Ο κύριος συσσωρευτής ενέργειας σε ένα ζωντανό κύτταρο. Τεστ βιολογίας με θέμα «Μοριακό επίπεδο» (βαθμός 9). Συσσωρευτές ενέργειας στο σώμα
Λόγω της ενέργειας του φωτός στα φωτοσυνθετικά κύτταρα, σχηματίζεται το ATP και κάποια άλλα μόρια, τα οποία παίζουν το ρόλο ενός είδους συσσωρευτών ενέργειας. Ένα ηλεκτρόνιο που διεγείρεται από το φως δίνει ενέργεια για τη φωσφορυλίωση του ADP και σχηματίζεται ATP. Ο συσσωρευτής ενέργειας, εκτός από το ATP, είναι μια σύνθετη οργανική ένωση - φωσφορικό δινουκλεοτίδιο νικοτιναμίδης αδενίνης, συντομογραφία NADP + (έτσι συμβολίζεται η οξειδωμένη μορφή του). Αυτή η ένωση συλλαμβάνει ηλεκτρόνια και ένα ιόν υδρογόνου (πρωτόνιο) που διεγείρεται από το φως και ως αποτέλεσμα αυτού ανάγεται σε NADPH. (Αυτές οι συντομογραφίες: NADP + και NADP-N - διαβάζονται, αντίστοιχα, ως NADEP και NADEP-ASh, το τελευταίο γράμμα εδώ είναι το σύμβολο του ατόμου του υδρογόνου.) Στο σχ. 35 δείχνει έναν δακτύλιο νικοτιναμιδίου που φέρει ένα πλούσιο σε ενέργεια άτομο υδρογόνου και ηλεκτρόνια. Λόγω της ενέργειας του ATP και με τη συμμετοχή του NADPH, το διοξείδιο του άνθρακα ανάγεται σε γλυκόζη. Όλες αυτές οι πολύπλοκες διεργασίες συμβαίνουν σε φυτικά κύτταρα σε εξειδικευμένα κυτταρικά οργανίδια.
Το ATP είναι το παγκόσμιο ενεργειακό «νόμισμα» του κυττάρου. Μια από τις πιο εκπληκτικές «εφευρέσεις» της φύσης είναι τα μόρια των λεγόμενων ουσιών «υψηλής ενέργειας», στη χημική δομή των οποίων υπάρχουν ένας ή περισσότεροι δεσμοί που χρησιμεύουν ως συσκευές αποθήκευσης ενέργειας. Αρκετά παρόμοια μόρια έχουν βρεθεί στη ζωντανή φύση, αλλά μόνο ένα από αυτά βρίσκεται στο ανθρώπινο σώμα - τριφωσφορικό οξύ αδενοσίνης (ATP). Είναι ένα αρκετά πολύπλοκο οργανικό μόριο στο οποίο συνδέονται 3 αρνητικά φορτισμένα υπολείμματα ανόργανου φωσφορικού οξέος PO. Αυτά τα υπολείμματα φωσφόρου είναι που συνδέονται με το οργανικό μέρος του μορίου με δεσμούς «υψηλής ενέργειας», οι οποίοι καταστρέφονται εύκολα κατά τη διάρκεια μιας ποικιλίας ενδοκυτταρικών αντιδράσεων. Ωστόσο, η ενέργεια αυτών των δεσμών δεν διαχέεται στο χώρο με τη μορφή θερμότητας, αλλά χρησιμοποιείται για την κίνηση ή τη χημική αλληλεπίδραση άλλων μορίων. Χάρη σε αυτή την ιδιότητα το ATP εκτελεί στο κύτταρο τη λειτουργία μιας καθολικής αποθήκευσης (συσσωρευτή) ενέργειας, καθώς και ενός καθολικού «νομίσματος». Εξάλλου, σχεδόν κάθε χημικός μετασχηματισμός που λαμβάνει χώρα σε ένα κύτταρο είτε απορροφά είτε απελευθερώνει ενέργεια. Σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της ενέργειας, η συνολική ποσότητα ενέργειας που παράγεται ως αποτέλεσμα οξειδωτικών αντιδράσεων και αποθηκεύεται με τη μορφή ATP είναι ίση με την ποσότητα ενέργειας που μπορεί να χρησιμοποιήσει το κύτταρο για τις συνθετικές του διαδικασίες και για την εκτέλεση οποιωνδήποτε λειτουργιών. Ως "πληρωμή" για τη δυνατότητα εκτέλεσης αυτής ή εκείνης της ενέργειας, το κύτταρο αναγκάζεται να ξοδέψει την προμήθεια του ATP. Σε αυτή την περίπτωση, θα πρέπει να τονιστεί ιδιαίτερα: το μόριο ATP είναι τόσο μεγάλο που δεν μπορεί να περάσει από την κυτταρική μεμβράνη. Επομένως, το ATP που σχηματίζεται σε ένα κύτταρο δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί από άλλο κύτταρο. Κάθε κύτταρο του σώματος αναγκάζεται να συνθέσει ATP για τις δικές του ανάγκες στις ποσότητες στις οποίες είναι απαραίτητο να εκτελέσει τις λειτουργίες του.
