelor membranare. Apare în partea citoplasmatică prin glicoliză. Este permisă opțiunea de formare datorită transportului grupării fosfat din alți compuși cu energie înaltă.
Fosforilarea oxidativă. Apare din cauza unei reacții oxidative.
Fotofosforilarea la plante în timpul fotosintezei.

Sens

Semnificația fundamentală a unei molecule pentru organism este dezvăluită prin funcția pe care o îndeplinește ATP.

Funcționalitatea ATP include următoarele categorii:

Energie. Oferă organismului energie și reprezintă baza energetică pentru procesele și reacțiile biochimice fiziologice. Apare din cauza a 2 legături de înaltă energie. Implica contractia musculara, formarea potentialului transmembranar si asigurarea transportului molecular prin membrane.
Baza sintezei. Este considerat compusul de pornire pentru formarea ulterioară a acizilor nucleici.
de reglementare. Ea stă la baza reglementării majorității proceselor biochimice. Furnizat de apartenența la un efector alosteric al seriei enzimatice. Afectează activitatea centrelor de reglementare prin îmbunătățirea sau suprimarea acestora.
Intermediar. Este considerată o legătură secundară în transmiterea semnalelor hormonale în celulă. Este un precursor al formării de ADP ciclic.
Mediator. Este o substanță de semnalizare în sinapse și alte interacțiuni celulare. Se asigură semnalizarea purinergică.

Dintre punctele de mai sus, locul dominant este acordat funcției energetice a ATP.

Metabolismul energetic, sau disimilarea sau catabolismul, este un set de reacții de descompunere enzimatică a compușilor organici (proteine, grăsimi, carbohidrați) și formarea de compuși bogati în energie (adenozin trifosfat etc.) .

ATP și compuși similari (se numesc macroergici) asigură o varietate de procese vitale: sinteza biologică, menținerea diferențelor de concentrație a substanțelor (gradienți) și transportul substanțelor prin membrane, conducerea impulsurilor electrice, munca musculară, secreția diferitelor secreții etc. .

Energia chimică a nutrienților care intră în organism este conținută în legături covalente dintre atomi din moleculele compușilor organici. De exemplu, atunci când o legătură chimică, cum ar fi o legătură peptidică, este ruptă, se eliberează aproximativ 12 kJ per 1 mol. În glucoză, cantitatea de energie potențială conținută în legăturile dintre atomii de C, H și O este de 2800 kJ la 1 mol (adică la 180 g de glucoză). Când glucoza este descompusă, se formează dioxid de carbon și apă, iar energia este eliberată conform ecuației finale:

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

O parte din energia eliberată din nutrienți este disipată sub formă de căldură, iar o parte este acumulată, adică stocată în legăturile de fosfat bogate în energie ale ATP. Moleculele de ATP stochează mai mult de jumătate din energia care poate fi extrasă din moleculele organice atunci când sunt oxidate la H20 și CO2. Prin formarea de ATP, energia este transformată într-o formă mai convenabilă, concentrată, din care poate fi eliberată cu ușurință. În medie, o celulă conține aproximativ 1 miliard de molecule de ATP, a căror descompunere (hidroliza) în ADP și fosfat oferă energie pentru multe procese biologice și chimice care au loc odată cu absorbția de energie.

molecula de ATP constă din baza azotată adenină, zahăr riboză și trei resturi de acid fosforic (14). Adenina, riboza și primul fosfat formează adenozin monofosfat (AMP). Când se adaugă un al doilea fosfat la primul, se obține adenozin difosfat (ADP). Molecula cu trei resturi de acid fosforic (ATP) este cea mai consumatoare de energie. Scindarea fosfatului terminal din molecula de ATP este însoțită de eliberarea a 40 kJ de energie în loc de 12 kJ eliberați atunci când legăturile chimice obișnuite sunt rupte. Datorită legăturilor bogate în energie din molecula de ATP, celula poate acumula cantități mari de energie într-un spațiu mic și o poate consuma după cum este necesar. Sinteza ATP se realizează în organele celulare speciale - mitocondrii.

Etape ale metabolismului energetic

Metabolismul energetic este de obicei împărțit în trei etape. Prima etapă este pregătitoare, numită și digestie. Se desfășoară în principal în afara celulelor sub acțiunea enzimelor secretate în cavitatea tractului digestiv. În această etapă, moleculele mari de polimer se descompun în monomeri: proteinele în aminoacizi, polizaharidele în zaharuri simple, grăsimile în acizi grași și glicerol. Aceasta eliberează o cantitate mică de energie, care este disipată sub formă de căldură.

