Igas meie keharakus voolab miljoneid bioloogilisi aineid keemilised reaktsioonid. Neid katalüüsivad mitmesugused ensüümid, mis sageli vajavad energiat. Kust rakk selle saab? Sellele küsimusele saab vastuse, kui arvestada ATP molekuli - ühe peamise energiaallika - struktuuri.

ATP on universaalne energiaallikas

ATP tähistab adenosiintrifosfaati või adenosiintrifosfaati. Aine on üks kahest kõige olulisemast energiaallikast igas rakus. ATP struktuur ja bioloogiline roll tihedalt seotud. Enamik biokeemilisi reaktsioone saab toimuda ainult aine molekulide osalusel, see on eriti tõsi, kuid ATP osaleb reaktsioonis harva: mis tahes protsessi toimumiseks on vaja just adenosiintrifosfaadis sisalduvat energiat.

Aine molekulide struktuur on selline, et fosfaatrühmade vahel tekkinud sidemed kannavad tohutul hulgal energiat. Seetõttu nimetatakse selliseid sidemeid ka makroergilisteks ehk makroenergilisteks (makro=palju, suur hulk). Mõiste võttis esmakordselt kasutusele teadlane F. Lipman, kes tegi ka ettepaneku kasutada nende tähistamiseks sümbolit ̴.

Raku jaoks on väga oluline säilitada konstantne adenosiintrifosfaadi tase. See kehtib eriti lihaskoe rakkude ja närvikiudude kohta, kuna need on kõige energiasõltuvad ja vajavad oma funktsioonide täitmiseks suurt adenosiintrifosfaadi sisaldust.

ATP molekuli struktuur

Adenosiintrifosfaat koosneb kolmest elemendist: riboosist, adeniinist ja jääkidest

Riboos- pentoosi rühma kuuluv süsivesik. See tähendab, et riboos sisaldab 5 süsinikuaatomit, mis on suletud tsüklisse. Riboos ühendub adeniiniga β-N-glükosiidsideme kaudu esimesel süsinikuaatomil. Pentoosile lisatakse ka 5. süsinikuaatomi fosforhappejääke.

Adeniin on lämmastikku sisaldav alus. Sõltuvalt sellest, milline lämmastiku alus on riboosiga seotud, eristatakse ka GTP-d (guanosiintrifosfaati), TTP-d (tümidiintrifosfaati), CTP-d (tsütidiintrifosfaati) ja UTP-d (uridiintrifosfaati). Kõik need ained on oma struktuurilt sarnased adenosiintrifosfaadiga ja täidavad ligikaudu samu funktsioone, kuid rakus esineb neid palju vähem.

Fosforhappe jäägid. Riboosi külge saab kinnitada maksimaalselt kolm fosforhappe jääki. Kui neid on kaks või ainult üks, nimetatakse ainet ADP-ks (difosfaadiks) või AMP-ks (monofosfaat). Fosforijääkide vahel tekivad makroenergeetilised sidemed, mille purunemise järel vabaneb 40–60 kJ energiat. Kahe sideme katkemisel vabaneb 80, harvemini - 120 kJ energiat. Riboosi ja fosforijäägi vahelise sideme katkemisel vabaneb vaid 13,8 kJ, seega on trifosfaadi molekulis ainult kaks suure energiaga sidet (P ̴ P ̴ P), ADP molekulis aga üks (P ̴ P).

Need on ATP struktuurilised omadused. Tänu sellele, et fosforhappejääkide vahel tekib makroenergeetiline side, on ATP struktuur ja funktsioonid omavahel seotud.

ATP struktuur ja molekuli bioloogiline roll. Adenosiintrifosfaadi lisafunktsioonid

Lisaks energiale võib ATP rakus täita palju muid funktsioone. Koos teiste nukleotiidtrifosfaatidega osaleb trifosfaat nukleiinhapete konstrueerimises. Sel juhul on ATP, GTP, TTP, CTP ja UTP lämmastikualuste tarnijad. Seda omadust kasutatakse protsessides ja transkriptsioonis.

ATP on vajalik ka ioonkanalite toimimiseks. Näiteks Na-K kanal pumpab rakust välja 3 naatriumimolekuli ja pumbab rakku 2 kaaliumimolekuli. See ioonvool on vajalik positiivse laengu säilitamiseks membraani välispinnal ja ainult adenosiintrifosfaadi abil saab kanal toimida. Sama kehtib prootoni- ja kaltsiumikanalite kohta.

ATP on teise sõnumitooja cAMP (tsükliline adenosiinmonofosfaat) eelkäija – cAMP mitte ainult ei edasta rakumembraani retseptorite poolt vastuvõetud signaali, vaid on ka allosteeriline efektor. Allosteerilised efektorid on ained, mis kiirendavad või aeglustavad ensümaatilisi reaktsioone. Seega inhibeerib tsükliline adenosiintrifosfaat ensüümi sünteesi, mis katalüüsib laktoosi lagunemist bakterirakkudes.

