Makroerginiai junginiai. ATP yra universalus akumuliatorius ir energijos šaltinis organizme. ATP-ADP ciklas. Ląstelės energijos krūvis Kiek daug energijos jungčių turi ATF molekulė?

Makroerginiai junginiai yra organiniai junginiai, kurių hidrolizė išskiria nemažą energijos kiekį, naudojamą įvairioms kūno funkcijoms atlikti.

Pirmaujančią poziciją tarp didelės energijos junginių užima adenozino trifosforo ir adenozino difosforo junginiai, kurie atlieka svarbų vaidmenį organizmo energijos apykaitoje. Didelės energijos junginiai taip pat yra kreatino fosfatas, arginino fosfatas, 1,3-difosfoglicerino rūgštis, acetilfosfatas, fosfenolpiruvinė rūgštis.

Buvo aptikti makroerginiai junginiai, kuriuose vietoj adenino yra guanino, uracilo, citozino: guanozino difosforo (HDF), guanozino trifosforo (GTP), urndino difosforo (UDP), uridino trifosforo (UTP), citidino difosforo rūgščių, citidino difosforo rūgštys.

Makroerginiai junginiai dalyvauja transfosforilinimo reakcijose, baltymų, nukleorūgščių ir fosfatidų biosintezėje. didelės energijos energijos gliukozė

Fosforilą, acilą ir kitus junginius, kurie neturi didelės energijos jungčių ir todėl negali suformuoti ATP fosforilo ir acilo grupių perdavimo reakcijose, reikėtų atskirti nuo didelės energijos junginių: nukleozidų monofosforo rūgščių, nukleorūgščių, fosfocukraus, fosfolipidų , ir kiti.

Tačiau kai kurių šių junginių oksidacija gali sukelti didelės energijos junginių susidarymą.

ATP - adenozino trifosforo rūgštis.

ATP vaidina svarbų vaidmenį ląstelės energetikoje. ATP sistema yra pagrindinė cheminės energijos perdavimo dalis. ATP susidaro substrato fosforilinimo ir nuo membranos priklausančio fosforilinimo reakcijose.

Substrato fosforilinimo atveju ATP susidarymo šaltinis yra dviejų tipų reakcijos:

I. Substratas ~ F + ADP yra grįžtamai paverčiamas substratu + ATP,

kur simbolis „~“, kurį įvedė amerikiečių biochemikas F. Lipmanas (F. Lipmann), yra skirtas makroerginiam ryšiui žymėti;

II. Substratas ~ X + ADP + Fn grįžtamai pereina į substratą + X + ATP,

Pirmojo tipo reakcijose didelės energijos fosfatų grupė iš donoro molekulės perkeliama į ADP, katalizuojama atitinkamų kinazių. Šio tipo reakcijos yra substrato fosforilinimo reakcijos anaerobinio cukrų konversijos kelyje.

ATP taip pat susidaro dėl energijos delta mu H + nuo membranos priklausomo fosforilinimo proceso.

ATP molekulėje yra dvi didelės energijos fosfatinės jungtys, kurių hidrolizė išskiria daug laisvos energijos:

ATP + H2O pereina į ADP + Fn; delta G "0 = -31,8 kJ / mol;

ADP + H2O pereina į AMP + Fn; delta G "0 = -31,8 kJ / mol,

kur Fn yra neorganinis fosfatas.

Paskutinės fosfatų grupės atskyrimas nuo AMP molekulės lemia žymiai mažesnį laisvos energijos išsiskyrimą:

AMP + H2O paverčiamas adenozinu + Fn; delta G "0 = -14,3 kJ / mol.

ATP molekulė turi tam tikrų savybių, todėl evoliucijos procese jai buvo priskirtas toks svarbus vaidmuo ląstelių energijos apykaitoje. Termodinamiškai ATP molekulė yra nestabili, o tai išplaukia iš didelės neigiamos jos hidrolizės delta G vertės. Tuo pačiu metu nefermentinės ATP hidrolizės greitis normaliomis sąlygomis yra labai mažas; chemiškai ATP molekulė yra labai stabili. Pastaroji savybė užtikrina efektyvų energijos išsaugojimą ATP molekulėje, nes cheminis molekulės stabilumas neleidžia joje saugomos energijos be reikalo išsklaidyti šilumos pavidalu. Mažas ATP molekulės dydis leidžia lengvai pasklisti į įvairias ląstelės dalis, kur energijos tiekimas iš išorės yra būtinas cheminiam, osmosiniam ir mechaniniam darbui atlikti.

Ir galiausiai, yra dar viena ATP molekulės savybė, suteikusi jai centrinę vietą ląstelės energijos apykaitoje. Laisvosios energijos pokytis ATP hidrolizės metu yra -31,8 kJ / mol. Jei palyginsime šią vertę su panašiomis daugelio kitų fosforilintų junginių vertėmis, gausime tam tikrą skalę. Viename iš jo polių bus fosforilinti junginiai, kurių hidrolizės metu išsiskiria daug laisvos energijos (didelės neigiamos delta G vertės. Tai yra vadinamieji „didelės energijos junginiai“. „mažos energijos“ jungtys).

Jei ATP dažnai vadinamas ląstelės „energetine valiuta“, tai, tęsdami šią analogiją, galime teigti, kad „valiutos vienetą“ ląstelė evoliucijos procese pasirinko labai racionaliai. Dalis laisvos energijos ATP didelės energijos fosfatinėje jungtyje yra būtent ta energijos dalis, kurios panaudojimas biocheminėse reakcijose daro ląstelę labai efektyviu energijos mechanizmu.

Adenozino monofosforo rūgštis (AMP) yra visos RNR dalis; pridedant dar dvi fosforo rūgšties (H3PO4) molekules, ji virsta ATP ir tampa energijos šaltiniu, kuris kaupiasi dviejose paskutinėse fosfato liekanose.

Kaip ir bet kuriame nukleotide, ATP yra azoto bazė (adeninas), pentozė (ribozė) ir fosforo rūgšties liekanos (ATP turi tris iš jų). Fosforo rūgšties liekanos yra suskaidomos iš ATP sudėties veikiant fermentui ATP-ase. Atskyrus vieną fosforo rūgšties molekulę, ATP virsta ADP (adenozino difosforo rūgštimi), o jei dvi fosforo rūgšties molekulės yra suskaidytos, ATP paverčiamas AMP (adenozino monofosforo rūgštimi). Kiekvienos fosforo rūgšties molekulės skilimo reakcijos lydi 419 kJ / mol.

Siekiant pabrėžti didelę ATP fosforo ir deguonies jungties energijos „kainą“, įprasta ją žymėti ženklu ir vadinti didelės energijos ryšiu. ATP yra du didelės energijos jungtys.

ATP vertė ląstelės gyvenime yra didelė; jis vaidina pagrindinį vaidmenį ląstelių energijos transformacijose. Reakcijose, kuriose dalyvauja ATP, jis paprastai praranda vieną fosforo rūgšties molekulę ir patenka į ADP. Tada ADP gali pridėti likusią fosforo rūgšties dalį, kurios absorbcija yra 419 kJ / mol, ir atkurti energijos rezervą.

Pagrindinė ATP sintezė vyksta mitochondrijose.

ATP vaidmenį ląstelių energijoje galima apibrėžti taip:

  • 1. cheminė energija, išsiskirianti katabolizmo metu, kaupiama fosforilinant ADP ir formuojant ATP;
  • 2. Tada ATP energija naudojama po to, kai suskaidomos didelės energijos ATP jungtys, vykstant endergoninėms sintezės reakcijoms ir kitiems procesams, kuriems reikia energijos suvartojimo, pavyzdžiui, aktyviam transportavimui.
  • 3. Į ATF dažnai žiūrima kaip į energetinę valiutą. Svarbu suprasti, kad ATP nėra energijos rūšis, o energijos kaupimo forma, gaunama skaidant sudėtingas molekules.

2 klausimas. Bendrieji bioenergetikos aspektai: termodinamikos dėsniai, eksergoninės ir endergoninės reakcijos. Reakcijų energetinės konjugacijos principas

Pirmasis termodinamikos dėsnis yra energijos taupymo dėsnis sistemose, kuriose yra būtini terminiai procesai (šilumos absorbcija ar išleidimas). Pagal pirmąjį termodinamikos dėsnį termodinaminė sistema (pavyzdžiui, garas šilumos variklyje) gali dirbti tik dėl savo vidinės energijos. Pirmasis termodinamikos dėsnis dažnai suformuluojamas kaip neįmanomas pirmosios rūšies amžinojo judėjimo aparato egzistavimas, kuris veiktų be energijos iš kažkokio šaltinio.

Pirmasis termodinamikos dėsnis pristato sistemos vidinės energijos kaip būsenos funkcijos sampratą. Kai sistemai suteikiamas tam tikras šilumos kiekis Q, pasikeičia vidinė sistemos DU energija ir sistema atlieka darbą A:

Pirmasis termodinamikos dėsnis teigia, kad kiekvienai sistemos būsenai būdinga tam tikra vidinės energijos vertė U, neatsižvelgiant į tai, kaip sistema patenka į šią būseną. Priešingai nei U reikšmės, A ir Q reikšmės priklauso nuo proceso, dėl kurio pasikeitė sistemos būsena.

Jei pradinė ir galutinė būsenos yra be galo artimos, pirmasis termodinamikos dėsnis parašomas taip:

Tai reiškia, kad begalinis mažiausias vidinės energijos dU pokytis yra bendras būsenos funkcijos skirtumas, t.y. vientisas

tuo tarpu be galo maži šilumos ir darbo kiekiai nėra skirtingi kiekiai, t.y. šių be galo mažų dydžių integralai priklauso nuo pasirinkto perėjimo tarp būsenų a ir b kelio.

Pirmasis termodinamikos dėsnis leidžia apskaičiuoti maksimalų darbą, gautą izotermiškai plečiant idealias dujas, izotermiškai išgarinant skystį esant pastoviam slėgiui.

Jei sistema keičiasi su aplinka ne tik energija, bet ir materija, sistemos vidinės energijos pasikeitimas perėjimo nuo pradinės būsenos į galutinę būseną, be darbo A ir šilumos Q, apima ir paskambino. masės energija Z. Be galo mažas masės energijos kiekis procese nustatomas pagal kiekvieno sistemos komponento cheminį potencialą k:

kur dNk yra begalinis mažiausias kiekvieno komponento molių skaičiaus pokytis dėl mainų su aplinka.

Tuo atveju, kai sistema kiekvienu laiko momentu yra pusiausvyroje su aplinka, pirmasis bendrosios formos termodinamikos dėsnis turi matematinę išraišką:

kur p ir k yra lygus atitinkamoms aplinkos reikšmėms (X indeksas paprastai praleidžiamas).

Antrasis termodinamikos dėsnis nustato entropijos egzistavimą kaip makroskopinės sistemos būsenos funkciją. Teigia, kad visi procesai, vykstantys ribotu greičiu, iš esmės yra negrįžtami, ir pateikia termodinaminius kriterijus procesų krypčiai nustatyti.

Yra keletas skirtingų antrojo termodinamikos dėsnio formulių ir jo pateisinimo būdų, tačiau jie visi yra tarpusavyje susiję ir galiausiai lygiaverčiai.

Pagal bendrąją antrojo termodinamikos dėsnio formuluotę, be galo mažas šilumos kiekis, perduodamas sistemai grįžtamuoju procesu, vadinamas absoliučia temperatūra T, yra bendras būsenos funkcijos, vadinamos entropija, skirtumas.

Grįžtamiesiems procesams dS; dėl negrįžtamų< dS.

Bet kokiems procesams (grįžtamiesiems ir negrįžtamiesiems) antrąjį termodinamikos dėsnį galima apibendrinti rašant dS.

Izoliuotose (uždarose) sistemose ir dS0, t.y. galimi tik procesai, lydimi entropijos padidėjimo.

Esant pusiausvyros būsenai, izoliuotos sistemos entropija pasiekia maksimumą ir tokioje sistemoje neįmanomi jokie makroskopiniai procesai.

Antrojo TdS formos termodinamikos dėsnio derinys su pirmuoju dU -, kur yra sistemos atliktas darbas, paprastai negrįžtamų procesų atveju veda į nelygybę: dU. Ši nelygybė leidžia nustatyti spontaniškų (negrįžtamų) procesų eigos kryptį uždarose sistemose ir pusiausvyros kriterijus esant pastovioms bet kurio būsenos parametro reikšmėms: T, p; T, V; S, p; S, V.