Τρεις πηγές επανασύνθεσης ATP στα κύτταρα του ανθρώπινου σώματος. Προφανώς, οι μακρινοί πρόγονοι των κυττάρων του ανθρώπινου σώματος υπήρχαν πριν από πολλά εκατομμύρια χρόνια, περιτριγυρισμένοι από φυτικά κύτταρα, τα οποία τους προμήθευαν σε περίσσεια με υδατάνθρακες και δεν υπήρχε αρκετό οξυγόνο ή καθόλου. Οι υδατάνθρακες είναι το πιο χρησιμοποιούμενο συστατικό των θρεπτικών συστατικών για την παραγωγή ενέργειας στον οργανισμό. Και παρόλο που τα περισσότερα κύτταρα του ανθρώπινου σώματος έχουν αποκτήσει την ικανότητα να χρησιμοποιούν πρωτεΐνες και λίπη ως ενεργειακές πρώτες ύλες, ορισμένα (για παράδειγμα, νεύρα, ερυθρό αίμα, αρσενικά αναπαραγωγικά κύτταρα) μπορούν να παράγουν ενέργεια μόνο μέσω της οξείδωσης των υδατανθράκων.
Οι διαδικασίες πρωτογενούς οξείδωσης των υδατανθράκων - ή μάλλον της γλυκόζης, που είναι, στην πραγματικότητα, το κύριο υπόστρωμα οξείδωσης στα κύτταρα - συμβαίνουν απευθείας στο κυτταρόπλασμα: εκεί βρίσκονται τα σύμπλοκα ενζύμων, λόγω των οποίων το μόριο γλυκόζης καταστρέφεται μερικώς , και η εκλυόμενη ενέργεια αποθηκεύεται με τη μορφή ATP. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται γλυκόλυση, μπορεί να λάβει χώρα σε όλα τα κύτταρα του ανθρώπινου σώματος χωρίς εξαίρεση. Ως αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης, από ένα μόριο γλυκόζης 6 άνθρακα, σχηματίζονται δύο μόρια πυροσταφυλικού οξέος 3 άνθρακα και δύο μόρια ΑΤΡ.
Η γλυκόλυση είναι μια πολύ γρήγορη αλλά σχετικά αναποτελεσματική διαδικασία. Το πυροσταφυλικό οξύ που σχηματίζεται στο κύτταρο μετά την ολοκλήρωση των αντιδράσεων γλυκόλυσης μετατρέπεται σχεδόν αμέσως σε γαλακτικό οξύ και μερικές φορές (για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια βαριάς μυϊκής εργασίας) σε πολύ μεγάλες ποσότητες απελευθερώνεται στο αίμα, καθώς είναι ένα μικρό μόριο που μπορεί ελεύθερα να περάσουν από την κυτταρική μεμβράνη. Μια τέτοια μαζική απελευθέρωση όξινων μεταβολικών προϊόντων στο αίμα διαταράσσει την ομοιόσταση και το σώμα πρέπει να ενεργοποιήσει ειδικούς ομοιοστατικούς μηχανισμούς για να αντιμετωπίσει τις συνέπειες της μυϊκής εργασίας ή άλλης ενεργού δράσης.
Το πυροσταφυλικό οξύ που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της γλυκόλυσης εξακολουθεί να περιέχει πολλή πιθανή χημική ενέργεια και μπορεί να χρησιμεύσει ως υπόστρωμα για περαιτέρω οξείδωση, αλλά αυτό απαιτεί ειδικά ένζυμα και οξυγόνο. Αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε πολλά κύτταρα, τα οποία περιέχουν ειδικά οργανίδια - μιτοχόνδρια. Η εσωτερική επιφάνεια των μιτοχονδριακών μεμβρανών αποτελείται από μεγάλα μόρια λιπιδίων και πρωτεϊνών, συμπεριλαμβανομένων μεγάλου αριθμού οξειδωτικών ενζύμων. Τα μόρια 3-άνθρακα που σχηματίζονται στο κυτταρόπλασμα, συνήθως οξικό οξύ (οξικό), διεισδύουν στα μιτοχόνδρια. Εκεί περιλαμβάνονται σε έναν συνεχώς τρέχοντα κύκλο αντιδράσεων, κατά τον οποίο άτομα άνθρακα και υδρογόνου διασπώνται εναλλάξ από αυτά τα οργανικά μόρια, τα οποία, όταν συνδυάζονται με οξυγόνο, μετατρέπονται σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Σε αυτές τις αντιδράσεις απελευθερώνεται μεγάλη ποσότητα ενέργειας, η οποία αποθηκεύεται με τη μορφή ATP. Κάθε μόριο πυροσταφυλικού οξέος, έχοντας περάσει από έναν πλήρη κύκλο οξείδωσης στα μιτοχόνδρια, επιτρέπει στο κύτταρο να λάβει 17 μόρια ATP. Έτσι, η πλήρης οξείδωση 1 μορίου γλυκόζης παρέχει στο κύτταρο 2 + 17x2 = 36 μόρια ATP. Είναι εξίσου σημαντικό τα λιπαρά οξέα και τα αμινοξέα, δηλαδή τα συστατικά των λιπών και των πρωτεϊνών, να μπορούν επίσης να συμπεριληφθούν στη διαδικασία της οξείδωσης των μιτοχονδρίων. Χάρη σε αυτή την ικανότητα, τα μιτοχόνδρια καθιστούν το κύτταρο σχετικά ανεξάρτητο από τις τροφές που τρώει το σώμα: σε κάθε περίπτωση, θα παραχθεί η απαιτούμενη ποσότητα ενέργειας.
