Besin maddeleri dışarıdan sağlandığı sürece her organizma var olabilir. dış ortam ve hayati faaliyetinin ürünleri bu ortama salınırken. Hücrenin içinde, hücre gövdesinin bileşenlerinin besinlerden oluşması sayesinde sürekli, çok karmaşık bir dizi kimyasal dönüşüm meydana gelir. Canlı bir organizmada maddenin sürekli yenilenmesiyle birlikte dönüşüm süreçlerine metabolizma denir.
Besinlerin emilmesi, asimilasyonu ve pahasına hücrenin yapısal bileşenlerinin oluşturulmasından oluşan genel değişimin bir kısmına asimilasyon denir - bu yapıcı bir değişimdir. Genel alışverişin ikinci kısmı, benzeştirme süreçlerinden oluşur; ayrışma ve oksidasyon süreçleri organik madde Hücrenin enerji alması sonucunda enerji metabolizması meydana gelir. Yapıcı ve enerjik alışveriş tek bir bütün oluşturur.
Yapıcı metabolizma sürecinde hücre, vücudunun biyopolimerlerini oldukça sınırlı sayıda düşük moleküllü bileşikten sentezler. Biyosentetik reaksiyonlar çeşitli enzimlerin katılımıyla meydana gelir ve enerji gerektirir.
Canlı organizmalar yalnızca kimyasal olarak bağlı enerjiyi kullanabilirler. Her maddenin belli bir rezervi vardır potansiyel enerji. Ana malzeme taşıyıcıları, kopması veya dönüşümü enerjinin salınmasına yol açan kimyasal bağlardır. Enerji seviyesi bazı bağların değeri 8-10 kJ'dir - bu bağlara normal denir. Diğer bağlar önemli ölçüde daha fazla enerji içerir - 25-40 kJ - bunlar yüksek enerjili bağlar olarak adlandırılır. Bu tür bağlara sahip bilinen hemen hemen tüm bileşikler, molekülde bu bağların lokalize olduğu yerde fosfor veya kükürt atomları içerir. Hücre yaşamında kritik rol oynayan bileşiklerden biri adenozin trifosforik asittir (ATP).
Adenozin trifosforik asit (ATP), organik baz adenin (I), karbonhidrat riboz (II) ve üç fosforik asit kalıntısından (III) oluşur. Adenin ve ribozun birleşimine adenozin denir. Pirofosfat grupları ~ ile gösterilen yüksek enerjili bağlara sahiptir. Bir ATP molekülünün suyun katılımıyla ayrışmasına, bir molekül fosforik asitin ortadan kaldırılması ve 33-42 kJ/mol'e eşit serbest enerjinin salınması eşlik eder. ATP'yi içeren tüm reaksiyonlar enzim sistemleri tarafından düzenlenir.
Şekil 1. Adenozin trifosforik asit (ATP)
Hücrede enerji metabolizması. ATP sentezi
Solunum sırasında mitokondriyal membranlarda ATP sentezi meydana gelir, bu nedenle solunum zincirindeki tüm enzimler ve kofaktörler, tüm oksidatif fosforilasyon enzimleri bu organellerde lokalizedir.
ATP sentezi, zarın sağ tarafındaki ADP ve fosfattan (P) iki H + iyonunun ayrılacağı şekilde meydana gelir ve B maddesinin indirgenmesi sırasında iki H + kaybını telafi eder. Oksijen atomlarından biri fosfat zarın diğer tarafına aktarılır ve sol bölmeden iki H iyonunu + birleştirerek H20'yu oluşturur. Fosforil kalıntısı ADP'ye katılarak ATP'yi oluşturur.
İncir. 2. Mitokondriyal membranlarda ATP oksidasyonu ve sentezi şeması
Organizmaların hücrelerinde, ATP'de bulunan enerjiyi kullanan, karboksilasyon ve dekarboksilasyon işlemlerinin, amid bağlarının sentezinin ve ATP'den enerji aktarabilen yüksek enerjili bileşiklerin oluşumunun gerçekleştiği birçok biyosentetik reaksiyon incelenmiştir. maddelerin sentezinin anabolik reaksiyonları meydana gelir. Bu tepkiler oynuyor önemli rol bitki organizmalarının metabolik süreçlerinde.
