Biokémiai reakciók milliói játszódnak le testünk bármely sejtjében. Különféle enzimek katalizálják őket, amelyek gyakran energiát igényelnek. Honnan veszi a sejt? Ez a kérdés megválaszolható, ha figyelembe vesszük az ATP molekula szerkezetét - az egyik fő energiaforrást.

Az ATP univerzális energiaforrás

Az ATP jelentése adenozin-trifoszfát vagy adenozin-trifoszfát. Az anyag bármely sejtben a két legfontosabb energiaforrás egyike. Az ATP szerkezete és biológiai szerepe szorosan összefügg. A legtöbb biokémiai reakció csak egy anyag molekuláinak részvételével megy végbe, ez azonban különösen igaz, az ATP azonban ritkán vesz részt közvetlenül a reakcióban: bármilyen folyamat bekövetkezéséhez pontosan az adenozin-trifoszfátban lévő energiára van szükség.

Az anyag molekuláinak szerkezete olyan, hogy a foszfátcsoportok között kialakuló kötések hatalmas mennyiségű energiát hordoznak. Ezért az ilyen kötéseket makroergikusnak vagy makroenergetikusnak is nevezik (makro=sok, nagy mennyiség). A kifejezést először F. Lipman tudós vezette be, és javasolta a ̴ szimbólum használatát is.

Nagyon fontos, hogy a sejt állandó szinten tartsa az adenozin-trifoszfát szintjét. Ez különösen igaz az izomszövet sejtjeire és az idegrostokra, mivel ezek a leginkább energiafüggőek, és nagy mennyiségű adenozin-trifoszfátot igényelnek funkcióik ellátásához.

Az ATP molekula szerkezete

Az adenozin-trifoszfát három elemből áll: ribózból, adeninből és maradékokból

Ribóz- a pentóz csoportba tartozó szénhidrát. Ez azt jelenti, hogy a ribóz 5 szénatomot tartalmaz, amelyek körbe vannak zárva. A ribóz az adeninhez egy β-N-glikozidos kötésen keresztül kapcsolódik az 1. szénatomon. Az 5. szénatomon lévő foszforsav-maradékokat szintén a pentózhoz adják.

Az adenin nitrogéntartalmú bázis. Attól függően, hogy melyik nitrogénbázis kapcsolódik a ribózhoz, megkülönböztetünk még GTP-t (guanozin-trifoszfát), TTP-t (timidin-trifoszfát), CTP-t (citidin-trifoszfát) és UTP-t (uridin-trifoszfát). Mindezek az anyagok szerkezetükben hasonlóak az adenozin-trifoszfáthoz, és megközelítőleg ugyanazokat a funkciókat látják el, de sokkal kevésbé gyakoriak a sejtben.

Foszforsav maradványok. A ribózhoz legfeljebb három foszforsav-maradék kapcsolódhat. Ha kettő vagy csak egy van, akkor az anyagot ADP-nek (difoszfátnak) vagy AMP-nek (monofoszfátnak) nevezik. A foszformaradékok között makroenergetikai kötések jönnek létre, amelyek felszakadása után 40-60 kJ energia szabadul fel. Ha két kötés megszakad, 80, ritkábban - 120 kJ energia szabadul fel. Amikor a ribóz és a foszformaradék közötti kötés megszakad, csak 13,8 kJ szabadul fel, így a trifoszfát molekulában csak két nagy energiájú kötés van (P ̴ P ̴ P), az ADP-molekulában pedig egy (P ̴) P).

Ezek az ATP szerkezeti jellemzői. Mivel a foszforsavmaradékok között makroenergetikai kötés jön létre, az ATP szerkezete és funkciói összefüggenek.

Az ATP szerkezete és a molekula biológiai szerepe. Az adenozin-trifoszfát további funkciói

Az ATP az energián kívül számos más funkciót is elláthat a sejtben. Más nukleotid-trifoszfátokkal együtt a trifoszfát is részt vesz a nukleinsavak felépítésében. Ebben az esetben az ATP, a GTP, a TTP, a CTP és az UTP a nitrogénbázisok szállítói. Ezt a tulajdonságot a folyamatokban és az átírásban használják.

Az ATP az ioncsatornák működéséhez is szükséges. Például a Na-K csatorna 3 nátriummolekulát pumpál ki a sejtből és 2 káliummolekulát pumpál a sejtbe. Ez az ionáram szükséges a pozitív töltés fenntartásához a membrán külső felületén, és csak az adenozin-trifoszfát segítségével tud működni a csatorna. Ugyanez vonatkozik a proton- és kalciumcsatornákra is.

Az ATP a második hírvivő cAMP (ciklikus adenozin-monofoszfát) prekurzora - a cAMP nemcsak a sejtmembrán receptorok által vett jelet továbbítja, hanem alloszterikus effektor is. Az alloszterikus effektorok olyan anyagok, amelyek felgyorsítják vagy lassítják az enzimatikus reakciókat. Így a ciklikus adenozin-trifoszfát gátolja egy olyan enzim szintézisét, amely katalizálja a laktóz lebomlását a baktériumsejtekben.