Taigi sistemose, kuriose yra pastovus T ir p, procesai spontaniškai eina Gibso energijos G = U + pV - TS mažėjimo kryptimi, o pusiausvyros būsenoje Gibso energija pasiekia minimumą. Tai visų pirma taikoma cheminėms reakcijoms, tirpimui, agregacijos būsenos pokyčiams ir kitoms medžiagų transformacijoms.

Trečiasis termodinamikos dėsnis (Nernst teorema) yra fizinis principas, lemiantis entropijos elgesį absoliučioje nulinėje temperatūroje.

Trečiasis termodinamikos dėsnis gali būti suformuluotas taip - entropijos prieaugis esant absoliučiai nulinei temperatūrai yra linkęs į galutinę ribą, kuri nepriklauso nuo sistemos pusiausvyros būsenos.

kur x yra bet koks termodinaminis parametras.

Trečiasis termodinamikos dėsnis nurodo tik pusiausvyros būsenas.

Kadangi, remiantis antruoju termodinamikos dėsniu, entropiją galima nustatyti tik iki savavališkos priedinės konstantos (tai yra, ne pati entropija nustatoma, o tik jos kitimas):

trečiasis termodinamikos dėsnis gali būti naudojamas tiksliai nustatyti entropiją. Šiuo atveju pusiausvyros sistemos entropija esant absoliučiai nulinei temperatūrai laikoma nuline.

Trečiasis termodinamikos dėsnis leidžia rasti absoliučią entropijos vertę, ko negalima padaryti remiantis pirmuoju ir antruoju termodinamikos principais. Pagal trečiąjį termodinamikos dėsnį, esant T> 0, DS vertė> 0.

Iš trečiojo termodinamikos dėsnio išplaukia, kad absoliučios nulinės temperatūros negalima pasiekti jokiame baigtiniame procese, susijusiame su entropijos pasikeitimu, prie jos galima tik priartėti, todėl trečiasis termodinamikos dėsnis kartais formuluojamas kaip absoliutaus nulio neprieinamumo principas temperatūra.

Iš trečiojo termodinamikos dėsnio kyla daug termodinaminių padarinių: esant T> 0, šilumos talpa turėtų būti linkusi nuliui esant pastoviam slėgiui ir esant pastoviam tūriui, šiluminio plėtimosi koeficientai ir kai kurios panašios vertės. Vienu metu buvo abejojama trečiojo termodinamikos dėsnio pagrįstumu, tačiau vėliau buvo nustatyta, kad visi akivaizdūs prieštaravimai (daugelio medžiagų entropijos vertė, lygi nuliui, kai T = 0) yra susiję su metastabiliomis materijos būsenomis, kurios negali būti laikoma termodinamiškai pusiausvyra.

Modelių sistemose dažnai pažeidžiamas trečiasis termodinamikos dėsnis. Taigi, klasikinių idealių dujų entropija linkusi į minuso begalybę. Tai rodo, kad esant žemai temperatūrai idealios dujos neturėtų veikti pagal Mendelejevo-Clapeyrono lygtį.

Taigi trečiasis termodinamikos dėsnis rodo klasikinės mechanikos ir statistikos nepakankamumą ir yra makroskopinis realių sistemų kvantinių savybių pasireiškimas.

Nulinis termodinamikos principas (bendras termodinamikos principas) yra fizinis principas, kuriame teigiama, kad, nepaisant pradinės sistemos būsenos, galų gale, esant tam tikroms išorinėms sąlygoms, joje bus nustatyta termodinaminė pusiausvyra ir visos dalys Sistemos temperatūra bus tokia pati, kai bus pasiekta termodinaminė pusiausvyra.

Endergoninės ir eksergoninės reakcijos

Cheminės reakcijos kryptį lemia DG vertė. Jei ši vertė yra neigiama, reakcija vyksta spontaniškai ir lydi laisvos energijos sumažėjimą. Tokios reakcijos vadinamos egzergoninėmis.

Jei tuo pačiu metu absoliuti DG vertė yra didelė, reakcija vyksta beveik iki galo ir gali būti laikoma negrįžtama.

Jei DG teigiamas, tada reakcija vyks tik tada, kai iš išorės tiekiama laisva energija; tokios reakcijos vadinamos endergoninėmis.

Jei absoliuti DG vertė yra didelė, sistema yra stabili, o reakcija šiuo atveju praktiškai nėra vykdoma. Kai DG lygus nuliui, sistema yra pusiausvyroje.

Egzergoninių ir endergoninių procesų konjugacija organizme.

Biologinėse sistemose termodinamiškai nepalankios (endergoninės) reakcijos gali atsirasti tik dėl eksergoninių reakcijų energijos.

Tokios reakcijos vadinamos energetiškai susietomis. Daugelyje šių reakcijų susiejamas adenozino trifosfatas (ATP).

Panagrinėkime išsamiau konjuguotų reakcijų energetiką, naudodami gliukozės fosforilinimo pavyzdį.

Gliukozės ir laisvojo fosfato fosforilinimo reakcija į gliukozės-6-fosfatą yra endergoninė:

(1) Gliukozė + H3PO4> Gliukozės-6-fosfatas + H2O (DG = +13,8 kJ / mol)

Kad tokia reakcija vyktų gliukozės-6-fosfato susidarymo link, ji turi būti susieta su kita reakcija, kurios laisvos energijos kiekis yra didesnis nei reikalingas gliukozės fosforilinimui.

(2) ATP> ADP + H3PO4 (DG = -30,5 kJ / mol)

Kai (1) ir (2) procesai yra susiję su heksokinazės katalizuojama reakcija, gliukozės fosforilinimas lengvai vyksta fiziologinėmis sąlygomis; reakcijos pusiausvyra yra stipriai pasislinkusi į dešinę ir praktiškai negrįžtama:

(3) Gliukozė + ATP> Gliukozės-6-fosfatas + ADP (DG = -16,7 kJ / mol)

Ryžiai. 2.1

Laisvosios hidrolizės energijos pokytis DGo buvo savavališkai pasirinktas kaip fosfatų grupių perdavimo potencialo didelės energijos junginiuose matas. “Tačiau tai nereiškia, kad ATP iš tikrųjų bus hidrolizuojamas energingai susietose reakcijose. ATP hidrolizė be konjugacijos su endergoniniu procesu lemia tik šilumos išsiskyrimą.

Abi reakcijos gali būti sujungtos esant bendram tarpiniam produktui.

Klausimas 3. Hormoninis gliukozės kiekio kraujyje reguliavimas. Hiper- ir hipoglikeminiai hormonai. Paaiškinkite adrenalino hiperglikeminio veikimo mechanizmą

Gliukozės kiekio kraujyje reguliavimas

Optimalios gliukozės koncentracijos kraujyje palaikymas yra daugelio veiksnių, beveik visų kūno sistemų gerai suderinto darbo, rezultatas. bet pagrindinis vaidmuo palaikant dinaminę pusiausvyrą tarp gliukozės susidarymo ir panaudojimo procesų priklauso hormoninis reguliavimas.

Vidutiniškai gliukozės kiekis sveiko žmogaus kraujyje svyruoja nuo 2,7 iki 8,3 mmol / l, tačiau iškart po valgio koncentracija trumpam laikui smarkiai padidėja.

Dvi hormonų grupės priešingai veikia gliukozės koncentraciją kraujyje:

  • 1. Vienintelis hipoglikeminis hormonas yra insulinas;
  • 2. Hiperglikeminiai hormonai (pvz., Gliukagonas, augimo hormonas ir adrenalinas), didinantys gliukozės kiekį kraujyje.

Kai gliukozės kiekis nukrenta žemiau normalaus fiziologinio lygio, insulino išsiskyrimas iš B ląstelių sulėtėja (bet niekada nesustoja normaliai). Jei gliukozės lygis nukrenta iki pavojingo lygio, išsiskiria vadinamieji hiperglikeminiai hormonai (dažniausiai žinomi - kasos salelių ląstelių gliukagonas), dėl kurių gliukozė išsiskiria iš ląstelių saugyklų į kraują. Adrenalinas ir kiti streso hormonai stipriai slopina insulino išsiskyrimą į kraują.

Šio sudėtingo mechanizmo tikslumas ir efektyvumas yra būtina sąlyga normaliam viso organizmo funkcionavimui ir sveikatai. Ilgai padidėjęs gliukozės kiekis kraujyje (hiperglikemija) yra pagrindinis cukrinio diabeto simptomas ir žalingas veiksnys. Hipoglikemija - gliukozės kiekio kraujyje sumažėjimas - dažnai sukelia dar rimtesnes pasekmes. Taigi, labai sumažėjus gliukozės kiekiui, gali išsivystyti hipoglikeminė koma ir mirtis.

Hiperglikemija

Hiperglikemija yra padidėjęs cukraus kiekis kraujyje.

Esant hiperglikemijai, gliukozės atsargos padidėja tiek kepenyse, tiek periferiniuose audiniuose. Kai tik gliukozės lygis nukrenta nuo skalės, kasa pradeda gaminti insuliną.

Hipoglikemija

Hipoglikemija - patologinė būklė būdingas gliukozės kiekio periferiniame kraujyje sumažėjimas žemiau normos (paprastai 3,3 mmol / l). Jis vystosi dėl hipoglikeminių vaistų perdozavimo, per didelio insulino išsiskyrimo organizme. Hipoglikemija gali sukelti hipoglikeminę komą ir sukelti žmogaus mirtį.

Tiesioginio veikimo hormonai.

Pagrindiniai insulino veikimo mechanizmai:

  • 1. Insulinas padidina plazmos membranų pralaidumą gliukozei. Šis insulino poveikis yra pagrindinė angliavandenių apykaitą ląstelėse ribojanti grandis.
  • 2. Insulinas pašalina gliukokortikosteroidų slopinamąjį poveikį heksokinazei.
  • 3. Genetiniu lygmeniu insulinas skatina angliavandenių apykaitos fermentų, įskaitant pagrindinius fermentus, biosintezę.
  • 4. Insulinas riebalinio audinio ląstelėse slopina trigliceridų lipazę - pagrindinį riebalų skaidymo fermentą.

Insulino sekrecijos į kraują reguliavimas vyksta dalyvaujant neurorefleksiniams mechanizmams. Kraujagyslių sienelėse yra specialūs chemoreceptoriai, jautrūs gliukozei. Padidėjusi gliukozės koncentracija kraujyje sukelia refleksinę insulino sekreciją į kraują, gliukozė patenka į ląsteles ir sumažėja jo koncentracija kraujyje.

Dėl likusių hormonų padidėja gliukozės koncentracija kraujyje.

Gliukagonas

Nurodo baltymų-peptidų hormonus. Jis turi membranos tipo sąveiką su tiksline ląstele. Poveikis pasiekiamas per adenilato ciklazės sistemą.

  • 1. Sukelia glikogeno fosforilazės aktyvumo padidėjimą. Dėl to pagreitėja glikogeno skilimas. Kadangi gliukagonas veikia tik kepenyse, galima teigti, kad jis „išstumia gliukozę iš kepenų“.
  • 2. Sumažina glikogeno sintetazės aktyvumą, sulėtina glikogeno sintezę.
  • 3. Suaktyvina lipazę riebalų parduotuvėse.

Gliukokortikosteroidai (GCS)

Jie priklauso steroidiniams hormonams, todėl jie turi tarpląstelinio tipo sąveiką su tiksline ląstele. Patekę į tikslinę ląstelę, jie sąveikauja su ląstelių receptoriumi ir turi tokį poveikį:

  • 1. Slopinkite heksokinazę - taip jie sulėtina gliukozės panaudojimą. Dėl to padidėja gliukozės koncentracija kraujyje.
  • 2. Šie hormonai suteikia substratų glikoneogenezės procesui.
  • 3. Genetiniu lygmeniu sustiprėja baltymų katabolizmo fermentų biosintezė.

Netiesioginiai hormonai.

Augimo hormonas

  • 1. Padidina gliukagono išsiskyrimą, todėl pagreitėja glikogeno skilimas.
  • 2. Jis aktyvina lipolizę, todėl skatina riebalų kaip energijos šaltinio panaudojimą.