ATP ve diğer yüksek enerjili nükleosid polifosfatların (GTP, CTP, UGP) katılımıyla, nükleotid türevleri olan aktif ara bileşiklerin sentezi yoluyla monosakkaritler, amino asitler, azotlu bazlar ve asilgliserol moleküllerinin aktivasyonu gerçekleşebilir. Örneğin, ADP-glikoz pirofosforilaz enziminin katılımıyla nişasta sentezi sürecinde, aktif bir glikoz formu oluşur - moleküllerin yapısının oluşumu sırasında kolayca glikoz kalıntılarının donörü haline gelen adenosin difosfat glikozu. bu polisakkarit.
ATP sentezi, fosforilasyon işlemi sırasında tüm organizmaların hücrelerinde meydana gelir; ADP'ye inorganik fosfat eklenmesi. ADP'nin fosforilasyonu için gereken enerji, enerji metabolizması sırasında üretilir. Enerji metabolizması veya disimilasyon, enerji salınımının eşlik ettiği organik maddelerin parçalanmasının bir dizi reaksiyonudur. Habitata bağlı olarak disimilasyon iki veya üç aşamada gerçekleşebilir.
Çoğu canlı organizmada - oksijen ortamında yaşayan aeroblar - disimilasyon sırasında üç aşama gerçekleştirilir: organik maddelerin inorganik bileşiklere ayrıştığı hazırlık, oksijensiz ve oksijen. Oksijenden yoksun bir ortamda yaşayan anaeroblarda veya oksijen eksikliği olan aeroblarda, disimilasyon yalnızca ilk iki aşamada enerji açısından zengin ara organik bileşiklerin oluşmasıyla gerçekleşir.
İlk aşama - hazırlık - karmaşık organik bileşiklerin daha basit olanlara (proteinler amino asitlere, yağlar gliserol ve yağ asitlerine, polisakkaritler monosakaritlere, nükleik asitler nükleotitlere) enzimatik olarak parçalanmasından oluşur. Organik gıda substratlarının parçalanması, çok hücreli organizmaların gastrointestinal kanalının farklı seviyelerinde meydana gelir. Organik maddelerin hücre içi parçalanması, lizozomların hidrolitik enzimlerinin etkisi altında meydana gelir. Bu durumda açığa çıkan enerji ısı şeklinde dağılır ve ortaya çıkan küçük organik moleküller daha fazla parçalanabilir veya hücre tarafından kendi organik bileşiklerinin sentezi için "yapı malzemesi" olarak kullanılabilir.
İkinci aşama - eksik oksidasyon (oksijensiz) - doğrudan hücrenin sitoplazmasında meydana gelir, oksijenin varlığını gerektirmez ve organik substratların daha fazla parçalanmasından oluşur. Hücredeki ana enerji kaynağı glikozdur. Glikozun oksijensiz, eksik parçalanmasına glikoliz denir.
Glikoliz, altı karbonlu glikozun iki üç karbonlu pirüvik asit (piruvat, PVK) C3H4O3 molekülüne dönüştürüldüğü çok aşamalı bir enzimatik işlemdir. Glikoliz reaksiyonları sırasında büyük miktarda enerji açığa çıkar - 200 kJ/mol. Bu enerjinin bir kısmı (%60) ısı olarak dağılır, geri kalanı (%40) ATP sentezi için kullanılır.
Bir glikoz molekülünün glikolizi sonucunda, hücre tarafından NAD H formunda depolanan iki molekül PVK, ATP ve su ile hidrojen atomları oluşur. belirli bir taşıyıcının parçası olarak - nikotinamid adenin dinükleotidi. Glikoliz ürünlerinin (piruvat ve NADH formundaki hidrojen) diğer kaderi farklı şekilde gelişebilir. Mayada veya bitki hücrelerinde oksijen eksikliği olduğunda alkollü fermantasyon meydana gelir - PVA, etil alkole indirgenir:
Geçici oksijen eksikliği yaşayan hayvanların hücrelerinde, örneğin aşırı fiziksel aktivite sırasında insan kas hücrelerinde ve bazı bakterilerde, piruvatın laktik aside indirgendiği laktik asit fermantasyonu meydana gelir. Ortamda oksijen bulunduğunda, glikoliz ürünleri daha da parçalanarak nihai ürünlere dönüşür.