Adenosiintrifosfaadi molekul ise võib samuti olla allosteeriline efektor. Veelgi enam, sellistes protsessides toimib ADP ATP antagonistina: kui trifosfaat kiirendab reaktsiooni, siis difosfaat inhibeerib seda ja vastupidi. Need on ATP funktsioonid ja struktuur.

Kuidas rakus ATP moodustub?

ATP funktsioonid ja struktuur on sellised, et aine molekulid kasutatakse kiiresti ja hävivad. Seetõttu on trifosfaadi süntees rakus energia moodustumisel oluline protsess.

Adenosiintrifosfaadi sünteesiks on kolm kõige olulisemat meetodit:

1. Substraadi fosforüülimine.

2. Oksüdatiivne fosforüülimine.

3. Fotofosforüülimine.

Substraadi fosforüülimine põhineb mitmel raku tsütoplasmas toimuval reaktsioonil. Neid reaktsioone nimetatakse glükolüüsiks – anaeroobseks staadiumiks.1 glükolüüsi tsükli tulemusena sünteesitakse 1 glükoosi molekulist kaks molekuli, mida seejärel kasutatakse energia tootmiseks ning sünteesitakse ka kaks ATP-d.

• C6H12O6 + 2ADP + 2Pn --> 2C3H4O3 + 2ATP + 4H.

Rakkude hingamine

Oksüdatiivne fosforüülimine on adenosiintrifosfaadi moodustumine elektronide ülekandmisel mööda membraani elektronide transpordiahelat. Selle ülekande tulemusena moodustub membraani ühel küljel prootoni gradient ja ATP süntaasi valgu integraalkomplekti abil ehitatakse molekulid. Protsess toimub mitokondriaalsel membraanil.

Glükolüüsi ja oksüdatiivse fosforüülimise etappide järjestus mitokondrites on üldine protsess nimetatakse hingamiseks. Pärast täistsükkel 1 glükoosi molekulist rakus moodustub 36 ATP molekuli.

Fotofosforüülimine

Fotofosforüülimise protsess on sama, mis oksüdatiivne fosforüülimine, ainult ühe erinevusega: raku kloroplastides toimuvad valguse mõjul fotofosforüülimisreaktsioonid. ATP-d toodetakse fotosünteesi valgusfaasis, mis on peamine energiatootmisprotsess rohelistes taimedes, vetikates ja mõnedes bakterites.

Fotosünteesi käigus läbivad elektronid sama elektronide transpordiahela, mille tulemusena moodustub prootonite gradient. Prootonite kontsentratsioon membraani ühel küljel on ATP sünteesi allikas. Molekulide kokkupanemine toimub ensüümi ATP süntaasi abil.

Keskmine rakk sisaldab massi järgi 0,04% adenosiintrifosfaati. Siiski, kõige rohkem suur tähtsus täheldatud lihasrakkudes: 0,2-0,5%.

Rakus on umbes 1 miljard ATP molekuli.

Iga molekul elab mitte rohkem kui 1 minut.

Üks adenosiintrifosfaadi molekul uueneb 2000-3000 korda päevas.

Kokku sünteesib inimkeha päevas 40 kg adenosiintrifosfaati ja igal ajahetkel on ATP varu 250 g.

Järeldus

ATP struktuur ja selle molekulide bioloogiline roll on omavahel tihedalt seotud. Aine mängib võtmerolli eluprotsessides, sest fosfaadijääkide vahelised suure energiaga sidemed sisaldavad tohutul hulgal energiat. Adenosiintrifosfaat täidab rakus paljusid funktsioone ja seetõttu on oluline säilitada aine konstantne kontsentratsioon. Lagunemine ja süntees toimuvad suurel kiirusel, kuna sidemete energiat kasutatakse pidevalt biokeemilistes reaktsioonides. See on oluline aine mis tahes keharaku jaoks. See on ilmselt kõik, mida saab ATP struktuuri kohta öelda.

Bioloogias on ATP energiaallikas ja elu alus. ATP - adenosiintrifosfaat - osaleb ainevahetusprotsessides ja reguleerib biokeemilised reaktsioonid organismis.

Mis see on?

Keemia aitab teil mõista, mis on ATP. Keemiline valem ATP molekulid - C10H16N5O13P3. Täisnime meeldejätmine on lihtne, kui jagate selle koostisosadeks. Adenosiintrifosfaat ehk adenosiintrifosforhape on nukleotiid, mis koosneb kolmest osast:

• adeniin - puriini lämmastikalus;
• riboos - pentoosidega seotud monosahhariid;
• kolm fosforhappe jääki.

Riis. 1. ATP molekuli struktuur.

Rohkem üksikasjalik ärakiri ATP on esitatud tabelis.

ATP avastasid esmakordselt Harvardi biokeemikud Subbarao, Lohman ja Fiske 1929. aastal. 1941. aastal avastas Saksa biokeemik Fritz Lipmann, et ATP on elusorganismi energiaallikas.

