პრაქტიკული გაკვეთილი ნომერი 15.

დავალება გაკვეთილის ნომერი 15.

თემა: ენერგიის გაცვლა.

თემის აქტუალობა.

ბიოლოგიური დაჟანგვა არის ფერმენტული პროცესების ერთობლიობა, რომელიც ხდება თითოეულ უჯრედში, რის შედეგადაც ნახშირწყლების, ცხიმების და ამინომჟავების მოლეკულები საბოლოოდ იშლება ნახშირორჟანგამდე და წყალში, ხოლო გამოთავისუფლებული ენერგია უჯრედში ინახავს ადენოზინის სახით. ტრიფოსფატი (ATP) და შემდეგ გამოიყენება ორგანიზმის ცხოვრებაში (მოლეკულების ბიოსინთეზი, უჯრედების გაყოფის პროცესი, კუნთების შეკუმშვა, აქტიური ტრანსპორტი, სითბოს გამომუშავება და ა.შ.). ექიმმა უნდა იცოდეს ჰიპოენერგეტიკული პირობების არსებობა, რომლებშიც ატფ-ის სინთეზი მცირდება. ამავდროულად, ყველა სასიცოცხლო პროცესი, რომელიც მიმდინარეობს ატფ-ის მაკროერგიული ობლიგაციების სახით შენახული ენერგიის გამოყენებით, განიცდის. ჰიპოენერგეტიკული მდგომარეობის ყველაზე გავრცელებული მიზეზია ქსოვილის ჰიპოქსიადაკავშირებულია ჰაერში ჟანგბადის კონცენტრაციის დაქვეითებასთან, გულ-სისხლძარღვთა და რესპირატორული სისტემების მოშლასთან, სხვადასხვა წარმოშობის ანემიასთან. გარდა ამისა, ჰიპოენერგეტიკული მდგომარეობების მიზეზი შეიძლება იყოს ჰიპოვიტამინოზიდაკავშირებულია ბიოლოგიური დაჟანგვის პროცესში ჩართული ფერმენტული სისტემების სტრუქტურული და ფუნქციური მდგომარეობის დარღვევასთან, აგრეთვე შიმშილი, რაც იწვევს ქსოვილის სუნთქვის სუბსტრატების არარსებობას. გარდა ამისა, ბიოლოგიური დაჟანგვის პროცესში წარმოიქმნება რეაქტიული ჟანგბადის სახეობები, რომლებიც იწვევს პროცესებს. პეროქსიდაციალიპიდები ბიოლოგიურ მემბრანებში. აუცილებელია ვიცოდეთ ორგანიზმის დაცვის მექანიზმები ამ ფორმებისგან (ფერმენტები, მემბრანამასტაბილიზებელი ეფექტის მქონე პრეპარატები – ანტიოქსიდანტები).

საგანმანათლებლო და საგანმანათლებლო მიზნები:

გაკვეთილის ზოგადი მიზანი: ცოდნის დანერგვა ბიოლოგიური დაჟანგვის მიმდინარეობის შესახებ, რის შედეგადაც ენერგიის 70-8%-მდე წარმოიქმნება ატფ-ის სახით, აგრეთვე რეაქტიული ჟანგბადის სახეობების წარმოქმნა და მათი დაზიანება. ეფექტი სხეულზე.

განსაკუთრებული მიზნები: შეეძლოს პეროქსიდაზის განსაზღვრა ცხენის კურდღლის, კარტოფილში; კუნთების სუქცინატის დეჰიდროგენაზას აქტივობა.

1. ცოდნის შეყვანის კონტროლი:

1.1. ტესტები.

1.2. ზეპირი გამოკითხვა.

2. თემის ძირითადი კითხვები:

2.1. მეტაბოლიზმის კონცეფცია. ანაბოლური და კატაბოლური პროცესები და მათი ურთიერთობა.

2.2. მაკროერგიული ნაერთები. ATP არის უნივერსალური აკუმულატორი და ენერგიის წყარო ორგანიზმში. ATP-ADP ციკლი. უჯრედის ენერგეტიკული მუხტი.

2.3. მეტაბოლიზმის ეტაპები. ბიოლოგიური დაჟანგვა (ქსოვილის სუნთქვა). ბიოლოგიური დაჟანგვის თავისებურებები.

2.4. წყალბადის პროტონებისა და ელექტრონების პირველადი მიმღებები.

2.5. რესპირატორული ჯაჭვის ორგანიზაცია. გადამტანები სასუნთქ ჯაჭვში (CPE).

2.6. ADP-ის ოქსიდაციური ფოსფორილირება. ჟანგვის და ფოსფორილირების კონიუგაციის მექანიზმი. ოქსიდაციური ფოსფორილირების კოეფიციენტი (P/O).

2.7. სუნთქვის კონტროლი. სუნთქვის დაშლა (დაჟანგვა) და ფოსფორილირება (თავისუფალი დაჟანგვა).

2.8. CPE-ში ჟანგბადის ტოქსიკური ფორმების წარმოქმნა და წყალბადის ზეჟანგის განეიტრალება ფერმენტ პეროქსიდაზას მიერ.

ლაბორატორიული და პრაქტიკული სამუშაოები.

3.1. რძის პეროქსიდაზას განსაზღვრის მეთოდი.

3.2. კარტოფილში პეროქსიდაზას განსაზღვრის მეთოდი.

3.3. კუნთების სუქცინატდეჰიდროგენაზას აქტივობის განსაზღვრა და მისი აქტივობის კონკურენტული დათრგუნვა.

გამომავალი კონტროლი.

4.1. ტესტები.

4.2. სიტუაციური ამოცანები.

5. ლიტერატურა:

5.1. სალექციო მასალები.

5.2. ნიკოლაევი A.Ya. ბიოლოგიური ქიმია.-მ.: უმაღლესი სკოლა, 1989., გვ. 199-212, 223-228.

5.3. ბერეზოვი ტ.ტ., კოროვკინი ბ.ფ. ბიოლოგიური ქიმია. - მ.: მედიცინა, 1990.S.224-225.

5.4. კუშმანოვა ო.დ., ივჩენკო გ.მ. პრაქტიკული სავარჯიშოების გზამკვლევი ბიოქიმიაში.- მ.: მედიცინა, 1983, შრომა. 38.

2. თემის ძირითადი კითხვები.

ცოცხალი ორგანიზმები გარემოსთან მუდმივ და განუყოფელ კავშირში არიან.

ეს კავშირი ხორციელდება მეტაბოლიზმის პროცესში.

მეტაბოლიზმი (მეტაბოლიზმი) – ორგანიზმში ყველა რეაქციის მთლიანობა.

შუალედური მეტაბოლიზმი (უჯრედული მეტაბოლიზმი) - მოიცავს 2 სახის რეაქციას: კატაბოლიზმს და ანაბოლიზმს.

კატაბოლიზმი- ორგანული ნივთიერებების საბოლოო პროდუქტებად დაყოფის პროცესი (CO 2, H 2 O და შარდოვანა). ეს პროცესი მოიცავს მეტაბოლიტებს, რომლებიც წარმოიქმნება როგორც მონელების დროს, ასევე უჯრედების სტრუქტურული და ფუნქციური კომპონენტების დაშლის დროს.

ორგანიზმის უჯრედებში კატაბოლიზმის პროცესებს თან ახლავს ჟანგბადის მოხმარება, რომელიც აუცილებელია ჟანგვის რეაქციებისთვის. კატაბოლიზმის რეაქციების შედეგად გამოიყოფა ენერგია (ეგრგგონული რეაქციები), რომელიც აუცილებელია ორგანიზმისთვის მისი სასიცოცხლო აქტივობისთვის.

ანაბოლიზმირთული ნივთიერებების სინთეზი მარტივიდან. ანაბოლური პროცესები იყენებენ კატაბოლიზმის დროს გამოთავისუფლებულ ენერგიას (ენდერგონული რეაქციები).

ორგანიზმისთვის ენერგიის წყაროა ცილები, ცხიმები და ნახშირწყლები. ამ ნაერთების ქიმიურ ბმებში შემავალი ენერგია მზის ენერგიისგან გარდაიქმნა ფოტოსინთეზის პროცესში.

მაკროერგიული ნაერთები. ATP არის უნივერსალური აკუმულატორი და ენერგიის წყარო ორგანიზმში. ATP-ADP ციკლი. უჯრედის ენერგეტიკული მუხტი.

ATP– არის მაკროერგიული ნაერთი, რომელიც შეიცავს მაკროერგიულ ობლიგაციებს; ტერმინალური ფოსფატის ბმის ჰიდროლიზი გამოყოფს დაახლოებით 20 კჯ/მოლ ენერგიას.

მაღალენერგეტიკული ნაერთებია: GTP, CTP, UTP, კრეატინ ფოსფატი, კარბამოილფოსფატი და ა.შ. ისინი გამოიყენება ორგანიზმში ატფ-ის სინთეზისთვის. მაგალითად, GTP + ADP à GDP + ATP

ამ პროცესს ე.წ სუბსტრატის ფოსფორილირება- ეგზოგორგონული რეაქციები. თავის მხრივ, ყველა ეს მაღალი ენერგიის ნაერთი იქმნება ATP-ის ტერმინალური ფოსფატის ჯგუფის თავისუფალი ენერგიის გამოყენებით. და ბოლოს, ატფ-ის ენერგია გამოიყენება ორგანიზმში სხვადასხვა სახის სამუშაოს შესასრულებლად:

მექანიკური (კუნთების შეკუმშვა);

ელექტრული (ნერვული იმპულსის გამტარებელი);

ქიმიური (ნივთიერებების სინთეზი);

ოსმოსური (ნივთიერების აქტიური ტრანსპორტი მემბრანის გასწვრივ) - ენდრგონიული რეაქციები.

ამრიგად, ATP არის მთავარი, უშუალოდ გამოყენებული ენერგიის დონორი ორგანიზმში. ATP ცენტრალური ადგილია ენდრგონიულ და ეგზერგონიულ რეაქციებს შორის.

ადამიანის ორგანიზმში ატფ-ის რაოდენობა წარმოიქმნება სხეულის წონის ტოლი და ყოველ 24 საათში მთელი ეს ენერგია ნადგურდება. 1 ATP მოლეკულა უჯრედში დაახლოებით ერთი წუთის განმავლობაში „ცხოვრობს“.

ატფ-ის, როგორც ენერგიის წყაროს გამოყენება შესაძლებელია მხოლოდ ADP-დან ატფ-ის უწყვეტი სინთეზის პირობებში, ორგანული ნაერთების დაჟანგვის ენერგიის გამო. ATP-ADP ციკლი არის ენერგიის გაცვლის მთავარი მექანიზმი ბიოლოგიურ სისტემებში, ხოლო ATP არის უნივერსალური "ენერგეტიკული ვალუტა".

თითოეულ უჯრედს აქვს ელექტრული მუხტი, რომელიც უდრის

[ATP] + ½ [ADP]

[ATP] + [ADP] + [AMP]

თუ უჯრედის მუხტი არის 0,8-0,9, მაშინ უჯრედში მთელი ადენილის ფონდი წარმოდგენილია ატფ-ის სახით (უჯრედი გაჯერებულია ენერგიით და ატფ-ის სინთეზის პროცესი არ ხდება).

ენერგიის მოხმარებისას ATP გარდაიქმნება ADP-ში, უჯრედის მუხტი ხდება 0 და ATP სინთეზი ავტომატურად იწყება.

პასუხი:უჯრედი არის ცოცხალის ელემენტარული სტრუქტურული, ფუნქციური და გენეტიკური ერთეული. უჯრედი ცოცხალი არსებების განვითარების ელემენტარული ერთეულია. უჯრედს შეუძლია თვითრეგულირება, თვითგანახლება და თვითრეპროდუქცია.

12. მიტოქონდრიების ჯამური მასა ვირთხის სხვადასხვა ორგანოს უჯრედების მასასთან არის: პანკრეასში - 7,9%, ღვიძლში - 18,4%, გულში - 35,8%. რატომ აქვთ ამ ორგანოების უჯრედებს მიტოქონდრიის განსხვავებული შემცველობა?

პასუხი:მიტოქონდრია არის უჯრედის ენერგეტიკული სადგურები - მათში სინთეზირებულია ATP მოლეკულები. გულის კუნთს მუშაობისთვის დიდი ენერგია სჭირდება, ამიტომ მის უჯრედებს აქვთ მიტოქონდრიების უდიდესი რაოდენობა. ღვიძლში უფრო მეტია ვიდრე პანკრეასში, რადგან მას უფრო ინტენსიური მეტაბოლიზმი აქვს.

როგორ გამოიყენება ATP-ში შენახული ენერგია?

პასუხი: ATP არის ენერგიის უნივერსალური წყარო ყველა ცოცხალი ორგანიზმის უჯრედებში. ატფ ენერგია იხარჯება ნივთიერებების სინთეზსა და ტრანსპორტირებაზე, უჯრედის გამრავლებაზე, კუნთების შეკუმშვაზე, იმპულსების გამტარობაზე, ე.ი. უჯრედების, ქსოვილების, ორგანოების და მთელი ორგანიზმის სასიცოცხლო აქტივობაზე.

დნმ-ის რომელი თვისებები ადასტურებს, რომ ის არის გენეტიკური ინფორმაციის მატარებელი?

პასუხი: რეპლიკაციის უნარი (თვითგაორმაგება), ორი ჯაჭვის კომპლემენტარულობა, ტრანსკრიფციის უნარი.

აღწერეთ ცხოველური უჯრედების გარე პლაზმური მემბრანის მოლეკულური სტრუქტურა.

პასუხი: პლაზმური მემბრანა იქმნება ლიპიდების ორი ფენით. ცილის მოლეკულებს შეუძლიათ შეაღწიონ პლაზმურ მემბრანაში ან განლაგდნენ მის გარე ან შიდა ზედაპირზე. გარეთ, ნახშირწყლებს შეუძლიათ შეუერთდნენ ცილებს და წარმოქმნან გლიკოკალიები.

რით განსხვავდებიან ცოცხალი ორგანიზმები არაცოცხალი არსებისგან?

პასუხი:ცოცხალი არსების ნიშნები: მეტაბოლიზმი და ენერგიის გარდაქმნა, მემკვიდრეობა და ცვალებადობა, ცხოვრების პირობებთან ადაპტაცია, გაღიზიანებადობა, გამრავლება, ზრდა და განვითარება, თვითრეგულირება და ა.შ.

რა არის ვირუსების მახასიათებლები?

რა მნიშვნელობა ჰქონდა უჯრედული თეორიის შექმნას მეცნიერული მსოფლმხედველობის ფორმირებისთვის?

პასუხი:უჯრედის თეორია ასაბუთებდა ცოცხალი ორგანიზმების ურთიერთობას, მათ საერთო წარმოშობას, განზოგადებულ ცოდნას უჯრედის, როგორც ცოცხალი ორგანიზმების სტრუქტურისა და სასიცოცხლო აქტივობის ერთეულის შესახებ.

რით განსხვავდება დნმ-ის მოლეკულა mRNA-სგან?

პასუხი: დნმ-ს აქვს სტრუქტურა ორმაგი სპირალის სახით, ხოლო რნმ-ს აქვს ნუკლეოტიდების ერთი ჯაჭვი; დნმ შეიცავს შაქრის დექსორიბოზას და ნუკლეოტიდებს აზოტოვანი ფუძით თიმინთან ერთად, ხოლო რნმ შეიცავს შაქრის რიბოზას და ნუკლეოტიდებს აზოტოვანი ფუძე ურაცილით.

რატომ არ შეიძლება ბაქტერიების კლასიფიცირება ევკარიოტებად?

პასუხი:მათ არ აქვთ ციტოპლაზმიდან გამოყოფილი ბირთვი, მიტოქონდრიები, გოლჯის კომპლექსი, EPS, არ ახასიათებთ მიტოზი და მეიოზი, განაყოფიერება. მემკვიდრეობითი ინფორმაცია დნმ-ის წრიული მოლეკულის სახით.

მეტაბოლიზმი და ენერგია

რომელ მეტაბოლურ რეაქციებში არის წყალი ნახშირწყლების სინთეზის საწყისი მასალა?

პასუხი:ფოტოსინთეზი.

რა სახის ენერგიას მოიხმარენ ჰეტეროტროფული ცოცხალი ორგანიზმები?

პასუხი:ორგანული ნივთიერებების დაჟანგვის ენერგია.

რა სახის ენერგიას მოიხმარენ ავტოტროფული ორგანიზმები?

პასუხი:ფოტოტროფები - სინათლის ენერგია, ქიმიოტროფები - არაორგანული ნივთიერებების დაჟანგვის ენერგია.

ფოტოსინთეზის რომელ ფაზაში ხდება ATP სინთეზი?

პასუხი:სინათლის ფაზაში.

რა არის ჟანგბადის წყარო ფოტოსინთეზის დროს?

პასუხი:წყალი (ფოტოლიზის შედეგად - სინათლის ფაზაში სინათლის მოქმედებით დაშლა, გამოიყოფა ჟანგბადი).

რატომ არ შეუძლიათ ჰეტეროტროფულ ორგანიზმებს თავად შექმნან ორგანული ნივთიერებები?

პასუხი:მათ უჯრედებს აკლიათ ქლოროპლასტები და ქლოროფილი.

პასუხი:უჯრედი არის სისტემა, რადგან შედგება მრავალი ურთიერთდაკავშირებული და ურთიერთმოქმედი ნაწილისაგან - ორგანელებისა და სხვა სტრუქტურებისგან. ეს სისტემა ღიაა, რადგან მასში მატერია და ენერგია შემოდის გარემოდან და მასში ხდება მეტაბოლიზმი. გენეტიკურ დონეზე განხორციელებული თვითრეგულირების გამო უჯრედში შედარებით მუდმივი შემადგენლობა შენარჩუნებულია. უჯრედს შეუძლია სტიმულებზე რეაგირება.

9. როგორია კვლევის მეთოდი? მიეცით ბიოლოგიური კვლევის მეთოდებისა და სიტუაციების მაგალითები, რომლებშიც ისინი გამოიყენება.

პასუხი:მეთოდი რეალობის მეცნიერული შეცნობის გზაა. არსებობს ბიოლოგიური კვლევის მეთოდები: აღწერა, დაკვირვება, შედარება, ექსპერიმენტი, მიკროსკოპია, ცენტრიფუგაცია, ჰიბრიდოლოგიური, ტყუპი მეთოდი, ბიოქიმიური მეთოდი და ა.შ. კვლევის მეთოდები გამოიყენება მხოლოდ გარკვეულ შემთხვევებში და გარკვეული მიზნების მისაღწევად. მაგალითად, ჰიბრიდოლოგიური - მემკვიდრეობის შესასწავლად გამოიყენება მეცხოველეობისა და კულტურების წარმოებაში, მაგრამ არ გამოიყენება ადამიანებისთვის. ცენტრიფუგაცია საშუალებას გაძლევთ გამოყოთ უჯრედული ორგანელები მათი შესწავლისთვის.

10. რა როლი აქვს ბირთვს უჯრედში?

პასუხი:უჯრედის ბირთვი შეიცავს ქრომოსომებს, რომლებიც ატარებენ მემკვიდრეობით ინფორმაციას და აკონტროლებენ მეტაბოლიზმის და უჯრედების რეპროდუქციის პროცესებს.

11. როგორ არის ჩამოყალიბებული უჯრედის თეორია ამჟამად?

13. როგორ გამოიყენება ATP-ში შენახული ენერგია?

14. დნმ-ის რომელი თვისებები ადასტურებს, რომ ის არის გენეტიკური ინფორმაციის მატარებელი?

გაგრძელება. იხილეთ No11, 12, 13, 14, 15, 16/2005 წ.

ბიოლოგიის გაკვეთილები საბუნებისმეტყველო გაკვეთილებზე

გაფართოებული დაგეგმვა, მე-10 კლასი

გაკვეთილი 19

აღჭურვილობა:ცხრილები ზოგად ბიოლოგიაზე, ატფ-ის მოლეკულის სტრუქტურის დიაგრამა, პლასტიკური და ენერგეტიკული გაცვლების ურთიერთკავშირის დიაგრამა.

I. ცოდნის ტესტი

ბიოლოგიური კარნახის ჩატარება "ცოცხალი ნივთიერების ორგანული ნაერთები"

მასწავლებელი კითხულობს თეზისებს რიცხვების ქვეშ, მოსწავლეები ჩაწერენ რვეულში იმ თეზისების ნომრებს, რომლებიც შინაარსით შეესაბამება მათ ვერსიას.

ვარიანტი 1 - ცილები.
ვარიანტი 2 - ნახშირწყლები.
ვარიანტი 3 - ლიპიდები.
ვარიანტი 4 - ნუკლეინის მჟავები.

1. სუფთა სახით ისინი შედგება მხოლოდ C, H, O ატომებისგან.

2. C, H, O ატომების გარდა შეიცავს N და ჩვეულებრივ S ატომებს.

3. C, H, O ატომების გარდა შეიცავს N და P ატომებს.

4. შედარებით მცირე მოლეკულური წონა აქვთ.

5. მოლეკულური წონა შეიძლება იყოს ათასობითდან რამდენიმე ათეულამდე და ასეულ ათასობით დალტონამდე.

6. ყველაზე დიდი ორგანული ნაერთები მოლეკულური მასით რამდენიმე ათეულ და ასეულ მილიონ დალტონამდე.

7. მათ აქვთ სხვადასხვა მოლეკულური წონა - ძალიან მცირედან ძალიან მაღალამდე, იმისდა მიხედვით, ნივთიერება მონომერია თუ პოლიმერი.

8. შედგება მონოსაქარიდებისაგან.

9. შედგება ამინომჟავებისგან.

10. შედგება ნუკლეოტიდებისგან.

11. ისინი უმაღლესი ცხიმოვანი მჟავების ეთერებია.

12. ძირითადი სტრუქტურული ერთეული: „აზოტოვანი ფუძე – პენტოზა – ფოსფორმჟავას ნარჩენი“.

13. ძირითადი სტრუქტურული ერთეული: „ამინომჟავები“.

14. ძირითადი სტრუქტურული ერთეული: „მონოსაქარიდი“.

15. ძირითადი სტრუქტურული ერთეული: „გლიცეროლი-ცხიმმჟავა“.

16. პოლიმერის მოლეკულები აგებულია ერთი და იგივე მონომერებისგან.

17. პოლიმერის მოლეკულები აგებულია მსგავსი, მაგრამ არა ზუსტად იდენტური მონომერებისგან.

18. არ არიან პოლიმერები.

19. ისინი ასრულებენ თითქმის ექსკლუზიურად ენერგეტიკულ, სამშენებლო და შესანახ ფუნქციებს, ზოგ შემთხვევაში – დამცავ.

20. ენერგიისა და კონსტრუქციის გარდა ასრულებენ კატალიზურ, სასიგნალო, სატრანსპორტო, საავტომობილო და დამცავ ფუნქციებს;

21. ისინი ინახავენ და გადასცემენ უჯრედისა და სხეულის მემკვიდრეობით თვისებებს.

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

II. ახალი მასალის სწავლა

1. ადენოზინტრიფოსფორმჟავას სტრუქტურა

ცილების, ნუკლეინის მჟავების, ცხიმებისა და ნახშირწყლების გარდა, ცოცხალ ნივთიერებაში სინთეზირდება სხვა ორგანული ნაერთების დიდი რაოდენობა. მათ შორის მნიშვნელოვან როლს ასრულებს უჯრედის ბიოენერგეტიკაში ადენოზინტრიფოსფატი (ATP). ATP გვხვდება ყველა მცენარეულ და ცხოველურ უჯრედში. უჯრედებში ადენოზინის ტრიფოსფორის მჟავა ყველაზე ხშირად გვხვდება მარილების სახით ადენოზინტრიფოსფატები. ატფ-ის რაოდენობა მერყეობს და საშუალოდ 0,04%-ს შეადგენს (საშუალოდ უჯრედში დაახლოებით 1 მილიარდი ატფ მოლეკულაა). ატფ-ის ყველაზე დიდი რაოდენობა გვხვდება ჩონჩხის კუნთებში (0,2–0,5%).

ATP მოლეკულა შედგება აზოტოვანი ფუძისგან - ადენინი, პენტოზა - რიბოზა და ფოსფორმჟავას სამი ნარჩენი, ე.ი. ATP არის სპეციალური ადენილის ნუკლეოტიდი. სხვა ნუკლეოტიდებისგან განსხვავებით, ATP შეიცავს არა ერთ, არამედ სამ ფოსფორმჟავას ნარჩენებს. ATP ეხება მაკროერგიულ ნივთიერებებს - ნივთიერებებს, რომლებიც შეიცავს დიდი რაოდენობით ენერგიას მათ ობლიგაციებში.

ATP მოლეკულის სივრცითი მოდელი (A) და სტრუქტურული ფორმულა (B).

ATP-ის შემადგენლობიდან ATPase ფერმენტების მოქმედებით, ფოსფორის მჟავას ნარჩენი იშლება. ATP-ს აქვს ძლიერი მიდრეკილება მისი ტერმინალური ფოსფატის ჯგუფის გამოყოფისკენ:

ATP 4– + H 2 O ––> ADP 3– + 30.5 კჯ + Fn,

რადგან ეს იწვევს მეზობელ უარყოფით მუხტებს შორის ენერგიულად არახელსაყრელი ელექტროსტატიკური მოგერიების გაქრობას. შედეგად მიღებული ფოსფატი სტაბილიზდება წყალთან ენერგიულად ხელსაყრელი წყალბადური ბმების წარმოქმნით. დამუხტვის განაწილება ADP + Fn სისტემაში უფრო სტაბილური ხდება ვიდრე ATP-ში. ამ რეაქციის შედეგად გამოიყოფა 30,5 კჯ (როდესაც ჩვეულებრივი კოვალენტური ბმა იშლება, გამოდის 12 კჯ).

ATP-ში ფოსფორ-ჟანგბადის ბმის მაღალი ენერგეტიკული „ღირებულების“ ხაზგასასმელად, ჩვეულებრივ, აღვნიშნოთ იგი ნიშნით ~ და ვუწოდოთ მას მაკროენერგეტიკული ბმა. როდესაც ფოსფორის მჟავის ერთი მოლეკულა იშლება, ATP გარდაიქმნება ADP-ში (ადენოზინდიფოსფორის მჟავა), ხოლო თუ ფოსფორის მჟავას ორი მოლეკულა იშლება, მაშინ ATP გარდაიქმნება AMP-ად (ადენოზინმონოფოსფორის მჟავა). მესამე ფოსფატის დაშლას თან ახლავს მხოლოდ 13,8 კჯ გამოყოფა, ასე რომ ატფ-ის მოლეკულაში მხოლოდ ორი მაკროერგიული ბმაა.

2. ატფ-ის ფორმირება უჯრედში

ატფ-ის მარაგი უჯრედში მცირეა. მაგალითად, კუნთში, ATP რეზერვები საკმარისია 20-30 შეკუმშვისთვის. მაგრამ კუნთს შეუძლია საათობით იმუშაოს და ათასობით შეკუმშვა გამოიწვიოს. ამიტომ, ატფ-ის ADP-მდე დაშლასთან ერთად, უჯრედში მუდმივად უნდა მოხდეს საპირისპირო სინთეზი. უჯრედებში ატფ-ის სინთეზის რამდენიმე გზა არსებობს. მოდით გავეცნოთ მათ.

1. ანაერობული ფოსფორილირება.ფოსფორილირება არის ATP სინთეზის პროცესი ADP-დან და დაბალი მოლეკულური წონის ფოსფატიდან (Pn). ამ შემთხვევაში, ჩვენ ვსაუბრობთ ორგანული ნივთიერებების დაჟანგვის უჟანგბადო პროცესებზე (მაგალითად, გლიკოლიზი არის გლუკოზის უჟანგბადო დაჟანგვის პროცესი პირუვან მჟავამდე). ამ პროცესების დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის დაახლოებით 40% (დაახლოებით 200 კჯ/მოლ გლუკოზა) იხარჯება ატფ-ის სინთეზზე, დანარჩენი კი სითბოს სახით იშლება:

C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2Fn -–> 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 4H.

2. ოქსიდაციური ფოსფორილირება- ეს არის ATP სინთეზის პროცესი ორგანული ნივთიერებების ჟანგბადით დაჟანგვის ენერგიის გამო. ეს პროცესი აღმოაჩინეს 1930-იანი წლების დასაწყისში. მე -20 საუკუნე ვ.ა. ენგელჰარდტი. ორგანული ნივთიერებების დაჟანგვის ჟანგბადის პროცესები მიტოქონდრიაში მიმდინარეობს. ამ შემთხვევაში გამოთავისუფლებული ენერგიის დაახლოებით 55% (დაახლოებით 2600 კჯ/მოლ გლუკოზა) გარდაიქმნება ატფ-ის ქიმიური ბმების ენერგიად, ხოლო 45% იშლება სითბოს სახით.

ოქსიდაციური ფოსფორილირება ბევრად უფრო ეფექტურია, ვიდრე ანაერობული სინთეზები: თუ გლუკოზის მოლეკულის დაშლის დროს გლიკოლიზის დროს სინთეზირდება მხოლოდ 2 ატფ მოლეკულა, მაშინ ჟანგვითი ფოსფორილირების დროს წარმოიქმნება ატფ 36 მოლეკულა.

3. ფოტოფოსფორილირება- ATP სინთეზის პროცესი მზის ენერგიის გამო. ATP სინთეზის ეს გზა დამახასიათებელია მხოლოდ ფოტოსინთეზის უნარის მქონე უჯრედებისთვის (მწვანე მცენარეები, ციანობაქტერიები). მზის კვანტების ენერგიას ფოტოსინთეზი იყენებს ფოტოსინთეზის სინათლის ფაზაში ატფ-ის სინთეზისთვის.

3. ატფ-ის ბიოლოგიური მნიშვნელობა

ATP არის უჯრედში მეტაბოლური პროცესების ცენტრში, არის კავშირი ბიოლოგიური სინთეზისა და დაშლის რეაქციებს შორის. უჯრედში ატფ-ის როლი შეიძლება შევადაროთ ბატარეის როლს, ვინაიდან ატფ-ის ჰიდროლიზის დროს გამოიყოფა სხვადასხვა სასიცოცხლო პროცესისთვის საჭირო ენერგია („გამორთვა“), ხოლო ფოსფორილირების („დამუხტვა“) პროცესში. ATP ისევ თავისთავად აგროვებს ენერგიას.

ATP ჰიდროლიზის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის გამო ხდება უჯრედსა და სხეულში თითქმის ყველა სასიცოცხლო პროცესი: ნერვული იმპულსების გადაცემა, ნივთიერებების ბიოსინთეზი, კუნთების შეკუმშვა, ნივთიერებების ტრანსპორტირება და ა.შ.

III. ცოდნის კონსოლიდაცია

ბიოლოგიური პრობლემების გადაჭრა

ამოცანა 1. სწრაფი სირბილის დროს ხშირად ვსუნთქავთ, მატულობს ოფლიანობა. ახსენით ეს ფენომენი.

დავალება 2. რატომ იწყებენ გაყინული ადამიანები სიცივეში ჩახტვას და ხტუნვას?

ამოცანა 3. ი.ილფის და ე. პეტროვის ცნობილ ნაშრომში "თორმეტი სკამი" ბევრ სასარგებლო რჩევას შორის შეგიძლიათ იპოვოთ შემდეგი: "ღრმად ისუნთქე, აღელვებული ხარ". შეეცადეთ დაასაბუთოთ ეს რჩევა ორგანიზმში მიმდინარე ენერგეტიკული პროცესების თვალსაზრისით.

IV. Საშინაო დავალება

დაიწყეთ მზადება ტესტისთვის და ტესტისთვის (კარნახეთ ტესტის კითხვები - იხილეთ გაკვეთილი 21).

გაკვეთილი 20

აღჭურვილობა:ზოგადი ბიოლოგიის ცხრილები.

I. სექციის ცოდნის განზოგადება

სტუდენტების მუშაობა კითხვებით (ინდივიდუალურად) შემდგომი გადამოწმებით და დისკუსიით

1. მოიყვანეთ ორგანული ნაერთების მაგალითები, რომლებიც მოიცავს ნახშირბადს, გოგირდს, ფოსფორს, აზოტს, რკინას, მანგანუმს.

2. როგორ განვასხვავოთ ცოცხალი უჯრედი მკვდარისაგან იონური შემადგენლობით?

3. რა ნივთიერებებია უჯრედში გაუხსნელი სახით? რა ორგანოებსა და ქსოვილებს მოიცავს ისინი?

4. მოიყვანეთ ფერმენტების აქტიურ ცენტრებში შემავალი მაკროელემენტების მაგალითები.

5. რა ჰორმონები შეიცავს მიკროელემენტებს?

6. როგორია ჰალოგენების როლი ადამიანის ორგანიზმში?

7. რით განსხვავდება ცილები ხელოვნური პოლიმერებისგან?

8. რა განსხვავებაა პეპტიდებსა და ცილებს შორის?

9. რა ჰქვია ცილას, რომელიც ჰემოგლობინის ნაწილია? რამდენი ქვეერთეულისგან შედგება?

10. რა არის რიბონუკლეაზა? რამდენი ამინომჟავაა მასში? როდის მოხდა მისი ხელოვნურად სინთეზირება?

11. რატომ არის დაბალი ფერმენტების გარეშე ქიმიური რეაქციების სიჩქარე?

12. რა ნივთიერებების ტრანსპორტირება ხდება ცილების მიერ უჯრედის მემბრანის გავლით?

13. რით განსხვავდება ანტისხეულები ანტიგენებისგან? შეიცავს თუ არა ვაქცინები ანტისხეულებს?

14. რა ნივთიერებები ანადგურებს ცილებს ორგანიზმში? რამდენი ენერგია გამოიყოფა ამ შემთხვევაში? სად და როგორ ხდება ამიაკის განეიტრალება?

15. მოიყვანეთ პეპტიდური ჰორმონების მაგალითი: როგორ მონაწილეობენ ისინი უჯრედული მეტაბოლიზმის რეგულაციაში?

16. როგორია შაქრის სტრუქტურა, რომლითაც ვსვამთ ჩაის? ამ ნივთიერების კიდევ რომელი სამი სინონიმი იცით?

17. რატომ არ გროვდება რძეში ცხიმი ზედაპირზე, არამედ სუსპენზიაშია?

18. რა არის დნმ-ის მასა სომატური და ჩანასახოვანი უჯრედების ბირთვში?

19. რამდენ ATP-ს იყენებს ადამიანი დღეში?

20. რა ცილებისგან ამზადებენ ადამიანები ტანსაცმელს?

პანკრეასის რიბონუკლეაზას პირველადი სტრუქტურა (124 ამინომჟავა)

II. Საშინაო დავალება.

განაგრძეთ მზადება ტესტისთვის და ტესტისთვის განყოფილებაში "სიცოცხლის ქიმიური ორგანიზაცია".

გაკვეთილი 21

I. კითხვებზე ზეპირი ტესტის ჩატარება

1. უჯრედის ელემენტარული შემადგენლობა.

2. ორგანული ელემენტების მახასიათებლები.

3. წყლის მოლეკულის აგებულება. წყალბადის ბმა და მისი მნიშვნელობა სიცოცხლის „ქიმიაში“.

4. წყლის თვისებები და ბიოლოგიური ფუნქციები.

5. ჰიდროფილური და ჰიდროფობიური ნივთიერებები.

6. კათიონები და მათი ბიოლოგიური მნიშვნელობა.

7. ანიონები და მათი ბიოლოგიური მნიშვნელობა.

8. პოლიმერები. ბიოლოგიური პოლიმერები. განსხვავებები პერიოდულ და არაპერიოდულ პოლიმერებს შორის.

9. ლიპიდების თვისებები, მათი ბიოლოგიური ფუნქციები.

10. სტრუქტურული თავისებურებებით გამორჩეული ნახშირწყლების ჯგუფები.

11. ნახშირწყლების ბიოლოგიური ფუნქციები.

12. ცილების ელემენტარული შემადგენლობა. Ამინომჟავების. პეპტიდების წარმოქმნა.

13. ცილების პირველადი, მეორადი, მესამეული და მეოთხეული სტრუქტურები.

14. ცილების ბიოლოგიური ფუნქცია.

15. განსხვავება ფერმენტებსა და არაბიოლოგიურ კატალიზატორებს შორის.

16. ფერმენტების სტრუქტურა. კოენზიმები.

17. ფერმენტების მოქმედების მექანიზმი.

18. ნუკლეინის მჟავები. ნუკლეოტიდები და მათი სტრუქტურა. პოლინუკლეოტიდების წარმოქმნა.

19. ე.ჩარგაფის წესები. კომპლემენტარობის პრინციპი.

20. ორჯაჭვიანი დნმ-ის მოლეკულის წარმოქმნა და მისი სპირალიზაცია.

21. უჯრედული რნმ-ის კლასები და მათი ფუნქციები.

22. განსხვავებები დნმ-სა და რნმ-ს შორის.

23. დნმ-ის რეპლიკაცია. ტრანსკრიფცია.

24. ატფ-ის სტრუქტურა და ბიოლოგიური როლი.

25. ატფ-ის წარმოქმნა უჯრედში.

II. Საშინაო დავალება

განაგრძეთ ტესტისთვის მომზადება განყოფილებაში "სიცოცხლის ქიმიური ორგანიზაცია".

გაკვეთილი 22

I. წერითი ტესტის ჩატარება

ვარიანტი 1

1. არსებობს სამი სახის ამინომჟავა - A, B, C. ხუთი ამინომჟავისგან შემდგარი პოლიპეპტიდური ჯაჭვების რამდენი ვარიანტი შეიძლება აშენდეს. მიუთითეთ ეს პარამეტრები. ექნებათ თუ არა ამ პოლიპეპტიდებს იგივე თვისებები? რატომ?

2. ყველა ცოცხალი არსება ძირითადად შედგება ნახშირბადის ნაერთებისგან, ხოლო სილიციუმი, ნახშირბადის ანალოგი, რომლის შემცველობა დედამიწის ქერქში 300-ჯერ მეტია ნახშირბადზე, მხოლოდ ძალიან ცოტა ორგანიზმშია ნაპოვნი. ახსენით ეს ფაქტი ამ ელემენტების ატომების სტრუქტურისა და თვისებების მიხედვით.

3. ATP მოლეკულები, რომლებიც ეტიკეტირებული იყო რადიოაქტიური 32P-ით ბოლო, მესამე ფოსფორმჟავას ნარჩენზე, შეიყვანეს ერთ უჯრედში, ხოლო ATP მოლეკულები ეტიკეტირებული 32P-ით რიბოზასთან ყველაზე ახლოს პირველ ნარჩენზე, შეიყვანეს მეორე უჯრედში. 5 წუთის შემდეგ, ორივე უჯრედში გაიზომა 32P-ით მარკირებული არაორგანული ფოსფატის იონის შემცველობა. სად იქნება ის მნიშვნელოვნად მაღალი?

4. კვლევებმა აჩვენა, რომ ამ mRNA-ს ნუკლეოტიდების საერთო რაოდენობის 34% არის გუანინი, 18% ურაცილი, 28% ციტოზინი და 20% ადენინი. განისაზღვროს ორჯაჭვიანი დნმ-ის აზოტოვანი ფუძეების პროცენტული შემადგენლობა, რომელთაგან მითითებული mRNA არის მსახიობი.

ვარიანტი 2

1. ცხიმები წარმოადგენს „პირველ რეზერვს“ ენერგეტიკულ ცვლაში და გამოიყენება ნახშირწყლების მარაგის ამოწურვისას. თუმცა, ჩონჩხის კუნთებში, გლუკოზისა და ცხიმოვანი მჟავების არსებობისას, ეს უკანასკნელი უფრო მეტად გამოიყენება. ცილები, როგორც ენერგიის წყარო, ყოველთვის გამოიყენება მხოლოდ როგორც უკანასკნელი საშუალება, როდესაც ორგანიზმი შიმშილობს. ახსენით ეს ფაქტები.

2. მძიმე ლითონების (ვერცხლისწყალი, ტყვია და სხვ.) და დარიშხანის იონები ადვილად აკავშირებენ ცილების სულფიდურ ჯგუფებს. იცოდეთ ამ ლითონების სულფიდების თვისებები, ახსენით, რა ემართება ცილას ამ ლითონებთან შერწყმისას. რატომ არის მძიმე მეტალები შხამიანი ორგანიზმისთვის?

3. A ნივთიერების დაჟანგვის რეაქციაში B ნივთიერებაში გამოიყოფა 60 კჯ ენერგია. რამდენი ATP მოლეკულა შეიძლება იყოს მაქსიმალურად სინთეზირებული ამ რეაქციაში? როგორ იქნება გამოყენებული დანარჩენი ენერგია?

4. კვლევებმა აჩვენა, რომ ამ mRNA-ს ნუკლეოტიდების საერთო რაოდენობის 27% არის გუანინი, 15% ურაცილი, 18% ციტოზინი და 40% ადენინი. განისაზღვროს ორჯაჭვიანი დნმ-ის აზოტოვანი ფუძეების პროცენტული შემადგენლობა, რომელთაგან მითითებული mRNA არის მსახიობი.

Გაგრძელება იქნება

ზუსტად როგორ ინახება ენერგია ATP(ადენოზინის ტრიფოსფატი) და როგორ აძლევენ მას სასარგებლო სამუშაოს შესასრულებლად? წარმოუდგენლად რთულია, რომ რაღაც აბსტრაქტული ენერგია მოულოდნელად იღებს მატერიალურ მატარებელს მოლეკულის სახით, რომელიც მდებარეობს ცოცხალ უჯრედებში და ის შეიძლება გათავისუფლდეს არა სითბოს სახით (რაც მეტ-ნაკლებად ნათელია), არამედ სახით. სხვა მოლეკულის შექმნა. ჩვეულებრივ, სახელმძღვანელოების ავტორები შემოიფარგლებიან ფრაზით „ენერგია ინახება მაღალი ენერგიის კავშირის სახით მოლეკულის ნაწილებს შორის და იხსნება, როდესაც ეს კავშირი გატეხილია, აკეთებს სასარგებლო სამუშაოს“, მაგრამ ეს არაფერს ხსნის.

ყველაზე ზოგადი თვალსაზრისით, ეს მანიპულაციები მოლეკულებთან და ენერგიასთან ხდება შემდეგნაირად: პირველი. ან ისინი იქმნება ქლოროპლასტებში მსგავსი რეაქციების ჯაჭვში. ეს ხარჯავს მიტოქონდრიის შიგნით საკვები ნივთიერებების კონტროლირებადი წვის შედეგად მიღებულ ენერგიას ან ქლოროფილის მოლეკულაზე მოხვედრილი მზის სინათლის ფოტონების ენერგიას. შემდეგ ATP მიეწოდება უჯრედის იმ ადგილებს, სადაც საჭიროა გარკვეული სამუშაოს შესრულება. და როდესაც მისგან ერთი ან ორი ფოსფატის ჯგუფი იშლება, ენერგია გამოიყოფა, რომელიც ასრულებს ამ სამუშაოს. ამავდროულად, ATP იშლება ორ მოლეკულად: თუ მხოლოდ ერთი ფოსფატის ჯგუფი იშლება, მაშინ ATP იქცევა. ADP(ადენოზინ დიფოსფატი, რომელიც განსხვავდება ადენოზინის ტრიფოსფატისგან მხოლოდ ძალიან გამოყოფილი ფოსფატის ჯგუფის არარსებობით). თუ ATP-მ დატოვა ორი ფოსფატური ჯგუფი ერთდროულად, მაშინ მეტი ენერგია გამოიყოფა და ადენოზინ მონოფოსფატი რჩება ATP-დან ( AMF).

ცხადია, უჯრედმა უნდა განახორციელოს საპირისპირო პროცესი, ADP ან AMP მოლეკულების ATP-ად გარდაქმნა, რათა ციკლი განმეორდეს. მაგრამ ამ "ცარიელ" მოლეკულებს შეუძლიათ ადვილად იცურონ ფოსფატების გვერდით, რომლებიც მათ აკლიათ ATP-ად გადაქცევისთვის და არასოდეს გაერთიანდნენ მათთან, რადგან ასეთი ასოციაციის რეაქცია ენერგიულად არახელსაყრელია.

რა არის ქიმიური რეაქციის "ენერგეტიკული სარგებელი", საკმაოდ მარტივი გასაგებია, თუ იცით ამის შესახებ თერმოდინამიკის მეორე კანონი: სამყაროში ან დანარჩენებისგან იზოლირებულ ნებისმიერ სისტემაში უწესრიგობა მხოლოდ იზრდება. ანუ, კომპლექსურად ორგანიზებული მოლეკულები, რომლებიც ზის უჯრედში მოწესრიგებული წესით, ამ კანონის შესაბამისად, შეიძლება განადგურდეს მხოლოდ მცირე მოლეკულების წარმოქმნით ან თუნდაც ცალკეულ ატომებად დაშლა, რადგან მაშინ რიგი შესამჩნევად ნაკლები იქნება. ამ იდეის გასაგებად, შეგიძლიათ შეადაროთ რთული მოლეკულა ლეგოსგან აწყობილ თვითმფრინავს. შემდეგ მცირე მოლეკულები, რომლებშიც კომპლექსი იშლება, დაკავშირებული იქნება ამ თვითმფრინავის ცალკეულ ნაწილებთან, ხოლო ატომები ლეგოს ცალკეულ ბლოკებთან. ლამაზად აწყობილი თვითმფრინავის დათვალიერებისას და ნაწილების ნარევს შევადარებთ, ცხადი ხდება, რატომ შეიცავს რთული მოლეკულები უფრო მეტ წესრიგს, ვიდრე მცირე.

ასეთი დაშლის რეაქცია (მოლეკულების და არა თვითმფრინავის) ენერგიულად ხელსაყრელი იქნება, რაც ნიშნავს, რომ ის შეიძლება განხორციელდეს სპონტანურად და ენერგია გამოიყოფა დაშლის დროს. თუმცა, ფაქტობრივად, თვითმფრინავის გაყოფა ენერგიულად მომგებიანი იქნება: მიუხედავად იმისა, რომ თავად ნაწილები არ გაიყოფა ერთმანეთისგან და გარე ძალა ბავშვის სახით, რომელსაც სურს ამ ნაწილების სხვა რამის გამოყენება. აფურთხებს მათ გამოყოფაზე, ის დახარჯავს უაღრესად შეკვეთილი საკვების ჭამით მიღებულ ენერგიას, რათა თვითმფრინავი ნაწილების ქაოტურ გროვად აქციოს. და რაც უფრო მჭიდროდ არის ერთმანეთთან დაკავშირებული ნაწილები, მით მეტი ენერგია დაიხარჯება, მათ შორის სითბოს სახით გამოთავისუფლებული. დედააზრი: ფუნთუშის ნაჭერი (ენერგიის წყარო) და თვითმფრინავი გადაიქცევა ქაოტურ მასად, ბავშვის ირგვლივ ჰაერის მოლეკულები თბება (და ამიტომ უფრო შემთხვევით მოძრაობს) - უფრო მეტი ქაოსია, ანუ თვითმფრინავის გაყოფა ენერგიულად ხდება. მომგებიანი.

შეჯამებით, ჩვენ შეგვიძლია ჩამოვაყალიბოთ შემდეგი წესები თერმოდინამიკის მეორე კანონიდან გამომდინარე:

1. შეკვეთის რაოდენობის შემცირებით გამოიყოფა ენერგია, ხდება ენერგიულად ხელსაყრელი რეაქციები

2. შეკვეთის რაოდენობის მატებასთან ერთად, ენერგია შეიწოვება, ხდება ენერგიის დამხარჯავი რეაქციები

ერთი შეხედვით, ეს გარდაუვალი მოძრაობა წესრიგიდან ქაოსამდე შეუძლებელს ხდის პროცესების შებრუნებას, როგორიცაა ერთი განაყოფიერებული კვერცხუჯრედის აგება და დედა ძროხის მიერ შთანთქმული საკვები მოლეკულები, რაც უდავოდ ძალიან მოწესრიგებულია დაღეჭილი ბალახის ხბოსთან შედარებით.

მაგრამ მაინც, ეს ხდება და ამის მიზეზი ის არის, რომ ცოცხალ ორგანიზმებს აქვთ ერთი თვისება, რაც მათ საშუალებას აძლევს, მხარი დაუჭირონ სამყაროს ენტროპიის სურვილს და ააშენონ საკუთარი თავი და შთამომავლობა: გააერთიანეთ ორი რეაქცია ერთ პროცესში, რომელთაგან ერთი ენერგიულად ხელსაყრელია, მეორე კი ენერგო ინტენსიურია. ორი რეაქციის ასეთი კომბინაციით შესაძლებელია იმის უზრუნველყოფა, რომ პირველი რეაქციის დროს გამოთავისუფლებული ენერგია უფრო მეტად ფარავს მეორეს ენერგეტიკულ ხარჯებს. თვითმფრინავის მაგალითში, მისი ცალ-ცალკე დაშორება ენერგიას მოიხმარს და ენერგიის გარე წყაროს გარეშე ბიჭის მეტაბოლიზმის შედეგად განადგურებული ფუნთუშის სახით, თვითმფრინავი სამუდამოდ იდგა.

ეს ჰგავს სასწავლებელზე დაღმართზე ასვლას: ჯერ ერთი, ადამიანი საკვების მიღებისას ინახავს ენერგიას, რომელიც მიღებულს ენერგიულად ხელსაყრელი პროცესების შედეგად მიღებულ ენერგეტიკულად ხელსაყრელ პროცესებში, ძლიერ მოწესრიგებული ქათმის მოლეკულებად და ატომებად დაყოფით მის სხეულში. და შემდეგ ის ხარჯავს ამ ენერგიას, ათრევს სასწავლებელს მთაზე. სასწავლებლის გადაადგილება ქვემოდან ზევით ენერგიულად არახელსაყრელია, ამიტომ ისინი იქ სპონტანურად არასოდეს დაძვრებიან, ეს მოითხოვს მესამე მხარის ერთგვარ ენერგიას. და თუ ქათმის ჭამით მიღებული ენერგია არ არის საკმარისი ასვლის დასაძლევად, მაშინ „მთის სასწავლებელზე ჩამოგდების“ პროცესი არ მოხდება.

ეს არის ენერგიის მოხმარების რეაქციები ( ენერგიის მოხმარების რეაქცია ) გაზარდეთ შეკვეთის რაოდენობა დაწყვილებულ რეაქციაში გამოთავისუფლებული ენერგიის შთანთქმით. და ბალანსი ენერგიის გამოყოფასა და მოხმარებას შორის ამ დაწყვილებულ რეაქციებში ყოველთვის დადებითი უნდა იყოს, ანუ მათი კომბინაცია გაზრდის ქაოსის რაოდენობას. გაზრდის მაგალითი ენტროპია(არეულობა) ( ენტროპია[‘entrəpɪ]) არის სითბოს გამოყოფა ენერგიის მიმცემი რეაქციის დროს ( ენერგიის მიწოდების რეაქცია): რეაქტიული მოლეკულების მიმდებარე ნივთიერების ნაწილაკები ენერგიულ შოკებს იღებენ რეაგირების მოლეკულებისგან, იწყებენ უფრო სწრაფად და ქაოტურად მოძრაობას, თავის მხრივ უბიძგებენ ამ და მეზობელი ნივთიერებების სხვა მოლეკულებსა და ატომებს.

ისევ საკვებიდან ენერგიის მიღებას: ბანოფის ღვეზელის ნაჭერი ბევრად უფრო მოწესრიგებულია, ვიდრე მიღებული საღეჭი მასა, რომელიც კუჭში შევიდა. რომელიც თავის მხრივ შედგება უფრო დიდი, უფრო მოწესრიგებული მოლეკულებისგან, ვიდრე ის, რომლებშიც ნაწლავები დაყოფს მას. და ისინი, თავის მხრივ, მიეწოდება სხეულის უჯრედებს, სადაც ცალკეული ატომები და ელექტრონებიც კი იქნება მოწყვეტილი მათგან... და ქაოსის გაზრდის თითოეულ ეტაპზე ერთ ნაჭერში ენერგია იქნება. გაათავისუფლეს, რომელსაც ბედნიერი მჭამელის ორგანოები და ორგანელები დაიჭერენ, შეინახავენ მას ATP-ის სახით (ენერგია მოიხმარენ), რაც საშუალებას მისცემს ახალი საჭირო მოლეკულების აგებას (ენერგია მოიხმარს) ან სხეულის გაცხელებას (ასევე ენერგია- მოხმარება). შედეგად, "ადამიანი - ბანოფის ღვეზელი - სამყარო" სისტემაში ნაკლები წესრიგია (ნამცხვრის განადგურებისა და თერმული ენერგიის გამოყოფის გამო, რომელიც მას ამუშავებს ორგანელებით), მაგრამ ერთი ადამიანის სხეულში ბედნიერებაა. გახდეს უფრო წესრიგი (ახალი მოლეკულების, ორგანელების ნაწილების და მთლიანი უჯრედული ორგანოების გაჩენის გამო).

თუ ატფ-ის მოლეკულას დავუბრუნდებით, მთელი ამ თერმოდინამიკური დიგრესიის შემდეგ, ცხადი ხდება, რომ მისი შემადგენელი ნაწილებიდან (პატარა მოლეკულებიდან) მის შესაქმნელად საჭიროა ენერგიულად ხელსაყრელი რეაქციებიდან მიღებული ენერგიის დახარჯვა. მისი შექმნის ერთი გზა დეტალურად არის აღწერილი, მეორე (ძალიან მსგავსი) გამოიყენება ქლოროპლასტებში, სადაც პროტონის გრადიენტის ენერგიის ნაცვლად გამოიყენება მზის მიერ გამოსხივებული ფოტონების ენერგია.

არსებობს რეაქციების სამი ჯგუფი, რომლებიც წარმოქმნიან ATP-ს (იხ. დიაგრამა მარჯვნივ):

გლუკოზისა და ცხიმოვანი მჟავების მსხვილ მოლეკულებად დაშლა ციტოპლაზმაში უკვე შესაძლებელს ხდის ATP-ის გარკვეული რაოდენობის მიღებას (პატარა, ერთი გლუკოზის მოლეკულის გაყოფისთვის ამ ეტაპზე მიიღება მხოლოდ 2 ATP მოლეკულა). მაგრამ ამ ეტაპის მთავარი მიზანი არის მოლეკულების შექმნა, რომლებიც გამოიყენება მიტოქონდრიულ რესპირატორულ ჯაჭვში.
კრებსის ციკლის წინა ეტაპზე მიღებული მოლეკულების შემდგომი გაყოფა, რომელიც ხდება მიტოქონდრიულ მატრიცაში, იძლევა მხოლოდ ერთ ATP მოლეკულას, მისი მთავარი მიზანი იგივეა, რაც წინა აბზაცში.
დაბოლოს, წინა ეტაპებზე დაგროვილი მოლეკულები გამოიყენება მიტოქონდრიის რესპირატორულ ჯაჭვში ატფ-ის წარმოებისთვის და აქ მისი დიდი ნაწილი გამოიყოფა (დაწვრილებით ამის შესახებ ქვემოთ).

თუ ამ ყველაფერს უფრო დეტალურად აღვწერთ, იგივე რეაქციებს შევხედავთ ენერგიის წარმოებისა და ხარჯვის თვალსაზრისით, მივიღებთ ამას:

0. საკვების მოლეკულები საგულდაგულოდ იწვება (იჟანგება) პირველადი გახლეჩვისას, რომელიც ხდება უჯრედის ციტოპლაზმაში, ისევე როგორც ქიმიური რეაქციების ჯაჭვში, რომელსაც ეწოდება "კრების ციკლი", რომელიც უკვე მიმდინარეობს მიტოქონდრიულ მატრიქსში - ენერგიის მწარმოებელიმოსამზადებელი ეტაპის ნაწილი.

ამ ენერგიულად ხელსაყრელ რეაქციებთან შეერთების შედეგად წარმოიქმნება ახალი მოლეკულების შექმნის უკვე ენერგიულად არახელსაყრელი რეაქციები, 2 ATP მოლეკულა და სხვა ნივთიერების რამდენიმე მოლეკულა - ენერგიის მოხმარებამოსამზადებელი ეტაპის ნაწილი. ეს თანაწარმომქმნელი მოლეკულები არიან მაღალი ენერგიის ელექტრონების მატარებლები, რომლებიც გამოყენებული იქნება მიტოქონდრიულ რესპირატორულ ჯაჭვში შემდეგ ეტაპზე.

1. მიტოქონდრიების, ბაქტერიების და ზოგიერთი არქეის მემბრანებზე ხდება ენერგიის მომცემი პროტონებისა და ელექტრონების გაყოფა წინა ეტაპზე მიღებული მოლეკულებიდან (მაგრამ არა ATP-დან). ელექტრონების გავლა სასუნთქი ჯაჭვის კომპლექსებში (I, III და IV დიაგრამაზე მარცხნივ) ნაჩვენებია ყვითელი გრაგნილი ისრებით, გავლა ამ კომპლექსებში (და, შესაბამისად, შიდა მიტოქონდრიულ მემბრანაში) პროტონებში ნაჩვენებია წითელი ისრები.

რატომ არ შეიძლება ელექტრონების უბრალოდ გამოყოფა გადამზიდავი მოლეკულიდან ძლიერი ჟანგვის აგენტის, ჟანგბადის გამოყენებით და გამოთავისუფლებული ენერგიის გამოყენება შეიძლება? რატომ გადაიტანეთ ისინი ერთი კომპლექსიდან მეორეში, რადგან საბოლოოდ ისინი ერთსა და იმავე ჟანგბადამდე მიდიან? გამოდის, რომ რაც უფრო დიდია განსხვავება ელექტრონების მიზიდვის უნარში ელექტრონის მიმცემში ( შემცირების აგენტი) და ელექტრონების შეგროვება ( ჟანგვის აგენტი) მოლეკულები, რომლებიც მონაწილეობენ ელექტრონის გადაცემის რეაქციაში, მით მეტი ენერგია გამოიყოფა ამ რეაქციის დროს.

კრებსის ციკლში წარმოქმნილი ელექტრონისა და ჟანგბადის მატარებლის მოლეკულების ამ უნარში განსხვავება ისეთია, რომ ამ შემთხვევაში გამოთავისუფლებული ენერგია საკმარისი იქნება რამდენიმე ATP მოლეკულის სინთეზისთვის. მაგრამ სისტემის ენერგიის ასეთი მკვეთრი ვარდნის გამო, ეს რეაქცია გაგრძელდება თითქმის ფეთქებადი ძალით და თითქმის მთელი ენერგია გამოიყოფა დაუკავებელი სითბოს სახით, რაც, ფაქტობრივად, იხარჯება.

მეორეს მხრივ, ცოცხალი უჯრედები ყოფენ ამ რეაქციას რამდენიმე მცირე ეტაპად, ჯერ ელექტრონებს გადააქვთ სუსტად მიმზიდველი გადამზიდავი მოლეკულებიდან რესპირატორული ჯაჭვის ოდნავ მიმზიდველ პირველ კომპლექსში, მისგან ჯერ კიდევ ოდნავ მიმზიდველზე. უბიქინონი(ან კოენზიმი Q-10), რომლის ამოცანაა ელექტრონების გადათრევა მომდევნო, თუნდაც ოდნავ უფრო ძლიერ მომზიდველ რესპირატორულ კომპლექსზე, რომელიც იღებს ენერგიის თავის ნაწილს ამ წარუმატებელი აფეთქებისგან და აძლევს მას პროტონების გადატუმბვას მემბრანაში.. და ასე შემდეგ, სანამ ელექტრონები საბოლოოდ არ შეხვდებიან ჟანგბადს, იზიდავს მას, აითვისებს რამდენიმე პროტონს და არ ქმნის წყლის მოლეკულას. ერთი მძლავრი რეაქციის ასეთი დაყოფა მცირე ნაბიჯებად იძლევა საშუალებას, რომ სასარგებლო ენერგიის თითქმის ნახევარი მიმართოს სასარგებლო სამუშაოს შესრულებას: ამ შემთხვევაში, შექმნას. პროტონის ელექტროქიმიური გრადიენტირომელიც მეორე აბზაცში იქნება განხილული.

ზუსტად როგორ ეხმარება გადაცემული ელექტრონების ენერგია მემბრანის მეშვეობით პროტონების გადატუმბვის ენერგიის დაწყვილებულ რეაქციას, ახლა გარკვევა იწყება. სავარაუდოდ, ელექტრულად დამუხტული ნაწილაკის (ელექტრონის) არსებობა გავლენას ახდენს მემბრანაში ჩაშენებულ ცილაში იმ ადგილის კონფიგურაციაზე, სადაც ის მდებარეობს: ასე რომ, ეს ცვლილება იწვევს პროტონის ცილაში შეყვანას და პროტეინის არხში გადაადგილებას. მემბრანაში. მნიშვნელოვანია, რომ რეალურად მიღებული ენერგია გადამზიდავი მოლეკულიდან მაღალენერგეტიკული ელექტრონების გაყოფის და მათი საბოლოო გადაცემის შედეგად ჟანგბადში შენახული იყოს პროტონის გრადიენტის სახით.

2. მემბრანის გარე მხარეს 1 წერტილიდან მოვლენების შედეგად დაგროვილი პროტონების ენერგია და მიდრეკილია შიდა მხარეს მოხვედრაზე, შედგება ორი ცალმხრივი ძალისგან:

ელექტრო(პროტონების დადებითი მუხტი მიდრეკილია მემბრანის მეორე მხარეს უარყოფითი მუხტების დაგროვების ადგილზე) და
ქიმიური(როგორც ნებისმიერი სხვა მატერიის შემთხვევაში, პროტონები ცდილობენ ერთნაირად გაფანტონ სივრცეში, გავრცელდნენ ადგილებიდან მათი მაღალი კონცენტრაციით იმ ადგილებში, სადაც ისინი ცოტაა)

პროტონების ელექტრული მიზიდულობა შიდა მემბრანის უარყოფით მხარეს ბევრად უფრო ძლიერია, ვიდრე პროტონების მიდრეკილება გადაადგილდნენ უფრო დაბალი კონცენტრაციის ადგილას პროტონის კონცენტრაციის სხვაობის გამო (ეს ნაჩვენებია დიაგრამაში ისრების სიგანეზე. ზემოთ). ამ მამოძრავებელი ძალების გაერთიანებული ენერგია იმდენად დიდია, რომ საკმარისია პროტონების მემბრანის შიგნით გადაადგილება და თანმხლები ენერგიის დამხარჯავი რეაქციის საწვავი: ATP-ის შექმნა ADP-დან და ფოსფატიდან.

მოდით განვიხილოთ უფრო დეტალურად, თუ რატომ მოითხოვს ამას ენერგია და ზუსტად როგორ გარდაიქმნება პროტონის ასპირაციის ენერგია ATP მოლეკულის ორ ნაწილს შორის ქიმიური ბმის ენერგიად.

ADP მოლეკულას (დიაგრამაზე მარჯვნივ) არ სურს შეიძინოს სხვა ფოსფატური ჯგუფი: ჟანგბადის ატომი, რომელსაც ამ ჯგუფს შეუძლია მიმაგრება, ისეთივე უარყოფითად არის დამუხტული, როგორც ფოსფატი, რაც ნიშნავს, რომ ისინი იგერიებენ ერთმანეთს. ზოგადად, ADP არ აპირებს რეაგირებას, ის ქიმიურად პასიურია. ფოსფატს, თავის მხრივ, აქვს საკუთარი ჟანგბადის ატომი მიმაგრებული ამ ფოსფორის ატომზე, რომელიც შეიძლება გახდეს ფოსფატისა და ADP-ს შორის კავშირის ადგილი ATP მოლეკულის შექმნისას, ასე რომ მას არ შეუძლია მიიღოს ინიციატივა.

მაშასადამე, ეს მოლეკულები უნდა იყოს დაკავშირებული ერთი ფერმენტით, გაშლილი ისე, რომ ბმები მათსა და „ზედმეტ“ ატომებს შორის შესუსტდეს და გაწყდეს, შემდეგ კი მოიყვანონ ამ მოლეკულების ორი ქიმიურად აქტიური ბოლო, რომლებზეც ატომები განიცდიან დეფიციტს და სიჭარბეს. ელექტრონების, ერთმანეთს.

ფოსფორის (P +) და ჟანგბადის (O -) იონები, რომლებიც მოხვდნენ ურთიერთმიღწევის ველში, შეკრულია ძლიერი კოვალენტური კავშირით იმის გამო, რომ ისინი ერთობლივად ფლობენ ერთ ელექტრონს, რომელიც თავდაპირველად ეკუთვნოდა ჟანგბადს. ეს მოლეკულის გადამამუშავებელი ფერმენტი არის ატფ სინთაზადა ის იღებს ენერგიას, რათა შეცვალოს როგორც მისი კონფიგურაცია, ასევე ADP და ფოსფატის ურთიერთგანლაგება მასში გამავალი პროტონებისგან. პროტონებისთვის ენერგიულად ხელსაყრელია მემბრანის საპირისპირო დამუხტულ მხარეს მოხვედრა, სადაც, უფრო მეტიც, ისინი ცოტაა და ერთადერთი გზა გადის ფერმენტზე, რომლის „როტორში“ პროტონები ერთდროულად ბრუნავენ.

ATP სინთაზას სტრუქტურა ნაჩვენებია დიაგრამაზე მარჯვნივ. მისი მბრუნავი ელემენტი პროტონების გავლის გამო ხაზგასმულია მეწამულში, ხოლო ქვემოთ მოყვანილი სურათი გვიჩვენებს მისი ბრუნვისა და ATP მოლეკულების შექმნის დიაგრამას. ფერმენტი მუშაობს თითქმის მოლეკულური ძრავის მსგავსად, ბრუნავს ელექტროქიმიურიპროტონების მიმდინარე ენერგია მექანიკური ენერგიაცილების ორი კომპლექტის ხახუნი ერთმანეთის წინააღმდეგ: მბრუნავი "ფეხი" ერევა "სოკოს ქუდის" უმოძრაო ცილებს, ხოლო "ქუდის" ქვედანაყოფები იცვლიან ფორმას. ეს მექანიკური დეფორმაცია ხდება ქიმიური კავშირის ენერგიაატფ-ის სინთეზში, როდესაც ადფ და ფოსფატის მოლეკულები მუშავდება და იშლება მათ შორის კოვალენტური ბმის ფორმირებისთვის საჭირო წესით.

თითოეულ ატფ სინთაზას შეუძლია წამში 100-მდე ატფ მოლეკულის სინთეზირება, ხოლო სინთეზირებული ატფ-ის თითოეული მოლეკულისთვის დაახლოებით სამმა პროტონმა უნდა გაიაროს სინთეტაზაში. უჯრედებში სინთეზირებული ატფ-ის უმეტესობა სწორედ ამ გზით იქმნება და მხოლოდ მცირე ნაწილია საკვების მოლეკულების პირველადი დამუშავების შედეგი, რომელიც ხდება მიტოქონდრიის გარეთ.

ნებისმიერ მომენტში, ტიპიურ ცოცხალ უჯრედში დაახლოებით მილიარდი ATP მოლეკულაა. ბევრ უჯრედში, მთელი ეს ATP იცვლება (ანუ გამოიყენება და ხელახლა იქმნება) ყოველ 1-2 წუთში. დასვენების დროს საშუალო ადამიანი ყოველ 24 საათში ერთხელ იყენებს ATP-ის მასას დაახლოებით საკუთარი მასის ტოლი.

ზოგადად, გლუკოზის ან ცხიმოვანი მჟავების ნახშირორჟანგამდე და წყალში დაჟანგვის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის თითქმის ნახევარი ითვისება და გამოიყენება ATP-ის წარმოქმნის ენერგიულად არახელსაყრელი რეაქციისთვის ADP-დან და ფოსფატებისგან. 50%-იანი ეფექტურობა ცუდი არ არის, მაგალითად, მანქანის ძრავა საწვავში შემავალი ენერგიის მხოლოდ 20%-ს ხარჯავს სასარგებლო სამუშაოში. ამავდროულად, დანარჩენი ენერგია ორივე შემთხვევაში იფანტება სითბოს სახით და ისევე, როგორც ზოგიერთი ავტომობილი, ცხოველებიც მუდმივად ხარჯავენ ამ ჭარბს (თუმცა არა მთლიანად, რა თქმა უნდა) სხეულის დათბობაზე. აქ ნახსენები რეაქციების პროცესში, გლუკოზის ერთი მოლეკულა, რომელიც თანდათან იშლება ნახშირორჟანგამდე და წყალში, ამარაგებს უჯრედს 30 ATP მოლეკულით.

ასე რომ, საიდან მოდის ენერგია და ზუსტად როგორ ინახება ის ATP-ში, ყველაფერი მეტ-ნაკლებად ნათელია. რჩება გასაგებად ზუსტად როგორ გაიცემა შენახული ენერგია და რა ხდება ამ შემთხვევაშიმოლეკულურ-ატომურ დონეზე.

ADP-სა და ფოსფატს შორის წარმოქმნილ კოვალენტურ კავშირს ე.წ მაღალი ენერგიაორი მიზეზის გამო:

როდესაც ის იშლება, ის ათავისუფლებს დიდ ენერგიას.
ელექტრონები, რომლებიც მონაწილეობენ ამ ბმის შექმნაში (ანუ ტრიალებს ჟანგბადისა და ფოსფორის ატომების გარშემო, რომელთა შორისაც ეს ბმა იქმნება) მაღალი ენერგიისაა, ანუ ისინი ატომების ბირთვების გარშემო "მაღალ" ორბიტაზე არიან. და მათთვის ენერგიულად მომგებიანი იქნებოდა უფრო დაბალ დონეზე გადახტომა, ჭარბი ენერგიის გამოთავისუფლებით, მაგრამ სანამ ისინი სწორედ ამ ადგილას არიან და ამაგრებენ ჟანგბადის და ფოსფორის ატომებს, ვერ შეძლებენ "გადახტვას".

ელექტრონების ეს სურვილი, მოხვდნენ უფრო მოსახერხებელ დაბალენერგიულ ორბიტაში, უზრუნველყოფს როგორც მაღალი ენერგიის ბმის განადგურების, ასევე ფოტონის სახით გამოთავისუფლებულ ენერგიას (რომელიც არის ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების მატარებელი). იმის მიხედვით, თუ რომელი მოლეკულები შეიცვლება ფერმენტებით კოლაფსირებული ATP მოლეკულისთვის, რომელი მოლეკულა შთანთქავს ელექტრონის მიერ გამოსხივებულ ფოტონს, შეიძლება მოხდეს მოვლენების სხვადასხვა ვარიანტი. მაგრამ ყოველ ჯერზე მაღალი ენერგიის ბმის სახით შენახული ენერგია გამოყენებული იქნება უჯრედის გარკვეული საჭიროებისთვის:

სცენარი 1:ფოსფატი შეიძლება გადავიდეს სხვა ნივთიერების მოლეკულაში. ამ შემთხვევაში, მაღალი ენერგიის ელექტრონები ქმნიან ახალ კავშირს, უკვე ფოსფატსა და ამ მიმღები მოლეკულის უკიდურეს ატომს შორის. ასეთი რეაქციის განხორციელების პირობა არის მისი ენერგეტიკული სარგებელი: ამ ახალ კავშირში ელექტრონს უნდა ჰქონდეს ოდნავ ნაკლები ენერგია, ვიდრე მაშინ, როდესაც ის იყო ATP მოლეკულის ნაწილი, რომელიც ასხივებს ენერგიის ნაწილს ფოტონის სახით გარეთ.

ასეთი რეაქციის მიზანია მიმღების მოლეკულის გააქტიურება (დიაგრამაზე მარცხნივ მითითებულია AT-OH): ფოსფატის დამატებამდე იგი პასიური იყო და ვერ რეაგირებდა სხვა პასიურ მოლეკულასთან. მაგრამ, მაგრამ ახლა ის არის ენერგიის რეზერვის მფლობელი მაღალი ენერგიის ელექტრონის სახით, რაც იმას ნიშნავს, რომ მას შეუძლია სადმე დახარჯოს. მაგალითად, მოლეკულის თავისთვის მიმაგრება მაგრამ, რომელიც ყურებთან ასეთი ფეინტის გარეშე (ანუ შემაკავშირებელი ელექტრონის მაღალი ენერგიის) გარეშე ვერ მიმაგრდება. ამის შემდეგ ფოსფატი იშლება თავისი სამუშაოს შესრულების შემდეგ.

ეს იწვევს რეაქციების ჯაჭვს:

1. ATP+ პასიური მოლეკულა AT ➡️ ADP+ აქტიური მოლეკულა მიმაგრებული ფოსფატის გამო V-R

2. გააქტიურებული მოლეკულა V-R+ პასიური მოლეკულა მაგრამ➡️დაკავშირებული მოლეკულები A-B+ გაყოფილი ფოსფატი ( რ)

ორივე ეს რეაქცია ენერგიულად ხელსაყრელია: თითოეული მათგანი მოიცავს მაღალი ენერგიით დამაკავშირებელ ელექტრონს, რომელიც, როდესაც ერთი ბმა წყდება და მეორე წარმოიქმნება, ენერგიის ნაწილს კარგავს ფოტონის ემისიის სახით. ამ რეაქციების შედეგად ორი პასიური მოლეკულა ერთმანეთთან არის დაკავშირებული. თუ გავითვალისწინებთ ამ მოლეკულების უშუალო შეერთების რეაქციას (პასიური მოლეკულა AT+ პასიური მოლეკულა მაგრამ➡️დაკავშირებული მოლეკულები A-B), მაშინ აღმოჩნდება, რომ ენერგიულად ძვირი ჯდება და ვერ მოხდება. უჯრედები „აკეთებენ შეუძლებელს“ ამ რეაქციის დაწყვილებით ATP-ის ენერგიულად ხელსაყრელ დაყოფასთან ADP-ად და ფოსფატად ზემოთ აღწერილი ორი რეაქციის დროს. გაყოფა ხდება ორ ეტაპად, რომელთაგან თითოეულში შემაკავშირებელი ელექტრონის ენერგიის ნაწილი იხარჯება სასარგებლო სამუშაოს შესრულებაზე, კერძოდ, ორ მოლეკულას შორის აუცილებელი ბმის შექმნაზე, საიდანაც მიიღება მესამე. A-B) აუცილებელია უჯრედის ფუნქციონირებისთვის.

სცენარი 2:ფოსფატი შეიძლება ერთდროულად გამოიყოს ATP მოლეკულიდან და გამოთავისუფლებული ენერგია ითვისება ფერმენტის ან სამუშაო ცილისგან და იხარჯება სასარგებლო სამუშაოს შესრულებაზე.

როგორ შეგიძლიათ დაიჭიროთ ისეთი შეუმჩნეველი რამ, როგორც ელექტრომაგნიტური ველის უმნიშვნელო აშლილობა იმ მომენტში, როდესაც ელექტრონი მოხვდება ქვედა ორბიტაზე? ძალიან მარტივად: სხვა ელექტრონების დახმარებით და ატომების დახმარებით, რომლებსაც შეუძლიათ ელექტრონის მიერ გამოსხივებული ფოტონის შთანთქმა.

ატომები, რომლებიც ქმნიან მოლეკულებს, ერთმანეთთან ძლიერ ჯაჭვებსა და რგოლებში იკავებენ (ასეთი ჯაჭვი არის გაშლილი ცილა სურათზე მარჯვნივ). და ამ მოლეკულების ცალკეული ნაწილები ერთმანეთს იზიდავს უფრო სუსტი ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედებით (მაგალითად, წყალბადის ბმები ან ვან დერ ვაალის ძალები), რაც მათ საშუალებას აძლევს ჩამოყალიბდნენ რთულ სტრუქტურებად. ატომების ზოგიერთი კონფიგურაცია ძალიან სტაბილურია და ელექტრომაგნიტური ველის არანაირი დარღვევა არ შეარყევს მათ.. არ შეირყევა.. ზოგადად, ისინი სტაბილურია. ზოგი საკმაოდ მობილურია და მცირე ელექტრომაგნიტური დარტყმა საკმარისია იმისათვის, რომ შეცვალონ მათი კონფიგურაცია (ჩვეულებრივ, ეს არ არის კოვალენტური ბმები). და სწორედ ასეთ დარტყმას ანიჭებს მათ ელექტრომაგნიტური ველის სწორედ ჩამოსული ფოტონის მატარებელი, რომელიც გამოიყოფა ელექტრონის მიერ, რომელიც გადავიდა ქვედა ორბიტაზე, როდესაც ფოსფატი იშლება.

ATP მოლეკულების დაშლის შედეგად ცილების კონფიგურაციის ცვლილებები პასუხისმგებელია ყველაზე გასაოცარ მოვლენებზე, რომლებიც ხდება უჯრედში. რა თქმა უნდა, მათ, ვისაც აინტერესებთ უჯრედული პროცესები, სულ მცირე, „უყურეთ მათ ანიმაციას youtube-ზე“ დონეზე, წააწყდნენ ვიდეოს, რომელშიც ნაჩვენები იყო ცილის მოლეკულა. კინესინი, სიტყვასიტყვით სიარული, ფეხების გადაწყობა, ფიჭური ჩონჩხის ძაფის გასწვრივ, მასზე მიმაგრებული ტვირთის გატარება.

ეს არის ATP-დან ფოსფატის გაყოფა, რომელიც უზრუნველყოფს ამ ნაბიჯს და აი, როგორ:

კინესინი ( კინესინი) ეხება ცილის სპეციალურ ტიპს, რომელიც მიდრეკილია სპონტანურად შეცვალოს მისი კონფორმაცია(ატომების ურთიერთ მდებარეობა მოლეკულაში). მარტო დარჩენილი, ის შემთხვევით გადადის კონფორმაციიდან 1, რომელშიც ის ერთი "ფეხით" არის მიმაგრებული აქტინის ძაფზე ( აქტინის ძაფი) - ყველაზე თხელი ძაფის ფორმირება ციტოჩონჩხიუჯრედები ( ციტოჩონჩხი), კონფორმაციაში 2, რითაც გადადგა ნაბიჯი წინ და დადგა ორ "ფეხზე". კონფორმაციიდან 2 თანაბარი ალბათობით გადავა როგორც მე-3 კონფორმაციამდე (უკანა ფეხს ამაგრებს წინაზე) და უკან კონფორმაცია 1-ზე. შესაბამისად, კინესინი არც ერთი მიმართულებით არ მოძრაობს, ის უბრალოდ იხეტიალებს უმიზნოდ.

მაგრამ ყველაფერი იცვლება, როგორც კი ის გაერთიანდება ATP მოლეკულასთან. როგორც მარცხნივ დიაგრამაზეა ნაჩვენები, ATP-ის დამატება კინესინში კონფორმაცია 1-ში იწვევს მისი სივრცითი პოზიციის ცვლილებას და ის გადადის კონფორმაციაში 2. ამის მიზეზი არის ATP-ისა და კინესინის მოლეკულების ურთიერთ ელექტრომაგნიტური გავლენა ერთმანეთზე. . ეს რეაქცია შექცევადია, რადგან არ არის დახარჯული ენერგია და თუ ATP მოშორდება კინესინს, ის უბრალოდ ასწევს თავის „ფეხს“, დარჩება ადგილზე და დაელოდება ATP-ის შემდეგ მოლეკულას.

მაგრამ თუ ის ჩერდება, მაშინ ამ მოლეკულების ურთიერთმიზიდულობის გამო განადგურებულია ბმა, რომელიც ატარებს ფოსფატს ATP-ში. ამავე დროს გამოთავისუფლებული ენერგია, ისევე როგორც ატფ-ის ორ მოლეკულად დაშლა (რომლებიც უკვე განსხვავებულ გავლენას ახდენენ კინესინის ატომებზე ელექტრომაგნიტური ველებით) იწვევს იმ ფაქტს, რომ იცვლება კინესინის კონფორმაცია: ის „იწევს უკანა ფეხს. “. რჩება წინგადადგმული ნაბიჯის გადადგმა, რაც ხდება მაშინ, როდესაც ADP და ფოსფატი იშლება, რაც კინესინს უბრუნებს თავდაპირველ კონფორმაციას 1.

ატფ-ის ჰიდროლიზის შედეგად კინესინი გადავიდა მარჯვნივ და როგორც კი მას შემდეგი მოლეკულა შეუერთდება, მასში დაგროვილი ენერგიის გამოყენებით კიდევ რამდენიმე ნაბიჯს გადადგამს.

მნიშვნელოვანია, რომ კინეზინი, რომელიც არის კონფორმაციით 3 თანდართული ADP-ით და ფოსფატით, ვერ დაუბრუნდება მე-2 კონფორმაციას „უკან ნაბიჯის“ გადადგმით. ეს აიხსნება თერმორეგულაციის მეორე კანონთან შესაბამისობის იგივე პრინციპით: "კინეზინი + ატფ" სისტემის გადასვლა კონფორმაციიდან 2 კონფორმაციიდან 3-ზე თან ახლავს ენერგიის გამოყოფას, რაც ნიშნავს, რომ საპირისპირო გადასვლა იქნება ენერგია- მოხმარება. იმისათვის, რომ ეს მოხდეს, თქვენ უნდა აიღოთ ენერგია სადღაც, რათა გააერთიანოთ ADP ფოსფატთან და ამ სიტუაციაში მისი აღება არსად არსებობს. მაშასადამე, ATP-თან დაკავშირებული კინესინი ღიაა მხოლოდ ერთი მიმართულებით, რაც საშუალებას გაძლევთ გააკეთოთ სასარგებლო სამუშაო უჯრედის ერთი ბოლოდან მეორეზე რაღაცის გადათრევით. მაგალითად, კინეზინი მონაწილეობს გამყოფი უჯრედის ქრომოსომების დაშლაში. მიტოზი(ევკარიოტული უჯრედების გაყოფის პროცესი). კუნთების ცილა მიოზინიგადის აქტინის ძაფების გასწვრივ, რაც იწვევს კუნთების შეკუმშვას.

ეს მოძრაობა ძალიან სწრაფია: ზოგიერთი ძრავა(პასუხისმგებელია უჯრედების მობილობის სხვადასხვა ფორმებზე) გენის რეპლიკაციაში ჩართული პროტეინები დნმ-ის ჯაჭვის გასწვრივ მოძრაობენ ათასობით ნუკლეოტიდის სიჩქარით წამში.

ისინი ყველა გადაადგილდებიან ჰიდროლიზი ATP (მოლეკულის განადგურება წყლის მოლეკულიდან აღებული ატომების დამატებით დაშლის შედეგად წარმოქმნილ უფრო მცირე მოლეკულებში. ჰიდროლიზი ნაჩვენებია ატფ-ისა და ადფ-ის ურთიერთკონვერსიის დიაგრამის მარჯვენა მხარეს). ან ჰიდროლიზით GTP, რომელიც ATP-ისგან მხოლოდ იმით განსხვავდება, რომ შეიცავს სხვა ნუკლეოტიდს (გუანინს).

სცენარი 3: ორი ფოსფატის ჯგუფის ერთდროულად ამოღება ATP-დან ან სხვა მსგავსი მოლეკულიდან, რომელიც შეიცავს ნუკლეოტიდს, იწვევს ენერგიის კიდევ უფრო დიდ გამოყოფას, ვიდრე მხოლოდ ერთი ფოსფატის მოცილება. ასეთი ძლიერი გამოშვება საშუალებას გაძლევთ შექმნათ დნმ-ისა და რნმ-ის მოლეკულების ძლიერი შაქრის-ფოსფატის ხერხემალი:

1. იმისათვის, რომ ნუკლეოტიდებმა შეძლონ მშენებარე დნმ-ის ან რნმ-ის ჯაჭვის შეერთება, ისინი უნდა გააქტიურდნენ ორი ფოსფატის მოლეკულის მიმაგრებით. ეს არის ენერგიის მომხმარებელი რეაქცია, რომელსაც ახორციელებს უჯრედული ფერმენტები.

2. ფერმენტი დნმ ან რნმ პოლიმერაზა (ქვემოთ დიაგრამაზე არ არის ნაჩვენები) ამაგრებს გააქტიურებულ ნუკლეოტიდს (GTP ნაჩვენებია დიაგრამაში) მშენებარე პოლინუკლეოტიდს და აკატალიზებს ორი ფოსფატური ჯგუფის დაშლას. გამოთავისუფლებული ენერგია გამოიყენება ერთი ნუკლეოტიდის ფოსფატის ჯგუფსა და მეორის რიბოზას შორის კავშირის შესაქმნელად. შედეგად შექმნილი ობლიგაციები არ არის მაღალი ენერგეტიკული, რაც იმას ნიშნავს, რომ მათი განადგურება ადვილი არ არის, რაც უპირატესობაა მოლეკულის შესაქმნელად, რომელიც შეიცავს ან გადასცემს უჯრედის მემკვიდრეობით ინფორმაციას.

ბუნებაში მხოლოდ ენერგიულად ხელსაყრელი რეაქციები შეიძლება მოხდეს სპონტანურად, რაც განპირობებულია თერმოდინამიკის მეორე კანონით.

მიუხედავად ამისა, ცოცხალ უჯრედებს შეუძლიათ გააერთიანონ ორი რეაქცია, რომელთაგან ერთი იძლევა ცოტა მეტ ენერგიას, ვიდრე მეორე შთანთქავს და ამით განახორციელოს ენერგიის დამხარჯავი რეაქციები. ენერგიის მომხმარებელი რეაქციები მიზნად ისახავს ცალკეული მოლეკულებიდან და ატომებიდან უფრო დიდი მოლეკულების, უჯრედის ორგანელებისა და მთლიანი უჯრედების, ქსოვილების, ორგანოების და მრავალუჯრედოვანი ცოცხალი არსებების შექმნას, აგრეთვე ენერგიის შენახვას მათი მეტაბოლიზმისთვის.

ენერგიის შენახვა ხორციელდება ორგანული მოლეკულების კონტროლირებადი და თანდათანობითი განადგურების გამო (ენერგიის წარმოების პროცესი), ენერგიის მატარებელი მოლეკულების წარმოქმნით (ენერგომოხმარების პროცესი). ფოტოსინთეზური ორგანიზმები ინახავენ მზის ფოტონების ენერგიას, რომლებიც ამ გზით დაიპყრო ქლოროფილმა.

მოლეკულები-ენერგიის მატარებლები იყოფა ორ ჯგუფად: ენერგიის შენახვა მაღალი ენერგიის ბმის სახით ან მიმაგრებული მაღალი ენერგიის ელექტრონის სახით. თუმცა, პირველ ჯგუფში მაღალ ენერგიას უზრუნველყოფს იგივე მაღალი ენერგიის ელექტრონი, ასე რომ, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ენერგია ინახება მაღალ დონეზე ამოძრავებულ ელექტრონებში, რომლებიც სხვადასხვა მოლეკულების ნაწილია.

ამ გზით შენახული ენერგია ასევე გაიცემა ორი გზით: მაღალი ენერგიის ბმის განადგურებით ან მაღალი ენერგიის ელექტრონების გადაცემით მათი ენერგიის თანდათანობით შესამცირებლად. ორივე შემთხვევაში ენერგია გამოიყოფა ემისიის სახით ელექტრონის მიერ, რომელიც გადადის ელექტრომაგნიტური ველის ნაწილაკების მატარებლის (ფოტონი) და სითბოს ქვედა ენერგეტიკულ დონეზე. ეს ფოტონი ისეა დაჭერილი, რომ კეთდება სასარგებლო სამუშაო (პირველ შემთხვევაში მეტაბოლიზმისთვის აუცილებელი მოლეკულის ფორმირება და მეორე შემთხვევაში პროტონების გადატუმბვა მიტოქონდრიის მემბრანაში)

პროტონული გრადიენტის სახით შენახული ენერგია გამოიყენება ატფ-ის სინთეზისთვის, ისევე როგორც სხვა უჯრედული პროცესებისთვის, რომლებიც ამ თავის ფარგლებს სცილდება (მგონი არავის ეწყინება, მისი ზომის გათვალისწინებით). და სინთეზირებული ATP გამოიყენება როგორც აღწერილია წინა აბზაცში.