Trijodtironinas (T3). Tiroksinas (T4)

Tai hormonai - aminorūgšties tirozino dariniai. Jie turi tarpląstelinio tipo sąveiką su tikslinėmis ląstelėmis. T3 / T4 receptorius yra ląstelės branduolyje. Todėl šie hormonai sustiprina baltymų biosintezę transkripcijos lygiu. Tarp šių baltymų yra oksidaciniai fermentai, ypač įvairios dehidrogenazės. Be to, jie skatina ATPazių sintezę, t.y. fermentai, kurie skaido ATP. Biooksidacijos procesams reikalingi substratai - angliavandenių ir riebalų oksidacijos produktai. Todėl, didėjant šių hormonų gamybai, pastebimas angliavandenių ir riebalų skaidymo padidėjimas. Hiperaktyvi skydliaukė vadinama Baseulo liga arba tirotoksikoze. Vienas iš šios ligos simptomų yra svorio kritimas. Šiai ligai būdingas kūno temperatūros padidėjimas. Atliekant eksperimentus in vitro, vartojant dideles šių hormonų dozes, pastebimas mitochondrijų oksidacijos ir oksidacinio fosforilinimo atjungimas.

Adrenaliną išskiria antinksčių smegenys, reaguodamos į stresinius dirgiklius (baimę, intensyvų jaudulį, kraujavimą, deguonies trūkumą, hipoglikemiją ir kt.). Skatindamas fosforilazę, jis sukelia glikogenolizę kepenyse ir raumenyse. Raumenyse dėl gliukozės-6-fosfatazės trūkumo glikogenolizė pasiekia laktato stadiją, o kepenyse pagrindinis glikogeno konversijos produktas yra gliukozė, kuri patenka į kraują, kur jo lygis pakyla.

Esant adrenalino poveikiui, gliukozės kiekis kraujyje padidėja. Šis poveikis pagrįstas šiais mechanizmais:

  • a) glikogenolizės aktyvinimas kepenyse. Tai susiję su hepatocitų adenilato ciklazės sistemos aktyvavimu ir galiausiai aktyvios fosforilazės formos susidarymu;
  • c) nuo insulino priklausomų audinių gliukozės absorbcijos slopinimas kartu suaktyvinant lipolizę riebaliniame audinyje;
  • b) glikogenolizės aktyvinimas raumenyse, po to - gliukoneogenezės aktyvavimas kepenyse. Šiuo atveju pieno rūgštis, išsiskirianti iš raumenų audinio į kraują, eina į gliukozės susidarymą hepatocituose;
  • d) insulino sekrecijos slopinimas ir gliukagono sekrecijos stimuliavimas kasos salelių ląstelėse.

4 klausimas. Išvardykite 4 pagrindinius metabolinius oksidacinio gliukozės skaidymo kelius ląstelėse, pateikite šių metabolinių reakcijų schemas

Heksozės bisfosfato angliavandenių skilimo kelias

Biologinė reikšmė.

  • 1. Tai yra pagrindinis būdas suskaidyti angliavandenius į galutinius produktus. Daugelyje ląstelių tai yra vienintelis būdas. Taigi 70–75% gliukozės, patenkančios į ląstelę, suyra.
  • 2. Tik HBF kelias aprūpina ląstelę energija ATP pavidalu. Tai yra pagrindinis energijos šaltinis ląstelėje.
  • 3. Tai ilgiausias angliavandenių skaidymo kelias.

GBF kelias susideda iš 3 etapų.

  • Pirmasis etapas vyksta citoplazmoje, suteikia 8 ATP molekules suskaidant 1 gliukozės molekulę arba 9ATP suskaidant vieną gliukozės glikogeno fragmentą. Baigiasi susidarius 2 piruvato molekulėms (PVC).
  • 2 ir 3 etapai - (tik aerobiniai!) Mitochondrijose, kuriose privaloma dalyvauti deguonyje, duokite 30 ATP vienai gliukozės molekulei.
  • Antrasis HBP kelio etapas vadinamas „piruvato oksidaciniu dekarboksilinimu“ ir jį katalizuoja piruvato dehidrogenazės kompleksas (žr. Paskaitas „Biologinė oksidacija“ - išplėstinė mitochondrijų oksidacijos grandinė). Antrame etape iš PVCA molekulės atimami du vandenilio atomai, o piruvatas paverčiamas acetilo kofermentu A (AcCoA), o CO2 pašalinamas vienu metu. Du vandenilio atomai eina į NAD, o tada išilgai mitochondrijų oksidacijos grandinės perkeliami į O2, susidarant H2O ir 3 ATP molekulėms. Todėl antrasis etapas suteikia 6 ATP vienai pradinės gliukozės molekulei.

AcetylCoA molekulė patenka į trečiąjį etapą, kuris susidaro dėl antrojo etapo. Šis trečiasis etapas vadinamas trikarboksirūgšties (TCA) ciklu (žr. Paskaitas „Mitochondrijų oksidacija“). Šiame cikle AcKoA yra visiškai suskaidomas į CO2 ir H2O. Šiuo atveju kiekviena į ciklą patekusi AcKoA molekulė susidaro 12 ATP. Jei skaičiuojate 1 gliukozės molekulę, tada 3 etape susidaro 24 ATP.

Pirmasis etapas susideda iš 10 tarpinių etapų. Pirmoje šio etapo dalyje gliukozės molekulė yra padalinta į pusę iki 2 fosfoglicerolio aldehido (PHA) molekulių.

Pirmojo etapo pirmosios dalies ypatybės:

Heksokinazė (HA) silpnina stiprią gliukozės molekulę:

2 reakcija - izomerizacija:

Trečiajame etape fruktozės-6-fosfatas dar labiau susilpnėja dėl fosfofruktokinazės (FFK) ir susidaro fruktozės-1,6-bisfosfatas:


Fosfofruktokinazė yra pagrindinis fermentas GBF kelyje. Tai yra „antrinis valdymo taškas“. FFK Vmax yra didesnis nei HA Vmax. Todėl, kai tiekiama daug gliukozės, HA riboja viso HBF kelio greitį.

ATP perteklius ir citrato perteklius stipriai slopina FFK. Esant tokioms sąlygoms, FFK tampa ribojančiu HBF kelio fermentu vietoj heksokinazės. Dėl FFK slopinimo kaupiasi gliukozės-6-fosfatas (G-6-F) ir fruktozės-6-fosfatas (F-6-F). G-6-F slopina heksokinazę, mažindamas gliukozės panaudojimą ląstelėje ir tuo pat metu aktyvina glikogeno sintetazę.

Jei nėra ATP ir citrato pertekliaus, bet yra ADP perteklius, tada ADP aktyvuoja PFK, o tada viso BVP kelio greitį vėl riboja heksokinazė.

Dėl fosfofruktokinazės reakcijos fruktozės-1,6-bisfosfato molekulė destabilizuojasi (susilpnėja) tiek, kad iš karto suskyla į 2 triozes, dalyvaujant aldolazės fermentui (4-oji reakcija):


5 -oji reakcija:


Tik PHA patenka į kitą (šeštą) HBF kelio reakciją. Dėl to jo koncentracija mažėja, o 5 -osios reakcijos pusiausvyra pasislenka link PHA susidarymo. Palaipsniui visa PDA paverčiama PHA, todėl atsižvelgiama į tolesnių HBF kelio reakcijų metu susintetinto ATP kiekį 2 PHA molekulėms ir kitiems tarpiniams metabolitams, kurie susidaro iš jo.

1 -ojo etapo 1 dalyje (nuo gliukozės iki PHA) sunaudojamos 2 ATP molekulės: viena heksokinazės reakcijoje, kita - fosfofruktokinazėje (trečioji HBP kelio pirmojo etapo reakcija). Antroji pirmojo etapo dalis prasideda PHA oksidacija į PHA (fosfoglicerino rūgštį) 6 -oje reakcijoje.


Šią reakciją katalizuoja fermentas „glicerraldehido fosfato dehidrogenazė“. Pašalintas vandenilis perkeliamas į NAD, susidarant NADH2. Šios oksidacijos metu išsiskiriančios energijos taip pat pakanka, kad tuo pačiu metu būtų užtikrintas fosfato pridėjimas prie aldehido grupės. Fosfatas yra prijungtas didelės energijos ryšiu. Rezultatas yra 1,3-difosfoglicerino rūgštis (1,3-bisfosfogliceratas).

7 -oji reakcija: substrato fosforilinimas.


Fosfatas su didelės energijos ryšiu perkeliamas į ADP, susidarant ATP. Dėl 7 -ojo etapo fosfoglicerino rūgšties molekulėje lieka 1 fosforo rūgšties liekana.

8-oji reakcija: fosfatas perkeliamas iš trečiosios į antrąją padėtį ir susidaro 2-fosfoglicerino rūgštis.


9 -oji reakcija:


H2O atimamas iš 2-fosfoglicerino rūgšties. Tai veda prie molekulinės energijos perskirstymo. Dėl to antroje padėtyje esančiame fosfate kaupiasi energija ir ryšys tampa didelės energijos. Pasirodo, fosfenolpiruvatas (PEP).

10 -oji reakcija: substrato fosforilinimas. Fosfatas perkeliamas į ADP, kad susidarytų ATP. FEP patenka į PVA (piruvino rūgštį).

Šiame etape baigiasi 1 -asis BVP kelio etapas, PVA patenka į mitochondrijas ir patenka į antrąjį HDF kelio etapą.

1 -ojo etapo rezultatai: 10 reakcijų, iš kurių pirmoji, trečioji ir dešimtoji yra negrįžtamos. Pirma, 1 A gliukozės molekulei sunaudojama 2 ATP. Tada PHA oksiduojasi. Energija realizuojama 2 substrato fosforilinimo reakcijų metu: kiekvienoje iš jų susidaro 2 ATP. Todėl kiekvienai gliukozės molekulei (2 PHA molekulėms) 4 ATP gaunamas fosforilinant substratą.

Iš viso visus 10 etapų galima apibūdinti tokia lygtimi:

C6H12O6 + 2H3PO4 + 2ADP + 2NAD -----> 2C3H4O3 + 2ATP + 2H2O + 2NADH2. NADH2 per mitochondrijų oksidacijos sistemą (MTO) perneša vandenilį į atmosferos deguonį, susidarant H2O ir 3 ATP, tačiau pirmasis etapas įvyksta citoplazmoje ir NADH2 negali praeiti pro mitochondrijų membraną. Yra pervežimo mechanizmai, užtikrinantys šį NADH2 pernešimą per mitochondrijų membraną - malato -aspartato šaudyklė ir glicerofosfato šaudyklė (žr. Paskaitas „Biologinė oksidacija“).

Vienoje gliukozės molekulėje susidaro 2HADH2.

Be 2 ATP, gauto 1 etape fosforilinant substratą, dar 6 ATP susidaro dalyvaujant deguoniui, iš viso 8 ATP molekulės. Štai kiek ATP susidaro kiekvienai gliukozės molekulei, suskaidomai į PVC per pirmąjį HBP kelio etapą.

Jei šie 8 ATP bus pridėti prie 30 ATP molekulių, kurios susidaro 2 ir 3 etapuose, tada bendra viso HBP kelio energija bus 38 ATP kiekvienai gliukozės molekulei, suskaidomai į CO2 ir H2O. Šiuose 38 ATP yra 65 procentai energijos, kuri išsiskiria, jei deginama gliukozė ore. Tai įrodo labai didelį GBF kelio efektyvumą.

Iš 38 ATP dauguma jų susidaro 2 ir 3 etapuose. Kiekvienas iš šių etapų yra visiškai negrįžtamas ir reikalauja privalomo deguonies dalyvavimo, nes šių etapų oksidaciniai etapai yra susiję su mitochondrijų oksidacija (be jos jie neįmanomi). Visas HBF kelias nuo gliukozės ar glikogeno iki CO2 ir H2O vadinamas: AEROBINIS ANGLIEJŲ SKILIMAS.

Pagrindiniai HBF kelio pirmojo etapo fermentai: HEXOKINASE ir PHOSPHOFRUKTOKINASE.

Kita pagrindinė grandis yra CTK (trečiasis GBF kelio etapas). Pagrindinė grandis trečiajame etape yra būtina, nes AcCoA, patenkanti į TCA, susidaro ne tik iš angliavandenių, bet ir iš riebalų bei amino rūgščių. Todėl CTC yra pagrindinis „katilas“, skirtas deginti acetilo liekanas, susidarančias iš angliavandenių, riebalų ir baltymų. TCA sujungia visus metabolitus, susidarančius skaidant angliavandenius, riebalus ir baltymus.