Maga az adenozin-trifoszfát molekula is alloszterikus effektor lehet. Ezenkívül az ilyen folyamatokban az ADP az ATP antagonistájaként működik: ha a trifoszfát felgyorsítja a reakciót, akkor a difoszfát gátolja, és fordítva. Ezek az ATP funkciói és szerkezete.

Hogyan képződik az ATP a sejtben?

Az ATP funkciói és szerkezete olyan, hogy az anyag molekulái gyorsan felhasználhatók és megsemmisülnek. Ezért a trifoszfát szintézis fontos folyamat a sejt energiaképzésében.

Három legfontosabb módszer létezik az adenozin-trifoszfát szintézisére:

1. Szubsztrát foszforiláció.

2. Oxidatív foszforiláció.

3. Fotofoszforiláció.

A szubsztrát foszforilációja a sejt citoplazmájában előforduló többszörös reakción alapul. Ezeket a reakciókat nevezzük glikolízisnek – anaerob szakasznak. 1 ciklus glikolízis eredményeként 1 glükózmolekulából két molekula szintetizálódik, amelyekből energiát állítanak elő, és két ATP is szintetizálódik.

• C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2Pn --> 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 4H.

Sejtlégzés

Az oxidatív foszforiláció adenozin-trifoszfát képződése elektronok átvitelével a membrán elektrontranszport lánca mentén. Az átvitel eredményeként a membrán egyik oldalán proton gradiens képződik, és az ATP-szintáz fehérje-integrálkészlete segítségével molekulák épülnek fel. A folyamat a mitokondriális membránon megy végbe.

A glikolízis és az oxidatív foszforiláció szakaszainak sorrendje a mitokondriumokban egy közös folyamat, amelyet légzésnek neveznek. Egy teljes ciklus után a sejtben 1 glükózmolekulából 36 ATP molekula képződik.

Fotofoszforiláció

A fotofoszforiláció folyamata ugyanaz az oxidatív foszforiláció, egyetlen különbséggel: a sejt kloroplasztiszában fény hatására fotofoszforilációs reakciók mennek végbe. Az ATP a fotoszintézis könnyű szakaszában termelődik, ez a fő energiatermelési folyamat zöld növényekben, algákban és egyes baktériumokban.

A fotoszintézis során az elektronok ugyanazon az elektronszállító láncon haladnak át, ami proton gradiens kialakulását eredményezi. A membrán egyik oldalán lévő protonkoncentráció az ATP szintézis forrása. A molekulák összeállítását az ATP-szintáz enzim végzi.

Az átlagos sejt 0,04 tömeg% adenozin-trifoszfátot tartalmaz. A legmagasabb érték azonban az izomsejtekben figyelhető meg: 0,2-0,5%.

Egy sejtben körülbelül 1 milliárd ATP-molekula található.

Mindegyik molekula legfeljebb 1 percig él.

Naponta 2000-3000 alkalommal újul meg egy molekula adenozin-trifoszfát.

Összességében az emberi szervezet napi 40 kg adenozin-trifoszfátot szintetizál, az ATP tartalék pedig mindenkor 250 g.

Következtetés

Az ATP szerkezete és molekuláinak biológiai szerepe szorosan összefügg. Az anyag kulcsszerepet játszik az életfolyamatokban, mivel a foszfátmaradékok közötti nagy energiájú kötések hatalmas mennyiségű energiát tartalmaznak. Az adenozin-trifoszfát számos funkciót lát el a sejtben, ezért fontos az anyag állandó koncentrációjának fenntartása. A bomlás és a szintézis nagy sebességgel megy végbe, mivel a kötések energiáját folyamatosan használják a biokémiai reakciókban. Ez a test bármely sejtje számára nélkülözhetetlen anyag. Valószínűleg ennyit lehet mondani az ATP szerkezetéről.

Az ATP vagy az adenozin-trifoszforsav teljes egészében az energia „akkumulátora” a szervezet sejtjeiben. Egyetlen biokémiai reakció sem megy végbe az ATP részvétele nélkül. Az ATP-molekulák a DNS-ben és az RNS-ben találhatók.

ATP összetétele

Az ATP molekula három összetevőből áll: három foszforsav-maradék, adenin és ribóz. Vagyis az ATP nukleotid szerkezetű, és a nukleinsavak közé tartozik. A ribóz egy szénhidrát, az adenin pedig egy nitrogéntartalmú bázis. A savmaradékokat instabil energetikai kötések egyesítik egymással. Az energia akkor jelenik meg, amikor a savmolekulák letörnek. Az elválasztás a biokatalizátoroknak köszönhető. A leválás után az ATP-molekula már átalakul ADP-vé (ha egy molekula leszakadt) vagy AMP-vé (ha két savmolekula leszakadt). Ha egy molekula foszforsav elválik, 40 kJ energia szabadul fel.