Energia tootmine

Fosfaatrühmad on omavahel ühendatud suure energiaga sidemetega, mis kergesti hävivad. Hüdrolüüsi (koostoime veega) käigus lagunevad fosfaatrühma sidemed, vabastades suurel hulgal energiat ja ATP muundatakse ADP-ks (adenosiindifosforhape).

Tavaliselt näeb keemiline reaktsioon välja selline:

TOP 4 artiklitkes sellega kaasa loevad

ATP + H2O → ADP + H3PO4 + energia

Riis. 2. ATP hüdrolüüs.

Osa vabanevast energiast (umbes 40 kJ/mol) osaleb anabolismis (assimilatsioon, plastiline ainevahetus), osa aga hajub soojuse kujul kehatemperatuuri säilitamiseks. ADP edasisel hüdrolüüsil eraldub veel üks fosfaatrühm, vabastades energia ja moodustades AMP (adenosiinmonofosfaat). AMP ei läbi hüdrolüüsi.

ATP süntees

ATP asub tsütoplasmas, tuumas, kloroplastides ja mitokondrites. ATP süntees loomarakus toimub mitokondrites ja taimerakus - mitokondrites ja kloroplastides.

ATP moodustub ADP-st ja fosfaadist energiakuluga. Seda protsessi nimetatakse fosforüülimiseks:

ADP + H3PO4 + energia → ATP + H2O

Riis. 3. ATP moodustumine ADP-st.

Taimerakkudes toimub fosforüülimine fotosünteesi käigus ja seda nimetatakse fotofosforüülimiseks. Loomadel toimub protsess hingamise ajal ja seda nimetatakse oksüdatiivseks fosforüülimiseks.

Loomarakkudes toimub ATP süntees katabolismi (dissimilatsiooni, energia metabolismi) protsessis valkude, rasvade ja süsivesikute lagunemise käigus.

Funktsioonid

ATP määratlusest on selge, et see molekul on võimeline andma energiat. Lisaks energiale toimib adenosiintrifosforhape muud funktsioonid:

• on materjal nukleiinhapete sünteesiks;
• on osa ensüümidest ja reguleerib keemilisi protsesse, kiirendades või aeglustades nende kulgu;
• on vahendaja – edastab signaali sünapsidesse (kahe rakumembraani kokkupuutekohad).

Mida me õppisime?

10. klassi bioloogiatunnist saime teada ATP - adenosiintrifosforhappe ehitusest ja funktsioonidest. ATP koosneb adeniinist, riboosist ja kolmest fosforhappe jäägist. Hüdrolüüsi käigus katkevad fosfaatsidemed, mille tulemusena vabaneb organismide eluks vajalik energia.

Test teemal

Aruande hindamine

Keskmine hinne: 4.6. Kokku saadud hinnanguid: 621.

ATP ja muud rakuühendid(vitamiinid)

Eriti oluline roll raku bioenergeetikas on adenüülnukleotiidil, millele on kinnitunud kaks fosforhappejääki. Seda ainet nimetatakse adenosiintrifosforhape(ATP).

Energia salvestub keemilistes sidemetes ATP molekuli fosforhappejääkide vahel, mis vabaneb orgaanilise fosfaadi katkemisel: ATP = ADP + P + E, kus P on ensüüm, E on vabanev energia. Selles reaktsioonis moodustub adenosiindifosforhape (ADP) - ülejäänud ATP molekul ja orgaaniline fosfaat.

Kõik rakud kasutavad ATP energiat biosünteesi, liikumise, soojuse tootmise, närviimpulsside, luminestsentsi protsesside jaoks (näiteks luminestsentsbakterites), s.o. kõigi eluprotsesside jaoks.

ATP on universaalne bioloogiline energiaakumulaator, mis sünteesitakse mitokondrites (rakusisesed organellid).

Seega mängivad mitokondrid rakus "energiajaama" rolli. ATP moodustumise põhimõte taimerakkude kloroplastides on üldiselt sama - prootoni gradiendi kasutamine ja elektrokeemilise gradiendi energia muundamine energiaks keemilised sidemed.

Päikese valgusenergia ja tarbitavas toidus sisalduv energia salvestub ATP molekulidesse. ATP pakkumine rakus on väike. Seega piisab lihases leiduvast ATP-st 20-30 kontraktsiooniks. Intensiivse, kuid lühiajalise töö korral töötavad lihased eranditult neis sisalduva ATP lagunemise tõttu. Pärast töö lõpetamist hingab inimene tugevalt – sel perioodil lagundatakse süsivesikuid ja muid aineid (akumuleerub energia) ning taastub prootonite abil rakkude varustamine ATP-ga. Prootonid läbivad seda kanalit mõju all edasiviiv jõud elektrokeemiline gradient. Selle protsessi energiat kasutab ensüüm, mis sisaldub samades valgukompleksides ja on võimeline siduma fosfaatrühma adenosiindifosfaadiga (ADP), mis viib ATP sünteesini.

Vitamiinid: Vita – elu.

Vitamiinid - organismis sünteesitud või toiduga tarnitavad bioloogiliselt aktiivsed ained, mis väikestes kogustes on vajalikud normaalseks ainevahetuseks ja organismi elutähtsateks funktsioonideks.

1911. aastal Poola keemik K. Funk eraldas riisikliidest aine, mis ravis tuvide halvatust, kes sõid ainult poleeritud riisi. Selle aine keemiline analüüs näitas, et see sisaldab lämmastikku.

Funk nimetas ainet, mille ta avastas, vitamiiniks (sõnadest "vita" - elu ja "amiin" -, mis sisaldab lämmastikku.

Vitamiinide bioloogiline roll seisneb nende regulaarses mõjus ainevahetusele. Vitamiinidel on katalüütiline omadused, see tähendab võime stimuleerida kehas toimuvaid keemilisi reaktsioone ning samuti aktiivselt osaleda ensüümide moodustumises ja toimimises. Vitamiinid mõjutada imendumist toitaineid, aitavad kaasa normaalsele rakkude kasvule ja kogu organismi arengule. Olemine lahutamatu osa ensüümid, vitamiinid määravad nende normaalse funktsiooni ja aktiivsuse. Seega põhjustab mistahes vitamiini puudumine kehas ainevahetusprotsesside häireid.

Vitamiinide rühmad:

VITAMIINIDE IGAPÄEVANE TAVE

C - askorbiinhape: 70 - 100 mg.

B - tiamiin: 1,5 - 2,6 mg.

B - riboflaviin: 1,8-3 mg.

A - retinool: 1,5 mg.

D - kaltsiferool: lastele ja täiskasvanutele 100 RÜ,

kuni 3 aastat 400 RÜ.

E - tokoferool: 15 - 20 mg.

ATP on adenosiintri-fosforhappe lühend. Võite leida ka nimetuse Adenosiintrifosfaat. See on nukleoid, mis mängib kehas energiavahetuses tohutut rolli. Adenosiin-tri-fosforhape on universaalne allikas energiat, osaledes kõigis keha biokeemilistes protsessides. Selle molekuli avastas 1929. aastal teadlane Karl Lohmann. Ja selle olulisust kinnitas Fritz Lipmann 1941. aastal.

ATP struktuur ja valem

Kui me räägime ATP-st üksikasjalikumalt, siis see on molekul, mis annab energiat kõikidele kehas toimuvatele protsessidele, sealhulgas liikumiseks vajalikku energiat. Kui ATP molekul laguneb, tõmbub lihaskiud kokku, mille tulemusena vabaneb energia, mis võimaldab kokkutõmbumist. Adenosiintrifosfaat sünteesitakse elusorganismis inosiinist.

Et anda kehale energiat, peab adenosiintrifosfaat läbima mitu etappi. Esiteks eraldatakse spetsiaalse koensüümi abil üks fosfaatidest. Iga fosfaat annab kümme kalorit. Protsess toodab energiat ja ADP-d (adenosiindifosfaati).

Kui keha vajab toimimiseks rohkem energiat, siis eraldatakse teine ​​fosfaat. Seejärel moodustub AMP (adenosiinmonofosfaat). Adenosiintrifosfaadi tootmise peamine allikas on glükoos, rakus laguneb see püruvaadiks ja tsütosooliks. Adenosiintrifosfaat annab energiat pikad kiud, mis sisaldavad valku müosiini. See moodustab lihasrakud.

Hetkedel, mil keha puhkab, läheb kett sisse tagakülg, st moodustub adenosiintri-fosforhape. Nendel eesmärkidel kasutatakse jällegi glükoosi. Loodud adenosiintrifosfaadi molekule kasutatakse uuesti niipea kui vaja. Kui energiat pole vaja, salvestub see kehas ja vabaneb kohe, kui seda vaja läheb.

ATP molekul koosneb mitmest või pigem kolmest komponendist:

1. Riboos on viiest süsinikust koosnev suhkur, mis on DNA aluseks.
2. Adeniin on süsiniku ja lämmastiku aatomid.
3. Trifosfaat.

Adenosiintrifosfaadi molekuli keskmes on riboosi molekul ja selle serv on adenosiini jaoks peamine. Riboosi teisel küljel on kolmest fosfaadist koosnev ahel.

ATP süsteemid

Samal ajal peate mõistma, et ATP varudest piisab ainult esimeseks kaheks või kolmeks sekundiks motoorne aktiivsus, mille järel selle tase väheneb. Kuid samal ajal saab lihastööd teha ainult ATP abil. Tänu spetsiaalsetele süsteemidele organismis sünteesitakse pidevalt uusi ATP molekule. Uute molekulide kaasamine toimub sõltuvalt koormuse kestusest.

