Anumang organismo ay maaaring umiral hangga't may suplay ng sustansya mula sa panlabas na kapaligiran at habang ang mga produkto ng kanyang mahalagang aktibidad ay excreted sa kapaligiran na ito. Sa loob ng cell mayroong isang tuluy-tuloy na napaka kumplikadong kumplikado ng mga pagbabagong kemikal, dahil sa kung saan ang mga bahagi ng katawan ng cell ay nabuo mula sa mga sustansya. Ang kabuuan ng mga proseso ng pagbabagong-anyo ng bagay sa isang buhay na organismo, na sinamahan ng patuloy na pag-renew nito, ay tinatawag na metabolismo.
Ang bahagi ng pangkalahatang metabolismo, na binubuo sa pagsipsip, asimilasyon ng mga sustansya at ang paglikha ng mga istrukturang bahagi ng cell sa kanilang gastos, ay tinatawag na asimilasyon - ito ay isang nakabubuo na palitan. Ang ikalawang bahagi ng pangkalahatang pagpapalitan ay ang mga proseso ng dissimilation, i.e. ang mga proseso ng agnas at oksihenasyon ng mga organikong sangkap, bilang isang resulta kung saan ang cell ay tumatanggap ng enerhiya, ay isang palitan ng enerhiya. Ang constructive at energy exchange ay bumubuo ng isang solong kabuuan.
Sa proseso ng constructive exchange, ang isang cell ay nag-synthesize ng mga biopolymer ng katawan nito mula sa isang medyo limitadong bilang ng mga mababang molekular na timbang na compound. Ang mga biosynthetic na reaksyon ay nagpapatuloy sa pakikilahok ng iba't ibang mga enzyme at nangangailangan ng enerhiya.
Ang mga buhay na organismo ay maaari lamang gumamit ng chemically bound energy. Ang bawat sangkap ay may tiyak na reserba potensyal na enerhiya. Ang mga pangunahing carrier ng materyal nito ay mga bono ng kemikal, ang pagkasira o pagbabago nito ay humahantong sa pagpapalabas ng enerhiya. Ang antas ng enerhiya ng ilang mga bono ay may halaga na 8-10 kJ - ang mga bono na ito ay tinatawag na normal. Ang ibang mga bono ay naglalaman ng higit na enerhiya - 25-40 kJ - ito ang tinatawag na mga macroergic bond. Halos lahat ng mga kilalang compound na may ganitong mga bono ay may mga phosphorus o sulfur atoms sa kanilang komposisyon, sa lugar kung saan ang mga bono na ito ay naisalokal sa molekula. Ang adenosine triphosphoric acid (ATP) ay isa sa mga compound na may mahalagang papel sa buhay ng cell.
Ang adenosine triphosphoric acid (ATP) ay binubuo ng isang organic adenine base (I), isang ribose carbohydrate (II) at tatlong phosphoric acid residues (III). Ang kumbinasyon ng adenine at ribose ay tinatawag na adenosine. Ang mga pangkat ng Pyrophosphate ay may mga macroergic bond, na ipinahiwatig ng ~. Ang agnas ng isang molekula ng ATP na may pakikilahok ng tubig ay sinamahan ng pag-aalis ng isang molekula ng phosphoric acid at ang pagpapakawala ng libreng enerhiya, na 33-42 kJ / mol. Ang lahat ng mga reaksyon na kinasasangkutan ng ATP ay kinokontrol ng mga sistema ng enzyme.
Fig.1. Adenosine triphosphoric acid (ATP)
Ang metabolismo ng enerhiya sa cell. Synthesis ng ATP
Ang synthesis ng ATP ay nangyayari sa mitochondrial membranes sa panahon ng paghinga, samakatuwid ang lahat ng mga enzyme at cofactor ng respiratory chain, lahat ng mga enzyme ng oxidative phosphorylation ay naisalokal sa mga organelles na ito.
Ang synthesis ng ATP ay nangyayari sa paraang ang dalawang H + ions ay nahahati mula sa ADP at phosphate (P) sa kanang bahagi ng lamad, na binabayaran ang pagkawala ng dalawang H + sa panahon ng pagbabawas ng substance B. Isa sa mga atomo ng oxygen ng pospeyt ay inililipat sa kabilang panig ng lamad at, na nakakabit ng dalawang H ions + mula sa kaliwang kompartimento, ay bumubuo ng H 2 O. Ang phosphoryl residue ay nakakabit sa ADP, na bumubuo ng ATP.
Fig.2. Scheme ng ATP oxidation at synthesis sa mitochondrial membranes
Sa mga selula ng mga organismo, maraming mga biosynthetic na reaksyon ang napag-aralan na gumagamit ng enerhiya na nilalaman ng ATP, kung saan ang mga proseso ng carboxylation at decarboxylation, ang synthesis ng mga bono ng amide, ang pagbuo ng mga macroergic compound na may kakayahang maglipat ng enerhiya mula sa ATP sa mga anabolic reaksyon ng nangyayari ang synthesis ng mga sangkap. Naglalaro ang mga reaksyong ito mahalagang papel sa mga metabolic na proseso ng mga organismo ng halaman.