Szerep a testben

Az ATP nemcsak energetikai szerepet játszik a szervezetben, hanem számos más szerepet is betölt:

• nukleinsavak szintézisének eredménye.
• számos biokémiai folyamat szabályozása.
• jelzőanyag más sejtkölcsönhatásokban.

ATP szintézis

Az ATP-termelés a kloroplasztiszokban és a mitokondriumokban megy végbe. Az ATP-molekulák szintézisének legfontosabb folyamata a disszimiláció. A disszimiláció a komplexum egyszerűbbé való lerombolása.

Az ATP szintézise nem egy szakaszban, hanem három szakaszban történik:

1. Az első szakasz az előkészítő. Az emésztő enzimek hatására az, amit felszívunk, lebomlik. Ebben az esetben a zsírok glicerinre és zsírsavakra, a fehérjék aminosavakra, a keményítő glükózra bomlanak. Vagyis minden fel van készítve a további használatra. Felszabaduló hőenergia
2. A második szakasz a glikolízis (oxigénmentes). A bomlás ismét megtörténik, de itt a glükóz is bomláson megy keresztül. Az enzimek is részt vesznek. De az energia 40%-a az ATP-ben marad, a többit hőként fogyasztják el.
3. A harmadik szakasz a hidrolízis (oxigén). Már magukban a mitokondriumokban is előfordul. Az általunk belélegzett oxigén és az enzimek egyaránt részt vesznek itt. A teljes disszimiláció után energia szabadul fel az ATP képződéséhez.

A biológiában az ATP az energiaforrás és az élet alapja. Az ATP - adenozin-trifoszfát - részt vesz az anyagcsere folyamatokban, és szabályozza a szervezet biokémiai reakcióit.

Mi ez?

A kémia segít megérteni, mi az ATP. Az ATP-molekula kémiai képlete: C10H16N5O13P3. Könnyű megjegyezni a teljes nevet, ha részekre bontja. Az adenozin-trifoszfát vagy adenozin-trifoszforsav egy nukleotid, amely három részből áll:

• adenin - purin nitrogéntartalmú bázis;
• ribóz - pentózokhoz kapcsolódó monoszacharid;
• három foszforsav-maradék.

Rizs. 1. Az ATP molekula szerkezete.

Az ATP részletesebb magyarázata a táblázatban található.

Az ATP-t először a harvardi biokémikusok, Subbarao, Lohman és Fiske fedezték fel 1929-ben. 1941-ben Fritz Lipmann német biokémikus felfedezte, hogy az ATP az élő szervezet energiaforrása.

Energiatermelés

A foszfátcsoportokat nagy energiájú kötések kötik össze, amelyek könnyen elpusztulnak. A hidrolízis (vízzel való kölcsönhatás) során a foszfátcsoport kötései felbomlanak, nagy mennyiségű energia szabadul fel, és az ATP ADP-vé (adenozin-difoszforsav) alakul.

Hagyományosan a kémiai reakció így néz ki:

TOP 4 cikkakik ezzel együtt olvasnak

ATP + H2O → ADP + H3PO4 + energia

Rizs. 2. ATP hidrolízis.

A felszabaduló energia egy része (kb. 40 kJ/mol) részt vesz az anabolizmusban (asszimiláció, plasztikus anyagcsere), míg egy része hő formájában disszipálódik a testhőmérséklet fenntartása érdekében. Az ADP további hidrolízisével egy másik foszfátcsoport leszakad, energia szabadul fel és AMP (adenozin-monofoszfát) keletkezik. Az AMP nem hidrolízisen megy keresztül.

ATP szintézis

Az ATP a citoplazmában, a sejtmagban, a kloroplasztiszokban és a mitokondriumokban található. Az ATP szintézise állati sejtben mitokondriumokban, növényi sejtekben pedig mitokondriumokban és kloroplasztiszokban történik.

Az ATP energiafelhasználással ADP-ből és foszfátból képződik. Ezt a folyamatot foszforilációnak nevezik:

ADP + H3PO4 + energia → ATP + H2O

Rizs. 3. ATP képződése ADP-ből.

A növényi sejtekben a foszforiláció a fotoszintézis során megy végbe, és ezt fotofoszforilációnak nevezik. Az állatokban a folyamat a légzés során megy végbe, és oxidatív foszforilációnak nevezik.

Az állati sejtekben az ATP-szintézis a katabolizmus (disszimiláció, energia-anyagcsere) folyamatában megy végbe a fehérjék, zsírok és szénhidrátok lebontása során.

Funkciók

Az ATP definíciójából világos, hogy ez a molekula képes energiát szolgáltatni. Az energia mellett az adenozin-trifoszforsav is teljesít egyéb funkciók:

• nukleinsavak szintéziséhez szükséges anyag;
• enzimek része, szabályozza a kémiai folyamatokat, felgyorsítja vagy lassítja azok előfordulását;
• közvetítő – jelet továbbít a szinapszisoknak (két sejtmembrán érintkezési helye).

Mit tanultunk?

