اشکال جهانی انرژی سلولی انباشت کننده انرژی در سلول چه ماده ای است؟ مولکول ها انباشته کننده انرژی بیولوژیکی جهانی هستند

ATP "ارز" انرژی جهانی سلول است. یکی از شگفت انگیزترین "اختراعات" طبیعت، مولکول های مواد به اصطلاح "ماکرو ارژیک" است که در ساختار شیمیایی آنها یک یا چند پیوند وجود دارد که به عنوان ابزار ذخیره انرژی عمل می کنند. چندین مولکول مشابه در طبیعت یافت شده است، اما تنها یکی از آنها در بدن انسان یافت می شود - اسید آدنوزین تری فسفریک (ATP). این یک مولکول آلی نسبتاً پیچیده است که 3 باقیمانده اسید فسفریک معدنی با بار منفی PO به آن متصل است. این بقایای فسفر هستند که توسط پیوندهای "ماکرو ارژیک" به بخش آلی مولکول متصل می شوند که به راحتی در طی واکنش های مختلف درون سلولی از بین می روند. اما انرژی این پیوندها به صورت گرما در فضا پراکنده نمی شود، بلکه برای حرکت یا برهمکنش شیمیایی سایر مولکول ها استفاده می شود. به لطف این ویژگی است که ATP عملکرد یک دستگاه ذخیره انرژی جهانی (انباشته کننده) و همچنین یک "ارز" جهانی را در سلول انجام می دهد. از این گذشته، تقریباً هر تبدیل شیمیایی که در یک سلول اتفاق می افتد، انرژی را جذب یا آزاد می کند. طبق قانون بقای انرژی، مقدار کل انرژی تولید شده در نتیجه واکنش های اکسیداتیو و ذخیره شده به شکل ATP برابر با مقدار انرژی است که سلول می تواند برای فرآیندهای مصنوعی خود و انجام هر عملکردی استفاده کند. . به عنوان "پرداخت" برای فرصت انجام این یا آن عمل، سلول مجبور می شود منبع ATP خود را خرج کند. به ویژه باید تأکید کرد: مولکول ATP آنقدر بزرگ است که قادر به عبور از غشای سلولی نیست. بنابراین، ATP تولید شده در یک سلول نمی تواند توسط سلول دیگر استفاده شود. هر سلول بدن مجبور است ATP را برای نیازهای خود به طور مستقل در مقادیری که برای انجام وظایف خود لازم است سنتز کند.

سه منبع سنتز مجدد ATP در سلول های انسانی ظاهراً اجداد دور سلول‌های بدن انسان میلیون‌ها سال پیش وجود داشته‌اند که توسط سلول‌های گیاهی احاطه شده‌اند، که کربوهیدرات‌های فراوانی برای آن‌ها تامین می‌کردند، در حالی که اکسیژن کمی وجود داشت یا اصلاً وجود نداشت. این کربوهیدرات ها هستند که بیشترین استفاده را از مواد مغذی برای تولید انرژی در بدن دارند. و اگرچه اکثر سلول های بدن انسان توانایی استفاده از پروتئین ها و چربی ها را به عنوان مواد خام انرژی به دست آورده اند، برخی از سلول ها (به عنوان مثال، عصبی، خون قرمز، تولید مثل مردانه) فقط از طریق اکسیداسیون کربوهیدرات ها قادر به تولید انرژی هستند.

فرآیندهای اکسیداسیون اولیه کربوهیدرات ها - یا بهتر است بگوییم، گلوکز، که در واقع، بستر اصلی اکسیداسیون در سلول ها است - به طور مستقیم در سیتوپلاسم رخ می دهد: در آنجا مجتمع های آنزیمی قرار دارند که به دلیل آن مولکول گلوکز تا حدی است. از بین می رود و انرژی آزاد شده به شکل ATP ذخیره می شود. این فرآیند گلیکولیز نامیده می شود، می تواند بدون استثنا در تمام سلول های بدن انسان انجام شود. در نتیجه این واکنش، دو مولکول 3 کربنه پیروویک اسید و دو مولکول ATP از یک مولکول 6 کربنی گلوکز تشکیل می‌شوند.

گلیکولیز یک فرآیند بسیار سریع، اما نسبتا بی اثر است. اسید پیروویک که پس از اتمام واکنش‌های گلیکولیز در سلول تشکیل می‌شود، تقریباً بلافاصله به اسید لاکتیک تبدیل می‌شود و گاهی اوقات (مثلاً در حین کار سنگین عضلانی) به مقدار بسیار زیادی وارد خون می‌شود، زیرا این مولکول کوچکی است که می‌تواند آزادانه از غشای سلولی عبور کند. چنین انتشار گسترده ای از محصولات متابولیک اسیدی در خون، هموستاز را مختل می کند و بدن مجبور است مکانیسم های هومئوستاتیک خاصی را برای مقابله با عواقب کار ماهیچه ای یا سایر فعالیت های فعال فعال کند.