Μέρος της ενέργειας αποθηκεύεται στο κύτταρο με τη μορφή μορίων φωσφορικής κρεατίνης (CRP), μικρότερα και πιο ευκίνητα από το ATP. Είναι αυτό το μικρό μόριο που μπορεί να μετακινηθεί γρήγορα από το ένα άκρο του κυττάρου στο άλλο - εκεί όπου χρειάζεται περισσότερο ενέργεια αυτή τη στιγμή. Το ίδιο το KrF δεν μπορεί να δώσει ενέργεια στις διαδικασίες σύνθεσης, μυϊκής σύσπασης ή αγωγής μιας νευρικής ώθησης: αυτό απαιτεί ATP. Αλλά από την άλλη, το KrF είναι εύκολα και πρακτικά χωρίς απώλεια ικανό να δώσει όλη την ενέργεια που περιέχεται σε αυτό στο μόριο διφωσφορικής αδεναζίνης (ADP), το οποίο μετατρέπεται αμέσως σε ATP και είναι έτοιμο για περαιτέρω βιοχημικούς μετασχηματισμούς.
Έτσι, η ενέργεια που δαπανάται κατά τη διάρκεια της λειτουργίας των κυττάρων, δηλ. Το ATP μπορεί να ανανεωθεί λόγω τριών βασικών διεργασιών: αναερόβιας (χωρίς οξυγόνο) γλυκόλυσης, αερόβιας (με τη συμμετοχή οξυγόνου) μιτοχονδριακής οξείδωσης και επίσης λόγω της μεταφοράς της φωσφορικής ομάδας από το KrF στο ADP.
Η πηγή φωσφορικής κρεατίνης είναι η πιο ισχυρή, αφού η αντίδραση του KrF με το ADP προχωρά πολύ γρήγορα. Ωστόσο, το απόθεμα CRF στο κύτταρο είναι συνήθως μικρό - για παράδειγμα, οι μύες μπορούν να λειτουργήσουν με τη μέγιστη προσπάθεια λόγω του CRF για όχι περισσότερο από 6-7 δευτερόλεπτα. Αυτό είναι συνήθως αρκετό για να πυροδοτήσει τη δεύτερη πιο ισχυρή - γλυκολυτική - πηγή ενέργειας. Σε αυτή την περίπτωση, ο πόρος των θρεπτικών συστατικών είναι πολλές φορές μεγαλύτερος, αλλά καθώς προχωρά η εργασία, εμφανίζεται μια αυξανόμενη ένταση της ομοιόστασης λόγω του σχηματισμού γαλακτικού οξέος και εάν μια τέτοια εργασία εκτελείται από μεγάλους μύες, δεν μπορεί να διαρκέσει περισσότερο από 1,5-2 λεπτά. Αλλά κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, τα μιτοχόνδρια ενεργοποιούνται σχεδόν πλήρως, τα οποία είναι σε θέση να κάψουν όχι μόνο γλυκόζη, αλλά και λιπαρά οξέα, η παροχή των οποίων στο σώμα είναι σχεδόν ανεξάντλητη. Επομένως, η αερόβια μιτοχονδριακή πηγή μπορεί να λειτουργήσει για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα, ωστόσο, η ισχύς της είναι σχετικά χαμηλή - 2-3 φορές μικρότερη από τη γλυκολυτική πηγή και 5 φορές μικρότερη από την ισχύ της φωσφορικής κρεατίνης.
Χαρακτηριστικά της οργάνωσης της παραγωγής ενέργειας σε διάφορους ιστούς του σώματος. Διαφορετικοί ιστοί έχουν διαφορετικό κορεσμό μιτοχονδρίων. Το λιγότερο από αυτά είναι στα οστά και το λευκό λίπος, πάνω απ 'όλα - στο καφέ λίπος, το συκώτι και τα νεφρά. Υπάρχουν αρκετά μιτοχόνδρια στα νευρικά κύτταρα. Οι μύες δεν έχουν υψηλή συγκέντρωση μιτοχονδρίων, αλλά λόγω του γεγονότος ότι οι σκελετικοί μύες είναι ο πιο ογκώδης ιστός του σώματος (περίπου το 40% του σωματικού βάρους ενός ενήλικα), είναι οι ανάγκες των μυϊκών κυττάρων που καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό την ένταση και κατεύθυνση όλων των διεργασιών του ενεργειακού μεταβολισμού. Ο IA Arshavsky το ονόμασε «ο ενεργειακός κανόνας των σκελετικών μυών».
Με την ηλικία, δύο σημαντικά συστατικά του ενεργειακού μεταβολισμού αλλάζουν ταυτόχρονα: η αναλογία των μαζών των ιστών με διαφορετική μεταβολική δραστηριότητα αλλάζει, καθώς και το περιεχόμενο των πιο σημαντικών οξειδωτικών ενζύμων σε αυτούς τους ιστούς. Ως αποτέλεσμα, ο ενεργειακός μεταβολισμός υφίσταται μάλλον περίπλοκες αλλαγές, αλλά γενικά η έντασή του μειώνεται με την ηλικία, και μάλιστα αρκετά σημαντικά.