Pagrindiniai CTX fermentai: citrato sintetazė ir izocitrato dehidrogenazė. Abu fermentus slopina ATP perteklius ir NADH2 perteklius. Izocitrato dehidrogenazė aktyvuojama dėl ADP pertekliaus.

ATP šiuos fermentus slopina įvairiais būdais: izocitrato dehidrogenazę ATP slopina daug stipriau nei citrato sintazę. Todėl, esant ATP pertekliui, kaupiasi tarpiniai produktai: citratas ir izocitratas. Esant tokioms sąlygoms, citratas gali patekti į citoplazmą išilgai koncentracijos gradiento.

  • Antrasis ir trečiasis HBF kelio etapai vyksta mitochondrijose, o pirmasis - citoplazmoje.
  • 1 -asis etapas yra atskirtas nuo 2 ir 3 pakopų mitochondrijų membrana.

Todėl 1 etapas gali atlikti savo specialias funkcijas. Šios funkcijos yra susijusios su dviem pirmojo etapo ypatybėmis.

5 klausimas. Penktozės angliavandenių oksidacijos ciklas: oksidacinės fazės chemija, bendra reakcija, biologinis vaidmuo

Metaboliniai gliukozės oksidacijos keliai, iš kurių pagrindiniai yra:

  • a) aerobinis suskaidymas iki anglies dioksido ir vandens;
  • b) anaerobinė oksidacija į laktatą;
  • c) pentozės oksidacijos kelias;
  • d) oksidacija, susidarant gliukurono rūgščiai.

Pentozės fosfato ciklas prasideda nuo gliukozės-6-fosfato oksidacijos ir vėlesnio produkto oksidacinio dekarboksilinimo (dėl to pirmasis anglies atomas atsiskiria nuo heksozės fosfato). Tai pirmasis, vadinamasis oksidacinis, pentozės fosfato ciklo etapas. Antrasis etapas apima neoksidacines pentozės fosfatų transformacijas, susidarant pradiniam gliukozės-6-fosfatui (5.1 pav.). Pentozės fosfato ciklo reakcijos vyksta ląstelės citozolyje.

Ryžiai. 5.1

Pirmoji reakcija yra gliukozės-6-fosfato dehidrogenavimas dalyvaujant fermentui gliukozės-6-fosfato dehidrogenazei ir kofermentui NADP +. Reakcijos metu susidaręs 6-fosfoglukon-d-laktonas yra nestabilus junginys ir spontaniškai arba su 6-fosfoglukonolaktonazės fermento pagalba greitai hidrolizuojasi, kad susidarytų 6-fosfoglukono rūgštis (6-fosfoglukonatas):

Antra, oksidacinė reakcija, katalizuojama 6-fosfoglukonato dehidrogenazės (dekarboksilinimo), 6-fosfoglukonatas dehidratuojamas ir dekarboksilinamas. Dėl to susidaro fosforilinta ketopentozė-D-ribuliozės-5-fosfatas ir dar 1 NADPH molekulė:



Veikiant atitinkamai epimerazei, iš ribulozės-5-fosfato gali susidaryti kita fosfopentozė-ksiluliozės-5-fosfatas. Be to, veikiant specialiai izomerazei, ribulozės-5-fosfatas lengvai virsta ribozės-5-fosfatu. Tarp šių pentozės fosfatų formų nustatyta judriosios pusiausvyros būsena.

Esant tam tikroms sąlygoms, pentozės fosfato kelias gali būti baigtas šiame etape. Tačiau esant kitoms sąlygoms įvyksta vadinamoji neoksidacinė pentozės fosfato ciklo stadija (stadija). Šio etapo reakcijos nėra susijusios su deguonies naudojimu ir vyksta anaerobinėmis sąlygomis. Šiuo atveju susidaro medžiagos, būdingos pirmajam glikolizės etapui (fruktozė-6-fosfatas, fruktozė-1,6-bisfosfatas, fosfotriozė), o kitos yra būdingos pentozės fosfato keliui (sedoheptulo-zo-7- fosfatas, pentozė-5-fosfatai, eritrozė-4-fosfatas).

6 problema. Kiek molių ATP gali susidaryti visiškai oksidavus 1 mol acto rūgšties? Visiškai oksidavus 1 molį gliukozės? Pateikite reakciją diagramos pavidalu, parodydami visus proceso dalyvius

Aerobinio angliavandenių oksidacijos procese išsiskiria 2880 kJ / mol gliukozės. Jei apibendrinsime bendrą ATP derlių šiame procese, tai bus 38 mol ATP (6.1 pav.). Gliukozės oksidacijos procesas apima šiuos veiksmus:

1) Aerobinė glikolizė

C6H12O6 + 2ADP + 2H3PO4 + 2NAD +> 2CH3 - CO - COOH + 2ATP + 2NADH + 2H2O

  • 2NADN> 6ATF
  • 2) Piruvato oksidacinis dekarboksilinimas
  • 2CH3 - CHO - COOH + 2koA -SH + 2NAD +> 2CH3 - CO - S - koA + 2NADH + 2CO2
  • 2NADN> 6ATF
  • 3) Krebso ciklas (2 apsisukimai)

CH3-CO-S-koA + 2H2O + 3NAD ++ FAD + HDF + H3PO4>

  • 2 * 3NADN> 2 * 9ATF> 18ATF
  • 2 FADH2> 2 * 2ATP> 4ATF
  • 2GTP> 2ATF

Kaip rezultatas: 2 + 6 + 6 + 18 + 4 + 2 = 38ATF

Acto rūgštį aktyvina fermentas acetil-CoA sintetazė. Reakcija vyksta naudojant kofermentą A ir ATP molekulę:

CH3-COOH + HS ~ KoA + ATP> CH3-CO-S-KoA + ADP + H2O.

Dėl reakcijos susidaro 1 mol aktyvuotos acto rūgšties-acetilkoenzimo A CH3-CO-S-KoA, dalyvaujančio trikarboksirūgšties cikle (Krebso ciklas):

CH3-CO-S-KoA + 2H2O + 3NAD ++ FAD + HDF + H3PO4> koA-SH + 2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP

3NADN> 9ATF

FADN2> 2ATF

Kaip rezultatas: 9 + 2 + 1 = 12ATF

Tai reiškia, kad oksiduojant 1 mol acto rūgšties išsiskiria 12 mol ATP. Atsižvelgiant į tai, kad aktyvinimas sunaudoja 1 mol ATP, gauname galutinį rezultatą 12 - 1 = 11 mol ATP.


Ryžiai. 6.1 Visiško gliukozės oksidacijos iki šešių CO2 molekulių schema ir šio proceso energijos vartojimo efektyvumas (ATP balansas); ATP susidarymo keliai: SF - substrato fosforilinimas; ALP - oksidacinis fosforilinimas.

Bet koks mūsų judesys ar mintis reikalauja energijos iš kūno. Ši jėga kaupiama kiekvienoje kūno ląstelėje ir sukaupiama biomolekulėse, naudojant didelės energijos ryšius. Būtent šios akumuliatorių molekulės užtikrina visus gyvybiškai svarbius procesus. Nuolatinis energijos mainai ląstelėse lemia patį gyvenimą. Kas yra šios biomolekulės, turinčios didelės energijos ryšius, iš kur jos atsiranda ir kas vyksta su jų energija kiekvienoje mūsų kūno ląstelėje - tai šio straipsnio tema.

Biologiniai tarpininkai

Bet kuriame organizme energija nėra tiesiogiai perduodama iš energiją gaminančio agento į biologinės energijos vartotoją. Nutrūkus maisto produktų molekulinėms jungtims, išsiskiria potenciali cheminių junginių energija, gerokai viršijanti tarpląstelinių fermentinių sistemų galimybes ją naudoti. Štai kodėl biologinėse sistemose potencialių cheminių medžiagų išsiskyrimas vyksta palaipsniui, palaipsniui jas paverčiant energija ir kaupiantis didelės energijos junginiuose ir jungtyse. Ir būtent biomolekulės, sugebančios tokį energijos kaupimą, vadinamos didelės energijos.

Kokie ryšiai vadinami makroerginiais?

Laisvosios energijos lygis 12,5 kJ / mol, kuris susidaro susidarant arba suskaidant cheminį ryšį, laikomas normaliu. Kai kai kurių medžiagų hidrolizės metu susidaro daugiau nei 21 kJ / mol laisvos energijos, tai vadinama didelės energijos ryšiais. Jie žymimi tildės simboliu - ~. Priešingai nei fizinė chemija, kur kovalentinis atomų ryšys reiškia didelės energijos ryšį, biologijoje jie reiškia skirtumą tarp pradinių agentų energijos ir jų skilimo produktų. Tai reiškia, kad energija nėra lokalizuota konkrečioje cheminėje atomų jungtyje, bet apibūdina visą reakciją. Biochemijoje jie kalba apie cheminę konjugaciją ir didelės energijos junginio susidarymą.

Universalus bioenergijos šaltinis

Visi gyvi organizmai mūsų planetoje turi vieną universalų energijos kaupimo elementą - tai didelės energijos ryšys ATP - ADP - AMP di, monofosforo rūgštis). Tai yra biomolekulės, susidedančios iš azoto turinčios adenino bazės, pritvirtintos prie ribozės angliavandenių, ir pritvirtintų fosforo rūgšties liekanų. Veikiant vandeniui ir restrikcijos fermentui, adenozino trifosforo rūgšties molekulė (C 10 H 16 N 5 O 13 P 3) gali suskaidyti į adenozino difosforo rūgšties molekulę ir ortofosfato rūgštį. Ši reakcija lydi 30,5 kJ / mol dydžio laisvos energijos išsiskyrimą. Visi gyvybiškai svarbūs procesai kiekvienoje mūsų kūno ląstelėje vyksta kaupiant energiją ATP ir ją naudojant, kai nutrūksta ryšiai tarp fosforo rūgšties likučių.

Donoras ir priėmėjas

Didelės energijos junginiai taip pat apima medžiagas su ilgais pavadinimais, kurios hidrolizės reakcijose gali sudaryti ATP molekules (pavyzdžiui, pirofosforo ir piruvinės rūgštys, sukcinilo kofermentai, ribonukleorūgščių aminoacilo dariniai). Visuose šiuose junginiuose yra fosforo (P) ir sieros (S) atomų, tarp kurių yra didelės energijos ryšių. Būtent energija, išsiskirianti nutrūkus ATP (donoro) didelės energijos ryšiui, kurią ląstelė sugeria savo organinių junginių sintezės metu. Ir tuo pačiu metu šių ryšių atsargos nuolat papildomos kaupiant energiją (akceptorių), išsiskiriančią makromolekulių hidrolizės metu. Kiekvienoje žmogaus kūno ląstelėje šie procesai vyksta mitochondrijose, o ATP egzistavimo trukmė yra mažesnė nei 1 minutė. Per dieną mūsų kūnas sintezuoja apie 40 kilogramų ATP, kurių kiekvienas patiria iki 3 tūkstančių skilimo ciklų. Ir bet kuriuo momentu mūsų kūne yra apie 250 gramų ATP.

Didelės energijos biomolekulių funkcijos

Be energijos donoro ir akceptoriaus funkcijos didelės molekulinės masės junginių skaidymo ir sintezės procesuose, ATP molekulės atlieka dar keletą labai svarbių svarbius vaidmenis narvuose. Didelės energijos ryšių nutraukimo energija naudojama šilumos gamybos, mechaninio darbo, elektros kaupimo ir liuminescencijos procesuose. Tuo pačiu metu cheminių jungčių energijos pavertimas šilumine, elektrine, mechanine vienu metu yra energijos mainų etapas, o vėliau ATP kaupiamas tose pačiose makroenergetinėse jungtyse. Visi šie ląstelėje vykstantys procesai vadinami plastiniais ir energijos mainais (diagrama paveiksle). ATP molekulės taip pat veikia kaip kofermentai, reguliuojantys kai kurių fermentų veiklą. Be to, ATP taip pat gali būti tarpininkas, signalinis agentas nervų ląstelių sinapsėse.