A 10. osztályos biológia órán megismerkedtünk az ATP - adenozin-trifoszforsav felépítésével és funkcióival. Az ATP adeninből, ribózból és három foszforsavból áll. A hidrolízis során a foszfátkötések felbomlanak, ami felszabadítja az élőlények életéhez szükséges energiát.

Teszt a témában

A jelentés értékelése

Átlagos értékelés: 4.6. Összes beérkezett értékelés: 621.

A szervezetben lezajló anyagcsere-reakciók összességét ún anyagcsere.

A specifikus belső anyagok egyszerűbbekből történő szintézisének folyamatait nevezzük anabolizmus, vagy asszimiláció, vagy műanyag csere. Az anabolizmus eredményeként enzimek képződnek, olyan anyagok, amelyekből sejtszerkezetek épülnek fel stb. Ezt a folyamatot általában egy nagy energia fogyasztás.

Ezt az energiát a szervezet más reakciók során nyeri el, amelyek során a bonyolultabb anyagok egyszerűbbekre bomlanak le. Ezeket a folyamatokat ún katabolizmus, vagy disszimiláció, vagy energiaanyagcsere. Az aerob szervezetekben a katabolizmus termékei a CO 2, H 2 O, ATP és

redukált hidrogénhordozók (NAD∙H és NADP∙H), amelyek az oxidációs folyamatok során szerves anyagokból eltávolított hidrogénatomokat fogadják el. Néhány, a katabolizmus során keletkező kis molekulatömegű anyag később a sejt számára szükséges anyagok prekurzoraként szolgálhat (a katabolizmus és az anabolizmus metszéspontja).

A katabolizmus és az anabolizmus szorosan összefügg: az anabolizmus katabolikus reakciókban keletkező energiát és redukálószereket használ fel, a katabolizmus pedig az anabolikus reakciók eredményeként képződő enzimek hatására megy végbe.

A katabolizmust általában a felhasznált anyagok oxidációja, az anabolizmust pedig redukció kíséri.

plasztikus anyagcsere (anabolizmus)	energia-anyagcsere (katabolizmus)
komplex anyagok szintézise és felhalmozódása (asszimilációja).	összetett anyagok egyszerűbbekre bontása (disszimiláció)
energiafogyasztással jár (ATP fogyaszt)	energia szabadul fel (ATP szintetizálódik)
szerves anyagok forrása lehet az energiaanyagcseréhez	a műanyagcsere energiaforrása
fehérjék, zsírok, szénhidrátok bioszintézise; fotoszintézis (szén-szintézis növények és kék-zöld algák által); kemoszintézis	anaerob légzés (= glikolízis = fermentáció); aerob légzés (oxidatív foszforiláció)

A különböző organizmusok anabolikus reakcióinak eltérései lehetnek (lásd az „Élő szervezetek energiaszerzési módszerei” című témakört).

ATP - adenozin-trifoszfát

A katabolizmus során energia szabadul fel hő és ATP formájában.

Az ATP a sejt energiaellátásának egyetlen és univerzális forrása.

Az ATP instabil.

Az ATP egy „energiavaluta”, amelyet összetett anyagok szintézisére lehet fordítani anabolikus reakciókban.

Az ATP hidrolízise (lebontása):

ATP + $H_(2)O$ = ADP + $H_(3)PO_(4)$ + 40 kJ/mol

Energia anyagcsere

Az élő szervezetek a szerves vegyületek oxidációjából nyernek energiát.

Oxidáció- az elektron adományozás folyamata.

Fogadott energiafogyasztás:

Az energia 50%-a hőként kerül a környezetbe;

Az energia 50%-a a képlékeny anyagcserére (anyagszintézis) megy el.

Növényi sejtekben:

keményítő → glükóz → ATP

Állati sejtekben:

glikogén → glükóz → ATP

Előkészületi szakasz

Az emésztőrendszerben összetett szerves anyagok enzimatikus lebontása egyszerű anyagokra:

fehérjemolekulák - aminosavakig

lipidek - glicerinhez és zsírsavakhoz

szénhidrátok - glükózra

A nagy molekulatömegű szerves vegyületek lebontását (hidrolízisét) vagy a gyomor-bél traktus enzimei, vagy lizoszóma enzimek végzik.

Ebben az esetben az összes felszabaduló energia hő formájában eloszlik.

Az egyszerű anyagokat a vékonybél bolyhjai szívják fel:

aminosavak és glükóz - a vérbe;

zsírsavak és glicerin - a nyirokba;

és átkerülnek a testszövetek sejtjeibe.

A keletkező kisméretű szerves molekulák felhasználhatók „építőanyagként”, vagy tovább bonthatók (glikolízis).

Az előkészítő szakaszban megtörténhet a sejttároló anyagok hidrolízise: az állatokban (és gombákban) a glikogén és a növényekben a keményítő. A glikogén és a keményítő poliszacharidok, és monomerekre - glükózmolekulákra - bomlanak.

glikogén lebontása

A májglikogént nem annyira a máj saját szükségleteire használják, hanem a vérben a glükóz állandó koncentrációjának fenntartására, és ezáltal biztosítja a glükóz ellátását más szövetek számára.