Η σύγχρονη κατανόηση της διαδικασίας της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης χρονολογείται από την πρωτοποριακή εργασία των Belitser και Kalkar. Ο Kalkar διαπίστωσε ότι η αερόβια φωσφορυλίωση σχετίζεται με την αναπνοή. Ο Belitser μελέτησε λεπτομερώς τη στοιχειομετρική σχέση μεταξύ της συζευγμένης δέσμευσης φωσφορικών και πρόσληψης οξυγόνου και έδειξε ότι η αναλογία του αριθμού των μορίων ανόργανων φωσφορικών προς τον αριθμό των απορροφημένων ατόμων οξυγόνου
όταν η αναπνοή δεν είναι μικρότερη από δύο. Επισήμανε επίσης ότι η μεταφορά ηλεκτρονίων από το υπόστρωμα στο οξυγόνο είναι μια πιθανή πηγή ενέργειας για το σχηματισμό δύο ή περισσότερων μορίων ATP ανά ένα άτομο απορροφούμενου οξυγόνου.
Το μόριο NAD H χρησιμεύει ως δότης ηλεκτρονίων και η αντίδραση φωσφορυλίωσης έχει τη μορφή
Εν συντομία, αυτή η αντίδραση γράφεται ως
Η σύνθεση τριών μορίων ATP στην αντίδραση (15.11) συμβαίνει λόγω της μεταφοράς δύο ηλεκτρονίων του μορίου NAD H κατά μήκος της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων στο μόριο οξυγόνου. Σε αυτή την περίπτωση, η ενέργεια κάθε ηλεκτρονίου μειώνεται κατά 1,14 eV.
Στο υδάτινο περιβάλλον, με τη συμμετοχή ειδικών ενζύμων, γίνεται υδρόλυση των μορίων ΑΤΡ
Οι δομικοί τύποι των μορίων που εμπλέκονται στις αντιδράσεις (15.12) και (15.13) φαίνονται στο Σχ. 31.
Υπό φυσιολογικές συνθήκες, τα μόρια που εμπλέκονται στις αντιδράσεις (15.12) και (15.13) βρίσκονται σε διαφορετικά στάδια ιονισμού (ATP,). Ως εκ τούτου, τα χημικά σύμβολα σε αυτούς τους τύπους θα πρέπει να νοούνται ως ένας υπό όρους συμβολισμός των αντιδράσεων μεταξύ μορίων σε διαφορετικά στάδια ιονισμού. Σε σχέση με αυτό, μια αύξηση της ελεύθερης ενέργειας AG στην αντίδραση (15.12) και η μείωση της στην αντίδραση (15.13) εξαρτάται από τη θερμοκρασία, τη συγκέντρωση ιόντων και από την τιμή του pH του μέσου. Υπό τυπικές συνθήκες eV kcal / mol). Εάν εισάγουμε τις κατάλληλες διορθώσεις λαμβάνοντας υπόψη τις φυσιολογικές τιμές pH και τη συγκέντρωση των ιόντων μέσα στα κύτταρα, καθώς και τις συνήθεις τιμές των συγκεντρώσεων των μορίων ATP και ADP και ανόργανων φωσφορικών στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων, τότε για την ελεύθερη ενέργεια υδρόλυσης των μορίων ΑΤΡ λαμβάνουμε τιμή -0,54 eV (-12,5 kcal / mol). Η ελεύθερη ενέργεια της υδρόλυσης των μορίων ATP δεν είναι σταθερή. Μπορεί να μην είναι το ίδιο ακόμη και σε διαφορετικά σημεία του ίδιου κυττάρου, αν αυτά τα μέρη διαφέρουν σε συγκέντρωση.
Από την εμφάνιση του πρωτοποριακού έργου του Lipman (1941), ήταν γνωστό ότι τα μόρια ATP στο κύτταρο παίζουν το ρόλο μιας καθολικής βραχυπρόθεσμης αποθήκευσης και φορέα χημικής ενέργειας που χρησιμοποιείται στις περισσότερες ζωτικές διαδικασίες.
Η απελευθέρωση ενέργειας κατά τη διαδικασία της υδρόλυσης του μορίου ATP συνοδεύεται από τον μετασχηματισμό των μορίων
Σε αυτή την περίπτωση, η διάσπαση του δεσμού που υποδεικνύεται από το σύμβολο οδηγεί στην απομάκρυνση του υπολείμματος φωσφορικού οξέος. Με την πρόταση του Λίπμαν, ένας τέτοιος δεσμός έγινε γνωστός ως «φωσφορικός δεσμός πλούσιος σε ενέργεια» ή «δεσμός υψηλής ενέργειας». Αυτό το όνομα είναι εξαιρετικά ατυχές. Δεν αντικατοπτρίζει καθόλου την ενέργεια των διεργασιών που συμβαίνουν κατά την υδρόλυση. Η απελευθέρωση της ελεύθερης ενέργειας δεν προκαλείται από το σπάσιμο ενός δεσμού (ένα τέτοιο σπάσιμο απαιτεί πάντα ενεργειακή δαπάνη), αλλά από την αναδιάταξη όλων των μορίων που συμμετέχουν στις αντιδράσεις, το σχηματισμό νέων δεσμών και την αναδιάταξη των κελυφών διαλυτοποίησης κατά τη διάρκεια της αντίδραση.