Energijos ir medžiagos srautas ląstelėje

Taigi, ATP ląstelėje užima centrinę ir pagrindinę vietą keičiantis medžiaga. Reakcijos, per kurias atsiranda ir suyra ATP, yra gana daug ir substratas, hidrolizė). Biocheminės šių molekulių sintezės reakcijos yra grįžtamos; esant tam tikroms sąlygoms, ląstelės juda link sintezės ar skilimo. Šių reakcijų keliai skiriasi medžiagų transformacijų skaičiumi, oksidacinių procesų tipu, energiją tiekiančių ir energiją vartojančių reakcijų konjugacijos būdais. Kiekvienas procesas turi aiškius pritaikymus tam tikros rūšies „degalams“ perdirbti ir savo efektyvumo ribas.

Efektyvumo ženklas

Energijos konversijos biosistemose efektyvumo rodikliai yra nedideli ir apskaičiuojami pagal standartines efektyvumo vertes (darbui atliktos naudingos energijos ir visos sunaudotos energijos santykis). Tačiau norint užtikrinti biologinių funkcijų vykdymą, išlaidos yra labai didelės. Pavyzdžiui, bėgikas, masės vienetui sunaudoja tiek pat energijos, kiek ir didelis vandenyno laineris. Net ir ramybės būsenoje palaikyti kūno gyvybę yra sunkus darbas, tam išleidžiama apie 8 tūkst. KJ / mol. Tuo pačiu metu baltymų sintezei išleidžiama apie 1,8 tūkst. KJ / mol, širdies darbui - 1,1 tūkst. KJ / mol, bet ATP - iki 3,8 tūkst. J / mol.

Adenilato ląstelių sistema

Tai sistema, apimanti visų ląstelėje esančių ATP, ADP ir AMP sumą per tam tikrą laikotarpį. Ši vertė ir komponentų santykis lemia ląstelės energetinę būklę. Sistema vertinama pagal sistemos energijos krūvį (fosfatų grupių ir adenozino liekanų santykis). Jei ląstelėje yra tik ATP, ji turi aukščiausią energijos būklę (rodiklis -1), jei tik AMP yra minimali būsena (rodiklis - 0). Gyvose ląstelėse paprastai palaikomos 0,7–0,9 vertės. Ląstelės energetinės būklės stabilumas lemia fermentinių reakcijų greitį ir optimalaus gyvybinės veiklos lygio palaikymą.

Ir šiek tiek apie elektrines

Kaip jau minėta, ATP sintezė vyksta specializuotose ląstelių organelėse - mitochondrijose. Ir šiandien tarp biologų vyksta diskusijos apie šių nuostabių struktūrų kilmę. Mitochondrijos yra ląstelės jėgainės, kurių „kuras“ yra baltymai, riebalai, glikogenas ir elektra - ATP molekulės, kurių sintezė vyksta dalyvaujant deguoniui. Galima sakyti, kad kvėpuojame, kad mitochondrijos veiktų. Kuo daugiau turi atlikti ląstelės, tuo daugiau energijos jiems reikia. Skaitykite - ATP, o tai reiškia mitochondrijas.

Pavyzdžiui, profesionaliam sportininkui skeleto raumenyse yra apie 12% mitochondrijų, o nesportiškam pasauliečiui - pusė jų. Tačiau širdies raumenyse jų norma yra 25%. Šiuolaikiniai sportininkų, ypač maratonininkų, treniruočių metodai yra pagrįsti MCP (maksimalaus deguonies suvartojimo) rodikliais, kurie tiesiogiai priklauso nuo mitochondrijų skaičiaus ir raumenų gebėjimo atlikti ilgesnes apkrovas. Vadovaujantis profesionalių sporto šakų treniruočių programomis siekiama skatinti mitochondrijų sintezę raumenų ląstelėse.

Žmogaus kūno energijos šaltinis yra cheminių organinių junginių oksidacija į mažiau energetiškai vertingus galutinius produktus. Naudojant fermentų sistemas, energija išgaunama iš išorinių substratų (maistinių medžiagų) jų laipsniškos oksidacijos reakcijose, todėl mažomis porcijomis išsiskiria energija. Išoriniai energijos šaltiniai ląstelėje turi būti paversti tam tikra forma, kuri yra patogi patenkinti tarpląstelinius energijos poreikius. Ši forma daugiausia yra molekulė adenozino trifosfatas (ATP) vaizduojantis mononukleotidą (6 pav.).

Ryžiai. 6. Adenozino trifosforo rūgšties (ATP) molekulės struktūrinė formulė

ATP yra didelės energijos junginys , jame yra dvi ryškios energijos turinčios jungtys ( makroerginiai ryšiai) : tarp antros ir trečios fosforo rūgšties liekanų. Makroerginiai ryšiai - kovalentiniai ryšiai ląstelės cheminiuose junginiuose, kurie hidrolizuojami išskiriant didelį energijos kiekį - 30 kJ / mol ir daugiau. Hidrolizuojant kiekvieną ATP molekulės didelės energijos ryšį, išsiskiria apie 32 kJ / mol. ATP hidrolizę atlieka specialūs fermentai, vadinami ATPazėmis:

ATP® ADP + H3PO4; ADP ® AMP + Н3РО4

Narve yra ir kitų makroerginis jungtys. Daugumoje jų, kaip ir ATP, yra didelės energijos fosfatinis ryšys. Šiai junginių grupei taip pat priklauso kiti nukleozidų trifosfatai, acilo fosfatai, fosfenolpiruvatas, kreatino fosfatas ir kitos molekulės. Be to, gyvuose organizmuose yra molekulių, turinčių didelės energijos tioetero ryšį, acilo tioeetrų (7 pav.).

Tačiau ATP molekulė vis dar atlieka didžiausią vaidmenį energijos ląstelių procesuose. Ši molekulė turi daugybę savybių, leidžiančių jai užimti tokią reikšmingą vietą ląstelių metabolizme. Pirma, ATP molekulė yra termodinamiškai nestabili, tai patvirtina laisvosios ATP hidrolizės energijos pokytis DG0 = –31,8 kJ / mol. Antra, ATP molekulė yra chemiškai labai stabili. Nefermentinės ATP hidrolizės greitis normaliomis sąlygomis yra labai mažas, todėl galima efektyviai taupyti energiją, užkertant kelią jos nenaudingam išsiskyrimui į šilumą. Trečia, ATP molekulė yra mažo dydžio, todėl difuzijos būdu ji gali patekti į įvairias tarpląstelines vietas. Ir galiausiai, ATP hidrolizės energija yra tarpinė, palyginti su kitomis fosforilintomis ląstelių molekulėmis, o tai leidžia ATP perkelti energiją iš didelės energijos junginių į mažai energijos turinčius.


Ryžiai. 7. Ryšių tipai, kuriems būdingas aukšta energija hidrolizė

Ląstelėje yra du ATP sintezės mechanizmai: substrato fosforilinimas ir membranos fosforilinimas. Substrato fosforilinimas- fermentinis fosfatų grupės perkėlimas į ADP molekules, susidarant ATP, kuris atsiranda citoplazmoje. Substrato fosforilinimo metu dėl tam tikrų redokso reakcijų susidaro daug energijos turinčios nestabilios molekulės, kurių fosfatų grupė, naudojant atitinkamus fermentus, perkeliama į ADP, kad susidarytų ATP. Substrato fosforilinimo reakcijos vyksta citoplazmoje ir jas katalizuoja tirpūs fermentai.

Membranos fosforilinimas- ATP molekulės sintezė, naudojant vandenilio jonų transmembraninio gradiento energiją, kuri atsiranda ant mitochondrijų membranos. Membranos fosforilinimas vyksta ant mitochondrijų membranos, kurioje yra lokalizuota tam tikra vandenilio ir elektronų nešiklio molekulių grandinė. Vandenilio atomai ir elektronai yra atskirti nuo oksiduojančių organinių molekulių ir, naudojant specialius nešiklius, patenka į elektronų pernešimo grandinę (kvėpavimo grandinę), esančią vidinėje mitochondrijų membranoje. Ši grandinė yra membraninių baltymų kompleksas, išdėstytas griežtai apibrėžtu būdu. Šie baltymai yra fermentai, katalizuojantys redokso reakcijas. Pereinant iš vieno kvėpavimo grandinės nešiklio baltymo į kitą, elektronas nusileidžia į vis mažesnį energijos lygį. Elektronų perkėlimas išilgai elektronų transportavimo grandinės yra susijęs su protonų išsiskyrimu iš ląstelės į išorinę aplinką. Dėl to išorinė ląstelės membranos dalis įgauna teigiamą krūvį, o vidinė - neigiamą, o krūviai išsiskiria. Be to, ant membranos susidaro vandenilio jonų gradientas. Taigi energija, išsiskirianti perduodant elektronus, iš pradžių saugoma formoje elektrocheminis transmembraninis vandenilio jonų gradientas ( D mn +) ... Tai reiškia, kad cheminė ir elektromagnetinė energija virsta elektrochemine, kurią ląstelė gali toliau naudoti ATP sintezei. ATP sintezės reakcija dėl DmН + ir yra vadinamas membranos fosforilinimu; membranos, ant kurių jis atliekamas - transformuojanti energiją arba konjuguojantis ... Elektronų transportavimo metu išsiskiriančios energijos pavertimas ATP fosfatinio ryšio energija paaiškina chemozmosinė energijos konjugacijos teorija (8 pav.), Sukūrė anglų biochemikas P. Mitchell. Konjuguotą membraną galima prilyginti užtvankai, kuri sulaiko vandens slėgį, kaip ir membrana suvaržo vandenilio jonų gradientą. Jei užtvanka atidaroma, vandens energija gali būti naudojama darbui atlikti arba paversta kita energija, pavyzdžiui, elektros energija, kaip tai daroma hidroelektrinėse. Panašiai ląstelė turi mechanizmą, leidžiantį vandenilio jonų transmembraninio gradiento energiją paversti ATP cheminio ryšio energija. Vandenilio jonų transmembraninis gradientas išleidžiamas dalyvaujant lokalizuotam toje pačioje membranoje protonų ATP sintazės kompleksas ... Protono, patenkančio į ląstelę iš išorinės aplinkos per šį fermentinį kompleksą, energija naudojama sintezuoti ATP molekulę iš ADP ir likusios fosforo rūgšties. Vykdomas procesas gali būti išreikštas lygtimi:

ADP + Fn + nH + nar Aà + H2O + nH + int.

ATP-sintazės fermentinis kompleksas tarnauja kaip dviejų ląstelių energijos formų tarpusavio konversijos mechanizmas: DmН + « ATP.

Ryžiai. 8. Elektronų pernešimo grandinės ir ATP-sintazės komplekso schema AN 2 ir V- atitinkamai elektronų donoras ir akceptorius; 1 , 2 , 3 - elektronų pernešimo grandinės sudedamosios dalys

Pradinis mitochondrijų kvėpavimo grandinės nešėjas yra flavono pobūdžio NAD (P) H-dehidrogenazė. Šis fermentas priima protonus ir elektronus iš pirminės dehidrogenazės - fermento, kuris pašalina vandenilio atomus tiesiai iš substrato. Naudojant NAD (P) H-dehidrogenazę, elektronai perkeliami į chinono pobūdžio nešėją ubikinoną (kofermentą Q), o paskui į citochromus (9 pav.). Mitochondrijose yra 5 skirtingi citochromai (b, c, c1, a, a3). Citochromai yra hemoproteinai, jų baltyminė dalis yra hemas ir juose yra metalo katijonas. Citochromai yra raudonai rudos spalvos. B ir c klasių citochromuose yra geležies katijonas, o a klasės citochromuose - vario katijonas.

Ryžiai. 9. Mitochondrijų kvėpavimo elektronų pernešimo grandinė

Galutinis citochromas (a + a3) elektronus perneša į deguonį, t.y. yra citochromo oksidazė. 4 elektronai perkeliami į deguonį ir susidaro vanduo. ATP molekulės sintezės metu mažiausiai du protonai praeina per ATP sintazės kompleksą. Susintetintų ATP molekulių skaičius priklauso nuo grandinės dalių, kuriose protonai išleidžiami į išorinę aplinką, skaičiaus. Mitochondrijoje yra 3 oksidacinės grandinės sekcijos, kuriose protonai išsiskiria lauke ir susidaro Dmn +: grandinės pradžioje ant NAD (P) H-dehidrogenazės, ant ubikinono ir citochromo oksidazės (9 pav.). ). Mitochondrijose, oksiduojant vieną NAD (P) H molekulę, du elektronai perkeliami išilgai grandinės, o 6H + išsiskiria į išorinę aplinką ir atitinkamai susintetinamos trys ATP molekulės.