ATP molekulid sünteesivad kolme peamist biokeemilist süsteemi:

1. Fosfageenisüsteem (kreatiinfosfaat).
2. Glükogeeni ja piimhappe süsteem.
3. Aeroobne hingamine.

Vaatleme igaüks neist eraldi.

Fosfageenide süsteem- kui lihased töötavad lühikest aega, kuid äärmiselt intensiivselt (umbes 10 sekundit), kasutatakse fosfageenisüsteemi. Sel juhul seondub ADP kreatiinfosfaadiga. Tänu sellele süsteemile toimub pidev ringlus väike kogus Adenosiintrifosfaat lihasrakkudes. Kuna lihasrakud ise sisaldavad ka kreatiinfosfaati, kasutatakse seda ATP taseme taastamiseks pärast kõrge intensiivsusega lühikest tööd. Kuid kümne sekundi jooksul hakkab kreatiinfosfaadi tase langema – sellest energiast piisab lühikeseks võistluseks või intensiivseks jõutreeninguks kulturismis.

Glükogeen ja piimhape- varustab keha energiaga aeglasemalt kui eelmine. See sünteesib ATP-d, millest võib piisata pooleteiseminutiliseks intensiivseks tööks. Selle käigus moodustub lihasrakkudes sisalduv glükoos anaeroobse metabolismi kaudu piimhappeks.

Kuna anaeroobses olekus organism hapnikku ei kasuta, siis see süsteem annab energiat samamoodi nagu aeroobses süsteemis, kuid aega hoitakse kokku. Anaeroobsel režiimil tõmbuvad lihased kokku äärmiselt võimsalt ja kiiresti. Selline süsteem võib lubada jõusaalis läbida neljasajameetrise sprindi või pikema intensiivse treeningu. Aga pikka aega sellisel viisil töötamine ei võimalda lihaste valulikkust, mis ilmneb piimhappe liia tõttu.

Aeroobne hingamine- see süsteem lülitub sisse, kui treening kestab üle kahe minuti. Seejärel hakkavad lihased saama adenosiintrifosfaati süsivesikutest, rasvadest ja valkudest. Sel juhul sünteesitakse ATP aeglaselt, kuid energiat jätkub kauaks – füüsiline aktiivsus võib kesta mitu tundi. See juhtub tänu sellele, et glükoos laguneb takistusteta, sellel ei ole väljastpoolt vastumõju – kuna piimhape segab anaeroobset protsessi.

ATP roll organismis

Eelnevast kirjeldusest selgub, et adenosiintrifosfaadi põhiülesanne organismis on varustada energiat kõikide arvukate biokeemiliste protsesside ja reaktsioonide jaoks organismis. Enamik elusolendite energiat tarbivaid protsesse toimub tänu ATP-le.

Aga peale selle põhifunktsioon, adenosiintrifosfaat täidab ka teisi:

ATP roll inimkehas ja elus on hästi teada mitte ainult teadlastele, vaid ka paljudele sportlastele ja kulturistidele, kuna selle mõistmine aitab treeningut tõhusamaks muuta ja koormusi õigesti arvutada. Inimeste jaoks, kes tegelevad jõusaalis jõutreeningu, sprindi ja muude spordialadega, on väga oluline mõista, milliseid harjutusi tuleb ühel või teisel ajal sooritada. Tänu sellele saate kujundada soovitud kehastruktuuri, treenida lihaste struktuuri, vähendada ülekaalu ja saavutada muid soovitud tulemusi.

Jätkamine. Vt nr 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005

Bioloogiatunnid loodusainete tundides

Täpsem planeerimine, klass 10

19. tund. ATP keemiline struktuur ja bioloogiline roll

Varustus: tabelid üldbioloogiast, ATP molekuli ehituse skeem, plasti ja energia metabolismi seoste diagramm.

I. Teadmiste kontroll

Bioloogilise diktaadi "Elusaine orgaanilised ühendid" läbiviimine

Õpetaja loeb numbrite all olevaid kokkuvõtteid, õpilased kirjutavad vihikusse nende konspektide numbrid, mis vastavad nende versiooni sisule.

Variant 1 – valgud.
Variant 2 – süsivesikud.
Valik 3 – lipiidid.
Variant 4 – nukleiinhapped.