Όταν το μόριο NaCl διαλύεται στο νερό, σχηματίζονται ενυδατωμένα ιόντα. Το κέρδος ενέργειας κατά την ενυδάτωση επικαλύπτει την κατανάλωση ενέργειας όταν σπάσει ο δεσμός στο μόριο NaCl. Θα ήταν περίεργο να αποδοθεί αυτό το ενεργειακό κέρδος στον «δεσμό υψηλής ενέργειας» στο μόριο NaCl.
Όπως είναι γνωστό, κατά τη σχάση βαρέων ατομικών πυρήνων, απελευθερώνεται μεγάλη ποσότητα ενέργειας, η οποία δεν σχετίζεται με το σπάσιμο δεσμών υψηλής ενέργειας, αλλά οφείλεται στην αναδιάταξη των θραυσμάτων σχάσης και στη μείωση της απώθησης Kulop. ενέργεια μεταξύ νουκλεονίων σε κάθε θραύσμα.
Η δίκαιη κριτική της έννοιας των «μακροεργικών συνδέσεων» έχει εκφραστεί περισσότερες από μία φορές. Ωστόσο, αυτή η έννοια έχει εφαρμοστεί ευρέως στην επιστημονική βιβλιογραφία. Μεγάλο
Πίνακας 8
Συντακτικοί τύποι φωσφορυλιωμένων ενώσεων: α - φωσφοενολυρουβικό; b - 1,3-διφωσφογλυκερικό; γ - φωσφορική κρεατίνη. - Ι-φωσφορική γλυκόζη. - 6-φωσφορική γλυκόζη.
Δεν υπάρχει πρόβλημα σε αυτό εάν η έκφραση "φωσφορικός δεσμός υψηλής ενέργειας" χρησιμοποιείται συμβατικά, ως μια σύντομη περιγραφή ολόκληρου του κύκλου μετασχηματισμών που συμβαίνουν σε ένα υδατικό διάλυμα με την αντίστοιχη παρουσία άλλων ιόντων, pH κ.λπ.
Έτσι, η έννοια της ενέργειας του φωσφορικού δεσμού, που χρησιμοποιείται από τους βιοχημικούς, χαρακτηρίζει συμβατικά τη διαφορά μεταξύ της ελεύθερης ενέργειας των αρχικών ουσιών και της ελεύθερης ενέργειας των προϊόντων των αντιδράσεων υδρόλυσης, στις οποίες χωρίζονται φωσφορικές ομάδες. Αυτή η έννοια δεν πρέπει να συγχέεται με την έννοια της ενέργειας χημικού δεσμού μεταξύ δύο ομάδων ατόμων σε ένα ελεύθερο μόριο. Το τελευταίο χαρακτηρίζει την ενέργεια που απαιτείται για να σπάσει ο δεσμός.
Τα κύτταρα περιέχουν έναν αριθμό φωσφορυλιωμένων ενώσεων, η υδρόλυση των οποίων στο κυτταρόπλασμα συνδέεται με την απελευθέρωση ελεύθερης ενέργειας. Οι τιμές των τυπικών ελεύθερων ενεργειών υδρόλυσης ορισμένων από αυτές τις ενώσεις δίνονται στον πίνακα. 8. Οι συντακτικοί τύποι αυτών των ενώσεων φαίνονται στο Σχ. 31 και 35.
Οι μεγάλες αρνητικές τιμές των τυπικών ελεύθερων ενεργειών υδρόλυσης οφείλονται στην ενέργεια ενυδάτωσης αρνητικά φορτισμένων προϊόντων υδρόλυσης και στην αναδιάταξη των ηλεκτρονικών τους κελύφους. Από το τραπέζι. 8 προκύπτει ότι η τιμή της τυπικής ελεύθερης ενέργειας υδρόλυσης του μορίου ATP καταλαμβάνει μια ενδιάμεση θέση μεταξύ των ενώσεων "υψηλής ενέργειας" (phosphoenolpyru-nat) και "χαμηλής ενέργειας" (γλυκόζη-6-φωσφορική). Αυτός είναι ένας από τους λόγους που το μόριο ATP είναι ένας βολικός παγκόσμιος φορέας φωσφορικών ομάδων.
Με τη βοήθεια ειδικών ενζύμων, τα μόρια ATP και ADP επικοινωνούν μεταξύ υψηλής και χαμηλής ενέργειας
φωσφορικές ενώσεις. Για παράδειγμα, το ένζυμο πυροσταφυλική κινάση μεταφέρει φωσφορικό άλας από φωσφοενολοπυροσταφυλικό στο ADP. Ως αποτέλεσμα της αντίδρασης, σχηματίζεται πυροσταφυλικό και ένα μόριο ΑΤΡ. Περαιτέρω, χρησιμοποιώντας το ένζυμο εξοκινάση, το μόριο ATP μπορεί να μεταφέρει τη φωσφορική ομάδα σε D-γλυκόζη, μετατρέποντάς την σε 6-φωσφορική γλυκόζη. Το συνολικό προϊόν αυτών των δύο αντιδράσεων θα μειωθεί στον μετασχηματισμό
Είναι πολύ σημαντικό οι αντιδράσεις αυτού του τύπου να μπορούν να προχωρήσουν μόνο σε ένα ενδιάμεσο στάδιο, στο οποίο εμπλέκονται απαραίτητα μόρια ATP και ADP.
