ATP ili adenozin trifosforna kiselina u potpunosti je „akumulator“ energije u ćelijama tela. Nema biografije hemijska reakcija se ne dešava bez učešća ATP-a. ATP molekuli se nalaze u DNK i RNK.
ATP sastav
ATP molekul ima tri komponente: tri ostatka fosforna kiselina, adenin i riboza. Odnosno, ATP ima strukturu nukleotida i pripada nukleinskim kiselinama. Riboza je ugljikohidrat, a adenin je dušična baza. Kiselinski ostaci su međusobno povezani nestabilnim energetskim vezama. Energija se pojavljuje kada se molekuli kiseline razbiju. Odvajanje se dešava zahvaljujući biokatalizatorima. Nakon prekida veze, ATP molekula se već pretvara u ADP (ako je jedan molekul odvojen) ili u AMP (ako su dva molekula kiseline odvojena). Kada se odvoji jedan molekul fosforne kiseline, oslobađa se 40 kJ energije.
Uloga u tijelu
ATP igra ne samo energetsku ulogu u tijelu, već i niz drugih:
- je rezultat sinteze nukleinskih kiselina.
- regulacija mnogih biohemijskih procesa.
- signalne supstance u drugim ćelijskim interakcijama.
ATP sinteza
Proizvodnja ATP-a odvija se u hloroplastima i mitohondrijima. Najvažniji proces u sintezi ATP molekula je disimilacija. Disimilacija je razaranje kompleksa u jednostavniji.
Sinteza ATP-a se ne odvija u jednoj fazi, već u tri faze:
- Prva faza je pripremna. Pod dejstvom enzima u varenju dolazi do razgradnje onoga što smo apsorbovali. U tom slučaju masti se razlažu na glicerol i masne kiseline, proteini na aminokiseline, a škrob na glukozu. Odnosno, sve je pripremljeno za dalju upotrebu. Oslobođena toplotna energija
- Druga faza je glikoliza (bez kiseonika). Propadanje se ponovo javlja, ali i glukoza takođe prolazi kroz raspadanje. Enzimi su takođe uključeni. Ali 40% energije ostaje u ATP-u, a ostatak se troši kao toplina.
- Treća faza je hidroliza (kiseonik). Već se javlja u samim mitohondrijama. Ovdje učestvuju i kisik koji udišemo i enzimi. Nakon potpune disimilacije oslobađa se energija za stvaranje ATP-a.
ATP i druga ćelijska jedinjenja(vitamini)
Posebno važnu ulogu u bioenergetici ćelije ima adenil nukleotid za koji su vezana dva ostatka fosforne kiseline. Ova supstanca se zove adenozin trifosforna kiselina(ATP).
IN hemijske veze Između ostataka fosforne kiseline molekula ATP-a skladišti se energija koja se oslobađa prilikom cijepanja organskog fosfata: ATP = ADP + P + E, gdje je P enzim, E je oslobođena energija. U ovoj reakciji nastaje adenozin difosforna kiselina (ADP) - ostatak molekule ATP-a i organskog fosfata.
Sve ćelije koriste ATP energiju za procese biosinteze, kretanja, proizvodnje toplote, nervnih impulsa, luminescencije (npr. kod luminiscentnih bakterija), tj. za sve životne procese.
ATP je univerzalni akumulator biološke energije koji sintetiziraju se u mitohondrijima (unutarstanične organele).
Mitohondrije tako igraju ulogu “energetske stanice” u ćeliji. Princip formiranja ATP-a u hloroplastima biljnih ćelija je uglavnom isti – upotreba protonskog gradijenta i pretvaranje energije elektrohemijskog gradijenta u energiju hemijskih veza.