1. B puhtal kujul koosnevad ainult C, H, O aatomitest.

2. Lisaks C, H, O aatomitele sisaldavad need N ja tavaliselt S aatomit.

3. Lisaks C, H, O aatomitele sisaldavad need N ja P aatomeid.

4. Neil on suhteliselt väike molekulmass.

5. Molekulmass võib ulatuda tuhandetest kuni mitmekümne ja sadade tuhandete daltoniteni.

6. Suurimad orgaanilised ühendid, mille molekulmass on kuni mitukümmend ja sadu miljoneid daltoneid.

7. Neil on erinev molekulmass – väga väikesest väga suureni, olenevalt sellest, kas aine on monomeer või polümeer.

8. Koosnevad monosahhariididest.

9. Koosnevad aminohapetest.

10. Koosnevad nukleotiididest.

11. Are estrid kõrgemad rasvhapped.

12. Põhistruktuuriüksus: „lämmastikalus–pentoos–fosforhappe jääk”.

13. Põhiline struktuuriüksus: “aminohapped”.

14. Põhistruktuuriüksus: “monosahhariid”.

15. Põhistruktuuriüksus: "glütserool-rasvhape".

16. Polümeerimolekulid on üles ehitatud identsetest monomeeridest.

17. Polümeerimolekulid on ehitatud sarnastest, kuid mitte päris identsetest monomeeridest.

18. Need ei ole polümeerid.

19. Nad täidavad peaaegu eranditult energia-, ehitus- ja salvestusfunktsioone ning mõnel juhul ka kaitsefunktsioone.

20. Lisaks energeetikale ja ehitusele täidavad nad katalüütilisi, signaalimis-, transpordi-, mootori- ja kaitsefunktsioone;

21. Nad talletavad ja annavad edasi raku ja organismi pärilikke omadusi.

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

II. Uue materjali õppimine

1. Adenosiintrifosforhappe struktuur

Lisaks valkudele, nukleiinhapetele, rasvadele ja süsivesikutele sünteesitakse elusaines palju teisi orgaanilisi ühendeid. Nende hulgas on oluline roll raku bioenergeetikas. adenosiintrifosforhape (ATP). ATP-d leidub kõigis taime- ja loomarakkudes. Rakkudes esineb adenosiintrifosforhapet kõige sagedamini soolade kujul, mida nimetatakse adenosiintrifosfaadid. ATP hulk kõigub ja on keskmiselt 0,04% (keskmiselt on rakus ca 1 miljard ATP molekuli). Suurim ATP kogus leidub skeletilihastes (0,2–0,5%).

ATP molekul koosneb lämmastikalusest - adeniinist, pentoosist - riboosist ja kolmest fosforhappe jäägist, s.o. ATP on spetsiaalne adenüülnukleotiid. Erinevalt teistest nukleotiididest sisaldab ATP mitte ühte, vaid kolme fosforhappejääki. ATP viitab makroergilistele ainetele – ainetele, mis sisaldavad oma sidemetes suures koguses energiat.

ATP molekuli ruumimudel (A) ja struktuurivalem (B).

Fosforhappe jääk lõhustatakse ATP-st ATPaasi ensüümide toimel. ATP-l on tugev kalduvus eraldada oma terminaalne fosfaatrühm:

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

sest see viib energeetiliselt ebasoodsa elektrostaatilise tõukejõu kadumiseni külgnevate negatiivsete laengute vahel. Saadud fosfaat stabiliseerub tänu energeetiliselt soodsate vesiniksidemete tekkele veega. Laengujaotus ADP + Fn süsteemis muutub stabiilsemaks kui ATP-s. See reaktsioon vabastab 30,5 kJ (tavalise kovalentse sideme purunemisel vabaneb 12 kJ).

Et rõhutada ATP fosfori-hapniku sideme kõrget energiakulu, tähistatakse seda tavaliselt märgiga ~ ja nimetatakse makroenergeetiliseks sidemeks. Kui eemaldatakse üks fosforhappe molekul, muundatakse ATP ADP-ks (adenosiindifosforhape) ja kui eemaldatakse kaks fosforhappe molekuli, muundatakse ATP AMP-ks (adenosiinmonofosforhape). Kolmanda fosfaadi lõhustamisega kaasneb vaid 13,8 kJ vabanemine, nii et ATP molekulis on ainult kaks tegelikku suure energiaga sidet.

2. ATP moodustumine rakus

ATP pakkumine rakus on väike. Näiteks lihases olevatest ATP-varudest piisab 20–30 kontraktsiooniks. Kuid lihas võib töötada tunde ja tekitada tuhandeid kokkutõmbeid. Seetõttu peab koos ATP lagunemisega ADP-ks rakus pidevalt toimuma ka pöördsüntees. Rakkudes on ATP sünteesiks mitu teed. Saame nendega tuttavaks.

1. Anaeroobne fosforüülimine. Fosforüülimine on ATP sünteesi protsess ADP-st ja madala molekulmassiga fosfaadist (Pn). Sel juhul me räägime orgaaniliste ainete hapnikuvabade oksüdatsiooniprotsesside kohta (näiteks glükolüüs on glükoosi hapnikuvaba oksüdatsiooni protsess püroviinamarihappeks). Ligikaudu 40% nende protsesside käigus vabanevast energiast (umbes 200 kJ/mol glükoosi) kulutatakse ATP sünteesile ja ülejäänu hajub soojusena:

C6H12O6 + 2ADP + 2Pn ––> 2C3H4O3 + 2ATP + 4H.