Δοκιμή. Μοριακό επίπεδο. Επιλογή 1. Βαθμός 9.
Α1 Ποιο από τα χημικά στοιχεία περιέχεται στα κύτταρα στη μεγαλύτερη ποσότητα:
1.άζωτο
2.οξυγόνο
3. έτος άνθρακα
4.υδρογόνο
Α2. Ονομάστε το χημικό στοιχείο που αποτελεί μέρος του ATP, όλα τα μονομερή των πρωτεϊνών και των νουκλεϊκών οξέων.
1) N 2) P 3) S 4) Fe
A3 Προσδιορίστε μια χημική ένωση που ΔΕΝ είναι υδατάνθρακας.
1) λακτόζη 2) χιτίνη 3) κερατίνη 4) άμυλο
A4.Πώς ονομάζεται η δομή μιας πρωτεΐνης, η οποία είναι μια σπείρα μιας αλυσίδας αμινοξέων τυλιγμένη στο διάστημα σε μια μπάλα;
A5 Στα ζωικά κύτταρα, ο αποθηκευτικός υδατάνθρακας είναι:
1.άμυλο
2.κυτταρίνη
3.γλυκόζη
4.γλυκογόνο
Α6. Η κύρια πηγή ενέργειας για τα νεογέννητα θηλαστικά είναι:
1.γλυκόζη
2.άμυλο
3.γλυκογόνο
4.λακτόζη
A7.Τι είναι ένα μονομερές RNA;
1) αζωτούχα βάση 2) νουκλεοτίδιο 3) ριβόζη 4) ουρακίλη
Α8.Πόσα είδη αζωτούχων βάσεων περιλαμβάνονται στο μόριο RNA;
1)5 2)2 3)3 4)4
Α9. Ποια αζωτούχα βάση του DNA είναι συμπληρωματική της κυτοσίνης;
1) αδενίνη 2) γουανίνη 3) ουρακίλη 4) θυμίνη
Α10. Ο παγκόσμιος βιολογικός συσσωρευτής ενέργειας είναι τα μόρια
1) .πρωτεΐνες 2) .λιπίδια 3) .DNA 4) .ATP
Α11. Σε ένα μόριο DNA, η ποσότητα των νουκλεοτιδίων με γουανίνη είναι το 5% του συνόλου. Πόσα νουκλεοτίδια με θυμίνη υπάρχουν σε αυτό το μόριο
1).40% 2).45% 3).90% 4).95%
A12. Ποιος είναι ο ρόλος των μορίων ATP στο κύτταρο;
1-παροχή λειτουργίας μεταφοράς 2-μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών
3-παρέχουν ζωτικές διεργασίες με ενέργεια 4-επιταχύνουν τη βιοχημική
αντιδράσεις
ΣΕ 1. Ποιες λειτουργίες επιτελούν οι υδατάνθρακες στο κύτταρο;
Καταλυτική 4) δομική
Ενέργεια 5) αποθήκευση
Κινητήρας 6) συσταλτικός
ΣΤΟ 2. Ποια είναι τα δομικά συστατικά των νουκλεοτιδίων του μορίου του DNA;
Διάφορα οξέα
Λιποπρωτεΐνες
Υδατάνθρακας δεοξυριβόζης
Νιτρικό οξύ
Φωσφορικό οξύ
ΣΤΙΣ 3. Καθιερώστε μια αντιστοιχία μεταξύ της δομής και της λειτουργίας της οργανικής ύλης και του τύπου της:
ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΤΗΣ ΟΥΣΙΑΣ
Α. αποτελούνται από υπολείμματα γλυκερίνης και μόρια λιπαρών οξέων 1.λιπίδια
Β. αποτελούνται από υπολείμματα μορίων αμινοξέων 2. Πρωτεΐνες
Β. Συμμετοχή στη θερμορύθμιση
Δ. Προστατέψτε το σώμα από ξένες ουσίες
Δ. σχηματίζονται λόγω πεπτιδικών δεσμών.
Ε. Είναι οι πιο ενεργοβόρες.
Γ1. Λύσε το πρόβλημα.
Το μόριο DNA περιέχει 1250 νουκλεοτίδια με αδενίνη (Α), που είναι το 20% του συνολικού αριθμού τους. Προσδιορίστε πόσα νουκλεοτίδια με θυμίνη (T), κυτοσίνη (C) και γουανίνη (G) περιέχονται χωριστά στο μόριο DNA. Εξηγήστε την απάντηση.
Σύνολο: 21 βαθμοί
Κριτήρια αξιολόγησης:
19 -21 βαθμοί - "5"
13 - 18 πόντοι - "4"
9 - 12 βαθμοί - "3"
1 - 8 βαθμοί - "2"
Δοκιμή. Μοριακό επίπεδο. Επιλογή 2. Βαθμός 9
A1 Το μερίδιο τεσσάρων χημικών στοιχείων αποτελεί το 98% του συνολικού περιεχομένου του κυττάρου. Υποδείξτε ένα χημικό στοιχείο που ΔΕΝ σχετίζεται με αυτά.