اسید پیروویک که در نتیجه گلیکولیز تشکیل می شود هنوز حاوی انرژی شیمیایی بالقوه زیادی است و می تواند به عنوان بستری برای اکسیداسیون بیشتر عمل کند، اما این به آنزیم ها و اکسیژن خاصی نیاز دارد. این فرآیند در بسیاری از سلول های حاوی اندامک های ویژه - میتوکندری رخ می دهد. سطح داخلی غشاهای میتوکندری از مولکول های چربی و پروتئین بزرگ، از جمله تعداد زیادی آنزیم اکسیداتیو تشکیل شده است. مولکول های سه کربنه تشکیل شده در سیتوپلاسم به داخل میتوکندری نفوذ می کنند - معمولاً اسید استیک (استات). در آنجا آنها در چرخه‌ای از واکنش‌ها قرار می‌گیرند که طی آن اتم‌های کربن و هیدروژن به طور متناوب از این مولکول‌های آلی جدا می‌شوند که با ترکیب شدن با اکسیژن، به دی‌اکسید کربن و آب تبدیل می‌شوند. این واکنش ها مقدار زیادی انرژی آزاد می کنند که به شکل ATP ذخیره می شود. هر مولکول پیروویک اسید، با گذراندن یک چرخه کامل اکسیداسیون در میتوکندری، به سلول اجازه می دهد تا 17 مولکول ATP را به دست آورد. بنابراین، اکسیداسیون کامل 1 مولکول گلوکز 2 + 17x2 = 36 مولکول ATP را در اختیار سلول قرار می دهد. به همان اندازه مهم است که فرآیند اکسیداسیون میتوکندری می تواند شامل اسیدهای چرب و اسیدهای آمینه، یعنی اجزای چربی و پروتئین باشد. به لطف این توانایی، میتوکندری سلول را نسبتاً از غذاهایی که بدن می خورد مستقل می کند: در هر صورت، مقدار مورد نیاز انرژی تولید می شود.

مقداری از انرژی در سلول به شکل یک مولکول کوچکتر و متحرک تر، کراتین فسفات (CrP) نسبت به ATP ذخیره می شود. این مولکول کوچک است که می تواند به سرعت از یک انتهای سلول به انتهای دیگر حرکت کند - جایی که انرژی در آن لحظه بیشتر مورد نیاز است. خود KrF نمی تواند به فرآیندهای سنتز، انقباض عضلانی یا هدایت یک تکانه عصبی انرژی بدهد: این به ATP نیاز دارد. اما از طرف دیگر، KrP به راحتی و عملاً بدون تلفات قادر است تمام انرژی موجود در آن را به مولکول آدنازین دی فسفات (ADP) بدهد، که بلافاصله به ATP تبدیل شده و برای دگرگونی های بیوشیمیایی بعدی آماده است.

بنابراین، انرژی صرف شده در طول عملکرد سلول، یعنی. ATP را می توان به دلیل سه فرآیند اصلی تجدید کرد: گلیکولیز بی هوازی (بدون اکسیژن)، اکسیداسیون میتوکندری هوازی (با مشارکت اکسیژن) و همچنین به دلیل انتقال گروه فسفات از CrP به ADP.

منبع کراتین فسفات قوی ترین است، زیرا واکنش کراتین فسفات با ADP بسیار سریع اتفاق می افتد. با این حال، ذخیره CrF در سلول معمولاً اندک است - به عنوان مثال، عضلات می توانند با حداکثر تلاش به دلیل CrF بیش از 6-7 ثانیه کار کنند. این معمولاً برای راه اندازی دومین منبع قدرتمند انرژی - گلیکولیتیک - کافی است. در این حالت، منبع مواد مغذی چندین برابر بیشتر است، اما با پیشرفت کار، هموستاز به دلیل تشکیل اسید لاکتیک به طور فزاینده ای تحت فشار قرار می گیرد و اگر چنین کاری توسط عضلات بزرگ انجام شود، نمی تواند بیش از 1.5-2 دقیقه طول بکشد. اما در طول این مدت، میتوکندری ها تقریباً به طور کامل فعال می شوند که قادر به سوزاندن نه تنها گلوکز، بلکه اسیدهای چرب هستند که عرضه آن در بدن تقریبا تمام نشدنی است. بنابراین، یک منبع میتوکندری هوازی می تواند برای مدت بسیار طولانی کار کند، اگرچه قدرت آن نسبتا کم است - 2-3 برابر کمتر از منبع گلیکولیتیک، و 5 برابر کمتر از قدرت منبع کراتین فسفات.

ویژگی های سازماندهی تولید انرژی در بافت های مختلف بدن. بافت های مختلف دارای سطوح مختلفی از میتوکندری هستند. آنها کمتر در استخوان ها و چربی سفید و بیشتر در چربی قهوه ای، کبد و کلیه ها یافت می شوند. تعداد زیادی میتوکندری در سلول های عصبی وجود دارد. ماهیچه ها غلظت بالایی از میتوکندری ندارند، اما با توجه به اینکه ماهیچه های اسکلتی حجیم ترین بافت بدن هستند (حدود 40 درصد وزن بدن یک بزرگسال)، این نیازهای سلول های عضلانی است که تا حد زیادی شدت و شدت را تعیین می کند. جهت کلیه فرآیندهای متابولیسم انرژی I.A. Arshavsky این را "قانون انرژی عضلات اسکلتی" نامید.