Rizs. A glikogén funkciói a májban és az izmokban

Az izmokban raktározott glikogén enzimhiány miatt nem bontható le glükózra. Az izomglikogén funkciója a glükóz-6-foszfát felszabadítása, amely magában az izomban oxidációra és energiafelhasználásra kerül.

A glikogén glükózzá vagy glükóz-6-foszfáttá történő lebontása nem igényel energiát.

Glikolízis (anaerob szakasz)

Glikolízis- a glükóz lebontása enzimek segítségével.

A citoplazmában fordul elő, oxigén nélkül.

A folyamat során a glükóz dehidrogéneződik, és a NAD+ koenzim (nikotinamid-adenin-dinukleotid) hidrogénakceptorként szolgál.

Az enzimatikus reakciók láncolata eredményeként a glükóz két piroszőlősav-molekulává (PVA) alakul, összesen 2 ATP-molekulává és a NAD H2 hidrogénhordozó redukált formája képződik:

$С_(6)Н_(12)О_(6)$ + 2ADP + 2$Н_(3)РО_(4)$ + 2$NAD^(+)$ → 2$С_(3)Н_(4)О_( 3)$ + 2ATP + 2$H_(2)O$ + 2($NADH+H^(+)$).

A PVC további sorsa a sejtben lévő oxigén jelenlététől függ:

ha nincs oxigén, az élesztőben és a növényekben alkoholos erjedés megy végbe, melynek során először acetaldehid, majd etil-alkohol képződik:

$С_(3)Н_(4)О_(3)$ → $СО_(2)$ + $СН_(3)СН$,

$CH_(3)SON$ + $NADH+H^(+)$ → $C_(2)H_(5)OH$ + $NAD^(+)$ .

Állatokban és egyes baktériumokban oxigénhiány esetén tejsav erjedés megy végbe tejsav képződésével:

$С_(3)Н_(4)О_(3)$ + $NADH+Н^(+)$ → $С_(3)Н_(6)О_(3)$ + $NAD^(+)$.

Egy glükózmolekula glikolízise során 200 kJ szabadul fel, amelyből 120 kJ hőként disszipálódik, 80 kJ pedig kötésekben raktározódik. 2 ATP molekula.

légzés vagy oxidatív foszforiláció (aerob szakasz)

Oxidatív foszforiláció- az ATP szintézis folyamata oxigén részvételével.

A mitokondriális cristae membránján oxigén jelenlétében fordul elő.

A glükóz oxigénmentes lebontása során keletkező piruvinsav a végtermékekké CO2 és H2O oxidálódik. Ezt a többlépéses enzimes folyamatot ún Krebs-ciklus vagy trikarbonsavciklus.

A sejtlégzés eredményeként két piroszőlősav-molekula lebomlása 36 ATP-molekulát eredményez:

2$С_(3)Н_(4)О_(3)$ + 32$О_(2)$ + 36ADF + 36$Н_(3)РО_(4)$ → 6$СО_(2)$ + 58$Н_( 2) O$ + 36ATP.

Ezenkívül emlékeznünk kell arra, hogy az egyes glükózmolekulák oxigénmentes lebontása során két ATP-molekula tárolódik.

A glükóz szén-dioxiddá és vízzé történő bomlásának általános reakciója a következő:

$С_(6)Н_(12)О_(6)$ + 6$О_(2)$ + 38ADP → 6$СО_(2)$ + 6$Н_(2)О$ + 38ATP + Qt,

ahol Qt a hőenergia.

Így az oxidatív foszforiláció 18-szor több energiát (36 ATP) termel, mint a glikolízis (2 ATP).

Folytatás. Lásd: 11., 12., 13., 14., 15., 16/2005

Biológia órák a természettudományos órákon

Haladó tervezés, 10. évfolyam

19. lecke. Az ATP kémiai szerkezete és biológiai szerepe

Felszerelés: táblázatok az általános biológiáról, az ATP molekula szerkezetének diagramja, a képlékeny és az energiaanyagcsere kapcsolatának diagramja.

I. Tudáspróba

Biológiai diktátum lebonyolítása „Az élő anyag szerves vegyületei”

A tanár a számok alatt felolvassa az absztraktokat, a tanulók lejegyzik a füzetükbe azoknak az absztraktoknak a számát, amelyek megfelelnek a verziójuk tartalmának.

1. lehetőség – fehérjék.
2. lehetőség – szénhidrátok.
3. lehetőség – lipidek.
4. lehetőség – nukleinsavak.