1) О 2) Р 3) С 4) Ν
Α2. Τα παιδιά αναπτύσσουν ραχίτιδα με έλλειψη:
1.μαγγάνιο και σίδηρος
2.ασβέστιο και φώσφορο
3.χαλκός και ψευδάργυρος
4.θείο και άζωτο
Α3 Ονομάστε τον δισακχαρίτη.
1) λακτόζη 2) φρουκτόζη 3) άμυλο 4) γλυκογόνο
Α4. Πώς ονομάζεται η δομή μιας πρωτεΐνης, η οποία είναι μια σπείρα, η οποία είναι τυλιγμένη σε μια αλυσίδα αμινοξέων;
1) πρωτοβάθμια 2) δευτεροβάθμια 3) τριτογενής 4) τεταρτοταγής
A5 Στα φυτικά κύτταρα, ο αποθηκευτικός υδατάνθρακας είναι:
1.άμυλο
2.κυτταρίνη
3.γλυκόζη
4.γλυκογόνο
Α6. Η μεγαλύτερη ποσότητα ενέργειας απελευθερώνεται κατά την αποσύνθεση 1 γραμμαρίου:
1.λίπος
2.σκίουρος
3.γλυκόζη
4.υδατάνθρακες
A7.Τι είναι ένα μονομερές DNA;
1) αζωτούχα βάση 2) νουκλεοτίδιο 3) δεοξυριβόζη 4) ουρακίλη
A8.Πόσες πολυνουκλεοτιδικές έλικες περιλαμβάνονται σε ένα μόριο DNA;
1)1 2)2 3)3 4)4
Α9. Ονομάστε μια χημική ένωση που υπάρχει στο RNA, αλλά απουσιάζει στο DNA.
1) θυμίνη 2) δεοξυμυριβόζη 3) ριβόζη 4) γουανίνη
Α10. Η πηγή ενέργειας του κυττάρου είναι τα μόρια
1) .πρωτεΐνες 2) .λιπίδια 3) .DNA 4) .ATP
Α11. Σε ένα μόριο DNA, η ποσότητα των νουκλεοτιδίων με κυτοσίνη είναι το 5% του συνόλου. Πόσα νουκλεοτίδια με θυμίνη υπάρχουν σε αυτό το μόριο
1).40% 2).45% 3).90% 4).95%
A12. Ποιες ενώσεις περιλαμβάνονται στο ATP;
1-αζωτούχα βάση αδενίνη, υδατάνθρακας ριβόζη, 3 μόρια φωσφορικού οξέος
Γουανίνη 2-αζωτούχου βάσης, φρουκτόζη ζάχαρης, υπόλειμμα φωσφορικού οξέος.
3-ριβόζη, γλυκερίνη και οποιοδήποτε αμινοξύ
Μέρος Β (επιλέξτε τρεις σωστές απαντήσεις από τις έξι προτεινόμενες)
ΣΕ 1. Τα λιπίδια εκτελούν λειτουργίες:
Ενζυματική 4) μεταφορά
Ενέργεια 5) αποθήκευση
Ορμονική 6) μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών
ΣΤΟ 2. Ποια είναι τα δομικά συστατικά των νουκλεοτιδίων του μορίου RNA;
Αζωτούχες βάσεις: A, U, G, Ts.
Διάφορα οξέα
Αζωτούχες βάσεις: A, T, G, C.
Υδατάνθρακας ριβόζης
Νιτρικό οξύ
Φωσφορικό οξύ
ΣΤΙΣ 3. Καθιερώστε μια αντιστοιχία μεταξύ των χαρακτηριστικών και των μορίων για τα οποία είναι χαρακτηριστικά.
ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΜΟΡΙΑΚΟΥ
Α) ευδιάλυτο στο νερό 1) μονοσακχαρίτες
Β) έχουν γλυκιά γεύση 2) πολυσακχαρίτες
Γ) χωρίς γλυκιά γεύση
Δ) γλυκόζη, ριβόζη, φρουκτόζη
Ε) αδιάλυτο στο νερό
Ε) άμυλο, γλυκογόνο, χιτίνη.
Γ1. Το μόριο DNA περιέχει 1100 νουκλεοτίδια με κυτοσίνη (C), που είναι το 20% του συνολικού τους αριθμού. Προσδιορίστε πόσα νουκλεοτίδια με θυμίνη (Τ), γουανίνη (G), αδενίνη (Α) περιέχονται χωριστά στο μόριο DNA, εξηγήστε το αποτέλεσμα που προέκυψε.