با افزایش سن، دو جزء مهم متابولیسم انرژی به طور همزمان تغییر می کند: نسبت توده های بافت ها با فعالیت های متابولیکی متفاوت و همچنین محتوای مهم ترین آنزیم های اکسیداتیو در این بافت ها تغییر می کند. در نتیجه، متابولیسم انرژی دستخوش تغییرات کاملاً پیچیده ای می شود، اما به طور کلی شدت آن با افزایش سن و به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

در فرآیند تبدیل بیوشیمیایی مواد، پیوندهای شیمیایی شکسته می شود که همراه با آزاد شدن انرژی است. این انرژی رایگان و بالقوه است که نمی تواند مستقیماً توسط موجودات زنده استفاده شود. باید تبدیل شود. دو شکل جهانی انرژی وجود دارد که می توان در یک سلول برای انجام انواع مختلف کار استفاده کرد:

1) انرژی شیمیایی، انرژی پیوندهای پرانرژی ترکیبات شیمیایی. پیوندهای شیمیایی در صورتی پرانرژی نامیده می شوند که گسیختگی آنها مقدار زیادی انرژی آزاد آزاد کند. ترکیباتی که دارای چنین پیوندهایی هستند ماکروارژیک هستند. مولکول ATP دارای پیوندهای پرانرژی است که دارای خواص خاصی است که نقش مهم آن را در متابولیسم انرژی سلول ها تعیین می کند:

· ناپایداری ترمودینامیکی؛

· پایداری شیمیایی بالا. حفاظت موثر انرژی را فراهم می کند، زیرا از اتلاف انرژی به شکل گرما جلوگیری می کند.

· اندازه کوچک مولکول ATP به آن اجازه می دهد تا به راحتی در قسمت های مختلف سلول منتشر شود که در آن منبع انرژی خارجی برای انجام کارهای شیمیایی، اسمزی یا شیمیایی مورد نیاز است.

· تغییر انرژی آزاد در طول هیدرولیز ATP دارای مقدار متوسطی است که به آن اجازه می دهد تا عملکردهای انرژی را به بهترین نحو انجام دهد، یعنی انتقال انرژی از ترکیبات پرانرژی به ترکیبات کم انرژی.

ATP یک انباشته کننده انرژی جهانی برای همه موجودات زنده است. انرژی موجود در مولکول ATP را می توان در واکنش هایی که در سیتوپلاسم رخ می دهد (در اکثر بیوسنتزها و همچنین در برخی از فرآیندهای وابسته به غشاء) مصرف کرد.

2) انرژی الکتروشیمیایی (انرژی پتانسیل گذرنده هیدروژن)Δ. هنگامی که الکترون ها در امتداد زنجیره ردوکس، در غشاهای موضعی از یک نوع خاص، به نام تشکیل انرژی یا مزدوج، منتقل می شوند، توزیع نابرابر پروتون ها در فضا در دو طرف غشاء رخ می دهد، یعنی یک گرادیان هیدروژنی با جهت عرضی یا گذر غشایی. Δ، که بر حسب ولت اندازه گیری می شود، روی غشاء ظاهر می شود، Δ حاصل منجر به سنتز مولکول های ATP می شود. انرژی به شکل Δ را می توان در فرآیندهای مختلف وابسته به انرژی روی غشاء استفاده کرد:

· برای جذب DNA در طول فرآیند تبدیل ژنتیکی.

· برای انتقال پروتئین در سراسر غشاء.

· برای اطمینان از حرکت بسیاری از پروکاریوت ها.

· برای اطمینان از انتقال فعال مولکول ها و یون ها در سراسر غشای سیتوپلاسمی.

تمام انرژی آزاد به دست آمده از اکسیداسیون مواد به شکلی در دسترس سلول تبدیل نمی شود و در ATP انباشته می شود. بخشي از انرژي آزاد حاصله به صورت انرژي حرارتي و كمتر نور و انرژي الكتريكي تلف مي شود. اگر سلولی انرژی بیشتری از آنچه که می تواند برای تمام فرآیندهای مصرف کننده انرژی صرف کند ذخیره کند، مقدار زیادی از مواد ذخیره با وزن مولکولی بالا (لیپیدها) را سنتز می کند. در صورت لزوم، این مواد دچار دگرگونی های بیوشیمیایی شده و انرژی سلول را تامین می کنند.