Sa pakikilahok ng ATP at iba pang high-energy nucleoside polyphosphates (GTP, CTP, UGF), monosaccharide molecules, amino acids, nitrogenous bases, acylglycerols ay maaaring maisaaktibo sa pamamagitan ng synthesis ng mga aktibong intermediate na mga derivatives ng nucleotides. Kaya, halimbawa, sa proseso ng synthesis ng starch na may pakikilahok ng enzyme ADP-glucose pyrophosphorylase, nabuo ang isang aktibong anyo ng glucose - adenosine diphosphate glucose, na madaling nagiging donor ng mga residu ng glucose sa panahon ng pagbuo ng istraktura ng mga molekula ng polysaccharide na ito.
Ang synthesis ng ATP ay nangyayari sa mga selula ng lahat ng mga organismo sa proseso ng phosphorylation, i.e. pagdaragdag ng inorganic phosphate sa ADP. Ang enerhiya para sa ADP phosphorylation ay nabuo sa panahon ng metabolismo ng enerhiya. Ang metabolismo ng enerhiya, o dissimilation, ay isang hanay ng paghahati ng mga reaksyon ng mga organikong sangkap, na sinamahan ng paglabas ng enerhiya. Depende sa tirahan, ang dissimilation ay maaaring magpatuloy sa dalawa o tatlong yugto.
Sa karamihan ng mga nabubuhay na organismo - aerobes na naninirahan sa isang kapaligiran ng oxygen - tatlong yugto ang isinasagawa sa panahon ng dissimilation: paghahanda, walang oxygen at oxygen, kung saan ang mga organikong sangkap ay nabubulok sa mga hindi organikong compound. Sa mga anaerobes na naninirahan sa isang kapaligiran na pinagkaitan ng oxygen, o sa mga aerobes na may kakulangan nito, ang dissimilation ay nagpapatuloy lamang sa unang dalawang yugto sa pagbuo ng mga intermediate organic compound na mayaman pa rin sa enerhiya.
Ang unang yugto - paghahanda - ay binubuo sa enzymatic cleavage ng kumplikadong mga organic compound sa mas simple (protina - sa amino acids, taba - sa glycerol at mataba acids, polysaccharides - sa monosaccharides, nucleic acids - sa nucleotides). Ang pagkasira ng mga organikong substrate ng pagkain ay isinasagawa sa iba't ibang antas ng gastrointestinal tract ng mga multicellular na organismo. Ang intracellular cleavage ng mga organikong sangkap ay nangyayari sa ilalim ng pagkilos ng hydrolytic enzymes ng lysosomes. Ang enerhiya na inilabas sa kasong ito ay nawawala sa anyo ng init, at ang mga nagresultang maliliit na organikong molekula ay maaaring sumailalim sa karagdagang paghahati o magamit ng cell bilang isang "materyal na gusali" para sa synthesis ng sarili nitong mga organikong compound.
Ang ikalawang yugto - hindi kumpletong oksihenasyon (oxygen-free) - ay isinasagawa nang direkta sa cytoplasm ng cell, hindi nito kailangan ang pagkakaroon ng oxygen at binubuo sa karagdagang paghahati ng mga organikong substrate. Ang pangunahing pinagkukunan ng enerhiya sa cell ay glucose. Ang anoxic, hindi kumpletong pagkasira ng glucose ay tinatawag na glycolysis.
Ang Glycolysis ay isang multi-stage na enzymatic na proseso ng pag-convert ng anim na carbon glucose sa dalawang tatlong-carbon na molekula ng pyruvic acid (pyruvate, PVC) С3Н4О3. Sa panahon ng mga reaksyon ng glycolysis, isang malaking halaga ng enerhiya ang pinakawalan - 200 kJ / mol. Ang bahagi ng enerhiya na ito (60%) ay nawawala bilang init, ang natitira (40%) ay ginagamit para sa synthesis ng ATP.
Bilang resulta ng glycolysis ng isang molekula ng glucose, ang dalawang molekula ng PVC, ATP at tubig ay nabuo, pati na rin ang mga atomo ng hydrogen, na nakaimbak ng cell sa anyo ng NADH, i.e. bilang bahagi ng isang partikular na carrier - nicotinamide adenine dinucleotide. Ang karagdagang kapalaran ng mga produktong glycolysis - pyruvate at hydrogen sa anyo ng NAD H - ay maaaring umunlad sa iba't ibang paraan. Sa lebadura o sa mga selula ng halaman, na may kakulangan ng oxygen, nangyayari ang alkohol na pagbuburo - Ang PVC ay nabawasan sa ethyl alcohol:
Sa mga selula ng hayop na nakakaranas ng pansamantalang kakulangan ng oxygen, halimbawa, sa mga selula ng kalamnan ng tao sa panahon ng labis na ehersisyo, gayundin sa ilang mga bakterya, ang lactic acid fermentation ay nangyayari, kung saan ang pyruvate ay nabawasan sa lactic acid. Sa pagkakaroon ng oxygen sa kapaligiran, ang mga produkto ng glycolysis ay sumasailalim sa karagdagang paghahati sa mga huling produkto.
Ang ikatlong yugto - kumpletong oksihenasyon (paghinga) - nagpapatuloy sa obligadong paglahok ng oxygen. Ang aerobic respiration ay isang kadena ng mga reaksyon na kinokontrol ng mga enzyme ng panloob na lamad at mitochondrial matrix. Sa sandaling nasa mitochondria, ang PVC ay nakikipag-ugnayan sa matrix enzymes at mga form: carbon dioxide, na pinalabas mula sa cell; hydrogen atoms, na, bilang bahagi ng mga carrier, ay ipinadala sa panloob na lamad; acetyl coenzyme A (acetyl-CoA), na kasangkot sa tricarboxylic acid cycle (Krebs cycle). Ang Krebs cycle ay isang chain ng sunud-sunod na reaksyon kung saan ang dalawang CO2 molecule, isang ATP molecule at apat na pares ng hydrogen atoms ay nabuo mula sa isang acetyl-CoA molecule, na inilipat sa carrier molecules - NAD at FAD (flavin adenine dinucleotide). Ang pangkalahatang reaksyon ng glycolysis at ang siklo ng Krebs ay maaaring kinakatawan bilang mga sumusunod:
Kaya, bilang isang resulta ng walang oxygen na yugto ng dissimilation at ang siklo ng Krebs, ang molekula ng glucose ay nasira sa hindi organikong carbon dioxide (CO2), at ang enerhiya na inilabas sa prosesong ito ay bahagyang ginugol sa ATP synthesis, ngunit higit sa lahat ay nai-save. sa mga electron-loaded carrier NAD H2 at FAD H2. Ang mga carrier ng protina ay nagdadala ng mga atomo ng hydrogen sa panloob na mitochondrial membrane, kung saan ang mga ito ay ipinapasa kasama ng isang chain ng mga protina na binuo sa lamad. Ang transportasyon ng mga particle sa kahabaan ng transport chain ay isinasagawa sa paraang ang mga proton ay mananatili sa panlabas na bahagi ng lamad at maipon sa intermembrane space, na ginagawa itong isang H+ reservoir, habang ang mga electron ay inililipat sa panloob na ibabaw ng panloob. mitochondrial membrane, kung saan sila ay nagsasama-sama sa oxygen.
Bilang resulta ng aktibidad ng mga enzyme sa kadena ng transportasyon ng elektron, ang panloob na lamad ng mitochondria ay negatibong sisingilin mula sa loob, at positibong sinisingil mula sa labas (dahil sa H), upang ang isang potensyal na pagkakaiba ay nilikha sa pagitan ng mga ibabaw nito. Alam na ang mga molekula ng enzyme ATP synthetase ay naka-embed sa panloob na lamad ng mitochondria, na mayroong channel ng ion. Kapag ang potensyal na pagkakaiba sa buong lamad ay umabot sa isang kritikal na antas (200 mV), ang mga positibong sisingilin na H+ na mga particle ay nagsisimulang itulak sa channel ng ATPase sa pamamagitan ng puwersa ng electric field at, sa sandaling nasa panloob na ibabaw ng lamad, nakikipag-ugnayan sa oxygen, bumubuo ng tubig.
Ang normal na kurso ng metabolic reaksyon sa antas ng molekular ay dahil sa maayos na kumbinasyon ng mga proseso ng catabolism at anabolism. Kapag ang mga proseso ng catabolic ay nabalisa, una sa lahat, ang mga paghihirap sa enerhiya ay lumitaw, ang pagbabagong-buhay ng ATP ay nabalisa, pati na rin ang supply ng mga paunang anabolismo na substrate na kinakailangan para sa mga proseso ng biosynthetic. Sa turn, ang pinsala sa mga anabolic na proseso na pangunahin o nauugnay sa mga pagbabago sa mga proseso ng catabolism ay humahantong sa isang pagkagambala sa pagpaparami ng mga functionally mahalagang compound - enzymes, hormones, atbp.
Ang paglabag sa iba't ibang mga link ng metabolic chain ay hindi pantay sa mga kahihinatnan nito. Ang pinakamahalaga, malalim na mga pagbabago sa pathological sa catabolism ay nangyayari kapag ang biological oxidation system ay nasira dahil sa blockade ng tissue respiration enzymes, hypoxia, atbp., o pinsala sa mga mekanismo ng conjugation ng tissue respiration at oxidative phosphorylation (halimbawa, uncoupling ng tissue paghinga at oxidative phosphorylation sa thyrotoxicosis). Sa mga kasong ito, ang mga cell ay pinagkaitan ng pangunahing mapagkukunan ng enerhiya, halos lahat ng mga oxidative na reaksyon ng catabolism ay naharang o nawawalan ng kakayahang maipon ang pinakawalan na enerhiya sa mga molekula ng ATP. Sa pamamagitan ng pagpigil sa mga reaksyon ng tricarboxylic acid cycle, ang produksyon ng enerhiya mula sa catabolism ay nababawasan ng halos dalawang-katlo.
Bilang karagdagan sa mga protina, taba at carbohydrates, ang isang malaking bilang ng iba pang mga organikong compound ay na-synthesize sa cell, na maaaring may kondisyon na nahahati sa nasa pagitan at pangwakas. Kadalasan, ang pagkuha ng isang tiyak na sangkap ay nauugnay sa pagpapatakbo ng isang catalytic conveyor (isang malaking bilang ng mga enzyme), at nauugnay sa pagbuo ng mga intermediate na produkto ng reaksyon, na apektado ng susunod na enzyme. Pangwakas mga organikong compound gumaganap ng mga independiyenteng function sa cell o nagsisilbing monomer sa synthesis ng polymers. Ang mga panghuling sangkap ay mga amino acid, glucose, nucleotides, ATP, mga hormone, bitamina.
Ang adenosine triphosphoric acid (ATP) ay isang unibersal na pinagmumulan at pangunahing nagtitipon ng enerhiya sa mga buhay na selula. Ang ATP ay matatagpuan sa lahat ng mga selula ng halaman at hayop. Ang dami ng ATP ay nagbabago at nasa average na 0.04% (bawat raw cell weight). Ang pinakamalaking halaga ng ATP (0.2-0.5%) ay matatagpuan sa mga kalamnan ng kalansay.
Ang ATP ay isang nucleotide na binubuo ng nitrogenous base (adenine), monosaccharide (ribose), at tatlong phosphoric acid residues. Dahil ang ATP ay naglalaman ng hindi isa, ngunit tatlong nalalabi ng phosphoric acid, ito ay kabilang sa ribonucleoside triphosphates.
Para sa karamihan ng mga uri ng trabaho na nagaganap sa mga cell, ang enerhiya ng ATP hydrolysis ay ginagamit. Kasabay nito, kapag ang terminal residue ng phosphoric acid ay natanggal, ang ATP ay pumasa sa ADP ( adenosine diphosphate acid), na may pag-aalis ng pangalawang nalalabi ng phosphoric acid - sa AMP ( adenosine monophosphoric acid). Ang ani ng libreng enerhiya sa panahon ng pag-aalis ng parehong terminal at ang pangalawang nalalabi ng phosphoric acid ay 30.6 kJ bawat isa. Ang cleavage ng ikatlong pangkat ng pospeyt ay sinamahan ng paglabas ng 13.8 kJ lamang. Ang mga bono sa pagitan ng terminal at ang pangalawa, ikalawa at unang nalalabi ng phosphoric acid ay tinatawag na macroergic (high-energy).
Ang mga reserbang ATP ay patuloy na pinupunan. Sa mga selula ng lahat ng mga organismo, ang synthesis ng ATP ay nangyayari sa proseso ng phosphorylation, i.e. pagdaragdag ng phosphoric acid sa ADP. Ang phosphorylation ay nangyayari na may iba't ibang intensity sa mitochondria, sa panahon ng glycolysis sa cytoplasm, sa panahon ng photosynthesis sa chloroplasts. Ang molekula ng ATP ay ginagamit sa cell sa loob ng 1-2 minuto; sa isang tao, ang ATP ay nabuo at nawasak bawat araw sa isang halaga na katumbas ng masa ng kanyang katawan.
pangwakas mga organikong molekula, ay din bitamina at mga hormone. Malaking papel sa buhay mga multicellular na organismo maglaro bitamina. Ang mga bitamina ay yaong mga organikong compound na hindi ma-synthesize ng isang partikular na organismo (o ma-synthesize sa hindi sapat na dami) at dapat itong tanggapin kasama ng pagkain. Ang mga bitamina ay pinagsama sa mga protina upang bumuo ng mga kumplikadong enzyme. Sa kakulangan ng anumang bitamina sa pagkain, ang isang enzyme ay hindi mabuo at ito o ang kakulangan sa bitamina ay bubuo. Halimbawa, ang kakulangan ng bitamina C ay humahantong sa scurvy, ang kakulangan ng bitamina B 12 ay humahantong sa anemia, isang paglabag sa normal na pagbuo ng mga pulang selula ng dugo.
Mga hormone ay mga regulator nakakaapekto sa gawain ng mga indibidwal na organo at ang buong organismo. Maaaring may likas na protina ang mga ito (mga hormone ng pituitary gland, pancreas), maaaring nauugnay sa mga lipid (mga sex hormone), maaaring mga derivatives ng amino acids (thyroxine). Ang mga hormone ay ginawa ng parehong mga hayop at halaman.
Mga paraan upang makakuha ng enerhiya sa cell
Mayroong apat na pangunahing proseso sa cell na tinitiyak ang paglabas ng enerhiya mula sa mga bono ng kemikal sa panahon ng oksihenasyon ng mga sangkap at imbakan nito:
1. Glycolysis (stage 2 ng biological oxidation) - oksihenasyon ng isang molekula ng glucose sa dalawang molekula ng pyruvic acid, na may pagbuo ng 2 molekula ATP at NADH. Dagdag pa, ang pyruvic acid ay na-convert sa acetyl-SCoA sa ilalim ng aerobic na kondisyon, at sa lactic acid sa ilalim ng anaerobic na kondisyon.
2. β-Oxidation ng mga fatty acid(yugto 2 ng biological oxidation) - oksihenasyon ng mga fatty acid sa acetyl-SCoA, ang mga molekula ay nabuo dito NADH at FADN 2. Ang mga molekula ng ATP "sa purong anyo" ay hindi lumilitaw.
3. Ikot ng tricarboxylic acid(TsTK, yugto 3 ng biological oxidation) - oksihenasyon ng acetyl group (bilang bahagi ng acetyl-SCoA) o iba pang mga keto acid sa carbon dioxide. Mga reaksyon buong ikot sinamahan ng pagbuo ng 1 molekula GTP(na katumbas ng isang ATP), 3 molekula NADH at 1 molekula FADN 2.
4. Oxidative phosphorylation(stage 3 ng biological oxidation) - Ang NADH at FADH 2 ay na-oxidized, nakuha sa mga reaksyon ng catabolism ng glucose, amino acids at fatty acids. Kasabay nito, ang mga enzyme ng respiratory chain sa panloob na lamad ng mitochondria ay nagbibigay ng pagbuo mas malaki mga bahagi ng cell ATP.
Dalawang paraan upang i-synthesize ang ATP
Ang lahat ng mga nucleoside ay patuloy na ginagamit sa cell tatlo phosphates (ATP, GTP, CTP, UTP, TTP) bilang isang donor ng enerhiya. Kasabay nito, ang ATP ay unibersal macroerg, nakikilahok sa halos lahat ng aspeto ng metabolismo at aktibidad ng cell. At ito ay tiyak na dahil sa ATP na ang phosphorylation ng nucleotides ng GDP, CDP, UDP, TDP sa nucleoside ay natiyak. tatlo mga phosphate.
Sa iba, ang nucleoside tatlo phosphates, mayroong isang tiyak na pagdadalubhasa. Kaya, ang UTP ay kasangkot sa metabolismo ng mga karbohidrat, lalo na sa synthesis ng glycogen. Ang GTP ay kasangkot sa mga ribosom, nakikilahok sa pagbuo ng mga peptide bond sa mga protina. Ang CTP ay ginagamit sa synthesis ng phospholipids.
Ang pangunahing paraan upang makakuha ng ATP sa cell ay oxidative phosphorylation, na nangyayari sa mga istruktura ng panloob na lamad ng mitochondria. Kasabay nito, ang enerhiya ng mga hydrogen atoms ng NADH at FADH 2 molecule na nabuo sa glycolysis, TCA, at fatty acid oxidation ay na-convert sa enerhiya ng ATP bonds.
Gayunpaman, mayroon ding isa pang paraan ng phosphorylation ng ADP sa ATP - substrate phosphorylation. Ang pamamaraang ito ay nauugnay sa paglipat ng macroergic phosphate o ang enerhiya ng isang macroergic bond ng isang substance (substrate) sa ADP. Kasama sa mga sangkap na ito ang mga metabolite ng glycolysis ( 1,3-diphosphoglyceric acid, phosphoenolpyruvate), tricarboxylic acid cycle ( succinyl-SCoA) at reserbang macroerg creatine phosphate. Ang enerhiya ng hydrolysis ng kanilang macroergic bond ay mas mataas kaysa sa 7.3 kcal/mol sa ATP, at ang papel ng mga sangkap na ito ay nabawasan sa paggamit ng enerhiya na ito para sa phosphorylation ng ADP molecule sa ATP.
Pag-uuri ng macroergs
Ang mga macroergic compound ay inuri ayon sa uri ng koneksyon, nagdadala ng karagdagang enerhiya:
1. Phosphoanhydride koneksyon. Ang lahat ng mga nucleotide ay may gayong bono: nucleoside triphosphates (ATP, GTP, CTP, UTP, TTP) at nucleoside diphosphates (ADP, GDP, CDP, UDP, TDP).
2. Thioether koneksyon. Ang isang halimbawa ay ang acyl derivatives ng coenzyme A: acetyl-SCoA, succinyl-SCoA, at iba pang mga compound ng anumang fatty acid at HS-CoA.
3. Guanidine phosphate koneksyon - naroroon sa creatine phosphate, isang reserbang macroerg ng kalamnan at nervous tissue.
4. Acyl phosphate koneksyon. Kasama sa mga macroerg na ito ang glycolysis metabolite 1,3-diphosphoglyceric acid (1,3-diphosphoglycerate). Nagbibigay ito ng synthesis ng ATP sa reaksyon ng substrate phosphorylation.
5. Enolphosphate koneksyon. Ang kinatawan ay phosphoenolpyruvate, isang metabolite ng glycolysis. Nagbibigay din ito ng synthesis ng ATP sa reaksyon ng substrate phosphorylation sa glycolysis.
Ang figure ay nagpapakita ng dalawang paraan Mga imahe ng istraktura ng ATP. Ang adenosine monophosphate (AMP), adenosine diphosphate (ADP), at adenosine triphosphate (ATP) ay nabibilang sa isang klase ng mga compound na tinatawag na nucleoside. Ang isang molekula ng nucleotide ay binubuo ng isang limang-carbon na asukal, isang nitrogenous base, at phosphoric acid. Sa molekula ng AMP, ang asukal ay kinakatawan ng ribose, at ang base ay kinakatawan ng adenine. Ang ADP ay may dalawang grupo ng pospeyt, habang ang ATP ay may tatlo.
Halaga ng ATP
Kapag ang ATP ay nahati sa ADP at ang inorganikong phosphate (Fn) na enerhiya ay inilabas:
Ang reaksyon ay nagpapatuloy sa pagsipsip ng tubig, ibig sabihin, ito ay hydrolysis (sa aming artikulo ay maraming beses na naming nakilala ang napakakaraniwang uri ng biochemical na reaksyong ito). Ang ikatlong pangkat ng pospeyt na nahiwalay mula sa ATP ay nananatili sa cell sa anyo ng inorganic phosphate (Pn). Ang libreng enerhiya na ani sa reaksyong ito ay 30.6 kJ bawat 1 mole ng ATP.
Mula sa ADP at pospeyt, maaaring ma-synthesize muli ang ATP, ngunit nangangailangan ito ng 30.6 kJ ng enerhiya bawat 1 mol ng bagong nabuong ATP.
Sa ganitong reaksyon, na tinatawag na reaksyon ng paghalay, ang tubig ay inilabas. Ang pagdaragdag ng pospeyt sa ADP ay tinatawag na reaksyon ng phosphorylation. Ang parehong mga equation sa itaas ay maaaring pagsamahin:
Ang nababaligtad na reaksyon na ito ay na-catalyze ng isang enzyme na tinatawag ATPase.
Ang lahat ng mga cell, tulad ng nabanggit na, ay nangangailangan ng enerhiya upang maisagawa ang kanilang trabaho, at para sa lahat ng mga cell ng anumang organismo, ang mapagkukunan ng enerhiya na ito. nagsisilbing ATP. Samakatuwid, ang ATP ay tinatawag na "universal energy carrier" o "energy currency" ng mga cell. Ang mga de-kuryenteng baterya ay isang magandang pagkakatulad. Tandaan kung bakit hindi natin ginagamit ang mga ito. Sa kanilang tulong maaari tayong makatanggap ng liwanag sa isang kaso, tunog sa isa pa, kung minsan mekanikal na paggalaw, at kung minsan kailangan natin ng sarili nilang elektrikal na enerhiya. Ang kaginhawahan ng mga baterya ay maaari nating gamitin ang parehong mapagkukunan ng enerhiya - isang baterya - para sa iba't ibang layunin, depende sa kung saan natin ito inilalagay. Ang ATP ay gumaganap ng parehong papel sa mga cell. Nagbibigay ito ng enerhiya para sa iba't ibang proseso tulad ng pag-urong ng kalamnan, paghahatid ng mga nerve impulses, aktibong transportasyon ng mga sangkap o synthesis ng protina, at para sa lahat ng iba pang uri ng aktibidad ng cellular. Upang gawin ito, dapat itong "konektado" lamang sa naaangkop na bahagi ng cell apparatus.
Maaaring ipagpatuloy ang pagkakatulad. Dapat munang gawin ang mga baterya, at ang ilan sa mga ito (rechargeable) ay maaaring i-recharge tulad ng. Sa paggawa ng mga baterya sa pabrika, dapat silang maglaman (at sa gayon ay gastusin ng pabrika) ng isang tiyak na halaga ng enerhiya. Ang synthesis ng ATP ay nangangailangan din ng enerhiya; ang pinagmulan nito ay ang oksihenasyon ng mga organikong sangkap sa proseso ng paghinga. Dahil ang enerhiya ay inilabas sa phosphorylate ADP sa panahon ng oksihenasyon, ang phosphorylation na ito ay tinatawag na oxidative phosphorylation. Sa photosynthesis, ang ATP ay ginawa gamit ang liwanag na enerhiya. Ang prosesong ito ay tinatawag na photophosphorylation (tingnan ang seksyon 7.6.2). Mayroon ding mga "pabrika" sa cell na gumagawa ng karamihan sa ATP. Ito ay mitochondria; naglalaman sila ng kemikal na "mga linya ng pagpupulong" kung saan nabuo ang ATP sa panahon ng aerobic respiration. Sa wakas, ang mga pinalabas na "accumulators" ay muling na-recharge sa cell: pagkatapos ng ATP, na inilabas ang enerhiya na nilalaman nito, ay nagiging ADP at Phn, maaari itong mabilis na ma-synthesize muli mula sa ADP at Phn dahil sa enerhiya na natanggap sa proseso ng paghinga mula sa oksihenasyon ng mga bagong bahagi ng organikong bagay.
halaga ng ATP sa isang hawla sa anumang sa sandaling ito napakaliit. Samakatuwid, sa ATP dapat isa lamang makita ang carrier ng enerhiya, at hindi ang depot nito. Para sa pangmatagalang pag-iimbak ng enerhiya, ang mga sangkap tulad ng taba o glycogen ay ginagamit. Ang mga cell ay napaka-sensitibo sa antas ng ATP. Sa sandaling tumaas ang rate ng paggamit nito, tataas din ang rate ng proseso ng paghinga na nagpapanatili sa antas na ito.
Papel ng ATP bilang isang link sa pagitan ng cellular respiration at ang mga proseso na sumasama sa pagkonsumo ng enerhiya, ay makikita mula sa figure. Ang scheme na ito ay mukhang simple, ngunit ito ay naglalarawan ng isang napakahalagang pattern.
Sa gayon ay masasabi na, sa kabuuan, ang tungkulin ng paghinga ay upang gumawa ng ATP.
Ibuod natin ang nasa itaas.
1. Ang synthesis ng ATP mula sa ADP at inorganic phosphate ay nangangailangan ng 30.6 kJ ng enerhiya bawat 1 mole ng ATP.
2. Ang ATP ay naroroon sa lahat ng nabubuhay na selula at, samakatuwid, isang unibersal na tagapagdala ng enerhiya. Ang ibang mga carrier ng enerhiya ay hindi ginagamit. Pinapasimple nito ang bagay - ang kinakailangang cellular apparatus ay maaaring maging mas simple at gumana nang mas mahusay at matipid.
3. Ang ATP ay madaling naghahatid ng enerhiya sa anumang bahagi ng cell sa anumang proseso na nangangailangan ng enerhiya.
4. Mabilis na naglalabas ng enerhiya ang ATP. Ito ay nangangailangan lamang ng isang reaksyon - hydrolysis.
5. Ang rate ng pagpaparami ng ATP mula sa ADP at inorganic phosphate (ang rate ng proseso ng paghinga) ay madaling nababagay ayon sa mga pangangailangan.
6. Ang ATP ay synthesize sa panahon ng paghinga dahil sa kemikal na enerhiya na inilabas sa panahon ng oksihenasyon ng mga organikong sangkap tulad ng glucose, at sa panahon ng photosynthesis - dahil sa enerhiyang solar. Ang pagbuo ng ATP mula sa ADP at inorganic phosphate ay tinatawag na phosphorylation reaction. Kung ang enerhiya para sa phosphorylation ay ibinibigay ng oksihenasyon, pagkatapos ay nagsasalita sila ng oxidative phosphorylation (ang prosesong ito ay nangyayari sa panahon ng paghinga), ngunit kung ang liwanag na enerhiya ay ginagamit para sa phosphorylation, kung gayon ang proseso ay tinatawag na photophosphorylation (ito ay nagaganap sa panahon ng photosynthesis).
Ang pinakamahalagang sangkap sa mga selula ng mga nabubuhay na organismo ay adenosine triphosphate o adenosine triphosphate. Kung ilalagay natin ang abbreviation ng pangalang ito, makakakuha tayo ng ATP (eng. ATP). Ang sangkap na ito ay kabilang sa pangkat ng mga nucleoside triphosphate at gumaganap ng isang nangungunang papel sa mga proseso ng metabolic sa mga buhay na selula, na isang kailangang-kailangan na mapagkukunan ng enerhiya para sa kanila.
Sa pakikipag-ugnayan sa
Mga kaklase
Ang mga natuklasan ng ATP ay ang mga biochemist ng Harvard School of Tropical Medicine - Yellapragada Subbarao, Karl Loman at Cyrus Fiske. Ang pagtuklas ay naganap noong 1929 at naging isang pangunahing milestone sa biology ng mga sistema ng buhay. Nang maglaon, noong 1941, natuklasan ng biochemist ng Aleman na si Fritz Lipmann na ang ATP sa mga selula ay ang pangunahing tagadala ng enerhiya.
Ang istraktura ng ATP
Ang molekula na ito ay may sistematikong pangalan, na nakasulat tulad ng sumusunod: 9-β-D-ribofuranosyladenine-5'-triphosphate, o 9-β-D-ribofuranosyl-6-amino-purine-5'-triphosphate. Anong mga compound ang nasa ATP? Sa kemikal, ito ay ang triphosphate ester ng adenosine - derivative ng adenine at ribose. Ang sangkap na ito ay nabuo sa pamamagitan ng koneksyon ng adenine, na isang purine nitrogenous base, na may 1'-carbon ng ribose gamit ang isang β-N-glycosidic bond. Ang α-, β-, at γ-molecules ng phosphoric acid ay magkakasunod na nakakabit sa 5'-carbon ng ribose.
Kaya, ang molekula ng ATP ay naglalaman ng mga compound tulad ng adenine, ribose, at tatlong residu ng phosphoric acid. Ang ATP ay isang espesyal na tambalan na naglalaman ng mga bono na naglalabas ng malaking halaga ng enerhiya. Ang mga naturang bond at substance ay tinatawag na macroergic. Sa panahon ng hydrolysis ng mga bono na ito ng molekula ng ATP, ang isang halaga ng enerhiya mula 40 hanggang 60 kJ / mol ay pinakawalan, habang ang prosesong ito ay sinamahan ng pag-aalis ng isa o dalawang phosphoric acid residues.
Ito ay kung paano isinulat ang mga reaksiyong kemikal na ito:
- isa). ATP + tubig → ADP + phosphoric acid + enerhiya;
- 2). ADP + tubig → AMP + phosphoric acid + enerhiya.
Ang enerhiya na inilabas sa panahon ng mga reaksyong ito ay ginagamit sa mga karagdagang biochemical na proseso na nangangailangan ng ilang mga input ng enerhiya.
Ang papel ng ATP sa isang buhay na organismo. Mga function nito
Ano ang function ng ATP? Una sa lahat, enerhiya. Tulad ng nabanggit sa itaas, ang pangunahing papel ng adenosine triphosphate ay ang supply ng enerhiya ng mga biochemical na proseso sa isang buhay na organismo. Ang papel na ito ay dahil sa ang katunayan na, dahil sa pagkakaroon ng dalawang high-energy bond, ang ATP ay kumikilos bilang isang mapagkukunan ng enerhiya para sa maraming proseso ng physiological at biochemical na nangangailangan ng malaking gastos sa enerhiya. Ang mga ganitong proseso ay pawang mga reaksyon ng synthesis kumplikadong mga sangkap sa katawan. Ito ay, una sa lahat, ang aktibong paglipat ng mga molekula sa pamamagitan ng mga lamad ng cell, kabilang ang pakikilahok sa paglikha ng isang intermembrane electrical potential, at ang pagpapatupad ng muscle contraction.
Bilang karagdagan sa itaas, naglilista kami ng ilan pa, walang gaanong mahalagang mga pag-andar ng ATP, tulad ng:
Paano nabuo ang ATP sa katawan?
Ang synthesis ng adenosine triphosphoric acid ay patuloy, dahil ang katawan ay palaging nangangailangan ng enerhiya para sa normal na buhay. Sa anumang naibigay na sandali, napakakaunti ng sangkap na ito - mga 250 gramo, na isang "emerhensiyang reserba" para sa isang "araw na tag-ulan". Sa panahon ng sakit, mayroong isang masinsinang synthesis ng acid na ito, dahil maraming enerhiya ang kinakailangan para sa paggana ng immune at excretory system, pati na rin ang thermoregulation system ng katawan, na kinakailangan upang epektibong labanan ang pagsisimula ng sakit.
Aling cell ang may pinakamaraming ATP? Ang mga ito ay mga selula ng muscular at nervous tissues, dahil ang mga proseso ng pagpapalitan ng enerhiya ay pinaka-masidhi sa kanila. At ito ay halata, dahil ang mga kalamnan ay kasangkot sa paggalaw, na nangangailangan ng pag-urong ng mga fibers ng kalamnan, at ang mga neuron ay nagpapadala ng mga electrical impulses, kung wala ang gawain ng lahat ng mga sistema ng katawan ay imposible. Samakatuwid, napakahalaga para sa cell na mapanatili ang isang hindi nagbabago at mataas na lebel adenosine triphosphate.
Paano mabubuo ang mga molekula ng adenosine triphosphate sa katawan? Ang mga ito ay nabuo sa pamamagitan ng tinatawag na phosphorylation ng ADP (adenosine diphosphate). Ito kemikal na reaksyon tulad ng sumusunod:
ADP + phosphoric acid + enerhiya→ATP + tubig.
Ang Phosphorylation ng ADP ay nangyayari sa pakikilahok ng mga catalyst tulad ng mga enzyme at liwanag, at isinasagawa sa isa sa tatlong paraan:
Ang parehong oxidative at substrate phosphorylation ay gumagamit ng enerhiya ng mga sangkap na na-oxidized sa proseso ng naturang synthesis.
Konklusyon
Adenosine triphosphoric acid ay ang pinaka-madalas na na-update na sangkap sa katawan. Gaano katagal nabubuhay ang isang molekula ng adenosine triphosphate sa karaniwan? Sa katawan ng tao, halimbawa, ang haba ng buhay nito ay mas mababa sa isang minuto, kaya isang molekula ng naturang sangkap ay ipinanganak at nabubulok hanggang sa 3000 beses sa isang araw. Kamangha-manghang, sa araw ang katawan ng tao ay nag-synthesize ng mga 40 kg ng sangkap na ito! Napakalaki ng pangangailangan para sa "panloob na enerhiya" para sa atin!
Ang buong cycle ng synthesis at karagdagang paggamit ng ATP bilang isang energy fuel para sa metabolic process sa organismo ng isang buhay na nilalang ay ang pinaka esensya ng energy metabolism sa organismong ito. Kaya, ang adenosine triphosphate ay isang uri ng "baterya" na nagsisiguro sa normal na paggana ng lahat ng mga selula ng isang buhay na organismo.