Üçüncü aşama - tam oksidasyon (solunum) - oksijenin zorunlu katılımıyla gerçekleşir. Aerobik solunum, mitokondrinin iç zarında ve matrisinde bulunan enzimler tarafından kontrol edilen bir reaksiyonlar zinciridir. Mitokondriye girdikten sonra PVK, matris enzimleriyle etkileşime girer ve şunları oluşturur: hücreden uzaklaştırılan karbondioksit; taşıyıcıların bir parçası olarak iç zara yönlendirilen hidrojen atomları; trikarboksilik asit döngüsünde (Krebs döngüsü) yer alan asetil koenzim A (asetil-CoA). Krebs döngüsü, bir asetil-CoA molekülünün iki CO2 molekülü, bir ATP molekülü ve dört çift hidrojen atomu ürettiği ve bunların taşıyıcı moleküllere - NAD ve FAD (flavin adenin dinükleotid) aktarıldığı sıralı reaksiyonlar zinciridir. Glikoliz ve Krebs döngüsünün toplam reaksiyonu şu şekilde temsil edilebilir:
Böylece, oksijensiz disimilasyon aşaması ve Krebs döngüsünün bir sonucu olarak, glikoz molekülü inorganik karbondioksite (CO2) ayrılır ve bu durumda açığa çıkan enerji kısmen ATP sentezi için harcanır, ancak esas olarak elektron yüklü taşıyıcılar NAD H2 ve FAD H2'de depolanır. Taşıyıcı proteinler, hidrojen atomlarını iç mitokondriyal membrana taşır ve burada bunları, membranın içine yerleştirilmiş bir protein zinciri boyunca iletirler. Parçacıkların taşıma zinciri boyunca taşınması, protonların zarın dış tarafında kalacağı ve zarlar arası boşlukta birikerek burayı bir H+ rezervuarına dönüştüreceği ve elektronların iç zarın iç yüzeyine aktarılacağı şekilde gerçekleştirilir. mitokondriyal membran, sonuçta oksijenle birleşirler.
Elektron taşıma zincirindeki enzimlerin aktivitesi sonucu, iç mitokondri zarı içeriden negatif, dışarıdan ise pozitif (H nedeniyle) yüklenir, böylece yüzeyleri arasında potansiyel bir fark oluşur. ATP sentetaz enziminin moleküllerinin olduğu bilinmektedir. iyon kanalı. Membran arasındaki potansiyel fark kritik bir seviyeye (200 mV) ulaştığında, pozitif yüklü H+ parçacıkları elektrik alan kuvvetiyle ATPaz kanalı boyunca itilmeye başlar ve zarın iç yüzeyine vardıklarında oksijenle etkileşime girer. su oluşturuyor.
Moleküler düzeyde metabolik reaksiyonların normal seyri, katabolizma ve anabolizma süreçlerinin uyumlu birleşiminden kaynaklanmaktadır. Katabolik süreçler bozulduğunda, öncelikle enerji zorlukları ortaya çıkar, ATP yenilenmesinin yanı sıra biyosentetik süreçler için gerekli olan ilk anabolik substratların temini de bozulur. Buna karşılık, birincil veya katabolik süreçlerdeki değişikliklerle ilişkili anabolik süreçlerde meydana gelen hasar, işlevsel olarak önemli bileşiklerin (enzimler, hormonlar vb.) üremesinin bozulmasına yol açar.
Metabolik zincirlerdeki çeşitli bağlantıların bozulması eşit olmayan sonuçlara yol açar. Katabolizmadaki en önemli, derin patolojik değişiklikler, doku solunum enzimlerinin, hipoksi vb. blokaj nedeniyle biyolojik oksidasyon sistemi hasar gördüğünde veya doku solunumu ile oksidatif fosforilasyonu birleştirme mekanizmalarındaki hasar (örneğin, doku solunumunun ayrılması ve Tirotoksikozda oksidatif fosforilasyon). Bu durumlarda hücreler ana enerji kaynaklarından mahrum kalır, katabolizmanın neredeyse tüm oksidatif reaksiyonları bloke edilir veya açığa çıkan enerjiyi ATP moleküllerinde biriktirme yeteneği kaybolur. Trikarboksilik asit döngüsündeki reaksiyonlar engellendiğinde katabolizma yoluyla enerji üretimi yaklaşık üçte iki oranında azalır.