2. Oksüdatiivne fosforüülimine on ATP sünteesi protsess, kasutades orgaaniliste ainete hapnikuga oksüdatsiooni energiat. See protsess avastati 1930. aastate alguses. XX sajand V.A. Engelhardt. Mitokondrites toimuvad orgaaniliste ainete oksüdatsiooniprotsessid hapnikuga. Ligikaudu 55% sel juhul vabanevast energiast (umbes 2600 kJ/mol glükoosi) muundatakse ATP keemiliste sidemete energiaks ja 45% hajub soojusena.

Oksüdatiivne fosforüülimine on palju efektiivsem kui anaeroobne süntees: kui glükolüüsi käigus sünteesitakse glükoosimolekuli lagunemisel vaid 2 ATP molekuli, siis oksüdatiivse fosforüülimise käigus tekib 36 ATP molekuli.

3. Fotofosforüülimine– ATP sünteesi protsess energiat kasutades päikesevalgus. See ATP sünteesi rada on iseloomulik ainult fotosünteesivõimelistele rakkudele (rohelised taimed, tsüanobakterid). Päikesevalguse kvantide energiat kasutab fotosünteesis kerge faas fotosüntees ATP sünteesimiseks.

3. ATP bioloogiline tähtsus

ATP on rakus metaboolsete protsesside keskmes, olles ühenduslüliks bioloogilise sünteesi ja lagunemise reaktsioonide vahel. ATP rolli rakus võib võrrelda aku rolliga, kuna ATP hüdrolüüsi käigus eraldub erinevateks elutähtsateks protsessideks vajalik energia („tühjenemine“) ning fosforüülimise („laadimise“) käigus ATP. kogub jälle energiat.

Tänu ATP hüdrolüüsil vabanevale energiale toimuvad rakus ja kehas peaaegu kõik elutähtsad protsessid: närviimpulsside ülekanne, ainete biosüntees, lihaskontraktsioonid, ainete transport jne.

III. Teadmiste kinnistamine

Bioloogiliste probleemide lahendamine

Ülesanne 1. Kiiresti joostes hingame kiiresti ja tekib suurenenud higistamine. Selgitage neid nähtusi.

Ülesanne 2. Miks hakkavad külmetavad inimesed külma käes tembeldama ja hüppama?

Ülesanne 3. I. Ilfi ja E. Petrovi kuulsas teoses “Kaksteist tooli” paljude hulgas kasulikke näpunäiteid võite leida ka selle: "Hingake sügavalt, olete põnevil." Proovige seda nõuannet põhjendada kehas toimuvate energiaprotsesside seisukohast.

IV. Kodutöö

Alustage testiks valmistumist ja testige (dikteerige testi küsimused - vt õppetund 21).

Tund 20. Teadmiste üldistamine rubriigis “Elu keemiline korraldus”

Varustus: tabelid üldbioloogia kohta.

I. Lõigu teadmiste üldistamine

Õpilased töötavad küsimustega (individuaalselt), millele järgneb kontroll ja arutelu

1. Tooge näiteid orgaanilistest ühenditest, mille hulka kuuluvad süsinik, väävel, fosfor, lämmastik, raud, mangaan.

2. Kuidas eristada elavat rakku surnud tema ioonse koostise põhjal?

3. Milliseid aineid leidub rakus lahustumata kujul? Milliseid elundeid ja kudesid need sisaldavad?

4. Tooge näiteid selles sisalduvate makrotoitainete kohta aktiivsed keskused ensüümid.

5. Millised hormoonid sisaldavad mikroelemente?

6. Milline on halogeenide roll inimorganismis?

7. Mille poolest erinevad valgud tehispolümeeridest?

8. Mille poolest erinevad peptiidid valkudest?

9. Kuidas nimetatakse hemoglobiini moodustavat valku? Mitmest allüksusest see koosneb?

10. Mis on ribonukleaas? Mitu aminohapet see sisaldab? Millal see kunstlikult sünteesiti?

11. Miks on keemiliste reaktsioonide kiirus ilma ensüümideta madal?

12. Milliseid aineid transpordivad valgud läbi rakumembraan?

13. Mille poolest erinevad antikehad antigeenidest? Kas vaktsiinid sisaldavad antikehi?

14. Millisteks aineteks valgud organismis lagunevad? Kui palju energiat vabaneb? Kus ja kuidas neutraliseeritakse ammoniaak?

15. Tooge näide peptiidhormoonidest: kuidas nad osalevad rakkude ainevahetuse reguleerimises?

16. Millise struktuuriga on suhkur, millega teed joome? Milliseid veel kolme selle aine sünonüümi teate?

17. Miks piimas sisalduv rasv ei kogune pinnale, vaid pigem suspensioonina?

18. Kui suur on DNA mass somaatiliste ja sugurakkude tuumas?

19. Kui palju ATP-d inimene päevas kasutab?

20. Milliseid valke kasutavad inimesed riiete valmistamisel?

Pankrease ribonukleaasi põhistruktuur (124 aminohapet)

II. Kodutöö.

Jätkake testiks valmistumist ja testige jaotises "Elu keemiline korraldus".