کتاب مقدس ثبت می کند که یک شخص (انسان خردمند ) توسط خدایان به شکل و شباهت خود آفریده شدند. اگرچه از بسیاری جهات ما را محدود کردند، اما خلاقیت را از ما دریغ نکردند. در حال حاضر، انسان در حال ایجاد ربات هایی است که کار خود را آسان تر می کند، ماشین ها و دستگاه های مختلفی که مانند خودش جاودانه نیستند. منبع انرژی این ماشین ها یک شارژر، یک باتری، یک باتری است که ساختار آنها اکنون برای ما بسیار آشنا است. آیا می دانیم شارژر ما، ایستگاه انرژی انسانی، چگونه کار می کند؟

بنابراین، میتوکندری سلول های یوکاریوتی و نقش آنها در بدن انسان.
ما باید با این واقعیت شروع کنیم که میتوکندری ایستگاه انرژی سلول و کل بدن انسان به عنوان یک کل است. ما به سلول ها علاقه مندیم یوکاریوت هاهسته ای، آن دسته از سلول هایی که دارای هسته هستند. موجودات زنده تک سلولی که هسته سلولی ندارند، پروکاریوت ها، پیش هسته ای هستند. فرزندان سلول های پروکاریوتی هستند اندامک ها، اجزای دائمی سلول، حیاتی برای وجود آن، در قسمت داخلی آن - سیتوپلاسم قرار دارند. پروکاریوت ها شامل باکتری ها و باستانی ها هستند. بر اساس رایج ترین فرضیه ها، یوکاریوت ها 1.5-2 میلیارد سال پیش ظاهر شدند.
میتوکندری اندامک دانه ای یا رشته ای دو غشایی با ضخامت حدود 0.5 میکرون است. ویژگی اکثر سلول های یوکاریوتی (گیاهان فتوسنتزی، قارچ ها، حیوانات). نقش مهمی در تکامل یوکاریوت ها ایفا کرد همزیستی. میتوکندری ها نوادگان باکتری های هوازی (پروکاریوت ها) هستند که زمانی در سلول یوکاریوتی اجدادی ساکن شده و "یاد گرفتند" در آن به عنوان همزیست زندگی کنند. اکنون میتوکندری ها تقریباً در تمام سلول های یوکاریوتی وجود دارند و دیگر قادر به تولید مثل در خارج از سلول نیستند. عکس

میتوکندری برای اولین بار در سال 1850 به صورت گرانول در سلول های ماهیچه ای کشف شد. تعداد میتوکندری ها در یک سلول ثابت نیست. آنها به ویژه در سلول هایی که در آنها زیاد است نیاز به اکسیژن زیاد است. در ساختار آنها اندامک های استوانه ای هستند که در یک سلول یوکاریوتی در مقادیری از چند صد تا 1-2 هزار یافت می شوند و 10-20٪ از حجم داخلی آن را اشغال می کنند. اندازه (از 1 تا 70 میکرومتر) و شکل میتوکندری بسیار متفاوت است. علاوه بر این، عرض این اندامک ها نسبتاً ثابت است (0.5-1 میکرومتر). قابلیت تغییر شکل بسته به اینکه در کدام بخش از سلول در هر لحظه مصرف انرژی افزایش می یابد، میتوکندری ها می توانند از طریق سیتوپلاسم به مناطقی با بیشترین مصرف انرژی حرکت کنند و از ساختارهای اسکلت سلولی سلول یوکاریوتی برای حرکت استفاده کنند.
ماکرومولکول DNA ( اسید دئوکسی روبونوکلئیک) که ذخیره سازی، انتقال از نسلی به نسل دیگر و اجرای برنامه ژنتیکی برای توسعه و عملکرد موجودات زنده را تضمین می کند، در هسته سلول، به عنوان بخشی از کروموزوم ها قرار دارد. برخلاف DNA هسته ای، میتوکندری ها DNA خاص خود را دارند. ژن های کدگذاری شده در DNA میتوکندری، متعلق به گروه پلاسماژن هایی هستند که در خارج از هسته (خارج از کروموزوم) قرار دارند. مجموع این عوامل وراثت، متمرکز در سیتوپلاسم سلول، پلاسمون یک نوع معین از ارگانیسم (بر خلاف ژنوم) را تشکیل می دهد.
DNA میتوکندری واقع در ماتریکس یک مولکول دو رشته ای دایره ای بسته است که در سلول های انسانی دارای اندازه 16569 جفت نوکلئوتیدی است که تقریباً 105 برابر کوچکتر از DNA موجود در هسته است.
DNA میتوکندری در اینترفاز تکثیر می شود که تا حدی با همانندسازی DNA در هسته هماهنگ می شود. در طول چرخه سلولی، میتوکندری ها با انقباض به دو قسمت تقسیم می شوند که تشکیل آنها از یک شیار دایره ای بر روی غشای داخلی میتوکندری آغاز می شود. میتوکندری با داشتن دستگاه ژنتیکی خاص خود، سیستم سنتز پروتئین خاص خود را نیز دارد که یکی از ویژگی های آن در سلول های حیوانی و قارچی ریبوزوم های بسیار کوچک است.عکس

توابع میتوکندری و تولید انرژی
وظیفه اصلی میتوکندری است سنتز ATP(آدنوزین تری فسفات) شکل جهانی انرژی شیمیایی در هر سلول زنده است.
نقش اصلی ATP در بدن با تامین انرژی برای واکنش های بیوشیمیایی متعدد مرتبط است. ATP به عنوان منبع مستقیم انرژی برای بسیاری از فرآیندهای بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی انرژی بر است. همه اینها واکنش های سنتز مواد پیچیده در بدن هستند: اجرای انتقال فعال مولکول ها از طریق غشاهای بیولوژیکی، از جمله ایجاد پتانسیل الکتریکی گذرنده. اجرای انقباض عضلانینقش ATP به عنوان یک واسطه در سیناپس ها و یک ماده سیگنال در سایر فعل و انفعالات بین سلولی نیز شناخته شده است (انتقال سیگنال پورینرژیک بین سلول ها در انواع بافت ها و اندام ها، و اختلالات آن اغلب با بیماری های مختلف همراه است).

ATP یک انباشته کننده انرژی جهانی در طبیعت زنده است.
مولکول ATP (آدنوزین تری فسفات) یک منبع جهانی انرژی است که نه تنها عملکرد ماهیچه ها را فراهم می کند، بلکه وقوع بسیاری از فرآیندهای بیولوژیکی دیگر از جمله رشد توده عضلانی (آنابولیسم) را نیز فراهم می کند.
مولکول ATP از آدنین، ریبوز و سه فسفات تشکیل شده است. فرآیند سنتز ATP یک موضوع جداگانه است که در قسمت بعدی آن را توضیح خواهم داد. درک موارد زیر مهم است. هنگامی که یکی از سه فسفات از مولکول جدا می شود و ATP به ADP (آدنوزین دی فسفات) تبدیل می شود، انرژی آزاد می شود. در صورت لزوم، باقی مانده فسفر دیگری را می توان برای تولید AMP (آدنوزین مونوفسفات) با آزادسازی مکرر انرژی جدا کرد.

مهمترین کیفیت این است که ADP می تواند به سرعت به ATP کاملاً شارژ شده کاهش یابد. عمر یک مولکول ATP به طور متوسط ​​کمتر از یک دقیقه است و تا 3000 چرخه شارژ می تواند با این مولکول در روز اتفاق بیفتد.

بیایید بفهمیم که در میتوکندری چه اتفاقی می‌افتد، زیرا علم آکادمیک به طور کامل فرآیند تجلی انرژی را توضیح نمی‌دهد.
یک اختلاف پتانسیل - ولتاژ - در میتوکندری ایجاد می شود.
ویکی پدیا این را می گوید عملکرد اصلی میتوکندری اکسیداسیون ترکیبات آلی و استفاده از انرژی آزاد شده در هنگام تجزیه آنها در سنتز مولکول های ATP است که به دلیل حرکت الکترون ها در طول زنجیره انتقال الکترون پروتئین های غشای داخلی رخ می دهد.
با این حال، خود الکترون به دلیل اختلاف پتانسیل حرکت می کند، اما از کجا می آید؟
در ادامه می گوید: غشای داخلی میتوکندری چین های عمیق متعددی به نام کریستا را تشکیل می دهد. تبدیل انرژی آزاد شده هنگام حرکت الکترون ها از طریق زنجیره تنفسی تنها در صورتی امکان پذیر است که غشای میتوکندری داخلی نسبت به یون ها نفوذ ناپذیر باشد. این به دلیل این واقعیت است که انرژی به شکل اختلاف در غلظت ( گرادیان ) پروتون ها ذخیره می شود ... حرکت پروتون ها از ماتریکس به فضای بین غشایی میتوکندری که به دلیل عملکرد پروتون ها انجام می شود. زنجیره تنفسی منجر به این واقعیت می شود که ماتریکس میتوکندری قلیایی شده و فضای بین غشایی اسیدی می شود.
دانشمندان در همه جا فقط الکترون ها و پروتون ها را می بینند.نکته مهم در اینجا این است که یک پروتون یک بار مثبت و یک الکترون یک بار منفی است. در میتوکندری، هیدروژن مثبت و دو غشاء مسئول تفاوت پتانسیل هستند. فضای بین غشایی دارای بار مثبت می شود و در نتیجه اسیدی می شود و ماتریس با بارهای منفی قلیایی می شود. تفاوت پتانسیل را پاک کنید تنش ایجاد می شود. اما دیگر معلوم نبود چگونه به وجود آمد؟!
اگر با استفاده از مفهوم سه نیرو که به وضوح در قانون اهم ردیابی شده اند به این فرآیند نزدیک شویم، برای ما روشن می شود که برای ایجاد اختلاف پتانسیل نیاز به یک جریان راه اندازی است: U = I x R (I = U / R ). در رابطه با فرآیند سنتز ATP، مشاهده می کنیم مقاومتغشای داخلی میتاکندری و اختلاف پتانسیلدر فضای ماتریس و بین غشایی. و کجاست جریان شروع ، آن نیروی تأیید کننده و اصلی که پتانسیل انرژی می دهد و آن الکترون بدنام را به حرکت در می آورد؟ منبع کجاست؟
وقت یاد خداست، اما بیهوده نیست. و چه کسی به همه موجودات زنده دمید؟ از این گذشته ، یک شخص یک باتری گالوانیکی نیست و فرآیندهای موجود در او صرفاً الکتریکی نیستند. فرآیندها در انسان ضد آنتروپیک هستند - توسعه، رشد، شکوفایی، و نه تخریب، پوسیدگی و مرگ.
ادامه دارد.

درک مدرن از فرآیند فسفوریلاسیون اکسیداتیو از کار پیشگام Belitzer و Kalkar سرچشمه می گیرد. کالکار ثابت کرد که فسفوریلاسیون هوازی با تنفس مرتبط است. بلیتسر به طور مفصل رابطه استوکیومتری بین اتصال فسفات مزدوج و جذب اکسیژن را مطالعه کرد و نشان داد که نسبت تعداد مولکول‌های فسفات معدنی به تعداد اتم‌های اکسیژن جذب شده

زمانی که تنفس حداقل دو برابر است. وی همچنین خاطرنشان کرد که انتقال الکترون ها از بستر به اکسیژن منبع انرژی احتمالی برای تشکیل دو یا چند مولکول ATP در هر اتم اکسیژن جذب شده است.

دهنده الکترون مولکول NADH است و واکنش فسفوریلاسیون به شکلی است

به طور خلاصه این واکنش به صورت نوشته شده است

سنتز سه مولکول ATP در واکنش (15.11) به دلیل انتقال دو الکترون از مولکول NADH در طول زنجیره انتقال الکترون به مولکول اکسیژن رخ می دهد. در این حالت انرژی هر الکترون 1.14 eV کاهش می یابد.

در یک محیط آبی، با مشارکت آنزیم های خاص، هیدرولیز مولکول های ATP رخ می دهد.

فرمول های ساختاری مولکول های درگیر در واکنش های (15.12) و (15.13) در شکل نشان داده شده است. 31.

تحت شرایط فیزیولوژیکی، مولکول های درگیر در واکنش های (15.12) و (15.13) در مراحل مختلف یونیزاسیون (ATP، ) قرار دارند. بنابراین، نمادهای شیمیایی در این فرمول ها باید به عنوان یک نمایش متعارف از واکنش های بین مولکول ها در مراحل مختلف یونیزاسیون درک شوند. در ارتباط با این، افزایش انرژی آزاد AG در واکنش (12/15) و کاهش آن در واکنش (13/15) به دما، غلظت یون و مقدار pH محیط بستگی دارد. تحت شرایط استاندارد eV kcal/mol). اگر اصلاحات مناسب را با در نظر گرفتن مقادیر فیزیولوژیکی pH و غلظت یون در داخل سلول ها و همچنین مقادیر معمول غلظت مولکول های ATP و ADP و فسفات معدنی در سیتوپلاسم سلول ها انجام دهیم، آنگاه برای انرژی هیدرولیز مولکول های ATP مقدار 0.54- eV (12.5- کیلوکالری در مول) را به دست می آوریم. انرژی آزاد هیدرولیز مولکول های ATP یک مقدار ثابت نیست. اگر این مکان ها از نظر غلظت متفاوت باشند، ممکن است حتی در مکان های مختلف یک سلول یکسان نباشد

از زمان کار پیشگام لیپمن (1941)، مشخص شده است که مولکول های ATP در سلول به عنوان یک ذخیره کننده کوتاه مدت جهانی و حامل انرژی شیمیایی مورد استفاده در اکثر فرآیندهای زندگی عمل می کنند.

آزاد شدن انرژی در طول هیدرولیز یک مولکول ATP با تبدیل مولکول ها همراه است.

در این حالت، جدا شدن پیوند نشان داده شده با نماد منجر به از بین رفتن باقی مانده اسید فسفریک می شود. به پیشنهاد لیپمن، چنین پیوندی "پیوند فسفات غنی از انرژی" یا "پیوند ماکرو ارژیک" نامیده شد. این نام بسیار تاسف بار است. این به هیچ وجه انرژی فرآیندهای رخ داده در طول هیدرولیز را منعکس نمی کند. آزاد شدن انرژی آزاد ناشی از گسیختگی یک پیوند نیست (چنین گسیختگی همیشه مستلزم صرف انرژی است)، بلکه با آرایش مجدد همه مولکول‌های شرکت‌کننده در واکنش‌ها، تشکیل پیوندهای جدید و بازآرایی پوسته‌های حل‌پذیری در طول واکنش ایجاد می‌شود. .

هنگامی که یک مولکول NaCl در آب حل می شود، یون های هیدراته تشکیل می شوند. عجیب است که این افزایش انرژی را به "پیوند بسیار ارژیک" در مولکول NaCl نسبت دهیم.

همانطور که مشخص است، در طول شکافت هسته های سنگین اتم، انرژی زیادی آزاد می شود که با شکستن پیوندهای پرانرژی همراه نیست، بلکه به دلیل چینش مجدد قطعات شکافت و کاهش انرژی دافعه کولوپ بین است. نوکلئون ها در هر قطعه

انتقاد منصفانه از ایده "ارتباطات کلان" بیش از یک بار بیان شده است. با این وجود، این ایده در ادبیات علمی گسترده شده است. بزرگ

جدول 8

فرمول های ساختاری ترکیبات فسفریله: a - فسفونولیرووات. b - 1،3-دی فسفوگلیسرات؛ ج - کراتین فسفات؛ - گلوکز-I-فسفات؛ - گلوکز-6-فسفات.

اگر از عبارت "پیوند فسفات پرانرژی" به صورت مشروط استفاده شود، هیچ ضرری ندارد، به عنوان یک توصیف مختصر از کل چرخه تحولات رخ داده در یک محلول آبی در حضور مناسب سایر یون ها، pH و غیره.

بنابراین، مفهوم انرژی پیوند فسفات، که توسط بیوشیمی‌دانان استفاده می‌شود، به طور معمول تفاوت بین انرژی آزاد مواد اولیه و انرژی آزاد محصولات واکنش‌های هیدرولیز را که در آن گروه‌های فسفات جدا می‌شوند، مشخص می‌کند. این مفهوم را نباید با مفهوم انرژی پیوند شیمیایی بین دو گروه اتم در یک مولکول آزاد اشتباه گرفت. مورد دوم انرژی مورد نیاز برای قطع اتصال را مشخص می کند.

سلول ها حاوی تعدادی ترکیبات فسفریله هستند که هیدرولیز آنها در سیتوپلاسم با آزاد شدن آنرژی آزاد همراه است. انرژی آزاد استاندارد هیدرولیز برخی از این ترکیبات در جدول آورده شده است. 8. فرمول ساختاری این ترکیبات در شکل 1 نشان داده شده است. 31 و 35.

مقادیر منفی بزرگ انرژی های آزاد استاندارد هیدرولیز به دلیل انرژی هیدراتاسیون محصولات هیدرولیز با بار منفی و چینش مجدد پوسته های الکترونیکی آنها است. از روی میز 8 نتیجه می شود که مقدار انرژی آزاد استاندارد هیدرولیز یک مولکول ATP یک موقعیت متوسط ​​بین ترکیبات "پر انرژی" (فسفونولپیرونات) و "کم انرژی" (گلوکز-6-فسفات) اشغال می کند. این یکی از دلایلی است که مولکول ATP یک حامل جهانی مناسب گروه های فسفات است.

مولکول‌های ATP و ADP با کمک آنزیم‌های ویژه، بین پرانرژی و کم انرژی ارتباط برقرار می‌کنند.

ترکیبات فسفاته به عنوان مثال، آنزیم پیروات کیناز فسفات را از فسفونولپیرووات به ADP منتقل می کند. در نتیجه واکنش، پیروات و یک مولکول ATP تشکیل می شوند. سپس با کمک آنزیم هگزوکیناز، مولکول ATP می تواند گروه فسفات را به D-گلوکز منتقل کند و آن را به گلوکز-6-فسفات تبدیل کند. محصول کل این دو واکنش به تبدیل کاهش می یابد

بسیار مهم است که واکنش هایی از این نوع فقط می توانند از یک مرحله میانی عبور کنند که در آن مولکول های ATP و ADP لزوماً شرکت می کنند.

متابولیسم (متابولیسم)- این مجموع تمام واکنش های شیمیایی است که در بدن رخ می دهد. همه این واکنش ها به 2 گروه تقسیم می شوند

1. تعویض پلاستیک( جذب، آنابولیسم، بیوسنتز) - این زمانی است که از مواد ساده با مصرف انرژی تشکیل می شوند (سنتز می شوند)پیچیده تر. مثال:

• در طول فتوسنتز، گلوکز از دی اکسید کربن و آب سنتز می شود.

2. متابولیسم انرژی(تجزیه، کاتابولیسم، تنفس) - این زمانی است که مواد پیچیده است متلاشی شدن (اکسید شدن)به ساده تر و در عین حال انرژی آزاد می شود، برای زندگی لازم است. مثال:

• در میتوکندری، گلوکز، اسیدهای آمینه و اسیدهای چرب توسط اکسیژن به دی اکسید کربن و آب اکسید می شوند که انرژی تولید می کند. (تنفس سلولی)

رابطه بین متابولیسم پلاستیک و انرژی

• متابولیسم پلاستیک مواد آلی پیچیده (پروتئین ها، چربی ها، کربوهیدرات ها، اسیدهای نوکلئیک)، از جمله پروتئین های آنزیمی برای متابولیسم انرژی را در اختیار سلول قرار می دهد.
• متابولیسم انرژی به سلول انرژی می دهد. هنگام انجام کار (ذهنی، عضلانی و غیره) متابولیسم انرژی افزایش می یابد.

ATP- ماده انرژی جهانی سلول (انباشته کننده انرژی جهانی). در فرآیند متابولیسم انرژی (اکسیداسیون مواد آلی) تشکیل می شود.

• در طول متابولیسم انرژی، تمام مواد تجزیه می شوند و ATP سنتز می شود. در این حالت، انرژی پیوندهای شیمیایی مواد پیچیده متلاشی شده به انرژی ATP تبدیل می شود. انرژی در ATP ذخیره می شود.
• در طی متابولیسم پلاستیک، تمام مواد سنتز می شوند و ATP تجزیه می شود. که در آن انرژی ATP مصرف می شود(انرژی ATP به انرژی پیوندهای شیمیایی مواد پیچیده تبدیل شده و در این مواد ذخیره می شود).