1. Tiszta formájukban csak C, H, O atomokból állnak.

2. A C, H, O atomokon kívül N és általában S atomokat is tartalmaznak.

3. A C, H, O atomokon kívül N és P atomokat is tartalmaznak.

4. Viszonylag kis molekulatömegűek.

5. A molekulatömeg ezertől több tíz- és százezer daltonig terjedhet.

6. A legnagyobb szerves vegyületek, amelyek molekulatömege akár több tíz- és százmillió dalton is lehet.

7. Különböző molekulatömegűek – a nagyon kicsitől a nagyon magasig, attól függően, hogy az anyag monomer vagy polimer.

8. Monoszacharidokból áll.

9. Aminosavakból áll.

10. Nukleotidokból áll.

11. Ezek magasabb zsírsavak észterei.

12. Alapszerkezeti egység: „nitrogénbázis–pentóz–foszforsav maradék”.

13. Alapszerkezeti egység: „aminosavak”.

14. Alapszerkezeti egység: „monoszacharid”.

15. Alapszerkezeti egység: „glicerin-zsírsav”.

16. A polimer molekulák azonos monomerekből épülnek fel.

17. A polimer molekulák hasonló, de nem teljesen azonos monomerekből épülnek fel.

18. Nem polimerek.

19. Szinte kizárólag energetikai, építési és tárolási, esetenként védelmi funkciókat látnak el.

20. Az energetikán és az építkezésen kívül katalitikus, jelző-, szállító-, meghajtási és védelmi funkciókat látnak el;

21. Tárolják és továbbítják a sejt és a szervezet örökletes tulajdonságait.

1.opció – 2; 5; 9; 13; 17; 20.
2. lehetőség – 1; 7; 8; 14; 16; 19.
3. lehetőség – 1; 4; 11; 15; 18; 19.
4. lehetőség– 3; 6; 10; 12; 17; 21.

II. Új anyagok tanulása

1. Az adenozin-trifoszforsav szerkezete

A fehérjék, nukleinsavak, zsírok és szénhidrátok mellett számos más szerves vegyület is szintetizálódik az élő anyagokban. Közülük fontos szerepet játszik a sejt bioenergetikája. adenozin-trifoszforsav (ATP). Az ATP minden növényi és állati sejtben megtalálható. A sejtekben az adenozin-trifoszforsav leggyakrabban sók formájában van jelen, ún adenozin-trifoszfátok. Az ATP mennyisége ingadozik és átlagosan 0,04% (átlagosan körülbelül 1 milliárd ATP molekula van egy sejtben). A legnagyobb mennyiségű ATP a vázizmokban található (0,2-0,5%).

Az ATP molekula egy nitrogénbázisból - adeninből, egy pentózból - ribózból és három foszforsav-maradékból áll, pl. Az ATP egy speciális adenil nukleotid. Más nukleotidoktól eltérően az ATP nem egy, hanem három foszforsav-maradékot tartalmaz. Az ATP makroerg anyagokra utal - olyan anyagokra, amelyek kötéseikben nagy mennyiségű energiát tartalmaznak.

Az ATP-molekula térbeli modellje (A) és szerkezeti képlete (B).

A foszforsav-maradék lehasad az ATP-ről ATPáz enzimek hatására. Az ATP erősen hajlamos terminális foszfátcsoportjának leválasztására:

ATP 4– + H 2 O ––> ADP 3– + 30,5 kJ + Fn,

mert ez a szomszédos negatív töltések közötti energetikailag kedvezőtlen elektrosztatikus taszítás megszűnéséhez vezet. A keletkező foszfát stabilizálódik, mivel energetikailag kedvező hidrogénkötések képződnek a vízzel. A töltéseloszlás az ADP + Fn rendszerben stabilabbá válik, mint az ATP-ben. Ez a reakció 30,5 kJ felszabadul (egy normál kovalens kötés felszakadásakor 12 kJ szabadul fel).

Az ATP-ben lévő foszfor-oxigén kötés magas energiaköltségének hangsúlyozása érdekében általában ~ jellel jelölik, és makroenergetikai kötésnek nevezik. Ha egy foszforsavmolekulát eltávolítanak, az ATP átalakul ADP-vé (adenozin-difoszforsav), és ha két foszforsavmolekulát eltávolítanak, az ATP AMP-vé (adenozin-monofoszforsavvá) alakul. A harmadik foszfát hasítása mindössze 13,8 kJ felszabadulásával jár, így az ATP-molekulában csak két tényleges nagyenergiájú kötés található.

2. ATP képződés a sejtben

A sejt ATP-készlete kicsi. Például az izomban lévő ATP-tartalékok 20-30 összehúzódásra elegendőek. De egy izom órákig tud dolgozni, és több ezer összehúzódást produkál. Ezért az ATP ADP-vé való lebomlásával együtt a sejtben folyamatosan reverz szintézisnek kell végbemennie. A sejtekben az ATP szintézisének számos útja van. Ismerkedjünk meg velük.

1. Anaerob foszforiláció. A foszforiláció az ATP-szintézis folyamata ADP-ből és kis molekulatömegű foszfátból (Pn). Ebben az esetben a szerves anyagok oxigénmentes oxidációs folyamatairól beszélünk (például a glikolízis a glükóz oxigénmentes oxidációja piroszőlősavvá). A folyamatok során felszabaduló energia körülbelül 40%-a (kb. 200 kJ/mol glükóz) az ATP szintézisére fordítódik, a többi pedig hőként disszipálódik:

C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2Pn ––> 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 4H.

