Główny akumulator energii w żywej komórce. Test z biologii na „Poziomie molekularnym” (klasa 9). Akumulatory energii w ciele

Dzięki energii światła w fotosyntetyzujących komórkach powstaje ATP i niektóre inne molekuły, które pełnią rolę pewnego rodzaju akumulatorów energii. Elektron wzbudzony światłem oddaje energię do fosforylacji ADP i powstaje ATP. Akumulator energii, oprócz ATP, jest złożonym związkiem organicznym – fosforanem dinukleotydu nikotynamidoadeninowego, w skrócie NADP+ (tak określa się jego formę utlenioną). Związek ten wychwytuje elektrony i jon wodorowy (proton) wzbudzony światłem i jest w wyniku tego redukowany do NADPH. (Skróty: NADP + i NADP-N - odczytuje się odpowiednio jako NADEP i NADEP-ASh, ostatnia litera to symbol atomu wodoru.) Na ryc. 35 przedstawia pierścień nikotynamidowy niosący bogaty w energię atom wodoru i elektrony. Dzięki energii ATP i przy udziale NADPH dwutlenek węgla jest redukowany do glukozy. Wszystkie te złożone procesy zachodzą w komórkach roślinnych w wyspecjalizowanych organellach komórkowych.

ATP jest uniwersalną „walutą” energetyczną komórki. Jednym z najbardziej zdumiewających „wynalazków” natury są molekuły tzw. substancji „wysokoenergetycznych”, w których strukturze chemicznej znajduje się jedno lub więcej wiązań służących jako urządzenia magazynujące energię. Kilka podobnych cząsteczek znaleziono w żywej przyrodzie, ale tylko jedna z nich występuje w ludzkim organizmie – kwas adenozynotrifosforowy (ATP). Jest to dość złożona cząsteczka organiczna, do której przyłączone są 3 ujemnie naładowane reszty nieorganicznego kwasu fosforowego PO. To właśnie te reszty fosforu są związane z organiczną częścią cząsteczki za pomocą wiązań „wysokoenergetycznych”, które łatwo ulegają zniszczeniu podczas różnych reakcji wewnątrzkomórkowych. Jednak energia tych wiązań nie jest rozpraszana w przestrzeni w postaci ciepła, ale jest wykorzystywana do ruchu lub interakcji chemicznych innych cząsteczek. To dzięki tej właściwości ATP pełni w komórce funkcję uniwersalnego magazynu (akumulatora) energii, a także uniwersalnej „waluty”. W końcu prawie każda przemiana chemiczna zachodząca w komórce albo pochłania, albo uwalnia energię. Zgodnie z prawem zachowania energii, całkowita ilość energii wytworzonej w wyniku reakcji utleniania i zmagazynowanej w postaci ATP jest równa ilości energii, którą komórka może wykorzystać do swoich procesów syntezy i wykonywania dowolnych funkcji. Jako „zapłatę” za możliwość wykonania tej lub innej czynności, komórka zmuszona jest wydać zapas ATP. W tym przypadku należy szczególnie podkreślić: cząsteczka ATP jest tak duża, że ​​nie jest w stanie przejść przez błonę komórkową. Dlatego ATP utworzone w jednej komórce nie może być wykorzystane przez inną komórkę. Każda komórka organizmu jest zmuszona do syntezy ATP na własne potrzeby w ilościach, w jakich jest to niezbędne do wykonywania jej funkcji.

Trzy źródła resyntezy ATP w komórkach ludzkiego ciała. Najwyraźniej dalecy przodkowie komórek ludzkiego ciała istniały wiele milionów lat temu, otoczeni komórkami roślinnymi, które dostarczały im nadmiar węglowodanów, a tlenu było za mało lub wcale. To właśnie węglowodany są najczęściej wykorzystywanym składnikiem składników odżywczych do produkcji energii w organizmie. I chociaż większość komórek ludzkiego ciała nabyła zdolność wykorzystywania białek i tłuszczów jako surowców energetycznych, niektóre (na przykład nerwy, czerwona krew, męskie komórki rozrodcze) są w stanie wytwarzać energię tylko poprzez utlenianie węglowodanów.

Procesy pierwotnego utleniania węglowodanów - a raczej glukozy, która w rzeczywistości jest głównym substratem utleniania w komórkach - zachodzą bezpośrednio w cytoplazmie: to tam znajdują się kompleksy enzymatyczne, dzięki którym cząsteczka glukozy jest częściowo zniszczona , a uwolniona energia jest magazynowana w postaci ATP. Proces ten nazywany jest glikolizą, może zachodzić bez wyjątku we wszystkich komórkach ludzkiego ciała. W wyniku tej reakcji z jednej 6-węglowej cząsteczki glukozy powstają dwie 3-węglowe cząsteczki kwasu pirogronowego i dwie cząsteczki ATP.

Glikoliza to bardzo szybki, ale stosunkowo nieefektywny proces. Powstający w komórce kwas pirogronowy po zakończeniu reakcji glikolizy jest prawie natychmiast przekształcany w kwas mlekowy i czasami (np. podczas ciężkiej pracy mięśni) w bardzo dużych ilościach jest uwalniany do krwi, ponieważ jest to mała cząsteczka, która może swobodnie przechodzą przez błonę komórkową. Tak masowe uwalnianie kwaśnych produktów przemiany materii do krwi zaburza homeostazę, a organizm musi włączyć specjalne mechanizmy homeostatyczne, aby poradzić sobie z konsekwencjami pracy mięśni lub innego aktywnego działania.

Powstający w wyniku glikolizy kwas pirogronowy nadal zawiera dużo potencjalnej energii chemicznej i może służyć jako substrat do dalszego utleniania, ale wymaga to specjalnych enzymów i tlenu. Proces ten zachodzi w wielu komórkach, które zawierają specjalne organelle – mitochondria. Wewnętrzna powierzchnia błon mitochondrialnych składa się z dużych cząsteczek lipidów i białek, w tym dużej liczby enzymów oksydacyjnych. Powstające w cytoplazmie cząsteczki 3-węglowe, zwykle kwas octowy (octan), przenikają do mitochondriów. Tam są włączone w ciągły cykl reakcji, podczas których atomy węgla i wodoru są naprzemiennie oddzielane od tych organicznych cząsteczek, które w połączeniu z tlenem zamieniają się w dwutlenek węgla i wodę. W reakcjach tych uwalniana jest duża ilość energii, która jest magazynowana w postaci ATP. Każda cząsteczka kwasu pirogronowego, po przejściu pełnego cyklu utleniania w mitochondriach, umożliwia komórce otrzymanie 17 cząsteczek ATP. Zatem całkowite utlenienie 1 cząsteczki glukozy dostarcza komórce 2 + 17x2 = 36 cząsteczek ATP. Równie ważne jest to, że kwasy tłuszczowe i aminokwasy, czyli składniki tłuszczów i białek, również mogą zostać włączone do procesu utleniania mitochondriów. Dzięki tej zdolności mitochondria czynią komórkę względnie niezależną od tego, jakie pokarmy spożywa organizm: w każdym przypadku wytworzona zostanie wymagana ilość energii.

Część energii jest magazynowana w komórce w postaci cząsteczek fosforanu kreatyny (CRP), mniejszych i bardziej mobilnych niż ATP. To właśnie ta mała cząsteczka może szybko przemieszczać się z jednego końca komórki na drugi – tam, gdzie w danej chwili energia jest najbardziej potrzebna. Sam KrF nie może dostarczać energii procesom syntezy, skurczu mięśni lub przewodzeniu impulsu nerwowego: wymaga to ATP. Ale z drugiej strony KrF łatwo i praktycznie bez strat jest w stanie oddać całą zawartą w nim energię cząsteczce adenazynodifosforanu (ADP), która natychmiast zamienia się w ATP i jest gotowa do dalszych przemian biochemicznych.

Zatem energia zużywana w trakcie funkcjonowania komórki, czyli m.in. ATP można odnowić dzięki trzem głównym procesom: beztlenowej (beztlenowej) glikolizie, tlenowej (z udziałem tlenu) oksydacji mitochondrialnej, a także dzięki przeniesieniu grupy fosforanowej z KrF do ADP.

Najsilniejsze jest źródło fosforanu kreatyny, ponieważ reakcja KrF z ADP przebiega bardzo szybko. Jednak zapas CRF w komórce jest zwykle niewielki – np. mięśnie mogą pracować z maksymalnym wysiłkiem z powodu CRF nie dłużej niż 6-7 sekund. Zwykle wystarcza to do uruchomienia drugiego najpotężniejszego - glikolitycznego - źródła energii. W tym przypadku zasób składników odżywczych jest wielokrotnie większy, ale w miarę postępu pracy dochodzi do narastającego napięcia homeostazy na skutek powstawania kwasu mlekowego, a jeśli taką pracę wykonują duże mięśnie, nie może ona trwać dłużej niż 1,5-2 minuty. Ale w tym czasie prawie całkowicie aktywowane są mitochondria, które są w stanie spalić nie tylko glukozę, ale także kwasy tłuszczowe, których podaż w organizmie jest niemal niewyczerpana. Zatem tlenowe źródło mitochondrialne może działać bardzo długo, jednak jego moc jest stosunkowo niska – 2-3 razy mniej niż źródło glikolityczne i 5 razy mniej niż moc fosforanu kreatyny.

Cechy organizacji produkcji energii w różnych tkankach ciała. Różne tkanki mają różne nasycenie mitochondriów. Najmniej jest ich w kościach i tłuszczu białym, a przede wszystkim w tłuszczu brunatnym, wątrobie i nerkach. W komórkach nerwowych jest sporo mitochondriów. Mięśnie nie posiadają wysokiego stężenia mitochondriów, ale z uwagi na to, że mięśnie szkieletowe są najmasywniejszą tkanką ciała (ok. 40% masy ciała osoby dorosłej), to właśnie potrzeby komórek mięśniowych w dużej mierze determinują intensywność i kierunek wszystkich procesów metabolizmu energetycznego. IA Arshavsky nazwał to „regułą energii mięśni szkieletowych”.

Wraz z wiekiem zmieniają się jednocześnie dwa ważne składniki metabolizmu energetycznego: zmienia się stosunek mas tkanek o różnej aktywności metabolicznej, a także zawartość najważniejszych enzymów oksydacyjnych w tych tkankach. W efekcie metabolizm energetyczny ulega dość złożonym zmianom, ale generalnie jego intensywność maleje wraz z wiekiem i to dość znacząco.

Współczesne rozumienie procesu fosforylacji oksydacyjnej sięga pionierskich prac Belitsera i Kalkara. Kalkar odkrył, że fosforylacja tlenowa jest związana z oddychaniem. Belitser szczegółowo zbadał zależność stechiometryczną między sprzężonym wiązaniem fosforanu a poborem tlenu i wykazał, że stosunek liczby cząsteczek nieorganicznego fosforanu do liczby zaabsorbowanych atomów tlenu

kiedy oddychanie wynosi nie mniej niż dwa. Wskazał również, że przeniesienie elektronów z podłoża do tlenu jest możliwym źródłem energii do powstania dwóch lub więcej cząsteczek ATP na jeden atom pochłoniętego tlenu.

Cząsteczka NAD H służy jako donor elektronów, a reakcja fosforylacji ma postać

Krótko mówiąc, ta reakcja jest zapisana jako

Synteza trzech cząsteczek ATP w reakcji (15.11) zachodzi w wyniku przeniesienia dwóch elektronów cząsteczki NAD H wzdłuż łańcucha transportu elektronów do cząsteczki tlenu. W tym przypadku energia każdego elektronu spada o 1,14 eV.

W środowisku wodnym przy udziale specjalnych enzymów zachodzi hydroliza cząsteczek ATP

Wzory strukturalne cząsteczek biorących udział w reakcjach (15.12) i (15.13) pokazano na ryc. 31.

W warunkach fizjologicznych cząsteczki biorące udział w reakcjach (15.12) i (15.13) znajdują się na różnych etapach jonizacji (ATP). Dlatego symbole chemiczne w tych wzorach należy rozumieć jako warunkowy zapis reakcji między cząsteczkami na różnych etapach jonizacji. W związku z tym wzrost energii swobodnej AG w reakcji (15.12) i jej spadek w reakcji (15.13) zależy od temperatury, stężenia jonów i wartości pH ośrodka. W standardowych warunkach eV kcal / mol). Jeżeli wprowadzimy odpowiednie poprawki uwzględniające fizjologiczne wartości pH i stężenia jonów wewnątrz komórek, a także zwykłe wartości stężeń cząsteczek ATP i ADP oraz fosforanów nieorganicznych w cytoplazmie komórek, to dla energii swobodnej hydrolizy cząsteczek ATP otrzymujemy wartość -0,54 eV (-12,5 kcal/mol). Energia swobodna hydrolizy cząsteczek ATP nie jest stała. Może nie być taki sam nawet w różnych miejscach tej samej komórki, jeśli te miejsca różnią się koncentracją.

Od pojawienia się pionierskiej pracy Lipmana (1941) wiadomo było, że cząsteczki ATP w komórce pełnią rolę uniwersalnego, krótkotrwałego magazynu i nośnika energii chemicznej wykorzystywanej w większości procesów życiowych.

Uwolnieniu energii w procesie hydrolizy cząsteczki ATP towarzyszy przemiana cząsteczek

W takim przypadku rozerwanie wiązania wskazanego symbolem prowadzi do usunięcia reszty kwasu fosforowego. Za sugestią Lipmana takie wiązanie stało się znane jako „bogate w energię wiązanie fosforanowe” lub „wiązanie o wysokiej energii”. Ta nazwa jest wyjątkowo niefortunna. W ogóle nie odzwierciedla energetyki procesów zachodzących podczas hydrolizy. Uwalnianie energii swobodnej jest spowodowane nie zerwaniem jednego wiązania (takie zerwanie zawsze wymaga wydatku energetycznego), ale przegrupowaniem wszystkich cząsteczek biorących udział w reakcjach, powstaniem nowych wiązań i przegrupowaniem powłok solwatacyjnych podczas reakcja.

Gdy cząsteczka NaCl rozpuszcza się w wodzie, powstają uwodnione jony. Zysk energii podczas uwodnienia pokrywa się ze zużyciem energii, gdy wiązanie w cząsteczce NaCl zostaje zerwane. Dziwne byłoby przypisywanie tego przyrostu energii „wiązaniu wysokoergicznemu” w cząsteczce NaCl.

Jak wiadomo, podczas rozszczepiania ciężkich jąder atomowych uwalniana jest duża ilość energii, co nie jest związane z zerwaniem jakichkolwiek wiązań wysokoergicznych, ale wynika z przegrupowania fragmentów rozszczepienia i zmniejszenia odpychania kulopa energia między nukleonami w każdym fragmencie.

Uczciwa krytyka koncepcji „powiązań makroergicznych” została wyrażona więcej niż jeden raz. Niemniej jednak koncepcja ta została szeroko zaimplementowana w literaturze naukowej. Duża

Tabela 8

Wzory strukturalne związków fosforylowanych: a - fosfoenolirubian; b-1,3-difosfoglicerynian; c - fosforan kreatyny; - glukozo-I-fosforan; - glukozo-6-fosforan.

nie ma z tym problemu, jeśli umownie używa się wyrażenia „wysokoenergetyczne wiązanie fosforanowe”, jako krótkiego opisu całego cyklu przemian zachodzących w roztworze wodnym z odpowiednią obecnością innych jonów, pH itp.

Tak więc koncepcja energii wiązania fosforanowego, stosowana przez biochemików, konwencjonalnie charakteryzuje różnicę między energią swobodną substancji wyjściowych a energią swobodną produktów reakcji hydrolizy, w których następuje oddzielenie grup fosforanowych. Tego pojęcia nie należy mylić z pojęciem energii wiązania chemicznego między dwiema grupami atomów w wolnej cząsteczce. Ta ostatnia charakteryzuje energię wymaganą do zerwania wiązania.

Komórki zawierają szereg związków fosforylowanych, których hydroliza w cytoplazmie związana jest z uwalnianiem swobodnej energii. Wartości standardowych energii swobodnych hydrolizy niektórych z tych związków podano w tabeli. 8. Wzory strukturalne tych związków przedstawiono na ryc. 31 i 35.

Duże ujemne wartości standardowych energii swobodnych hydrolizy wynikają z energii hydratacji ujemnie naładowanych produktów hydrolizy i przegrupowania ich powłok elektronicznych. Ze stołu. Z 8 wynika, że ​​wartość standardowej energii swobodnej hydrolizy cząsteczki ATP zajmuje pozycję pośrednią między związkami „wysokoenergetycznymi” (fosfoenolopirogronian) i „niskoenergetycznymi” (glukozo-6-fosforan). Jest to jeden z powodów, dla których cząsteczka ATP jest wygodnym uniwersalnym nośnikiem grup fosforanowych.

Za pomocą specjalnych enzymów cząsteczki ATP i ADP komunikują się między wysokoenergetyczną i niskoenergetyczną

związki fosforanowe. Na przykład, enzym kinaza pirogronianowa przenosi fosforan z fosfoenolopirogronianu do ADP. W wyniku reakcji powstaje pirogronian i cząsteczka ATP. Ponadto, używając enzymu heksokinazy, cząsteczka ATP może przenieść grupę fosforanową na D-glukozę, zamieniając ją w glukozo-6-fosforan. Całkowity produkt tych dwóch reakcji zostanie sprowadzony do przemiany

Bardzo ważne jest, aby reakcje tego typu mogły przebiegać tylko przez etap pośredni, w którym koniecznie biorą udział cząsteczki ATP i ADP.

Test. Poziom molekularny. Opcja 1. Stopień 9.

A1 Który z pierwiastków chemicznych jest zawarty w komórkach w największej ilości:
1.azot
2.tlen
3. rok węglowy
4.wodór
A2 Wymień pierwiastek chemiczny będący częścią ATP, wszystkie monomery białek i kwasów nukleinowych.
1) N 2) P 3) S 4) Fe
A3 Określ związek chemiczny, który NIE jest węglowodanem.
1) laktoza 2) chityna 3) keratyna 4) skrobia
A4.Jak nazywa się struktura białka, które jest spiralą łańcucha aminokwasów zwiniętego w przestrzeni w kulkę?

A5 W komórkach zwierzęcych węglowodan magazynowy to:
1.skrobia
2.celuloza
3.glukoza
4.glikogen
A6 Głównym źródłem energii dla nowonarodzonych ssaków jest:
1. glukoza
2.skrobia
3.glikogen
4.laktoza
A7.Co to jest monomer RNA?
1) zasada azotowa 2) nukleotyd 3) ryboza 4) uracyl
A8.Ile rodzajów zasad azotowych zawiera się w cząsteczce RNA?
1)5 2)2 3)3 4)4
A9 Jaka zasada azotowa DNA jest komplementarna do cytozyny?
1) adenina 2) guanina 3) uracyl 4) tymina
A10. Uniwersalnym biologicznym akumulatorem energii są molekuły
1) .białka 2) .lipidy 3) .DNA 4) .ATP
A11. W cząsteczce DNA ilość nukleotydów z guaniną wynosi 5% całości. Ile nukleotydów z tyminą znajduje się w tej cząsteczce
1).40% 2).45% 3).90% 4).95%
A12.Jaka jest rola cząsteczek ATP w komórce?

1-zapewnij funkcję transportu 2-przesyłaj informacje dziedziczne

3-zapewnia procesy życiowe energią 4-przyspiesza biochemiczne

reakcje

W 1. Jakie funkcje pełnią węglowodany w komórce?

katalityczny 4) strukturalny

Energia 5) magazynowanie

Silnik 6) kurczliwy

W 2. Jakie są strukturalne składniki nukleotydów cząsteczki DNA?

Różne kwasy

Lipoproteiny

Węglowodan dezoksyrybozy

Kwas azotowy

Kwas fosforowy

W 3. Ustal zgodność między strukturą i funkcją materii organicznej a jej rodzajem:

STRUKTURA I FUNKCJE SUBSTANCJI

A. składają się z reszt glicerolu i cząsteczek kwasów tłuszczowych 1.lipidy

B. składają się z reszt cząsteczek aminokwasów 2. Białka

B. Weź udział w termoregulacji

D. Chroń ciało przed obcymi substancjami!

D. powstają w wyniku wiązań peptydowych.

E. Są najbardziej energochłonne.

C1. Rozwiąż problem.

Cząsteczka DNA zawiera 1250 nukleotydów z adeniną (A), co stanowi 20% ich całkowitej liczby. Określ, ile nukleotydów z tyminą (T), cytozyną (C) i guaniną (G) jest zawartych oddzielnie w cząsteczce DNA. Wyjaśnij odpowiedź.

Razem: 21 punktów

Kryteria oceny:

19 -21 punktów - „5”

13 - 18 punktów - „4”

9 - 12 punktów - „3”

1 - 8 punktów - "2"

Test. Poziom molekularny. Opcja 2. Stopień 9

A1 Udział czterech pierwiastków chemicznych stanowi 98% całkowitej zawartości komórki. Wskaż pierwiastek chemiczny, który NIE jest z nimi związany.
1) О 2) Р 3) С 4) N

A2.Dzieci rozwijają krzywicę przy braku:
1. mangan i żelazo
2.wapń i fosfor
3. miedź i cynk
4.siarka i azot
A3 Nazwij disacharyd.
1) laktoza 2) fruktoza 3) skrobia 4) glikogen
A4. Jak nazywa się struktura białka, które jest spiralą, która jest zwiniętym łańcuchem aminokwasów?
1) podstawowe 2) średnie 3) wyższe 4) czwartorzędowe
A5 W komórkach roślinnych węglowodanem zapasowym jest:
1.skrobia
2.celuloza
3.glukoza
4.glikogen
A6 Największa ilość energii uwalniana jest podczas rozkładu 1 grama:
1.tłuszcz
2.wiewiórka
3.glukoza
4.węglowodany
A7.Co to jest monomer DNA?
1) zasada azotowa 2) nukleotyd 3) dezoksyryboza 4) uracyl
A8.Ile nici polinukleotydowych jest zawartych w jednej cząsteczce DNA?
1)1 2)2 3)3 4)4
A9 Wymień związek chemiczny obecny w RNA, ale nieobecny w DNA.
1) tymina 2) deoksymiryboza 3) ryboza 4) guanina
A10. Źródłem energii komórki są cząsteczki
1) .białka 2) .lipidy 3) .DNA 4) .ATP

A11. W cząsteczce DNA ilość nukleotydów z cytozyną wynosi 5% całości. Ile nukleotydów z tyminą znajduje się w tej cząsteczce
1).40% 2).45% 3).90% 4).95%

A12.Jakie związki są zawarte w ATP?

1-azotowa adenina zasadowa, ryboza węglowodanowa, 3 cząsteczki kwasu fosforowego

2-azotowa zasada guanina, fruktoza cukrowa, reszta kwasu fosforowego.

3-ryboza, gliceryna i dowolny aminokwas

Część B (wybierz trzy poprawne odpowiedzi z sześciu sugerowanych)

W 1. Lipidy pełnią funkcje:

Enzymatyczny 4) transport

Energia 5) magazynowanie

Hormonalne 6) przekazywanie informacji dziedzicznych

W 2. Jakie są strukturalne składniki nukleotydów cząsteczki RNA?

Zasady azotowe: A, U, G, Ts.

Różne kwasy

Zasady azotowe: A, T, G, C.

Węglowodan rybozy

Kwas azotowy

Kwas fosforowy

W 3. Ustal zgodność między cechami a cząsteczkami, dla których są charakterystyczne.

CECHY CZĄSTECZKI

A) łatwo rozpuszczalny w wodzie 1) monosacharydy

B) mają słodki smak 2) polisacharydy

C) brak słodkiego smaku

D) glukoza, ryboza, fruktoza

E) nierozpuszczalny w wodzie

E) skrobia, glikogen, chityna.