Μέρος Α - 1 βαθμός (μέγιστο 12 βαθμοί)
Μέρος Β - 2 βαθμοί (μέγιστο 6 βαθμοί)
Μέρος Γ - 3 βαθμοί (μέγιστο 3 βαθμοί)
Σύνολο: 21 βαθμοί
Κριτήρια αξιολόγησης:
19 - 21 πόντοι - "5"
13 - 18 πόντοι - "4"
9 - 12 βαθμοί - "3"
1 - 8 βαθμοί - "2"
Κατά τη διαδικασία των βιοχημικών μετασχηματισμών των ουσιών, οι χημικοί δεσμοί σπάνε, συνοδευόμενοι από την απελευθέρωση ενέργειας. Είναι δωρεάν, δυνητική ενέργεια που δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα από τους ζωντανούς οργανισμούς. Πρέπει να μεταμορφωθεί. Υπάρχουν δύο καθολικές μορφές ενέργειας που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ένα κύτταρο για να κάνουν διαφορετικά είδη εργασίας:
1) Χημική ενέργεια, ενέργεια δεσμών υψηλής ενέργειας χημικών ενώσεων. Οι χημικοί δεσμοί ονομάζονται μακροεργικοί εάν, όταν σπάσουν, απελευθερώνεται μεγάλη ποσότητα ελεύθερης ενέργειας. Οι ενώσεις με τέτοιες συνδέσεις είναι υψηλής ενέργειας. Το μόριο ATP έχει δεσμούς υψηλής ενέργειας και έχει ορισμένες ιδιότητες που καθορίζουν τον σημαντικό ρόλο του στον ενεργειακό μεταβολισμό των κυττάρων:
· Θερμοδυναμική αστάθεια.
· Υψηλή χημική σταθερότητα. Παρέχει αποτελεσματική αποθήκευση ενέργειας επειδή αποτρέπει τη διάχυση ενέργειας με τη μορφή θερμότητας.
· Το μικρό μέγεθος του μορίου ATP καθιστά εύκολη τη διάχυση σε διάφορα μέρη του κυττάρου, όπου είναι απαραίτητη η παροχή ενέργειας από το εξωτερικό για την εκτέλεση χημικών, οσμωτικών ή χημικών εργασιών.
· Η μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας κατά την υδρόλυση του ATP έχει μέση τιμή, η οποία του επιτρέπει να εκτελεί ενεργειακές λειτουργίες με τον καλύτερο τρόπο, δηλαδή να μεταφέρει ενέργεια από ενώσεις υψηλής ενέργειας σε ενώσεις χαμηλής ενέργειας.
Το ATP είναι ένας παγκόσμιος συσσωρευτής ενέργειας για όλους τους ζωντανούς οργανισμούς· η ενέργεια αποθηκεύεται στα μόρια του ATP για πολύ μικρό χρονικό διάστημα (η διάρκεια ζωής του ATP-1/3 του δευτερολέπτου). Ξοδεύεται αμέσως για την παροχή ενέργειας για όλες τις διεργασίες που συμβαίνουν αυτή τη στιγμή.Η ενέργεια που περιέχεται στο μόριο ATP μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε αντιδράσεις που συμβαίνουν στο κυτταρόπλασμα (στις περισσότερες βιοσυνθέσεις, καθώς και σε ορισμένες διεργασίες που εξαρτώνται από τη μεμβράνη).
2) Ηλεκτροχημική ενέργεια (ενέργεια του διαμεμβρανικού δυναμικού του υδρογόνου) Δ. Όταν τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται κατά μήκος της οξειδοαναγωγικής αλυσίδας, σε εντοπισμένες μεμβράνες ενός συγκεκριμένου τύπου, που ονομάζονται παραγωγή ενέργειας ή σύζευξη, εμφανίζεται μια ανομοιόμορφη κατανομή πρωτονίων στο χώρο και στις δύο πλευρές της μεμβράνης, δηλαδή μια εγκάρσια προσανατολισμένη ή διαμεμβρανική βαθμίδα υδρογόνου Δ, μετρούμενη σε βολτ, εμφανίζεται στη μεμβράνη.το Δ που προκύπτει οδηγεί στη σύνθεση μορίων ΑΤΡ. Η ενέργεια με τη μορφή Δ μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διάφορες ενεργειακά εξαρτώμενες διαδικασίες που εντοπίζονται στη μεμβράνη:
· Για την απορρόφηση του DNA στη διαδικασία του γενετικού μετασχηματισμού.
· Για τη μεταφορά πρωτεϊνών κατά μήκος της μεμβράνης.
· Να εξασφαλιστεί η μετακίνηση πολλών προκαρυωτών.
· Να εξασφαλιστεί η ενεργός μεταφορά μορίων και ιόντων μέσω της κυτταροπλασματικής μεμβράνης.
Δεν μετατρέπεται όλη η ελεύθερη ενέργεια που λαμβάνεται κατά την οξείδωση των ουσιών σε μορφή προσβάσιμη στο κύτταρο και συσσωρεύεται σε ATP. Μέρος της ελεύθερης ενέργειας που προκύπτει διαχέεται με τη μορφή θερμότητας, σπανιότερα φωτός και ηλεκτρικής ενέργειας. Εάν το κύτταρο αποθηκεύει περισσότερη ενέργεια από ό,τι μπορεί να ξοδέψει σε όλες τις διαδικασίες που καταναλώνουν ενέργεια, συνθέτει μια μεγάλη ποσότητα ουσιών αποθήκευσης υψηλής μοριακής απόδοσης (λιπίδια). Εάν είναι απαραίτητο, αυτές οι ουσίες υφίστανται βιοχημικούς μετασχηματισμούς και τροφοδοτούν το κύτταρο με ενέργεια.