2. Oxidatív foszforiláció Az ATP szintézis folyamata a szerves anyagok oxigénnel történő oxidációjának energiájával. Ezt a folyamatot az 1930-as évek elején fedezték fel. XX század V.A. Engelhardt. A szerves anyagok oxidációs oxigénfolyamatai a mitokondriumokban fordulnak elő. Az ilyenkor felszabaduló energia körülbelül 55%-a (kb. 2600 kJ/mol glükóz) az ATP kémiai kötéseinek energiájává alakul, 45%-a pedig hőként disszipálódik.

Az oxidatív foszforiláció sokkal hatékonyabb, mint az anaerob szintézis: ha a glikolízis folyamata során egy glükózmolekula lebomlása során csak 2 ATP molekula szintetizálódik, akkor az oxidatív foszforiláció során 36 ATP molekula keletkezik.

3. Fotofoszforiláció– az ATP szintézis folyamata a napfény energiájával. Ez az ATP szintézis útja csak a fotoszintézisre képes sejtekre jellemző (zöld növények, cianobaktériumok). A napfénykvantumok energiáját a fotoszintetikusok a fotoszintézis fényfázisában használják fel az ATP szintézisére.

3. Az ATP biológiai jelentősége

Az ATP a sejt anyagcsere-folyamatainak középpontjában áll, összekötő szerepet tölt be a biológiai szintézis és a bomlás reakciói között. Az ATP sejtben betöltött szerepe az akkumulátor szerepéhez hasonlítható, hiszen az ATP hidrolízise során a különböző életfolyamatokhoz szükséges energia szabadul fel („kisülés”), illetve a foszforiláció („töltés”) folyamatában az ATP. ismét energiát halmoz fel.

Az ATP hidrolízis során felszabaduló energia miatt a sejtben és a szervezetben szinte minden létfontosságú folyamat végbemegy: idegimpulzusok átvitele, anyagok bioszintézise, ​​izomösszehúzódások, anyagszállítás stb.

III. A tudás megszilárdítása

Biológiai problémák megoldása

Feladat 1. Ha gyorsan futunk, gyorsan lélegzünk, fokozott izzadás lép fel. Magyarázza meg ezeket a jelenségeket!

2. probléma. Miért kezdenek el a fagyos emberek bélyegezni és ugrálni a hidegben?

3. feladat I. Ilf és E. Petrov „A tizenkét szék” című híres művében számos hasznos tipp között megtalálható ez: „Lélegezz mélyeket, izgatott vagy.” Próbálja meg igazolni ezt a tanácsot a szervezetben zajló energiafolyamatok szempontjából.

IV. Házi feladat

Kezdje el a felkészülést a tesztre és tesztelje le (diktálja be a tesztkérdéseket – lásd a 21. leckét).

20. lecke Az ismeretek általánosítása az „Élet kémiai szerveződése” részben

Felszerelés: táblázatok az általános biológiáról.

I. A szakasz ismereteinek általánosítása

A tanulók kérdésekkel dolgoznak (egyénileg), amit ellenőrzés és megbeszélés követ

1. Mondjon példákat olyan szerves vegyületekre, mint a szén, kén, foszfor, nitrogén, vas, mangán!

2. Hogyan lehet megkülönböztetni az élő sejtet a halotttól az ionösszetétele alapján?

3. Milyen anyagok találhatók a sejtben fel nem oldott formában? Milyen szerveket és szöveteket tartalmaznak?

4. Mondjon példákat az enzimek aktív helyén található makroelemekre!

5. Milyen hormonok tartalmaznak mikroelemeket?

6. Mi a halogének szerepe az emberi szervezetben?

7. Miben különböznek a fehérjék a mesterséges polimerektől?

8. Miben különböznek a peptidek a fehérjéktől?

9. Mi a neve a hemoglobint alkotó fehérjének? Hány alegységből áll?

10. Mi a ribonukleáz? Hány aminosavat tartalmaz? Mikor szintetizálták mesterségesen?

11. Miért alacsony az enzimek nélküli kémiai reakciók sebessége?

12. Milyen anyagokat szállítanak a fehérjék a sejtmembránon keresztül?

13. Miben különböznek az antitestek az antigénektől? A vakcinák tartalmaznak antitesteket?

14. Milyen anyagokra bomlanak le a fehérjék a szervezetben? Mennyi energia szabadul fel? Hol és hogyan semlegesítik az ammóniát?

15. Mondjon példát a peptidhormonokra: hogyan vesznek részt a sejtanyagcsere szabályozásában?

16. Milyen szerkezetű a cukor, amellyel teát iszunk? Milyen további három szinonimát tud ennek az anyagnak?

17. Miért nem a felszínen gyűlik össze a tejben lévő zsír, hanem inkább szuszpenzió formájában?

18. Mekkora a DNS tömege a szomatikus és csírasejtek magjában?

19. Mennyi ATP-t használ egy ember naponta?

20. Milyen fehérjéket használnak az emberek a ruhák készítéséhez?

A hasnyálmirigy ribonukleáz elsődleges szerkezete (124 aminosav)

II. Házi feladat.

Folytassa a felkészülést a tesztre és a tesztre az „Élet kémiai szerveződése” részben.