În a doua etapă, moleculele mici formate în timpul procesului de digestie intră în celule și suferă o descompunere ulterioară. Cea mai importantă parte a celei de-a doua etape a metabolismului energetic este glicoliza - descompunerea glucozei. Glicoliza poate apărea în absența oxigenului.

Ca rezultat al unei serii de reacții enzimatice secvențiale, o moleculă de glucoză care conține șase atomi de carbon este transformată în două molecule de acid piruvic (C3H403), conținând fiecare trei atomi de carbon. Acidul fosforic și ADP sunt implicate în descompunerea glucozei. Acidul piruvic este apoi redus la acid lactic (în mușchi), iar ecuația generală arată astfel:

SbN120b+2HzP04+2ADP-^ -*2SzH6OZ+2ATP+2H20

Astfel, descompunerea unei molecule de glucoză este însoțită de formarea a două molecule de ATP.

Descompunerea anaerobă a glucozei (glicoliză) poate fi principala sursă de ATP în celulă în organismele care nu folosesc oxigen molecular sau trăiesc în absența acestuia, precum și în țesuturile organismelor multicelulare care pot funcționa în condiții anaerobe (de exemplu, în muşchi) în timpul efortului intens. În aceste condiții, moleculele de acid piruvic sunt transformate fie în acid lactic, așa cum s-a descris mai sus, fie în alți compuși (etanol și CO2 în celulele de drojdie, acetonă, acizi butiric și succinic în diferite microorganisme etc.).

Formarea ATP în reacțiile glicolitice este relativ ineficientă, deoarece produsele sale finale sunt molecule relativ mari care conțin o cantitate mare de energie chimică. Prin urmare, a doua etapă a metabolismului energetic se numește incompletă. Această etapă se mai numește și fermentație. Extragerea energiei din compuși organici în absența oxigenului - fermentație - este larg răspândită în natură. Majoritatea compușilor naturali constând din carbon, hidrogen, oxigen și/sau azot sunt fermentabili în condiții anaerobe. Astfel de compuși includ polizaharide, hexoze, pentoze, trioze, alcooli polihidroxici, acizi organici, aminoacizi, purine și pirimidine. Produsele fermentației carbohidraților sunt acidul butiric, acetona, butanolul, propanolul etc. Celuloza polizaharidă, ca urmare a prelucrării de către microorganisme, este transformată în alcool etilic, acizi acetic, formic și lactic, hidrogen molecular și CO2. Bacteriile care trăiesc în rumenul rumegătoarelor (10 9-10 10 celule bacteriene în 1 ml de lichid ruminal; descompun celuloza conținută în hrana plantelor în compuși simpli ușor digerabili - acizi organici și alcooli.

Există substanțe care nu pot fi fermentate în condiții anaerobe. Acestea includ hidrocarburi alifatice și aromatice saturate, pigmenți vegetali - carotenoizi și alți compuși. În condiții aerobe, toate aceste substanțe sunt complet oxidate, dar în absența oxigenului sunt foarte stabile. Datorită acestei stabilități, hidrocarburile rămân în câmpurile petroliere mult timp.

A treia etapă a catabolismului necesită prezența oxigenului molecular și se numește respirație. Dezvoltarea respirației celulare în microorganismele aerobe și în celulele eucariote a devenit posibilă numai după ce oxigenul molecular a apărut în atmosfera Pământului ca urmare a fotosintezei. Adăugarea unei etape de oxigen la procesul catabolic oferă celulelor o modalitate puternică și eficientă de a extrage nutrienți și energie din molecule.

Reacțiile de scindare a oxigenului sau catabolismul oxidativ au loc în organele celulare speciale - mitocondrii, unde intră moleculele de acid piruvic. După o serie de transformări, se formează produsele finale - CO2 și H0, care apoi difuzează în afara celulei. Ecuația generală pentru respirația aerobă arată astfel:

2СзН60г+602+36НзР04+36ADP-^

V6CO2+6H2O+36AT0+36H2O "

Astfel, oxidarea a două molecule de acid lactic produce 36 de molecule de ATP. În total, în timpul celei de-a doua și a treia etape ale metabolismului energetic, descompunerea unei molecule de glucoză produce 38 de molecule de ATP. În consecință, respirația aerobă joacă rolul principal în furnizarea energiei celulei.

Nu numai acidul piruvic, ci și acizii grași și unii aminoacizi intră în mitocondrii, unde sunt transformați într-unul dintre produșii intermediari ai catabolismului oxidativ. Mitocondriile sunt centrul de unde se extrage energia din legăturile chimice ale grăsimilor, proteinelor și carbohidraților. Prin urmare, mitocondriile sunt numite stații energetice ale celulei.