Tund 21. Kontrolltund rubriigist “Elu keemiline korraldus”

I. Küsimuste suulise testi läbiviimine

1. Raku elementaarne koostis.

2. Organogeensete elementide omadused.

3. Vee molekuli ehitus. Vesinikside ja selle tähtsus elu "keemias".

4. Vee omadused ja bioloogilised funktsioonid.

5. Hüdrofiilsed ja hüdrofoobsed ained.

6. Katioonid ja nende bioloogiline tähtsus.

7. Anioonid ja nende bioloogiline tähtsus.

8. Polümeerid. Bioloogilised polümeerid. Perioodiliste ja mitteperioodiliste polümeeride erinevused.

9. Lipiidide omadused, nende bioloogilised funktsioonid.

10. Süsivesikute rühmad, mis eristuvad struktuursete tunnuste järgi.

11. Süsivesikute bioloogilised funktsioonid.

12. Valkude elementaarne koostis. Aminohapped. Peptiidide moodustumine.

13. Valkude esmased, sekundaarsed, tertsiaarsed ja kvaternaarsed struktuurid.

14. Valkude bioloogiline funktsioon.

15. Ensüümide ja mittebioloogiliste katalüsaatorite erinevused.

16. Ensüümide struktuur. Koensüümid.

17. Ensüümide toimemehhanism.

18. Nukleiinhapped. Nukleotiidid ja nende struktuur. Polünukleotiidide moodustumine.

19. E. Chargaffi reeglid. Vastastikuse täiendavuse põhimõte.

20. Kaheahelalise DNA molekuli teke ja selle spiraliseerimine.

21. Rakulise RNA klassid ja nende funktsioonid.

22. DNA ja RNA erinevused.

23. DNA replikatsioon. Transkriptsioon.

24. ATP struktuur ja bioloogiline roll.

25. ATP moodustumine rakus.

II. Kodutöö

Jätkake testiks valmistumist jaotises " Keemiline organisatsioon elu."

Tund 22. Kontrolltund rubriigist “Elu keemiline korraldus”

I. Kirjaliku testi läbiviimine

valik 1

1. Aminohappeid on kolme tüüpi – A, B, C. Mitu varianti viiest aminohappest koosnevatest polüpeptiidahelatest saab ehitada. Palun märkige need valikud. Kas neil polüpeptiididel on samad omadused? Miks?

2. Kõik elusolendid koosnevad peamiselt süsinikuühenditest ja süsiniku analoogiks on räni, mille sisaldus on maakoor 300 korda rohkem kui süsinik, leidub väga vähestes organismides. Selgitage seda asjaolu nende elementide aatomite struktuuri ja omadustega.

3. ATP molekulid, mis olid märgistatud radioaktiivse 32P-ga viimase, kolmanda fosforhappejäägi juures, viidi ühte rakku ja ATP-molekulid, mis olid märgistatud 32P-ga esimeses riboosile kõige lähemal olevas jäägis, viidi teise rakku. 5 minuti pärast mõõdeti mõlemas rakus 32P-ga märgistatud anorgaanilise fosfaadi iooni sisaldus. Kus see oluliselt kõrgem on?

4. Uuringud on näidanud, et 34% selle mRNA nukleotiidide koguarvust on guaniin, 18% uratsiil, 28% tsütosiin ja 20% adeniin. Määrake kaheahelalise DNA lämmastikku sisaldavate aluste protsentuaalne koostis, mille koopiaks on näidatud mRNA.

2. variant

1. Rasvad moodustavad "esimese reservi" energia metabolismis ja neid kasutatakse siis, kui süsivesikute varu on ammendatud. Skeletilihastes kasutatakse aga glükoosi ja rasvhapete juuresolekul viimaseid suuremal määral. Valke kasutatakse energiaallikana alati ainult viimase abinõuna, kui keha nälgib. Selgitage neid fakte.

2. Raskmetallide (elavhõbe, plii jne) ja arseeni ioonid seovad kergesti valkude sulfiidrühmadega. Teades nende metallide sulfiidide omadusi, selgitage, mis juhtub valguga nende metallidega kombineerimisel. Miks on raskmetallid kehale mürgid?

3. Aine A oksüdatsioonireaktsioonil aineks B vabaneb 60 kJ energiat. Kui palju ATP molekule saab selles reaktsioonis maksimaalselt sünteesida? Kuidas ülejäänud energiat kasutatakse?

4. Uuringud on näidanud, et 27% selle mRNA nukleotiidide koguarvust on guaniin, 15% uratsiil, 18% tsütosiin ja 40% adeniin. Määrake kaheahelalise DNA lämmastikku sisaldavate aluste protsentuaalne koostis, mille koopiaks on näidatud mRNA.

Jätkub