21. lecke. Próbaóra az „Élet kémiai szerveződése” c.

I. Szóbeli teszt lebonyolítása kérdésekről

1. A sejt elemi összetétele.

2. Organogén elemek jellemzői.

3. A vízmolekula szerkezete. A hidrogénkötés és jelentősége az élet „kémiájában”.

4. A víz tulajdonságai és biológiai funkciói.

5. Hidrofil és hidrofób anyagok.

6. A kationok és biológiai jelentőségük.

7. Anionok és biológiai jelentőségük.

8. Polimerek. Biológiai polimerek. A periodikus és a nem periodikus polimerek közötti különbségek.

9. A lipidek tulajdonságai, biológiai funkcióik.

10. Szénhidrátcsoportok, szerkezeti sajátosságok alapján megkülönböztetve.

11. A szénhidrátok biológiai funkciói.

12. A fehérjék elemi összetétele. Aminosavak. Peptid képződés.

13. A fehérjék elsődleges, másodlagos, harmadlagos és kvaterner szerkezete.

14. A fehérjék biológiai funkciója.

15. Az enzimek és a nem biológiai katalizátorok közötti különbségek.

16. Az enzimek szerkezete. Koenzimek.

17. Az enzimek hatásmechanizmusa.

18. Nukleinsavak. Nukleotidok és szerkezetük. Polinukleotidok kialakulása.

19. E. Chargaff szabályzata. A komplementaritás elve.

20. Kétszálú DNS-molekula kialakulása és spiralizációja.

21. A sejtes RNS osztályai és funkcióik.

22. A DNS és az RNS közötti különbségek.

23. DNS replikáció. Átírás.

24. Az ATP felépítése és biológiai szerepe.

25. ATP képződése a sejtben.

II. Házi feladat

Folytassa a felkészülést a tesztre az „Élet kémiai szerveződése” részben.

22. lecke. Próbaóra az „Élet kémiai szerveződése” c.

I. Írásbeli teszt lebonyolítása

1.opció

1. Háromféle aminosav létezik - A, B, C. Hány változata építhető fel öt aminosavból álló polipeptidláncnak. Kérjük, jelezze ezeket a lehetőségeket. Ezek a polipeptidek ugyanazokkal a tulajdonságokkal rendelkeznek? Miért?

2. Minden élőlény főleg szénvegyületekből áll, és a szénanalóg, a szilícium, amelynek a földkéreg tartalma 300-szor nagyobb, mint a szén, csak nagyon kevés élőlényben található meg. Magyarázza meg ezt a tényt ezen elemek atomjainak szerkezetével és tulajdonságaival!

3. Az egyik sejtbe az utolsó, harmadik foszforsavmaradéknál radioaktív 32P-vel jelölt ATP-molekulákat, a másik sejtbe pedig a ribózhoz legközelebb eső első csoportnál 32P-vel jelölt ATP-molekulákat juttattunk be. 5 perc elteltével mindkét sejtben megmértük a 32P-vel jelölt szervetlen foszfátion tartalmát. Hol lesz lényegesen magasabb?

4. A kutatások kimutatták, hogy ezen mRNS nukleotidjainak 34%-a guanin, 18%-a uracil, 28%-a citozin és 20%-a adenin. Határozza meg a kettős szálú DNS nitrogéntartalmú bázisainak százalékos összetételét, amelynek a jelzett mRNS másolata.

2. lehetőség

1. A zsírok képezik az „első tartalékot” az energia-anyagcserében, és akkor kerülnek felhasználásra, ha a szénhidráttartalék kimerült. A vázizmokban azonban glükóz és zsírsavak jelenlétében az utóbbiak nagyobb mértékben hasznosulnak. A fehérjéket energiaforrásként mindig csak végső esetben használjuk, amikor a szervezet éhezik. Magyarázza meg ezeket a tényeket.

2. A nehézfémek (higany, ólom stb.) és az arzén ionjait könnyen megkötik a fehérjék szulfidcsoportjai. Ismerve ezen fémek szulfidjainak tulajdonságait, magyarázza el, mi történik a fehérjével, ha ezekkel a fémekkel kombinálják. Miért mérgezik a nehézfémeket a szervezet számára?

3. Az A anyag B anyaggá történő oxidációs reakciójában 60 kJ energia szabadul fel. Hány ATP molekula szintetizálható maximálisan ebben a reakcióban? Hogyan használják fel a maradék energiát?

4. A vizsgálatok kimutatták, hogy ezen mRNS teljes nukleotidszámának 27%-a guanin, 15%-a uracil, 18%-a citozin és 40%-a adenin. Határozza meg a kettős szálú DNS nitrogéntartalmú bázisainak százalékos összetételét, amelynek a jelzett mRNS másolata.

Folytatjuk

Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete