Цикл_атф_адф_биохимия

Цикл_атф_адф_биохимия

АТФ-цикл в клетке

Цикл АТФ-АДФ

Процессы жизнедеятельности, требующие затраты энергии, получают эту энергию от АТФ, распадающегося при этом на АДФ и неорганический фосфат. Для последующей регенерации АТФ используется энергия, выделяющаяся в процессе катаболизма из клеточного топлива.

В перечень видов работ, на которые требуется энергия АТФ, можно включить и световую энергию. Однако этот процесс происходит не у всех организмов.

Химическая работа (биосинтез)

Метаболическое обновление некоторых компонентов тканей крысы

Активный транспорт (осмотическая работа)

Схема, поясняющая действие Na + ,K + -АТФазы.

Для транспорта К + в клетку (где его концентрация выше, чем в окружающей среде) и транспорта Na + из клетки в окружающую среду (где концентрация этих ионов выше, чем в клетке) требуется свободная энергия. Источником её служит гидролиз АТФ. На каждую молекулу АТФ, гидролизованного до АДФ и Фн, из клетки выходят три иона Na + и два иона К + поступают в неё из окружающей среды. Этот транспорт ионов включает два этапа. На первом этапе молекула АТФазы фосфорилируется под действием АТФ и, и это позволяет ей присоединять ион Na + . На втором этапе присоединяется ион К + , следствием чего оказывается перенос Na + и К + через мембрану с отщеплением свободного фосфата, поступающего в цитозоль. АТФ и продукты его гидролиза (АДФ и Фн) остаются в клетке.

Механическая работа (мышечное сокращение)

Благодаря хорошо скоординированной работе мощных скелетных мышц гепард способен на расстоянии в несколько сотен метров развивать скорость до 125 км/час.

Свечение (электрическая работа)

АТФ поставляет энергию для биолюминесценции светляков.

Биолюминесценция, для которой требуются значительные количества энергии, свойственна многим видам грибов, морским микроорганизмам, медузам, ракообразным и светлякам.

У светляков в последовательности реакций, обеспечивающих преобразование химической энергии в энергию света, используется сочетание энергии АТФ и окислительной энергии. Два главных биохимических компонента, участвующих в процессе свечения – люциферин (след. рис.) и фермент люцифераза.

Для генерации световых вспышек люциферин сначала должен быть активирован в ферментативной реакции с АТФ. На этой стадии пирофосфатное расщепление АТФ приводит к образованию люцифериладенилата (след. рис).

Затем под действием молекулярного кислорода происходит катализируемое люциферазой окислительное декарбоксилирование люциферина, в результате чего образуется оксилюциферин. Именно эта реакция, протекающая через ряд промежуточных стадий, сопровождается световыми вспышками (след. рис.).

Реакции, приводящие к регенерации люциферина. Циклическое превращение компонентов, обеспечивающих люминесценцию светляка.

Дата добавления: 2015-05-08 ; Просмотров: 3339 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Б. Характеристика высокоэнергетических фосфатов. Цикл АТФ-АДФ

В живых организмах существует целая группа органических фосфатов, гидролиз которых приводит к освобождению большого количества свободной энергии. Такие соединения называют высокоэнергетическими фосфатами

разные фосфорилированные соединения обладают разным запасом свободной энергии. К группе высокоэнергетических фосфатов, помимо АТФ, относят енолфосфаты, ангидриды и фосфогуанидины. Соединения, расположенные в нижней части таблицы, составляют группу низкоэнергетических фосфатов. Центральное место среди этих соединений занимает АТФ’ (рис. 6-2).

АТФ — молекула, богатая энергией, поскольку она содержит две фосфоаншдридные связи (β, γ). При гидролизе концевой фосфоангидридной связи АТФ превращается в АДФ и ортофосфат Рi При этом изменение свободной энергии составляет -7,3 ккал/моль. При условиях, существующих в клетке в норме (рН 7,0, температура 37 °С), фактическое значение ΔG 0 ‘ для процесса гидролиза составляет около -12 ккал/моль. Величина свободной энергии гидролиза АТФ делает возможным его образование из АДФ за счёт переноса фосфатного остатка от таких высокоэнергетических фосфатов, как, например, фосфоенолпируват

Рис. 6-2. Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). В молекуле АТФ две высокоэнергетические (макроэргические) связи β и γ, они обозначены на рисунке знаком

или 1,3-бисфосфоглицерат; в свою очередь, АТФ может участвовать в таких эндергонических реакциях, как фосфорилирование глюкозы или глицерина. АТФ выступает в роли донора энергии в эндергонических реакциях многих анаболических процессов. Некоторые биосинтетические реакции в организме могут протекать при участии других нуклеозидтрифосфатов, аналогов АТФ; к ним относят гуанозинтрифосфат (ГТФ), уридинтрифосфат (УТФ) и цитидинтрифосфат (ЦТФ). Все эти нуклеотиды, в свою очередь, образуются при использовании свободной энергии концевой фосфатной группы АТФ. Наконец, за счёт свободной энергии АТФ совершаются различные виды работы, лежащие в основе жизнедеятельности организма, например, такие как мышечное сокращение или активный транспорт веществ.

Читайте также:  Беллакт_для_набора_массы

Таким образом, АТФ — главный, непосредственно используемый донор свободной энергии в биологических системах. В клетке молекула АТФ расходуется в течение одной минуты после её образования. У человека количество АТФ, равное массе тела, образуется и разрушается каждые 24 ч.

Использование АТФ как источника энергии возможно только при условии непрерывного синтеза АТФ из АДФ за счёт энергии окисления органических соединений (рис. 6-3). Цикл АТФ-АДФ — основной механизм обмена энергии в биологических системах, а АТФ — универсальная «энергетическая валюта».

Ацетил-КоА, образующийся при окислении пирувата, жирных кислот и амино­кислот, включается в цикл Кребса.

1. На первой стадии происходит синтез лимонной кислоты, или цитрата, при участии фермента цитратсинтазы.

Углерод метилъной группы ацетила взаимодействует с атомом углерода оксалоацетата (помечен звездочкой). Промежуточным соединением является, как считают, цитрил-КоА, который гидролизуется с образованием свободного цитрата. Гидролиз богатой энергией тиоэфирной связи сдвигает равновесие реакции в сторону образования цитрата и делает реакцию практически необ­ратимой (Дб=— 37,5 кДж/моль) в физиологических условиях. Потери энер­гии в ходе гидролиза цитрил-КоА обеспечивают включение ацетильного фрагмента в цикл Кребса с образованием цитрата.

2. Второй фермент цикла Кребса — аконитатгидратаза — катализирует обратимые превращения трех трикарбоновых кислот — цитрата, цис-аконитата и изоцитрата:

Равновесие в системе устанавливается при соотношении трех субстратов, указанном в уравнении реакции. Аконитатгидратаза катализирует присоеди­нение протона и гидроксила воды в транс-положении по месту двойной связи цис-аконитата. При этом образуется либо цитрат, либо изоцитрат. Особен­ностью этого фермента является необходимость для реакции ионов Fe a +, об­разующих металлосубстратный комплекс. Чтобы сместить равновесие аконитазной реакции в ту или другую сторону, надо расходовать изоцитрат или цитрат.

3. Ферментов, расщепляющих цитрат внутри митохондрий, нет, а превра­щение изоцитрата катализируется третьим ферментом цикла Кребса — изоцитратдегидрогеназой. Как всякая дегидрогеназа, этот фермент имеет кофермент — акцептор водорода, отщепляемый от субстрата. Истинная изоцитратдегидрогеназа цикла Кребса — НАД-зависимый фермент, который содержится только в матриксе митохондрий и катализирует дегидрирование изоцитрата по уравнению

Одновременно идет декарбоксилирование промежуточного продукта реакции (оксалосукцинат) на поверхности фррмента.

Другая, НАДФ-зависимая, изоцитратдегидрогеназа находится в основном в цитоплазме клетки (

80%), и лишь небольшие количества ее присутствуют в митохондриях. Эта дегидрогеназа участвует в реакциях синтеза.

Реакция, катализируемая изоцитратдегидрогеназой, требует присутствия ионов Мn 2+ или Mg + н является практически необратимой (ДО = = —20,8 кДж/моль). Потери в энергии при декарбоксилировании обеспечи­вают непрерывность-утилизации изоцитрата, что в свою очередь способствует смещению равновесия аконитатгидратазной реакции в сторону образования изоцитрата из цис-акоНитата.

4. 2-Оксоглутарат превращается полиферментным 2-оксоглутаратдегидрогенаэным комплексом, который по действию сходен с пируватдегидрогеназным комплексом. Сходство в их механизме действия не случайно, так как оба ферментных комплекса катализируют окисление а-кетокислот, 2-Оксоглутаратдегидрогеназный комплекс (четвертый фермент цикла Кребса) окисляет 2-оксоглутарат по уравнению:

Акцептором фосфорила в этой реакции является ГДФ, поэтому энергия сначала аккумулируется в фосфатных связях ГТФ. Затем с помощью фермен­та нуклеозиддифосфаткиназы, связанного с внутренней мембраной мито­хондрий, происходит перенос фосфорила с ГТФ на АДф с образованием АТФ:

6. Сукцинат подвергается превращению с участием сукцинатдегидро­геназы. Особенностью этого фермента является то, что акцепторами электро­нов и протонов, отщепляемых от сукцината, служат ФАД и железосеропро-теид, содержащий негеминовое железо (FeS). Железосеропротеиды связаны с субъединицами сукцинатдегидрогеназы. Кроме того, это единственный фер­мент цикла Кребса, прочно связанный с внутренней мембраной митохондрий. Он как бы «утоплен» своей гидрофобной частью в липидную часть мембраны, а активный центр фермента обращен в матрикс, где в растворенном виде находится сукцинат. При дегидрировании сукцнната электроны переходят через негеминовое железо железосеропротенда к ФАДу, который является конечным акцептором электронов и протонов в этой реакции:

Сукцниатдегидрогеназа катализирует отщепление от сукцината атомов водо­рода, находящихся в транс-положении. Поэтому образуется транс-форма дикарбоновой кислоты — фумарат, а не цис-форма — малеат. Сукцинат-дегидрогеназная реакция обратима.

7. На следующем этапе происходит стереоспецифнческое присоединение протона и гидроксила воды к фумарату, катализируемое фумаратгидратазой, по уравнению

Следовательно, этот фермент цикла Кребса обладает стереохимнческой субстратной специфичностью.

Читайте также:  Рыжиковое_масло_для_жарки

8. Завершающей стадией цикла Кребса является регенерация оксало-ацетата. Это происходит путем окисления палата, катализируемого малат-дегидрогеназой.

Малатдегидрогеназа цикла Кребса- НАД зависимый фермент и имеет несколько изоферментов.

Реакция, катализируемая этим ферментом, обратима и описывается уравнением:

Существует и НАДФ-зависимая малатдегидрогеназа, но она сосредоточена преимущественно вне «митохондрий (в цитозоле). Этот фермент одновременно с дегидрированием катализирует и декарбоксилирование субстрата:

Сравнив эти два фермента, можно видеть, что НАДФ-зависимый фермент не имеет отношения к циклу Кребса, так как под действием этого фермента нe происходит регенерации оксалоацетата, необходимого для замыкания цикла. НАДФ-малатдегидрогеназа необходима как генератор НАДФ-Н2 для синтетических процессов или как фермент, способствующий восполнению малата, расходующегося в других реакциях.

Общая последовательность реакций цикла Кребса представлена на рис. 34. Хотя цикл Кребса изображают в виде замкнутого ферментативного процесса, следует обратить внимание на одну его особенность: обратимость ферментативных реакций на участке от сукцнната до оксалоацетата. Поэтому в митохондриях эта ветвь может работать в обратном направлении, т. е. оксалоацетат может превращаться в метаболиты цикла Кребса вплоть до сукцнната. Такая возможность представляется, когда нарабатывается оксало­ацетат из других субстратов с помощью вспомогательных реакций.

Дополнительное образование: молекул оксалоацетата необходимо в ситуациях, при которых в ходе распада веществ образуется много ацетил-КоА (например, при интенсивном окислении жирных кислот, пируваТа, неко­торых аминокислот). Если количество оксалоацетата недостаточно для синте­за из него и ацетил-КоА цитрата, то цикл Кребса не успевает перерабаты­вать ацетильные остатки, и они используются в других ферментативных процессах.

Суммарное уравнение превращения ацетил-КоА ферментами цикла Креб­са имеет вид

Круговорот веществ а цикле Кребса организован столь целесообразно, что ферменты цикла по ходу его используют молекулы воды, имеющейся в изобилии, для производства водорода. Источником избыточных пяти атомов водорода являются две молекулы воды, присоединяющиеся к субстратам на стадиях превращения цитрнл-КоА в цитрат и фумарата в малат, а также не­органический фосфат, участвующий в реакции субстратного фосфор ил и-ровання — образовании сукцнната из сукцинил-КоА. Поскольку молекулы воды служат источником водорода, можно сказать, что вода выполняет энер­гетическую роль в животных клетках.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Макроэргические соединения. АТФ – универсальный аккумулятор и источник энергии в организме. Цикл АТФ-АДФ. Энергетический заряд клетки

Практическое занятие № 15.

Задание к занятию № 15.

Тема: ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН.

Актуальность темы.

Биологическое окисление – совокупность протекающих в каждой клетке ферментативных процессов, в результате которых молекулы углеводов, жиров и аминокислот расщепляются, в конечном счете, до углекислоты и воды, а освобождающаяся энергия запасается клеткой в виде аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) и затем используется в жизнедеятельности организма (биосинтез молекул, процесс деления клеток, сокращение мышц, активный транспорт, продукция тепла и др.). Врач должен знать о существовании гипоэнергетических состояний, при которых снижается синтез АТФ. При этом страдают все процессы жизнедеятельности, которые протекают с использованием энергии, запасенной в виде макроэргических связей АТФ. Наиболее распространенная причина гипоэнергетических состояний – гипоксия тканей, связанная со снижением концентрации кислорода в воздухе, нарушением работы сердечно-сосудистой и дыхательной систем, анемиями различного происхождения. Кроме того, причиной гипоэнергетических состояний могут быть гиповитаминозы, связанные с нарушением структурного и функционального состояния ферментных систем, участвующих в процессе биологического окисления, а также голодание, которое приводит к отсутствию субстратов тканевого дыхания. Кроме того, в процессе биологического окисления образуются активные формы кислорода, запускающие процессы перекисного окисления липидов биологических мембран. Необходимо знать механизмы защиты организма от данных форм (ферменты, лекарственные препараты, оказывающие мембраностабилизирующее действие – антиоксиданты).

Учебные и воспитательные цели:

— Общая цель занятия: привить знания о протекании биологического окисления, в результате которого образуется до 70-8- % энергии в виде АТФ, а также об образовании активных форм кислорода и их повреждающего действия на организм.

Читайте также:  Фильтрационный_барьер_почки

— Частные цели: уметь определять пероксидазу в хрене, картофеле; активность сукцинатдегидрогеназы мышц.

1. Входной контроль знаний:

1.2. Устный опрос.

2. Основные вопросы темы:

2.1. Понятие об обмене веществ. Анаболические и катаболические процессы и их взаимосвязь.

2.2. Макроэргические соединения. АТФ – универсальный аккумулятор и источник энергии в организме. Цикл АТФ-АДФ. Энергетический заряд клетки.

2.3. Этапы обмена веществ. Биологическое окисление (тканевое дыхание). Особенности биологического окисления.

2.4. Первичные акцепторы протонов водорода и электронов.

2.5. Организация дыхательной цепи. Переносчики в дыхательной цепи (ЦПЭ).

2.6. Окислительное фосфорилирование АДФ. Механизм сопряжения окисления и фосфорилирования. Коэффициент окислительного фосфорилирования (Р/О).

2.7. Дыхательный контроль. Разобщение дыхания (окисления) и фосфорилирования (свободное окисление).

2.8. Образование токсичных форм кислорода в ЦПЭ и обезвреживание перекиси водорода ферментом пероксидазой.

Лабораторно-практические работы.

3.1. Методика определения пероксидазы в хрене.

3.2. Методика определения пероксидазы в картофеле.

3.3. Определение активности сукцинатдегидрогеназы мышц и конкурентное торможение её активности.

Выходной контроль.

4.2. Ситуационные задачи.

5. Литература:

5.1. Материалы лекций.

5.2. Николаев А.Я. Биологическая химия.-М.: Высшая школа, 1989., С 199-212, 223-228.

5.3. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. — М.: Медицина, 1990.С.224-225.

5.4. Кушманова О.Д., Ивченко Г.М. Руководство к практическим занятиям по биохимии.- М.: Медицина, 1983, раб. 38.

2. Основные вопросы темы.

2.1. Понятие об обмене веществ. Анаболические и катаболические процессы и их взаимосвязь.

Живые организмы находятся в постоянной и неразрывной связи с окружающей средой.

Эта связь осуществляется в процессе обмена веществ.

Обмен веществ (метаболизм)совокупность всех реакций в организме.

Промежуточный обмен (внутриклеточный метаболизм) – включает 2 типа реакций: катаболизм и анаболизм.

Катаболизм – процесс расщепления органических веществ до конечных продуктов (СО2 , Н2О и мочевины). В этот процесс включаются метаболиты, образующиеся как при пищеварении, так и при распаде структурно-функциональных компонентов клеток.

Процессы катаболизма в клетках организма сопровождаются потреблением кислорода, который необходим для реакций окисления. В результате реакций катаболизма происходит выделение энергии (экзергонические реакции), которая необходима организму для его жизнедеятельности.

Анаболизм – синтез сложных веществ из простых. В анаболических процессах используется энергия, освобождающаяся при катаболизме (эндергонические реакции).

Источниками энергии для организма являются белки, жиры и углеводы. Энергия, заключенная в химических связях этих соединений, в процессе фотосинтеза трансформировалась из солнечной энергии.

Макроэргические соединения. АТФ – универсальный аккумулятор и источник энергии в организме. Цикл АТФ-АДФ. Энергетический заряд клетки.

АТФявляется макроэргическим соединением, содержащим макроэргические связи; при гидролизе концевой фосфатной связи выделяется около 20 кдж/моль энергии.

К макроэргическим соединениям относятся ГТФ, ЦТФ, УТФ, креатинфосфат, карбамоилфосфат и др. Они используются в организме для синтеза АТФ. Например, ГТФ + АДФ à ГДФ + АТФ

Этот процесс называется субстратное фосфорилирование – экзоргонические реакции. В свою очередь все эти макроэргические соединения образуются при использовании свободной энергии концевой фосфатной группы АТФ. Наконец, энергия АТФ используется для совершения различных видов работ в организме:

— механической (мышечное сокращение);

— электрической (проведение нервного импульса);

— химической (синтез веществ);

-осмотической (активный транспорт веществ через мембрану) – эндергонические реакции.

Таким образом, АТФ- главный, непосредственно используемый донор энергии в организме. АТФ занимает центральное место между эндергоническими и экзергоническими реакциями.

В организме человека образуется количество АТФ, равное массе тела и за каждые 24 часа вся эта энергия разрушается. 1 молекула АТФ «живет» в клетке около минуты.

Использование АТФ как источника энергии возможно только при условии непрерывного синтеза АТФ из АДФ за счет энергии окисления органических соединений. Цикл АТФ-АДФ – основной механизм обмена энергии в биологических системах, а АТФ – универсальная «энергетическая валюта».

Каждая клетка обладает электрическим зарядом, который равен

Если заряд клетки равен 0,8-0,9, то в клетке весь адениловый фонд представлен в виде АТФ (клетка насыщена энергией и процесс синтеза АТФ не происходит).

По мере использования энергии, АТФ превращается в АДФ, заряд клетки становится равным 0, автоматически начинается синтез АТФ.

Ссылка на основную публикацию
Худые_ставшие_качками
«У всех есть миссия — накормить тебя». Худые парни и качки ответили на вопросы из Google Качки бреют ноги? А...
Хочу_потолстеть_быстро_девушке
Как быстро набрать вес девушке Не все представительницы прекрасного пола мечтают похудеть. Есть немало девушек, желающих стать женственнее, а для...
Хочу_похудеть_на_10_килограмм
Как похудеть на 10 кг за разные сроки: варианты от 7 дней до 2 месяцев Если за праздники набрали пару...
Худые_стройные_девочки
6 ошибок при выборе свитера, которые превращают стройных девушек в толстушек Получайте на почту один раз в сутки одну самую...
Adblock detector