Ankstesniuose straipsniuose mes nurodėme, kad angliavandeniai, riebalai ir baltymai gali būti naudojamos ląstelėms sintetinti didelius kiekius adenozino trifosfato, kuris yra energijos šaltinis beveik visoms ląstelių funkcijoms. Dėl šios priežasties ATP gali būti laikomas ląstelių energijos apykaitos procesų „energijos valiuta“, kurią galima atlikti tik naudojant ATP (arba panašią medžiagą, kuri skiriasi nuo ATP nukleotidu - guanozino fosfagu). Informacijos apie ATP savybes rasite 2 skyriuje.

Funkcija ATF, todėl tai labai svarbu energijos tiekimo procesuose, yra didelio kiekio laisvos energijos išsiskyrimas (apie 7300 kalorijų arba 7,3 Kcal 1 moliui standartinėmis sąlygomis arba daugiau nei 12000 kalorijų fiziologinėmis sąlygomis). kiekviena iš dviejų didelės energijos fosfatinių jungčių. Energijos kiekis, išsiskiriantis suskaidant kiekvieną didelės energijos ATP jungtį, yra pakankamas, kad būtų užtikrintas kiekvienas bet kokios organizme vykstančios cheminės reakcijos etapas. Kai kurios cheminės reakcijos, kurioms reikia ATP energijos, sunaudoja tik kelis šimtus iš turimų 12 000 kalorijų, o likusi energija išsisklaido kaip šiluma.

ATF susidaro oksiduojant angliavandenius, riebalus ir baltymus. Ankstesniuose straipsniuose kalbėjome apie maistinėse medžiagose esančios energijos pavertimą ATP energija. Trumpai tariant, ATP susidaro tokiomis sąlygomis.

1. Angliavandenių, daugiausia gliukozės, oksidavimas ir kitų cukrų oksidavimas, tačiau mažesniais kiekiais, pavyzdžiui, fruktozės oksidacija; šie procesai stebimi ląstelių citoplazmoje anaerobinių glikolizės procesų metu ir mitochondrijose aerobinės oksidacijos metu cikle citrinos rūgštis(Krebso ciklas).
2. Oksidacija riebalų rūgštys ląstelių mitochondrijose beta oksidacijos metu.
3. Baltymų, kurie pirmiausia turi būti hidrolizuojami iki amino rūgščių, o vėliau skaldant aminorūgštis, oksidavimas į tarpinius citrinos rūgšties ciklo produktus, o paskui į acetil-CoA ir anglies dioksidą.

ATF- energijos šaltinis svarbiausių ląstelės komponentų sintezei. Svarbiausi procesai, reikalaujantys ATP energijos, yra peptidinių ryšių tarp aminorūgščių molekulių susidarymas, susijęs su baltymų sinteze. Priklausomai nuo reakcijoje dalyvaujančių aminorūgščių tipo, kiekvienoje susidariusioje peptidinėje jungtyje yra nuo 500 iki 5000 k / mol. Prisiminkite, kad keturių didelės energijos fosfatinių jungčių energija sunaudojama siekiant sudaryti reakcijų, kurios sudaro kiekvieną peptidinį ryšį, kaskadą. Tam iš viso reikia 48 000 kalorijų, tai yra žymiai daugiau nei 500–5 000 kalorijų, saugomų kiekvienoje peptidinėje jungtyje.

Energija ATP naudojamas gliukozės sintezei iš pieno rūgšties ir riebalų rūgščių sintezei iš acetil-CoA. Be to, energija sunaudojama cholesterolio, fosfolipidų, hormonų ir kitų medžiagų susidarymui organizme. Netgi per inkstus išskiriamas karbamidas reikalauja, kad iš amoniako susidarytų ATP energija. Turint omenyje ypatingą amoniako toksiškumą, galima suprasti šios reakcijos reikšmę ir vertę, dėl kurios amoniako koncentracija organizme išlieka labai maža.

ATF suteikia energijos raumenų susitraukimui. Raumenų susitraukimas neįmanomas be ATP energijos. Miozinas, vienas iš svarbių raumenų skaidulų susitraukiančių baltymų, veikia kaip fermentas, sukeliantis ATP suskaidymą į ADP, atleidžiantis raumenų susitraukimui reikalingą energiją. Nesant raumenų susitraukimui, paprastai suskaidomas labai mažas ATP kiekis, tačiau šis ATP suvartojimo lygis gali padidėti iki 150 kartų (lyginant su poilsiu) per trumpą didžiausios veiklos laikotarpį (mechanizmas, kuriuo ATP energija naudojamas raumenų susitraukimui sukelti).

ATF suteikia energijos aktyviam transportavimui per membranas. Aktyvus daugumos elektrolitų ir medžiagų, tokių kaip gliukozė, aminorūgštys ir acetoacto rūgštis, transportavimas gali būti atliekamas prieš elektrocheminį gradientą, net jei natūrali difuzija turi būti vykdoma išilgai elektrocheminio gradiento. Jai neutralizuoti reikia energijos, kurią teikia ATP.

Azija ir Ramusis vandenynas suteikia energijos sekrecijos procesams. Pagal tas pačias taisykles, kaip ir medžiagų absorbcija prieš koncentracijos gradientą, sekrecijos procesai vyksta liaukose, nes medžiagoms koncentruoti taip pat reikia energijos.

ATF suteikia energijos sužadinimui išilgai nervų. Energija, naudojama nerviniam impulsui atlikti, yra potencialios energijos darinys, kaupiamas jonų koncentracijos skirtumo abiejose nervinio pluošto membranos pusėse pavidalu. Taigi didelė kalio jonų koncentracija pluošto viduje ir maža koncentracija išorėje yra tam tikras energijos kaupimo būdas. Didelė natrio jonų koncentracija ant išorinio membranos paviršiaus ir maža koncentracija viduje yra dar vienas energijos kaupimo būdo pavyzdys. Energija, reikalinga kiekvienam veikimo potencialui išilgai pluošto membranos, yra saugomos energijos darinys, kai iš ląstelės išeina nedidelis kalio kiekis ir į ląstelę veržiasi natrio jonų srautas.

Tačiau aktyvi transporto sistema, teikiama energijos ATP, grąžina išstumtus jonus į pradinę padėtį pluošto membranos atžvilgiu.

Dydis: px

Pradėkite rodyti nuo puslapio:

Nuorašas

1 Ląstelės energija ATP ADP + F ATP AMP + F F F F + F kJ / mol 32,23 (30,5) F 36,0 33,4 Garsiausias ląstelės energijos šaltinis yra ATP. ATP molekulėje yra dvi didelės energijos jungtys.

2 ATP molekulėje yra dvi didelės energijos jungtys. ATP ADP + F ATP AMP + F F F F + F kJ / mol 32.23 (30.5) F Kai kurie fermentai nutraukia ryšį tarp trečiojo ir antrojo fosfato, kiti - tarp antrojo ir pirmojo. Antruoju atveju suskaidomas pirofosfatas, kuriame taip pat yra didelės energijos 36,0 33,4 (F F - pirofosfatas)

3 GTP ir CTP turi tą pačią didelės energijos surišimo energiją kaip ir ATP. Makroerginiai ryšiai yra ir kitose molekulėse, išskyrus nukleotidų trifosfatus ATP ADP + F ATP AMP + F F F F + F kJ / mol 32,23 (30,5) F 36,0 33,4 GTP BVP + F CTP CDP + F

4 Kofermentas A yra acetilo (arba acilo) grupės donoras / akceptorius. Kai didelės energijos ryšys suskaidomas, energija išleidžiama acetilo / riebalų rūgšties prijungimui prie kokios nors medžiagos. ATP ADP + F ATP AMP + F F F F + F Acetil-CoA kJ / mol 32,23 (30,5) F 36,0 33,4 34,3

5 1,3-difosfogliceratas ir fosfenolpiruvatas yra energijos donorai, skirti ATP gamybai anaerobinėje glikolizėje ATP ADP + P ATP AMP + F kJ / mol 32,23 (30,5) P P P P + F Acetil-CoA 1,3-difosfogliceratas Fosfoenolpiruvatas 36,0 33,4 54,05 (61,9)

6 Kreatino fosfatas yra energijos donoras raumenų susitraukimo metu. ATP ADP + F ATP AMP + F kJ / mol 42,7 (43,1)

7 Jei energija išsiskiria skaidant makroerginį ryšį, tada ji turi būti išleista jos formavimosi metu. ATP ATP ADP + F AMP + F F F F + F Acetil-CoA 1,3-difosfogliceratas Fosfenolpiruvatas Kreatino fosfatas kJ / mol 32,23 (30,5) GTP 36,0 CTP 33,4 34,3 34,1 54,05 (61,9) 42,7 (43,1)

8 Yra du būdai gauti molekulę su didelės energijos ryšiu: ADP + P = ATP Paimkite energiją fosfato (arba acetilo) pridėjimui iš organinio junginio su didelės energijos ryšiu Substrato fosforilinimas Naudokite jonų energiją gradientas fosfato pridėjimui piruvatas + ATP

9 Oksidacinio fosforilinimo metodas Gamta sukurtas tik ATP gamybai. ADP + P = ATP Pasinaudokite energija fosfato (arba acetilo) pridėjimui iš organinio junginio, turinčio didelės energijos ryšį Substrato fosforilinimas Naudokite jonų gradiento energiją fosfatui pridėti Oksidacinis fosforilinimas Anaerobinė glikolizė: Gliukozės (C6) piruvatas (2xC3) + 2ATP ... 1, 3-difosfogliceratas + ADP = 3-fosfogliceratas + ATP ... Fosfenolpiruvatas + ADP = piruvatas + ATP

Didžioji ląstelės energijos dalis susidaro dėl oksidacinio fosforilinimo didelės energijos ATP jungties pavidalu. Tada ši energija pasklinda per substrato fosforilinimą į kitas molekules, turinčias didelės energijos ryšius. Todėl ATP ląstelėje vadinamas visuotiniu energijos šaltiniu.

11 Norint sukurti elektrocheminį jonų gradientą, reikalinga * izoliacinė membrana, * jonų siurbimo mechanizmas ir energija, taip pat * mechanizmas, kaip jonų gradiento energiją paversti didelės energijos jungties energija. Šie mechanizmai yra elektronų pernešimo grandinė ir ATP sintazė, įmontuota į membraną. Elektronų energija naudojama siurbti protonus ar natrio jonus, membrana padeda sukurti didelę jų koncentraciją. ATP sintazė naudoja jonų gradiento energiją fosfatui prijungti prie ADP.

Dauguma organizmų oksidaciniam fosforilinimui naudoja elektrocheminio vandenilio jonų gradiento energiją. ATP + H

13 Kai kurios archeos rūšys oksidaciniam fosforilinimui naudoja natrio jonų ATP + Na elektrocheminio gradiento energiją.

14 Žemėje gyvenančiuose organizmuose galite rasti visus energijos rūšių ATP H + + Na perėjimus

15 Energijos rūšių transformacijos gyvūnų ląstelėse ATP H + Gyvūnų ląstelių ląstelės Gyvūnai + Na Grandinė Elektronų pernešimo grandinė ATP ATP ATP ATP ATP ATP ATP Mitochondos Mitochondas HH HH rii Lizosomos, lizosomos, endosomos, endorėjos granulės Na

16 ATP H Energijos tipų transformacijos augalo ląstelėje + Na + Augalų ląstelių ląstelės Augalų grandinė Elektronų elektronų pernešimo grandinė ATP ATP N N N N N Na Na ATP ATP Mitochondrijos Mitochondrijos chloroplastai Chloroplastai Vakuolė Vakuolė Plazminė membrana

17 Energijos transformavimas ir panaudojimas ląstelėse Cheminis ryšys Šviesa Elektronų perdavimo grandinė Membranos potencialas Makroerginis ryšys Šiluma Mažos molekulinės masės medžiagų perdavimas per membraną Metabolizmas, transportavimas, taip pat ir per membraną

18 Dauguma energijos, esančios didelės energijos ryšiuose, susidaro ATP pavidalu mitochondrijose, Antrinės lizosomos, tarpląstelinė aplinka Citozolis Mitochondrijos Pagrindiniai gyvūnų ląstelės metabolizmo keliai

19 ATP susidaro mitochondrijose oksidacinio fosforilinimo būdu. Šis ATP yra pernešamas iš mitochondrijų ir naudojamas visoje ląstelėje Vamzdinis spindis Branduolys Mitochondrija Mitochondrija inkstų kanalėlių epitelio ląstelėse

20 Žiurkių hepatocitų mitochondrijų „portretas“

21 Scheminis mitochondrijų vaizdavimas iš žinduolių hepatocitų Išorinėje membranoje yra mažai baltymų, daugelis iš jų sudaro kanalus, per kuriuos mažos molekulinės medžiagos patenka į tarpmembraninę erdvę iš citozolio. Vidinė membrana yra pralaidi tik mažoms nepolinėms medžiagoms. Jame yra elektronų pernešimo grandinės baltymų. Matricoje yra DNR, RNR, (CPE) ir transportavimo ribosomos, Krebso ciklo fermentai ir baltymai. daug kitų fermentų. Jie atlieka daugybę mitochondrijų funkcijų.