C1. Cząsteczka DNA zawiera 1100 nukleotydów z cytozyną (C), co stanowi 20% ich całkowitej liczby. Określ, ile nukleotydów z tyminą (T), guaniną (G), adeniną (A) jest zawartych oddzielnie w cząsteczce DNA, wyjaśnij uzyskany wynik.

Część A - 1 punkt (maksymalnie 12 punktów)

Część B - 2 punkty (maksymalnie 6 punktów)

Część C - 3 punkty (maksymalnie 3 punkty)

Razem: 21 punktów

Kryteria oceny:

19 - 21 punktów - „5”

13 - 18 punktów - „4”

9 - 12 punktów - „3”

1 - 8 punktów - "2"

W procesie biochemicznych przemian substancji dochodzi do zerwania wiązań chemicznych, czemu towarzyszy uwolnienie energii. Jest to darmowa, potencjalna energia, która nie może być bezpośrednio wykorzystana przez żywe organizmy. Trzeba to zmienić. Istnieją dwie uniwersalne formy energii, które można wykorzystać w komórce do wykonywania różnych prac:

1) Energia chemiczna, energia wiązań wysokoenergetycznych związków chemicznych. Wiązania chemiczne nazywane są makroergicznymi, jeśli po ich zerwaniu uwalniana jest duża ilość energii swobodnej. Związki z takimi połączeniami są wysokoenergetyczne. Cząsteczka ATP posiada wiązania wysokoenergetyczne i posiada pewne właściwości, które decydują o jej ważnej roli w metabolizmie energetycznym komórek:

· Niestabilność termodynamiczna;

· Wysoka stabilność chemiczna. Zapewnia wydajne magazynowanie energii, ponieważ zapobiega rozpraszaniu energii w postaci ciepła;

· Niewielki rozmiar cząsteczki ATP ułatwia dyfuzję do różnych części komórki, gdzie konieczne jest dostarczenie energii z zewnątrz do wykonania pracy chemicznej, osmotycznej lub chemicznej;

· Zmiana energii swobodnej podczas hydrolizy ATP ma wartość średnią, co pozwala mu w najlepszy sposób pełnić funkcje energetyczne, czyli przenosić energię ze związków wysokoenergetycznych do niskoenergetycznych.

ATP jest uniwersalnym akumulatorem energii dla wszystkich żywych organizmów, energia jest magazynowana w cząsteczkach ATP przez bardzo krótki czas (żywotność ATP-1/3 sekundy). Jest natychmiast zużywana, aby zapewnić energię dla wszystkich zachodzących w danej chwili procesów.Energia zawarta w cząsteczce ATP może być wykorzystana w reakcjach zachodzących w cytoplazmie (w większości biosyntez, a także w niektórych procesach zależnych od błony).

2) Energia elektrochemiczna (energia potencjału transbłonowego wodoru) . Gdy elektrony są przenoszone wzdłuż łańcucha redoks, w zlokalizowanych błonach określonego typu, zwanych energetycznie lub sprzężonymi, występuje nierównomierny rozkład protonów w przestrzeni po obu stronach błony, tj. poprzecznie zorientowany lub transbłonowy gradient wodoru Δ, mierzony w woltach, pojawia się na błonie. Powstały Δ prowadzi do syntezy cząsteczek ATP. Energia w postaci Δ może być wykorzystana w różnych procesach zależnych od energii zlokalizowanych na błonie:

· Do wchłaniania DNA w procesie transformacji genetycznej;

· Do przenoszenia białek przez błonę;

· Zapewnienie ruchu wielu prokariotów;

· Zapewnienie aktywnego transportu cząsteczek i jonów przez błonę cytoplazmatyczną.

Nie cała energia swobodna uzyskana podczas utleniania substancji jest przekształcana w formę dostępną dla komórki i kumuluje się w ATP. Część powstałej darmowej energii jest rozpraszana w postaci ciepła, rzadziej światła i energii elektrycznej. Jeśli komórka magazynuje więcej energii, niż może wydać na wszystkie energochłonne procesy, syntetyzuje dużą ilość substancji magazynujących o dużej masie cząsteczkowej (lipidów). W razie potrzeby substancje te ulegają przemianom biochemicznym i dostarczają komórkom energii.