Proteinlere, yağlara ve karbonhidratlara ek olarak hücrede bölünebilen çok sayıda başka organik bileşik sentezlenir. orta seviye Ve son. Çoğu zaman, belirli bir maddenin üretimi, katalitik bir konveyörün çalışmasıyla ilişkilidir ( çok sayıda enzimler) ve bir sonraki enzimin etki ettiği ara reaksiyon ürünlerinin oluşumuyla ilişkilidir. Final organik bileşikler hücrede bağımsız işlevler gerçekleştirir veya polimerlerin sentezinde monomer olarak görev yapar. Nihai maddeler şunları içerir: amino asitler, glikoz, nükleotidler, ATP, hormonlar, vitaminler.
Adenozin trifosforik asit (ATP), canlı hücrelerde evrensel bir kaynak ve ana enerji akümülatörüdür. ATP tüm bitki ve hayvan hücrelerinde bulunur. ATP miktarı değişir ve ortalama %0,04'tür (hücrenin ıslak ağırlığı başına). En büyük ATP miktarı (%0,2-0,5) iskelet kaslarında bulunur.
ATP, azotlu bir baz (adenin), bir monosakarit (riboz) ve üç fosforik asit kalıntısından oluşan bir nükleotiddir. ATP bir değil üç fosforik asit kalıntısı içerdiğinden ribonükleosit trifosfatlara aittir.
Hücrelerde meydana gelen işlerin çoğu, ATP hidrolizinin enerjisini kullanır. Bu durumda terminal fosforik asit kalıntısının bölünmesi üzerine ATP, ADP'ye dönüştürülür ( adenozin difosfor asit), ikinci fosforik asit kalıntısının ortadan kaldırılması üzerine - AMP'ye ( adenozin monofosfor asit). Fosforik asidin hem terminal hem de ikinci kalıntılarının eliminasyonu üzerine serbest enerji verimi 30.6 kJ'dir. Üçüncü fosfat grubunun eliminasyonuna sadece 13,8 kJ'lik bir salınım eşlik eder. Terminal ile fosforik asidin ikinci, ikinci ve birinci kalıntıları arasındaki bağlara yüksek enerji (yüksek enerji) adı verilir.
ATP rezervleri sürekli olarak yenilenir. Tüm organizmaların hücrelerinde ATP sentezi fosforilasyon sürecinde meydana gelir, yani. ADP'ye fosforik asit eklenmesi. Fosforilasyon mitokondride değişen yoğunlukta, sitoplazmada glikoliz sırasında ve kloroplastlarda fotosentez sırasında meydana gelir. ATP molekülü bir hücrede insanda 1-2 dakikada kullanılır, günde vücut ağırlığı kadar ATP oluşur ve yok edilir.
Nihai organik moleküller, aynı zamanda vitaminler Ve hormonlar. Hayatta büyük rol Çok hücreli organizmalar oynamak vitaminler. Vitaminler, belirli bir organizmanın sentezleyemediği (veya yetersiz miktarlarda sentezlediği) ve bunları yiyecekle alması gereken organik bileşikler olarak kabul edilir. Vitaminler proteinlerle birleşerek karmaşık enzimler oluşturur. Besinlerde herhangi bir vitamin eksikliği varsa enzim oluşamaz ve bir veya başka bir vitamin eksikliği gelişir. Örneğin, C vitamini eksikliği iskorbüt hastalığına, B 12 vitamini eksikliği anemiye, kırmızı kan hücrelerinin normal oluşumunun bozulmasına yol açar.
Hormonlaröyle düzenleyiciler Bireysel organların ve tüm organizmanın bir bütün olarak işleyişini etkiler. Protein yapısında olabilirler (hipofiz bezinin hormonları, pankreas), lipitler (seks hormonları) olabilirler, amino asitlerin türevleri (tiroksin) olabilirler. Hormonlar hem hayvanlar hem de bitkiler tarafından üretilir.
Hücrede enerji elde etmenin yolları
Hücrede enerjiyi serbest bırakan dört ana süreç vardır. Kimyasal bağlar maddelerin oksidasyonu ve depolanması sırasında:
1. Glikoliz (biyolojik oksidasyonun 2. aşaması) – bir glikoz molekülünün iki molekül pirüvik asite oksidasyonu, 2 molekülün oluşmasıyla sonuçlanır ATP Ve NADH. Ayrıca piruvik asit, aerobik koşullar altında asetil-SCoA'ya ve anaerobik koşullar altında laktik asite dönüştürülür.
2. Yağ asitlerinin β-oksidasyonu(biyolojik oksidasyonun 2. aşaması) – yağ asitlerinin asetil-SCoA'ya oksidasyonu, moleküller burada oluşur NADH Ve FADN2. ATP molekülleri “saf formda” görünmez.
3. Trikarboksilik asit döngüsü(TCA döngüsü, biyolojik oksidasyonun 3. aşaması) – asetil grubunun (asetil-SCoA'nın bir parçası olarak) veya diğer keto asitlerin karbondioksite oksidasyonu. Tepkiler tam döngü 1 molekül oluşumu eşliğinde GTF(bir ATP'ye eşdeğer), 3 molekül NADH ve 1 molekül FADN2.
4. Oksidatif fosforilasyon(biyolojik oksidasyonun 3. aşaması) – Glikoz, amino asitler ve yağ asitlerinin katabolizma reaksiyonlarında elde edilen NADH ve FADH2 oksitlenir. Aynı zamanda mitokondri iç zarında bulunan solunum zinciri enzimleri de oluşumunu sağlar. daha büyük hücrenin parçaları ATP.
ATP'yi sentezlemenin iki yolu
Tüm nükleozidler hücrede sürekli olarak kullanılır üç enerji donörü olarak fosfatlar (ATP, GTP, CTP, UTP, TTP). Bu durumda ATP evrensel macroerg, metabolizmanın ve hücre aktivitesinin hemen hemen tüm yönlerinde yer alır. Ve GDP, CDP, UDP, TDP nükleotidlerinin nükleosidlere fosforilasyonunu sağlayan da ATP'dir. üç fosfatlar.
Diğerlerinin bir nükleozidi var üç Fosfatlarda belirli bir uzmanlık vardır. Bu nedenle UTP, karbonhidrat metabolizmasında, özellikle glikojenin sentezinde rol oynar. GTP ribozomlarda yer alır ve proteinlerdeki peptit bağlarının oluşumuna katılır. CTP fosfolipitlerin sentezinde kullanılır.
Hücrede ATP elde etmenin ana yolu, mitokondrinin iç zarının yapılarında meydana gelen oksidatif fosforilasyondur. Bu durumda glikolizde, TCA döngüsünde ve yağ asitlerinin oksidasyonunda oluşan NADH ve FADH2 moleküllerinin hidrojen atomlarının enerjisi, ATP bağlarının enerjisine dönüştürülür.
Ancak ADP'yi ATP'ye fosforile etmenin başka bir yolu da vardır: substrat fosforilasyonu. Bu yöntem herhangi bir maddenin (substrat) yüksek enerjili fosfatının veya yüksek enerjili bağ enerjisinin ADP'ye aktarılmasıyla ilişkilidir. Bu maddeler glikolitik metabolitleri içerir ( 1,3-difosfogliserik asit, fosfoenolpiruvat), trikarboksilik asit döngüsü ( süksinil-SCoA) ve makroerg rezerve edin Kreatin fosfat. Makroerjik bağlarının hidroliz enerjisi ATP'de 7,3 kcal/mol'den yüksektir ve bu maddelerin rolü, bu enerjinin ADP molekülünü ATP'ye fosforile etmek için kullanılmasına indirgenmiştir.
Makroerglerin sınıflandırılması
Yüksek enerjili bileşikler aşağıdakilere göre sınıflandırılır: bağlantı türü, ek enerji taşıyor:
1. Fosfoanhidrit bağlantı. Tüm nükleotidlerin böyle bir bağı vardır: nükleosid trifosfatlar (ATP, GTP, CTP, UTP, TTP) ve nükleosid difosfatlar (ADP, HDP, CDP, UDP, TDP).
2. Tiyoester bağlantı. Bir örnek, koenzim A'nın asil türevleridir: asetil-SCoA, süksinil-SCoA ve herhangi bir yağ asidinin ve HS-CoA'nın diğer bileşikleri.
3. Guanidin fosfat bağlantı - kas ve sinir dokusunun rezerv makroerg'i olan kreatin fosfatta bulunur.
4. Asilfosfat bağlantı. Bu makroergler, glikolitik metabolit 1,3-difosfogliserik asidi (1,3-difosfogliserat) içerir. Substrat fosforilasyonu reaksiyonunda ATP sentezini sağlar.
5. Enol fosfat bağlantı. Temsilcisi glikolizin bir metaboliti olan fosfoenolpiruvattır. Ayrıca glikolizde substrat fosforilasyon reaksiyonunda ATP sentezini sağlar.
Şekilde iki yöntem gösterilmektedir ATP yapısı görselleri. Adenozin monofosfat (AMP), adenozin difosfat (ADP) ve adenozin trifosfat (ATP), nükleotidler adı verilen bir bileşik sınıfına aittir. Nükleotid molekülü beş karbonlu şeker, azotlu bir baz ve fosforik asitten oluşur. AMP molekülünde şeker ribozla, baz ise adeninle temsil edilir. ADP molekülünde iki, ATP molekülünde üç fosfat grubu vardır.
ATP değeri
ATP ADP'ye bölündüğünde ve inorganik fosfat (Pn) enerjisi açığa çıkar:
Reaksiyon suyun emilmesiyle gerçekleşir yani hidrolizi temsil eder (makalemizde bu çok yaygın biyokimyasal reaksiyon türüyle birçok kez karşılaştık). ATP'den ayrılan üçüncü fosfat grubu hücrede inorganik fosfat (Pn) halinde kalır. Bu reaksiyon için serbest enerji verimi, 1 mol ATP başına 30,6 kJ'dir.
ADF'den ve fosfat, ATP yeniden sentezlenebilir ancak bu, yeni oluşan ATP'nin 1 mol'ü başına 30,6 kJ enerji harcanmasını gerektirir.
Bu reaksiyonda yoğunlaşma reaksiyonu olarak adlandırılan, su açığa çıkar. ADP'ye fosfat eklenmesine fosforilasyon reaksiyonu denir. Yukarıdaki her iki denklem de birleştirilebilir:
Bu geri dönüşümlü reaksiyon, adı verilen bir enzim tarafından katalize edilir. ATPaz.
Daha önce de belirtildiği gibi, tüm hücrelerin işlerini gerçekleştirmek için enerjiye ihtiyacı vardır ve herhangi bir organizmanın tüm hücreleri için bu enerjinin kaynağı ATP olarak görev yapar. Bu nedenle ATP'ye hücrelerin "evrensel enerji taşıyıcısı" veya "enerji para birimi" adı verilir. Uygun bir benzetme elektrikli pillerdir. Bunları neden kullanmadığımızı unutmayın. Onların yardımıyla bir durumda ışık, diğer durumda ses alabiliriz, bazen mekanik hareket ve bazen onlardan gerçek elektrik enerjisine ihtiyacımız var. Pillerin rahatlığı, aynı enerji kaynağını (pil) nereye koyduğumuza bağlı olarak çeşitli amaçlar için kullanabilmemizdir. ATP hücrelerde aynı rolü oynar. Kas kasılması, sinir uyarılarının iletilmesi, maddelerin aktif taşınması veya protein sentezi ve diğer tüm hücresel aktivite türleri gibi çeşitli işlemler için enerji sağlar. Bunu yapmak için hücre aparatının ilgili kısmına basitçe "bağlanması" gerekir.
Analojiye devam edilebilir. İlk önce pillerin yapılması gerekiyor ve bunlardan bazıları (şarj edilebilir olanlar) tıpkı şarj edilebilir. Piller bir fabrikada üretildiğinde, belirli bir miktarda enerjinin pillerde depolanması (ve dolayısıyla fabrika tarafından tüketilmesi) gerekir. ATP sentezi de enerji gerektirir; Kaynağı, solunum sırasında organik maddelerin oksidasyonudur. ADP'yi fosforile etmek için oksidasyon işlemi sırasında enerji açığa çıktığı için, bu tür fosforilasyona oksidatif fosforilasyon denir. Fotosentez sırasında ışık enerjisinden ATP üretilir. Bu işleme fotofosforilasyon denir (bkz. Bölüm 7.6.2). Hücrede ayrıca ATP'nin çoğunu üreten "fabrikalar" da vardır. Bunlar mitokondri; aerobik solunum sırasında ATP'nin oluşturulduğu kimyasal "montaj hatları" içerirler. Son olarak, boşalan "piller" de hücrede yeniden şarj edilir: İçinde bulunan enerjiyi serbest bırakan ATP, ADP ve Fn'ye dönüştürüldükten sonra, süreçte alınan enerji nedeniyle ADP ve Fn'den hızlı bir şekilde tekrar sentezlenebilir. Organik maddenin yeni kısımlarının oksidasyonundan kaynaklanan solunum.
ATP miktarı herhangi bir yerde kafeste şu ançok küçük. Bu nedenle ATF'de deposunu değil, yalnızca enerji taşıyıcısını görmelisiniz. Uzun süreli enerji depolamak için yağlar veya glikojen gibi maddeler kullanılır. Hücreler ATP seviyelerine karşı çok duyarlıdır. Kullanım oranı arttıkça bu seviyeyi koruyan nefes alma işleminin hızı da artar.
ATP'nin Rolü arasında bir bağlantı olarak hücresel solunum ve enerji tüketimini içeren süreçler şekilde görülebilir. Bu şema basit görünüyor ancak çok önemli bir modeli gösteriyor.
Bu nedenle genel olarak nefes almanın işlevinin olduğu söylenebilir. ATP üretmek.
Yukarıda söylenenleri kısaca özetleyelim.
1. ADP'den ve inorganik fosfattan ATP sentezi, 1 mol ATP başına 30,6 kJ enerji gerektirir.
2. ATP tüm canlı hücrelerde mevcuttur ve bu nedenle evrensel bir enerji taşıyıcısıdır. Başka hiçbir enerji taşıyıcısı kullanılmaz. Bu, konuyu basitleştirir; gerekli hücresel aparat daha basit olabilir ve daha verimli ve ekonomik şekilde çalışabilir.
3. ATP, enerji gerektiren herhangi bir işlem için hücrenin herhangi bir kısmına kolayca enerji iletir.
4. ATP hızla enerjiyi serbest bırakır. Bu sadece bir reaksiyon gerektirir - hidroliz.
5. ADP ve inorganik fosfattan ATP üretim hızı (solunum işlem hızı) ihtiyaca göre kolaylıkla ayarlanabilir.
6. ATP, glikoz gibi organik maddelerin oksidasyonu sırasında açığa çıkan kimyasal enerji nedeniyle solunum sırasında, fotosentez sırasında ise fotosentez sırasında sentezlenir. Güneş enerjisi. ADP ve inorganik fosfattan ATP oluşumuna fosforilasyon reaksiyonu denir. Fosforilasyon enerjisi oksidasyonla sağlanıyorsa oksidatif fosforilasyondan söz ederiz (bu işlem solunum sırasında meydana gelir), ancak fosforilasyon için ışık enerjisi kullanılıyorsa, o zaman işleme fotofosforilasyon denir (bu fotosentez sırasında meydana gelir).
Canlı organizmaların hücrelerindeki en önemli madde adenozin trifosfat veya adenozin trifosfattır. Bu ismin kısaltmasını girersek ATP elde ederiz. Bu madde nükleosid trifosfatlar grubuna aittir ve canlı hücrelerdeki metabolik süreçlerde öncü bir rol oynayarak onlar için yeri doldurulamaz bir enerji kaynağıdır.
Temas halinde
Sınıf arkadaşları
ATP'nin kaşifleri, Harvard Tropikal Tıp Okulu'ndan Yellapragada Subbarao, Karl Lohman ve Cyrus Fiske'den biyokimyacılardı. Keşif 1929'da gerçekleşti ve canlı sistemlerin biyolojisinde önemli bir dönüm noktası oldu. Daha sonra 1941'de Alman biyokimyacı Fritz Lipmann, hücrelerdeki ATP'nin enerjinin ana taşıyıcısı olduğunu keşfetti.
ATP yapısı
Bu molekülün şu şekilde yazılan sistematik bir adı vardır: 9-β-D-ribofuranosiladenin-5'-trifosfat veya 9-β-D-ribofuranosil-6-amino-purin-5'-trifosfat. ATP'yi hangi bileşikler oluşturur? Kimyasal olarak adenosin trifosfat esterdir. adenin ve ribozun türevi. Bu madde, bir pürin azotlu bazı olan adeninin, bir β-N-glikosidik bağ kullanılarak ribozun 1'-karbonu ile birleştirilmesiyle oluşur. α-, β- ve γ-fosforik asit molekülleri daha sonra sırayla ribozun 5′-karbonuna eklenir.
Dolayısıyla ATP molekülü adenin, riboz ve üç fosforik asit kalıntısı gibi bileşikler içerir. ATP, büyük miktarda enerji açığa çıkaran bağlar içeren özel bir bileşiktir. Bu tür bağ ve maddelere yüksek enerji denir. ATP molekülünün bu bağlarının hidrolizi sırasında 40 ila 60 kJ/mol arasında bir miktarda enerji açığa çıkar ve bu işleme bir veya iki fosforik asit kalıntısının ortadan kaldırılması eşlik eder.
Bu kimyasal reaksiyonlar bu şekilde yazılıyor:
- 1). ATP + su → ADP + fosforik asit + enerji;
- 2). ADP + su →AMP + fosforik asit + enerji.
Bu reaksiyonlar sırasında açığa çıkan enerji, belirli enerji girdileri gerektiren ileri biyokimyasal işlemlerde kullanılır.
ATP'nin canlı bir organizmadaki rolü. İşlevleri
ATP hangi işlevi yerine getirir? Her şeyden önce enerji. Yukarıda belirtildiği gibi adenosin trifosfatın ana rolü, canlı bir organizmadaki biyokimyasal süreçler için enerji sağlamaktır. Bu rol, iki yüksek enerjili bağın varlığı nedeniyle ATP'nin, büyük enerji girdisi gerektiren birçok fizyolojik ve biyokimyasal süreç için bir enerji kaynağı olarak hareket etmesinden kaynaklanmaktadır. Tüm sentez reaksiyonları bu tür süreçlerdir karmaşık maddeler organizmada. Bu, her şeyden önce moleküllerin aktif transferidir. hücre zarları zarlar arası elektriksel potansiyelin yaratılmasına katılım ve kas kasılmasının uygulanması dahil.
Yukarıdakilere ek olarak birkaç tane daha listeliyoruz: ATP'nin daha az önemli işlevleri yok, örneğin:
ATP vücutta nasıl oluşur?
Adenozin trifosforik asit sentezi devam ediyorÇünkü vücudun normal işleyişi için her zaman enerjiye ihtiyacı vardır. Herhangi bir anda bu maddeden çok az miktarda bulunur - yaklaşık 250 gram, bu da "yağmurlu bir gün" için "acil durum rezervidir". Hastalık sırasında, bu asidin yoğun sentezi meydana gelir, çünkü bağışıklık ve boşaltım sistemlerinin işleyişinin yanı sıra hastalığın başlangıcıyla etkili bir şekilde mücadele etmek için gerekli olan vücudun termoregülasyon sistemi için çok fazla enerji gerekir.
Hangi hücreler en fazla ATP'ye sahiptir? Bunlar kas ve sinir dokusu hücreleridir, çünkü enerji değişim süreçleri içlerinde en yoğun şekilde meydana gelir. Ve bu açıktır, çünkü kaslar, kas liflerinin kasılmasını gerektiren harekete katılır ve nöronlar, tüm vücut sistemlerinin işleyişinin imkansız olduğu elektriksel uyarıları iletir. Bu nedenle hücrenin değişmeden kalması ve korunması çok önemlidir. yüksek seviye adenozin trifosfat.
Adenozin trifosfat molekülleri vücutta nasıl oluşabilir? Sözde tarafından oluşturulurlar ADP'nin fosforilasyonu (adenozin difosfat). Bu Kimyasal reaksiyon aşağıdaki gibi:
ADP + fosforik asit + enerji → ATP + su.
ADP'nin fosforilasyonu, enzimler ve ışık gibi katalizörlerin katılımıyla meydana gelir ve üç yoldan biriyle gerçekleştirilir:
Hem oksidatif hem de substrat fosforilasyonu, bu tür sentez sırasında oksitlenen maddelerin enerjisini kullanır.
Çözüm
Adenozin trifosforik asit- Vücutta en sık yenilenen maddedir. Bir adenozin trifosfat molekülü ortalama ne kadar süre yaşar? Örneğin insan vücudunda ömrü bir dakikadan kısa olduğundan, böyle bir maddenin bir molekülü günde 3000 defaya kadar doğar ve bozunur. Şaşırtıcı bir şekilde, gün boyunca insan vücudu bu maddeden yaklaşık 40 kg sentezliyor! Bu “iç enerjiye” olan ihtiyacımız bizim için o kadar büyük ki!
ATP'nin canlı bir varlığın vücudundaki metabolik süreçler için enerji yakıtı olarak tüm sentez döngüsü ve daha fazla kullanılması, bu organizmadaki enerji metabolizmasının özünü temsil eder. Dolayısıyla adenosin trifosfat, canlı bir organizmanın tüm hücrelerinin normal çalışmasını sağlayan bir tür "pil" dir.