22 Mitochondrijų forma skiriasi. Jis skiriasi skirtingų tos pačios rūšies audinių ląstelėse ir gali skirtis organizmų ląstelėse. skirtingi tipai Filamentinės mitochondrijos sraigių žarnyno ląstelėse Žinduolių antinksčių žievės ląstelių mitochondrijose esančios vamzdelės

23 Mitochondrijų forma yra įvairi

24 Mitochondrijų forma yra įvairi

25 Mitochondrijų forma greitai keičiasi. Mitochondrijos gali susilieti į didesnę struktūrą arba suskaidyti į mažesnes. Tai ląstelės dalies brėžiniai, padaryti tam tikrais intervalais. Galima pastebėti, kaip pasikeitė mitochondrijų forma ir jų vieta ląstelių branduolio atžvilgiu.

26 Ląstelės negali saugoti, saugoti ir gabenti ATP dideliais atstumais. Jie perkelia mitochondrijas ten, kur reikia ATP. Branduolinės poros Mitochondrijos Branduolinis apvalkalas Branduolinės poros ERS Branduolys ERS membranų ir branduolio apvalkalo suliejimo zona

27 Pažintis su oksidacinio fosforilinimo procesu pradedame nuo kofermentų: Fosfatų grupės transporteris Acilo grupės transporteris Protonų ir elektronų pernešėjai Nikotinamido adenino dinukleotidas (NAD) Nikotinamido adenino dinukleotido fosfatas (NADP) OPO2 Flavina adenino dinukleotidas (FAD)

28 Krebso ciklo (citrinos rūgšties ciklo, trikarboksirūgšties ciklo) fermentai yra mitochondrijų matricoje. Jie suskaido organinius junginius į anglies dioksidą, protonus ir elektronus. Acetil -CoA Piruvatas C3 CO2 NAD + Riebalų rūgštys NAD C4 C4 FADH2 FAD Aminorūgštys NKoA C4 C6 C6 OVER GTP GTP molekulė HDF + P C4 susidaro dėl substrato fosforilinimo NAD + C6 NAD C5 NAD +

29 NAD ir FADH2 dovanoja elektronus elektronų pernešimo grandinei, o jų energija naudojama kuriant didelę protonų koncentraciją mitochondrijų tarpmembraninėje erdvėje. Acetil ~ CoA NKoA OVER + OVER FADN2 FAD OVER GTP OVER HDF + F NAD + OVER +

30 Elektronų pernešimo grandinės ir ATP sintazės komponentai Elektronų pernešimo grandinė Tarpmembraninė erdvė Citochromas C Ubikinono kompleksas I NADH dehidrogenazės kompleksas III b-c1 IV kompleksas Citochromo oksidazės ATP sintazės matrica CPE komponentai gali priimti elektroną ir jį atiduoti tik tokia seka paveiksle.

31 Elektronų pernešimo grandinės komponentai, esantys membranoje: Baltymai: I kompleksas> 40 polipeptidų III kompleksas 9 x 2 polipeptidai IV kompleksas 8 x 2 polipeptidai Ubikinonas yra riebaluose tirpus junginys. Visi membranos komponentai nuolat juda ir susitikę perduoda elektroną. Citochromas C yra polipeptidas, kurio M. M. yra tarpmembraninėje erdvėje. Jis paima elektroną ir jo atsisako, kai priartėja prie membranos.

32 Elektronas praeina per CPE ir yra perkeltas į molekulinį deguonį, prijungdamas jį, jis virsta H2O 10 nm jo e -H NADH + O2 - FADH2 H2 O matrica

33 I, II ir III kompleksai siurbia protonus į tarpmembraninę erdvę. Dėl to matricoje sukuriamas pH 8, o tarpmembraninėje erdvėje-4-5. Protonai praeina išilgai koncentracijos gradiento per ATP sintazę, jų energija naudojama fosfatui prijungti prie ADP. H H + + H + H 10 nm + H + ATP ADP + F

34 ATP sintazė yra sudėtingas kompleksas, sudarytas iš daugiau nei 20 polipeptidų. 3 ADP + P ATP 3 Norint prie ADP molekulės prijungti vieną fosfato joną, reikia maždaug trijų protonų energijos. Tačiau protonai reikalingi ir kitiems procesams.

35 Dėl protonų energijos medžiagos pernešamos per vidinę membraną. ADP ATP / ADP ATP antiporter fosfatas Piruvatas, riebalų rūgštys, Ca ++ amino rūgštys

36 Ruduosiuose riebaluose vietoj ATP / ADP antiporterio yra baltymas, vadinamas termogeninu. Jis perkelia ne ATP / ADP, o protonus iš tarpmembraninės erdvės į matricą. Dėl jo darbo išsiskiria šiluma, tačiau ATP nesudaro. H + 10 nm

37 Mitochondrijų funkcijos yra įvairios 1. Oksidacinis fosforilinimas 2. Termoreguliacija (termogeninas) 3. Riebalų rūgščių skilimas ir acetilkoa susidarymas 4. Riebalų rūgščių grandinių pailgėjimas 5. Porfirinų sintezė 6. Steroidinių hormonų sintezė 7. Dalyvavimas aminorūgščių metabolizmas 8. Dalyvavimas apoptozėje 9. Replikavimas, transkripcija, vertimas

38 Porfirinai yra svarbus citochromų, hemoglobinų, mioglobinų ir chlorofilo komponentas. Porfirinai sintezuojami protoporfirino IX mitochondrijose, dalyvaujant acetilo kofermentui A. Fe ++ Protohem IX Citochromai Mg ++ Mioglobinas Hemoglobinai Chlorofilas

39 Antinksčių žievės ląstelių mitochondrijų matricoje steroidiniai hormonai sintezuojami iš cholesterolio, dalyvaujant acetil-co A

40 Steroidinių hormonų sintezės pavyzdyje matyti, kad medžiagų apykaitos procesai yra rezultatas dirbant kartu daug skyrių. Citozolis - OOS О ОН С = Н3С Mitochondrijos СН2 СН2 СН2 Mevalonatas С ~ СН3 SCoA Acetyl -CoA ОН EPS Peroksisomas skvalenas F F О Н2С Farnezilpirofosfatas Cholesterolio steroidiniai hormonai

41 Paprastai kiekvienoje mitochondrijoje yra kelios DNR molekulės. Skirstomosios mitochondrijos būtinai turi DNR molekules, tai yra prieš dalijimąsi mitochondrijos padvigubina jų DNR molekules.


2 tema. 2. Mitochondrijų sandara ir funkcijos. Mitochondrijos, kuriose sintezuojamas pagrindinis ATP kiekis ląstelėje Vamzdinis spindis Branduoliai Mitochondrijos Mitochondrijos inkstų kanalėlių epitelio ląstelėse Mitochondrijos

ENERGIJOS MAINA http: //www.pereplet.ru/nauka/soros/pdf/9701_009.pdf

Paskaitos tema: Bendrieji medžiagų apykaitos ir energijos keliai 1 Bioenergija yra biochemijos šaka, tirianti gyvų organizmų energijos išsiskyrimo, transformacijos, kaupimo ir panaudojimo būdus 2 Pagrindiniai katabolizmo etapai

1. Autotrofiniams organizmams priklauso 1) mukor 2) mielės 3) peniciliai 4) chlorella TEMA „Energijos apykaita“ 2. Pinocitozės procese 1) skystos 2) dujos 3) kietos medžiagos 4) gabalėliai

1 Ląstelė, jos gyvavimo ciklas (atitikimas) Atsakymai į užduotis yra žodis, frazė, skaičius ar žodžių seka, skaičiai. Užrašykite savo atsakymą be tarpų, kablelių ar kitų priedų

Trikarboksirūgščių ciklas Kiryukhin D.O. ATP citoplazmos glikolizės piruvato gliukozė Krebso ciklas NADH, FADN 2 mitochondrijos ATP oksidacinis fosforilinimas Kiryukhin DO Bendra schema gauti ATP dėl skilimo

Energijos mainai Ląstelė yra atvira sistema. Homeostazė Ląstelė yra atvira sistema, metabolizmas vyksta tik tuo atveju, jei ląstelė gauna visas reikalingas medžiagas iš aplinkos

2 tema. 3. Plastidų sandara ir funkcijos Chromoplast Proplastid Dark S t Etioplast Amyloplast S t Chloroplast Įvairių rūšių plastidų konversijos Bendra forma augalų ląstelė 5 μm Chloroplastas

Biochemija. 4 pamoka. Tema: Elektronų perkėlimas. Redokso reakcijos. Redokso reakcijos yra reakcijos, kuriose elektronai perkeliami iš reduktoriaus.

Metabolizmas ir energijos konversija ląstelėje 1 variantas 1 dalis Atsakymas į 1-25 užduotis yra vienas skaitmuo, kuris atitinka teisingo 1 atsakymo skaičių. Biosintetinių reakcijų rinkinys

10 klasė Biologijos panardinimas 3 Tema: Energijos mainai. 1. Didžiausias energijos kiekis išsiskiria skaidant molekules 1) baltymai 2) riebalai 3) angliavandeniai 4) nukleorūgštys 2. Anoksinėse

Gyvūnų ir augalų ląstelių organoidai ir citozolis Kiekvienas skyrius nuo kitų skyrių skiriasi cheminėmis reakcijomis.Mitochondrijose ir plastidėse yra daugiau nei vienas skyrius. Turite žinoti: kokiame skyriuje

1. Makroelementai apima: BLOCK 2 Ląstelė kaip biologinė sistema. 1) deguonis, anglis, vandenilis, azotas 2) deguonis, geležis, auksas 3) anglis, vandenilis, boras 4) selenas, azotas, deguonis 1) 2. Organoidai,

BIOENERGIJOS PASKAITOS PAGRINDAI I. Įvadas. Energijos apykaitos etapai Neatsiejama gyvų būtybių savybė yra medžiagų apykaita (medžiagų apykaita), įvairių biocheminių procesų visuma.

ĮVADAS Į MEDŽIAGŲ IR ENERGIJOS mainus Svarbiausia organizmų veikla apima: a) medžiagų apykaitą ir energiją; b) genetinės informacijos perdavimas; c) reguliavimo mechanizmai. Bet kokios nuorodos pažeidimas sukelia patologiją.