Svjetlosna energija Sunca i energija sadržana u konzumiranoj hrani pohranjena je u molekulima ATP-a. Zalihe ATP-a u ćeliji su male. Dakle, ATP rezerva u mišićima je dovoljna za 20-30 kontrakcija. Sa poboljšanim, ali kratkoročni rad mišići rade isključivo tako što razgrađuju ATP koji sadrže. Nakon završetka posla, osoba teško diše - u tom periodu se razgrađuju ugljikohidrati i druge tvari (akumulira se energija), a opskrba ATP-om u stanicama se obnavlja pomoću protona. Protoni prolaze kroz ovaj kanal pod uticajem pokretačka snaga elektrohemijski gradijent. Energiju ovog procesa koristi enzim sadržan u istim proteinskim kompleksima i sposoban da veže fosfatnu grupu na adenozin difosfat (ADP), što dovodi do sinteze ATP-a.
Vitamini: Vita - život.
Vitamini - biološki aktivne supstance, sintetizirani u organizmu ili snabdjeveni hranom, koji su u malim količinama neophodni za normalan metabolizam i vitalne funkcije organizma.
Godine 1911 Poljski hemičar K. Funk izolovao je supstancu iz pirinčanih mekinja koja je izlečila paralizu golubova koji su jeli samo uglačan pirinač. Hemijska analiza ove supstance pokazalo da sadrži azot.
Funk je supstancu koju je otkrio nazvao vitaminom (od riječi "vita" - život i "amin" - koji sadrži dušik.
Biološka uloga vitamina leži u njihovom redovnom uticaju na metabolizam. Vitamini imaju katalitički svojstva, odnosno sposobnost da stimulišu hemijske reakcije koje se dešavaju u organizmu, a takođe aktivno učestvuju u stvaranju i funkcionisanju enzima. Vitamini utiču na apsorpciju hranljive materije, doprinose normalnom rastu ćelija i razvoju celog organizma. Biti sastavni dio enzimi, vitamini određuju njihovu normalnu funkciju i aktivnost. Dakle, nedostatak bilo kojeg vitamina u tijelu dovodi do poremećaja metaboličkih procesa.
Grupe vitamina:
DNEVNE POTREBE ZA VITAMINIMA
C - askorbinska kiselina: 70 - 100 mg.
B - tiamin: 1,5 - 2,6 mg.
B - riboflavin: 1,8 - 3 mg.
A - retinol: 1,5 mg.
D - kalciferol: za djecu i odrasle 100 IU,
do 3 godine 400 IU.
E - tokoferol: 15 - 20 mg.
U biologiji, ATP je izvor energije i osnova života. ATP – adenozin trifosfat – je uključen u metaboličke procese i reguliše biohemijske reakcije u organizmu.
Šta je ovo?
Hemija će vam pomoći da shvatite šta je ATP. Hemijska formula ATP molekuli - C10H16N5O13P3. Zapamtiti puno ime je lako ako ga podijelite na njegove sastavne dijelove. Adenozin trifosfat ili adenozin trifosforna kiselina je nukleotid koji se sastoji od tri dijela:
- adenin - purinska azotna baza;
- riboza - monosaharid vezan za pentoze;
- tri ostatka fosforne kiseline.
Rice. 1. Struktura ATP molekula.
Detaljnije objašnjenje ATP-a je predstavljeno u tabeli.
ATP su prvi otkrili biohemičari sa Harvarda Subbarao, Lohman i Fiske 1929. godine. Godine 1941. njemački biohemičar Fritz Lipmann otkrio je da je ATP izvor energije za živi organizam.
Proizvodnja energije
Fosfatne grupe su međusobno povezane visokoenergetskim vezama koje se lako uništavaju. Tokom hidrolize (interakcije sa vodom), veze fosfatne grupe se raspadaju, oslobađajući veliki broj energije, a ATP se pretvara u ADP (adenozin difosforna kiselina).
Uobičajeno, hemijska reakcija izgleda ovako:
TOP 4 člankakoji čitaju uz ovo
ATP + H2O → ADP + H3PO4 + energija
Rice. 2. ATP hidroliza.
Dio oslobođene energije (oko 40 kJ/mol) je uključen u anabolizam (asimilacija, plastični metabolizam), dok se dio raspršuje u obliku topline za održavanje tjelesne temperature. Daljnjom hidrolizom ADP-a, druga fosfatna grupa se odvaja, oslobađajući energiju i formirajući AMP (adenozin monofosfat). AMP ne prolazi kroz hidrolizu.