Pamoka 3. Tema: Ląstelių BIOLOGIJA. MEDŽIAGŲ IR ENERGIJOS SRAUTAS Ląstelėje "" 200 g Pamokos tikslas: ištirti išskirtinius pro- ir eukariotinių ląstelių bruožus; ištirti ląstelės anabolines ir katabolines sistemas;

METABOLIZMAS. PLASTIKOS IR ENERGIJOS MAINA. Zonova Natalija Borisovna, biologijos mokytoja MBOU 38 vidurinė mokykla, aukščiausios kategorijos KODAS

Metabolizmas ir energija. Audinių kvėpavimas 1. Metabolizmo ir energijos etapai. 2. Biologinė oksidacija. Audinių kvėpavimas. 3. Oksidacinis fosforilinimas. 4. Audinių kvėpavimo ir oksidacinė patologija

Plastidės yra augalų ląstelių organelės ir fotosintezuojantys pirmuonys Chromoplast Proplastida Dark S ta in Etioplast Amyloplast C t Chloroplast Plastidų rūšys ir jų tarpusavio konversija. Plastidų rūšys 1

Metabolizmas. Energijos mainai. Fotosintezė. Baltymų sintezė. 1. Kuris iš šių procesų vyksta tamsiosios fotosintezės fazės metu? 1) gliukozės susidarymas 2) ATP sintezė 3) vandens fotolizė 4) susidarymas

Paruošimo medžiaga 10.2kl. Biologija P3 Eukariotinių ląstelių sandara. "1 ​​užduotis Fermentai, skaidantys riebalus, baltymus, angliavandenius, sintetinami: ant lizosomų ant ribosomų Golgi komplekse 4) vakuolėse

Pasiruošimas biologijos egzaminui Energetikos mainai Walter S.Zh. katedros vyresnysis dėstytojas EGTO BOU DPO "IROOO" Energijos mainų procesą galima suskirstyti į tris etapus: pirmasis etapas yra

Darbo bankas. Panardinimas 1 9 klasė 1. Kuri iš ląstelių teorijos nuostatų buvo įvesta į mokslą R. Virkhovas? 1) visi organizmai susideda iš ląstelių 2) kiekviena ląstelė yra iš kitos ląstelės 3) kiekviena ląstelė yra tam tikra

7 paskaita BIOENERGIJA. BIOLOGINĖ OXIDACIJA, AUDINIŲ Kvėpavimas 1. Bioenergijos apibrėžimas Bioenergija tiria energijos virsmus, lydinčius biochemines reakcijas. Yra žinoma, kad ne biologinis

RUSIJOS LYGIŲ UNIVERSITETAS DRAUGYSTĖ MEDICINOS FAKULTETO BIOCHEMIJOS Katedra, PAVADINTA PO AKADEMIKO BEREZOVO T.T. 6 SKYRIUS MEDŽIAGŲ IR ENERGETIKOS (METABOLIZMO) APMOKĖJIMAS PROFESORIUS ČERNOVAS NIKOLAY NIKOLAEVICH BIOCHEMIJOS SKYRIUS

Jervės rusų gimnazijos RENGIMAS VALSTYBINIAM BIOLOGIJOS egzaminui Tema: „Energijos ir plastiko apykaita ląstelėse“ I variantas 1. Apsvarstykite pav. 1. Įvardykite baltymų biosintezės etapus (I, II)

BIOLOGINĖS PAGRINDINĖS Ląstelių struktūros ir jų trumpas teorinių žinių apie gyvūnų ir augalų ląsteles ORGANOIDŲ PAVADINIMAS BRANDUOLINĖS STRUKTŪROS SAVYBĖS

5 tema. 2. Struktūrinis medžiagų apykaitos procesų organizavimas ląstelėje. Vezikulinis transportas. Golgi aparato struktūra ir funkcijos bei sklandus EPS. Transmembraninis transportavimas Cytosol Bubble transport EPS

TEMA „Plastikiniai mainai“ 1. Paruoštos organinės medžiagos minta 1) grybais 2) paparčiais 3) dumbliais 4) samanomis 2. Organizmai minta paruoštomis organinėmis medžiagomis 1) autotrofais 2) heterotrofais 3)

7 paskaita Chloroplastų sandara ir funkcijos. Fotosintezės pagrindai. Mitochondrijos ir chloroplastai kaip pusiau autonominiai organeliai. Peroksisomos. Augalų ląstelė su chloroplastais ir vakuoliu Chloroplast, pjūvio vaizdas

6 paskaita Kvėpavimo chemija 1. V.I teorija. Palladin. 2. Kvėpavimo rodikliai: intensyvumas ir kvėpavimo dažnis. 3. Angliavandenių disimiliacijos būdai. Glikolizė, jos esmė, energija. 4. Di- ir trikarboksilo ciklas

Darbo bankas. Panardinimas 1 10 klasė 1. Kuri iš ląstelių teorijos nuostatų buvo įvesta į mokslą R. Virkhovas? 1) visi organizmai susideda iš ląstelių 2) kiekviena ląstelė yra iš kitos ląstelės 3) kiekviena ląstelė yra

1. Nitrifikuojančios bakterijos klasifikuojamos kaip 1) chemotrofai 2) fototrofai 3) saprotrofai 4) heterotrofai TEMA "Fotosintezė" 2. Saulės spindulių energija ląstelėse paverčiama chemine energija 1) fototrofai

Biologijos pamoka 9 klasėje Pamokos tema „Ląstelių apykaita“ Pirmosios kvalifikacijos kategorijos biologijos mokytoja MBOU „2 vidurinė mokykla“ Kolikova Natalija Borisovna Pamokos tikslai: supažindinti mokinius su „metabolizmo“ sąvoka

Paskaitos tema CHEMIOSMOTINĖ TEORIJA. TRANSMEMBRANE ELECTROCHEMINIS PROTONAS GRADIENTAS 1 skaidrė Chemiosmoso teorija. Transmembraninis elektrocheminis protonų gradientas. Perėjimas prie ATP. Skaidrė

Trikarboksirūgščių ciklas Kiryukhin D.O. ATP citoplazmos glikolizės piruvatas Acetil-SKoA gliukozė Krebso ciklas NADH, FADN 2 mitochondrijos ATP Oksidacinis fosforilinimas Kiryukhin DO Bendra ATP gavimo schema

1 Ląstelė, jos gyvavimo ciklas (daug pasirinkimų) Atsakymai į užduotis yra žodis, frazė, skaičius ar žodžių seka, skaičiai. Užrašykite savo atsakymą be tarpų, kablelių ar kitų priedų

Reakcijos greitis, μmol / min. TEMPERATŪROS POVEIKIS ENZIMO VEIKLAI 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 10 20 30 40 50 60 70 Temperatūra, laipsniai pagal Celsijų

Medžiagos ir energijos srautų organizavimas ląstelėje. Klausimai: 1. Pagrindinės ląstelių teorijos nuostatos. 2. Prokariotinės ir eukariotinės ląstelės. 3. Plazminės membranos sandara, savybės ir funkcijos.

PM 03. Laboratorinių biocheminių tyrimų atlikimas. „Metabolizmas ir energija“. Metodinis mokinių saviugdos vadovas. SPb GBPOU „MK 3“. Basharina OB, 2019 Edukaciniai klausimai: 1. Metabolizmas.

5 tema. 1. Struktūrinis medžiagų apykaitos procesų organizavimas ląstelėje. Baltymų sintezė, modifikavimas ir transportavimas per membranas. Transliacijos procesai šiurkštaus EPS membranoje. Baltymų „gyvenimo“ etapai

Paskaita 5. Augalų kvėpavimas Bendrosios kvėpavimo charakteristikos ir stadijos

Alternatyvios ląstelinio kvėpavimo funkcijos Egorova Julija Kazan, Kazanės valstybinis universitetas, 2010 Pasak V. P. Skulačiovo „Alternatyvios ląstelinio kvėpavimo funkcijos“ Daugiau nei 90% absorbuoto О 2: Н 2 О + 4Н + + 4е + oksidazės Rečiau, rečiau

6. paskaita. Tarpląsteliniai kontaktai (pabaiga) Mitochondrijos Intraląsteliniai kontaktai. Epitelis, EM Tarpląsteliniai kontaktai, santrauka

Paskaitos tema GLIKOLIZĖ Glikolizė yra pagrindinis gliukozės katabolizmo kelias. Galutiniai produktai, daugiausia: laktatas anaerobinėmis sąlygomis, CO 2 ir H 2 O aerobinėmis sąlygomis (piruvatas). Glikolizė vyksta visuose

1 tema Įvadas. Cheminė sudėtis gyvieji organizmai. 1. Gyvūnų biochemijos disciplina ir jos užduotys 2. Gyvųjų organizmų cheminė sudėtis 1. Ką tiria biochemija? 2. Kaip biochemija skirstoma pagal tyrimų sritis

Biologija 10 klasė. 2 demonstracinis variantas (45 minutės) 1 Diagnostinis teminis darbas 2, skirtas pasirengti vieningam BIOLOGIJOS valstybiniam egzaminui tema „Bendroji biologija“ Darbo atlikimo instrukcijos Norėdami atlikti diagnostiką

Biologinės chemijos katedra Bendrieji medžiagų apykaitos ir energijos dėsniai. Trikarboksirūgšties ciklas. Aleksandrova E.V., Levich S.V. 2015 1 Metabolizmas (metabolizmas) ir energija katabolinių procesų rinkinys

17 paskaita RIEBALAI KAIP ENERGIJOS ŠALTINIS 1. b-riebalų rūgščių oksidacija Riebalų rūgščių oksidacijos tikslas: 1) energijos tikslais vyksta kepenyse, inkstuose, skeleto ir širdies raumenyse; 2) endogeninio šaltinis

Energijos kaupimo biologinių mechanizmų raida Sudarė: Biryulina Marina KSU Biochemijos katedra, 2010 Pagal V.P.Skulačiovas Pagrindinis energijos šaltinis Ultravioletinis kvantas turi energijos perteklių

Pirmojo pusmečio bandomasis darbas 10 klasėje. 1 variantas. 1 DALIS A1. Prokariotai apima 1) augalus 2) gyvūnus 3) grybus 4) bakterijas ir cianobakterijas A2. Komplematiškumo principas yra pagrindas

1 tema. Ląstelės cheminė sudėtis A dalies užduotys Pasirinkite vieną atsakymą, kuris yra teisingiausias 1. Pavadinkite organinius junginius, kurių ląstelėje yra daugiausia (procentais)

Zaporožės valstija medicinos universitetas Biologinės chemijos katedra Lektorė: docentė Krisanova Natalija Viktorovna 2017 Pagrindiniai angliavandeniai žmonėms Monosacharidų absorbcijos mechanizmai Ertmė

Glikogeno apykaita Gliukozė absorbcijos laikotarpiu daugumoje audinių laikoma glikogeno homopolisacharido pavidalu. Rezervinį glikogeno vaidmenį lemia dvi svarbios savybės: jis yra osmosiškai neaktyvus

Federalinis valstybės biudžetas švietimo įstaiga aukštasis mokslas VORONEŽO VALSTYBĖS AGRARIJOS UNIVERSITETAS PAVADINTAS PO IMPERATORIAUS PETERIO I Chemijos katedra Santrauka „Biologinė

Paskaita 1. Tema: MEDŽIAGOS IR ENERGIJOS SRAUTO LENGELYJE ORGANIZAVIMAS Ląstelė yra pagrindinis struktūrinis, funkcinis ir genetinis gyvų būtybių vienetas. Jame (branduolyje ir citoplazmoje) yra visa genetinė

II skyrius Bioenergetikos 5 gairė Tema: Įvadas į medžiagų apykaitą. Bioenergija. Makroerginiai junginiai Eksperimentas 1. Kiekybinis katalazės nustatymas Metodo principas: Kokybės pagrindas

Nukleorūgštys Nukleino rūgštys ir jų vaidmuo gyvybiškai svarbioje ląstelės veikloje Nukleorūgštis XIX amžiaus antroje pusėje atrado šveicarų biochemikas Friedrichas Miescheris Friedrichas Miescheris

Užduotys skyriams „Bioenergija“ ir „Metabolizmas“. Užduotims plėtoti buvo surinkta V.V. Alabovskis “ Situacinės užduotys apie biochemiją “. Variantas .. Gyvūnas riebalų gavo su maistu, kuriame vienas iš

4 paskaita Šviesusis fotosintezės etapas 1. Dviejų fotosistemų funkcionavimo samprata, jų sandara ir paskirtis. 2. Fotosintezės vieneto ir reakcijos centrų samprata. 3. Elektronų pernešimo struktūra

CATEDRA BIOCHIMIE ŞI BIOCHIMIE CLINICĂ Pag. 1/5 2 gairė Tema: Rezervinių lipidų metabolizmas Patirtis 1. Ketoninių kūnų nustatymas Metodo principas. Acetono ir acto rūgšties sąveika

BIOLOGINĖS CHEMIJOS MOKYMO GIDAS MOKINIŲ SAVIMOKYBUI

Lipidų apykaitos paskaita specialybės „Odontologija“ studentams, mokslų daktaras, Biochemijos katedros docentas Akademikas Berezovas T.T. Lobaeva Tatjana Aleksandrovna 2014 Paskaitos turinys Acetonas (ketonas)

Medžiagos ir energijos srautų organizavimas ląstelėje Pagrindinės ląstelių teorijos nuostatos Prokariotinės ir eukariotinės ląstelės Plazminės membranos sandara, savybės ir funkcijos Medžiagų vartojimo būdai

Užduočių bankas 9 klasė Biologija P2 profilis 1 užduotis Baltymų biosintezė Antrinė baltymo molekulės struktūra yra ... spiralės, susidedančios iš siūlų rutulio dvigubos spiralės 2 užduotis Baltymų biosintezė Kiek amino rūgščių koduoja