ATP sinteza
ATP se nalazi u citoplazmi, jezgru, hloroplastima i mitohondrijima. Sinteza ATP-a u životinjska ćelija javlja se u mitohondrijima, au biljkama - u mitohondrijima i hloroplastima.
ATP se formira od ADP-a i fosfata trošenjem energije. Ovaj proces se naziva fosforilacija:
ADP + H3PO4 + energija → ATP + H2O
Rice. 3. Formiranje ATP-a iz ADP-a.
IN biljne ćelije Fosforilacija se javlja tokom fotosinteze i naziva se fotofosforilacija. Kod životinja se proces odvija tijekom disanja i naziva se oksidativna fosforilacija.
U životinjskim ćelijama do sinteze ATP-a dolazi tokom procesa katabolizma (disimilacija, energetski metabolizam) tokom razgradnje proteina, masti, ugljenih hidrata.
Funkcije
Iz definicije ATP-a jasno je da je ovaj molekul sposoban dati energiju. Osim energije, djeluje adenozin trifosforna kiselina ostale funkcije:
- je materijal za sintezu nukleinskih kiselina;
- dio je enzima i reguliše hemijske procese, ubrzavajući ili usporavajući njihov napredak;
- je posrednik - prenosi signal sinapsama (mesta kontakta između dve ćelijske membrane).
Šta smo naučili?
Na času biologije u 10. razredu učili smo o strukturi i funkcijama ATP-a – adenozin trifosforne kiseline. ATP se sastoji od adenina, riboze i tri ostatka fosforne kiseline. Tokom hidrolize dolazi do raskidanja fosfatnih veza, čime se oslobađa energija neophodna za život organizama.
Testirajte na temu
Evaluacija izvještaja
Prosječna ocjena: 4.6. Ukupno primljenih ocjena: 621.
ATP je skraćenica za adenozin tri-fosfornu kiselinu. Možete pronaći i naziv Adenozin trifosfat. Ovo je nukleoid koji igra veliku ulogu u razmjeni energije u tijelu. Adenozin trifosforna kiselina je univerzalni izvor energije uključen u sve biohemijske procese u tijelu. Ovaj molekul je 1929. godine otkrio naučnik Karl Lohmann. A njen značaj je potvrdio Fritz Lipmann 1941. godine.
Struktura i formula ATP-a
Ako govorimo o ATP-u detaljnije, onda je ovo molekul koji daje energiju svim procesima koji se odvijaju u tijelu, uključujući energiju za kretanje. Kada se molekula ATP-a razgradi, mišićno vlakno se skuplja, što rezultira oslobađanjem energije koja omogućava kontrakciju. Adenozin trifosfat se sintetizira iz inozina u živom organizmu.
Da bi tijelu dao energiju, adenozin trifosfat mora proći kroz nekoliko faza. Najprije se jedan od fosfata odvaja pomoću posebnog koenzima. Svaki fosfat daje deset kalorija. Proces proizvodi energiju i proizvodi ADP (adenozin difosfat).
Ako tijelu treba više energije za funkcioniranje, zatim se odvaja drugi fosfat. Tada se formira AMP (adenozin monofosfat). Glavni izvor za proizvodnju adenozin trifosfata je glukoza; u ćeliji se razlaže na piruvat i citosol. Adenozin trifosfat daje energiju dugim vlaknima koja sadrže protein miozin. To je ono što formira mišićne ćelije.
U trenucima kada se tijelo odmara, lanac ulazi poleđina Nastaje adenozin trifosforna kiselina. Opet, glukoza se koristi u ove svrhe. Stvoreni molekuli adenozin trifosfata će se ponovo koristiti čim bude potrebno. Kada energija nije potrebna, ona se skladišti u tijelu i oslobađa čim je potrebna.
ATP molekul se sastoji od nekoliko, tačnije, tri komponente:
- Riboza je šećer sa pet ugljenika koji čini osnovu DNK.
- Adenin je kombinovani atom dušika i ugljika.
- Trifosfat.
U samom središtu molekule adenozin trifosfata nalazi se molekul riboze, a njegov rub je glavni za adenozin. Na drugoj strani riboze nalazi se lanac od tri fosfata.
ATP sistemi
U isto vrijeme, morate shvatiti da će ATP rezerve biti dovoljne samo za prve dvije ili tri sekunde motoričke aktivnosti, nakon čega se njegov nivo smanjuje. Ali u isto vrijeme, rad mišića može se izvesti samo uz pomoć ATP-a. Zahvaljujući posebnim sistemima u tijelu, novi ATP molekuli se konstantno sintetiziraju. Uključivanje novih molekula događa se ovisno o trajanju opterećenja.
ATP molekuli sintetišu tri glavna biohemijska sistema:
- Fosfageni sistem (kreatin fosfat).
- Sistem glikogena i mliječne kiseline.
- Aerobno disanje.
Razmotrimo svaki od njih posebno.
Fosfageni sistem- ako mišići rade kratko, ali izuzetno intenzivno (oko 10 sekundi), koristiće se fosfageni sistem. U ovom slučaju, ADP se vezuje za kreatin fosfat. Zahvaljujući ovom sistemu, mala količina adenozin trifosfata konstantno cirkuliše u mišićnim ćelijama. Budući da i same mišićne ćelije sadrže kreatin fosfat, on se koristi za obnavljanje nivoa ATP-a nakon kratkog rada visokog intenziteta. Ali u roku od deset sekundi nivo kreatin fosfata počinje da se smanjuje - ova energija je dovoljna za kratku trku ili intenzivan trening snage u bodibildingu.
Glikogen i mliječna kiselina- tijelo snabdijeva energijom sporije od prethodnog. Sintetiše ATP, što može biti dovoljno za minut i pol intenzivnog rada. U tom procesu, glukoza u mišićnim stanicama se formira u mliječnu kiselinu kroz anaerobni metabolizam.
Pošto u anaerobnom stanju telo ne koristi kiseonik ovaj sistem daje energiju na isti način kao u aerobnom sistemu, ali se štedi vrijeme. U anaerobnom načinu, mišići se kontrahiraju izuzetno snažno i brzo. Takav sistem može vam omogućiti da trčite četiri stotine metara sprinta ili duže intenzivno vježbate u teretani. Ali rad na ovaj način dugo vremena neće dozvoliti bol u mišićima, koja se javlja zbog viška mliječne kiseline.
Aerobno disanje- ovaj sistem se uključuje ako trening traje duže od dva minuta. Tada mišići počinju primati adenozin trifosfat iz ugljikohidrata, masti i proteina. U ovom slučaju, ATP se sporo sintetiše, ali energija traje dugo - fizička aktivnost može trajati nekoliko sati. To se događa zbog činjenice da se glukoza nesmetano razgrađuje, nema nikakve kontraakcije izvana - jer mliječna kiselina ometa anaerobni proces.
Uloga ATP-a u tijelu
Iz prethodnog opisa jasno je da je glavna uloga adenozin trifosfata u organizmu da obezbijedi energiju za sve brojne biohemijske procese i reakcije u organizmu. Većina energetskih procesa u živim bićima odvija se zahvaljujući ATP-u.
Ali pored ove glavne funkcije, adenozin trifosfat obavlja i druge:
Uloga ATP-a u ljudskom tijelu i životu je dobro poznat ne samo naučnicima, već i mnogim sportistima i bodibilderima, jer njegovo razumevanje pomaže da trening bude efikasniji i da se pravilno izračunaju opterećenja. Za ljude koji rade treninge snage u teretani, sprint i druge sportove, veoma je važno da shvate koje vežbe u jednom ili drugom trenutku treba izvesti. Zahvaljujući tome možete formirati željenu strukturu tijela, razraditi strukturu mišića, smanjiti višak kilograma i postići druge željene rezultate.
Milioni biohemijskih reakcija odvijaju se u bilo kojoj ćeliji našeg tijela. Katalizuju ih različiti enzimi, koji često zahtijevaju energiju. Odakle ćelija to dobija? Na ovo pitanje može se odgovoriti ako razmotrimo strukturu molekule ATP - jednog od glavnih izvora energije.
ATP je univerzalni izvor energije
ATP je skraćenica za adenozin trifosfat ili adenozin trifosfat. Supstanca je jedan od dva najvažnija izvora energije u svakoj ćeliji. Struktura ATP i biološka uloga blisko povezana. Većina biohemijskih reakcija može se desiti samo uz učešće molekula neke supstance, to je posebno tačno.Međutim, ATP je retko direktno uključen u reakciju: da bi se desio bilo koji proces potrebna je energija sadržana upravo u adenozin trifosfatu.
Struktura molekula tvari je takva da veze nastale između fosfatnih grupa nose ogromnu količinu energije. Stoga se takve veze nazivaju i makroergijske, ili makroenergetske (makro=mnogo, velika količina). Pojam je prvi uveo naučnik F. Lipman, a također je predložio korištenje simbola ̴ za njihovo označavanje.
Vrlo je važno da stanica održava konstantan nivo adenozin trifosfata. Ovo se posebno odnosi na ćelije mišićnog tkiva i nervna vlakna, jer su energetski najviše ovisni i zahtevaju visok sadržaj adenozin trifosfata za obavljanje svojih funkcija.
Struktura ATP molekula
Adenozin trifosfat se sastoji od tri elementa: riboze, adenina i ostataka
Ribose- ugljeni hidrat koji pripada grupi pentoza. To znači da riboza sadrži 5 atoma ugljika, koji su zatvoreni u ciklus. Riboza se povezuje sa adeninom preko β-N-glikozidne veze na 1. atomu ugljika. Pentozi se dodaju i ostaci fosforne kiseline na 5. atomu ugljika.
Adenin je azotna baza. U zavisnosti od toga koja je azotna baza vezana za ribozu, razlikuju se i GTP (gvanozin trifosfat), TTP (timidin trifosfat), CTP (citidin trifosfat) i UTP (uridin trifosfat). Sve ove tvari su po strukturi slične adenozin trifosfatu i obavljaju približno iste funkcije, ali su mnogo rjeđe u ćeliji.
Ostaci fosforne kiseline. Za ribozu se mogu vezati najviše tri ostatka fosforne kiseline. Ako postoje dva ili samo jedan, tada se tvar naziva ADP (difosfat) ili AMP (monofosfat). Upravo između ostataka fosfora sklapaju se makroenergetske veze, nakon čijeg pucanja se oslobađa 40 do 60 kJ energije. Ako su dvije veze prekinute, oslobađa se 80, rjeđe - 120 kJ energije. Kada se veza između riboze i ostatka fosfora prekine, oslobađa se samo 13,8 kJ, tako da u molekulu trifosfata postoje samo dvije visokoenergetske veze (P ̴ P ̴ P), a u molekuli ADP postoji jedna (P ̴ P).
Ovo su strukturne karakteristike ATP-a. Zbog činjenice da se između ostataka fosforne kiseline formira makroenergetska veza, struktura i funkcije ATP-a su međusobno povezane.
Struktura ATP-a i biološka uloga molekula. Dodatne funkcije adenozin trifosfata
Osim energije, ATP može obavljati mnoge druge funkcije u ćeliji. Zajedno sa ostalim nukleotid trifosfatima, trifosfat je uključen u konstrukciju nukleinska kiselina. U ovom slučaju, ATP, GTP, TTP, CTP i UTP su dobavljači azotnih baza. Ovo svojstvo se koristi u procesima i transkripciji.
ATP je takođe neophodan za funkcionisanje jonskih kanala. Na primjer, Na-K kanal pumpa 3 molekula natrijuma iz ćelije i pumpa 2 molekula kalija u ćeliju. Ova jonska struja je potrebna za održavanje pozitivnog naboja na vanjskoj površini membrane, a samo uz pomoć adenozin trifosfata kanal može funkcionirati. Isto važi i za protonske i kalcijumove kanale.
ATP je prekursor drugog glasnika cAMP (ciklički adenozin monofosfat) - cAMP ne samo da prenosi signal koji primaju receptori ćelijske membrane, već je i alosterički efektor. Alosterični efektori su supstance koje ubrzavaju ili usporavaju enzimske reakcije. Dakle, ciklički adenozin trifosfat inhibira sintezu enzima koji katalizira razgradnju laktoze u bakterijskim stanicama.
Molekul adenozin trifosfata sam po sebi također može biti alosterični efektor. Štoviše, u takvim procesima ADP djeluje kao antagonist ATP-a: ako trifosfat ubrzava reakciju, onda je difosfat inhibira, i obrnuto. Ovo su funkcije i struktura ATP-a.
Kako nastaje ATP u ćeliji?
Funkcije i struktura ATP-a su takve da se molekuli supstance brzo koriste i uništavaju. Stoga je sinteza trifosfata važan proces u stvaranju energije u ćeliji.
Postoje tri najvažnije metode za sintezu adenozin trifosfata:
1. Fosforilacija supstrata.
2. Oksidativna fosforilacija.
3. Fotofosforilacija.
Fosforilacija supstrata zasniva se na višestrukim reakcijama koje se odvijaju u ćelijskoj citoplazmi. Ove reakcije se nazivaju glikoliza - anaerobna faza.Kao rezultat 1 ciklusa glikolize, iz 1 molekula glukoze sintetišu se dva molekula koji se potom koriste za proizvodnju energije, a sintetišu se i dva ATP.
- C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2Pn --> 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 4H.
Ćelijsko disanje
Oksidativna fosforilacija je stvaranje adenozin trifosfata prijenosom elektrona duž membranskog lanca za transport elektrona. Kao rezultat ovog prijenosa, na jednoj strani membrane formira se protonski gradijent i uz pomoć proteinskog integralnog skupa ATP sintaze izgrađuju se molekuli. Proces se odvija na mitohondrijalnoj membrani.
Slijed faza glikolize i oksidativne fosforilacije u mitohondrijama čini zajednički proces koji se naziva disanje. Nakon potpunog ciklusa, od 1 molekule glukoze u ćeliji se formira 36 ATP molekula.
Fotofosforilacija
Proces fotofosforilacije je isti kao i oksidativna fosforilacija sa samo jednom razlikom: reakcije fotofosforilacije se javljaju u hloroplastima ćelije pod uticajem svetlosti. ATP se proizvodi tokom svjetlosne faze fotosinteze, glavnog procesa proizvodnje energije u zelenim biljkama, algama i nekim bakterijama.
Tokom fotosinteze, elektroni prolaze kroz isti lanac transporta elektrona, što rezultira formiranjem protonskog gradijenta. Koncentracija protona na jednoj strani membrane je izvor sinteze ATP-a. Sastavljanje molekula vrši enzim ATP sintaza.
Prosječna ćelija sadrži 0,04% adenozin trifosfata po težini. Međutim, najviše veliki značaj uočeno u mišićnim ćelijama: 0,2-0,5%.
U ćeliji se nalazi oko 1 milijarda ATP molekula.
Svaki molekul živi ne više od 1 minute.
Jedan molekul adenozin trifosfata se obnavlja 2000-3000 puta dnevno.
Ukupno, ljudski organizam sintetizira 40 kg adenozin trifosfata dnevno, a u svakom trenutku ATP rezerva je 250 g.
Zaključak
Struktura ATP-a i biološka uloga njegovih molekula usko su povezani. Supstanca igra ključnu ulogu u životnim procesima, jer visokoenergetske veze između fosfatnih ostataka sadrže ogromnu količinu energije. Adenozin trifosfat obavlja mnoge funkcije u stanici, te je stoga važno održavati stalnu koncentraciju tvari. Propadanje i sinteza se dešavaju velikom brzinom, jer se energija veza stalno koristi u biohemijskim reakcijama. Ovo je neophodna supstanca za svaku ćeliju u telu. To je vjerovatno sve što se može reći o strukturi ATP-a.