یکی، صحیح ترین گزینه را انتخاب کنید. در طی فرآیند تبادل پلاستیک
1) کربوهیدرات های پیچیده تر از کربوهیدرات های پیچیده تر ساخته می شوند
2) چربی ها به گلیسرول و اسیدهای چرب تبدیل می شوند
3) پروتئین ها برای تشکیل دی اکسید کربن، آب و مواد حاوی نیتروژن اکسید می شوند.
4) انرژی آزاد می شود و ATP سنتز می شود

پاسخ

سه گزینه را انتخاب کنید. متابولیسم پلاستیک چه تفاوتی با متابولیسم انرژی دارد؟
1) انرژی در مولکول های ATP ذخیره می شود
2) انرژی ذخیره شده در مولکول های ATP مصرف می شود
3) مواد آلی سنتز می شوند
4) مواد آلی تجزیه می شوند
5) محصولات نهایی متابولیسم - دی اکسید کربن و آب
6) در نتیجه واکنش های تبادلی، پروتئین ها تشکیل می شوند

پاسخ

یکی، صحیح ترین گزینه را انتخاب کنید. در فرآیند متابولیسم پلاستیک، مولکول ها در سلول ها سنتز می شوند
1) پروتئین ها
2) آب
3) ATP
4) مواد معدنی

پاسخ

یکی، صحیح ترین گزینه را انتخاب کنید. رابطه بین متابولیسم پلاستیک و انرژی چیست؟
1) متابولیسم پلاستیک مواد آلی را برای انرژی تامین می کند
2) متابولیسم انرژی اکسیژن را برای پلاستیک تامین می کند
3) متابولیسم پلاستیک مواد معدنی انرژی را تامین می کند
4) متابولیسم پلاستیک مولکول های ATP را برای انرژی تامین می کند

پاسخ

یکی، صحیح ترین گزینه را انتخاب کنید. در فرآیند متابولیسم انرژی، بر خلاف پلاستیک، وجود دارد
1) مصرف انرژی موجود در مولکول های ATP
2) ذخیره انرژی در پیوندهای پرانرژی مولکول های ATP
3) تامین پروتئین و لیپید برای سلول ها
4) تامین کربوهیدرات ها و اسیدهای نوکلئیک برای سلول ها

پاسخ

1. بین ویژگی های مبادله و نوع آن مطابقت برقرار کنید: 1) پلاستیک، 2) پرانرژی. اعداد 1 و 2 را به ترتیب صحیح بنویسید.
الف) اکسیداسیون مواد آلی
ب) تشکیل پلیمرها از مونومرها
ب) تجزیه ATP
د) ذخیره انرژی در سلول
د) همانندسازی DNA
ه) فسفوریلاسیون اکسیداتیو

پاسخ

2. بین ویژگی های متابولیسم در یک سلول و نوع آن مطابقت برقرار کنید: 1) انرژی، 2) پلاستیک. اعداد 1 و 2 را به ترتیب حروف بنویسید.
الف) تجزیه بدون اکسیژن گلوکز رخ ​​می دهد
ب) روی ریبوزوم ها، در کلروپلاست ها رخ می دهد
ب) محصولات نهایی متابولیسم - دی اکسید کربن و آب
د) مواد آلی سنتز می شوند
د) از انرژی موجود در مولکول های ATP استفاده می شود
ه) انرژی آزاد شده و در مولکول های ATP ذخیره می شود

پاسخ

3. بین علائم متابولیسم انسان و انواع آن مطابقت برقرار کنید: 1) متابولیسم پلاستیک، 2) متابولیسم انرژی. اعداد 1 و 2 را به ترتیب صحیح بنویسید.
الف) مواد اکسید می شوند
ب) مواد سنتز می شوند
ب) انرژی در مولکول های ATP ذخیره می شود
د) انرژی مصرف می شود
د) ریبوزوم ها در این فرآیند نقش دارند
ه) میتوکندری ها در این فرآیند دخالت دارند

پاسخ

4. بین ویژگی های متابولیسم و ​​نوع آن مطابقت برقرار کنید: 1) پرانرژی، 2) پلاستیک. اعداد 1 و 2 را به ترتیب حروف بنویسید.
الف) همانندسازی DNA
ب) بیوسنتز پروتئین
ب) اکسیداسیون مواد آلی
د) رونویسی
د) سنتز ATP
ه) کموسنتز

پاسخ

5. یک تناظر بین خصوصیات و انواع مبادله برقرار کنید: 1) پلاستیک، 2) انرژی. اعداد 1 و 2 را به ترتیب حروف بنویسید.
الف) انرژی در مولکول های ATP ذخیره می شود
ب) بیوپلیمرها سنتز می شوند
ب) دی اکسید کربن و آب تشکیل می شود
د) فسفوریلاسیون اکسیداتیو رخ می دهد
د) همانندسازی DNA رخ می دهد

پاسخ

سه فرآیند مرتبط با متابولیسم انرژی را انتخاب کنید.
1) آزاد شدن اکسیژن در جو
2) تشکیل دی اکسید کربن، آب، اوره
3) فسفوریلاسیون اکسیداتیو
4) سنتز گلوکز
5) گلیکولیز
6) فتولیز آب

پاسخ

یکی، صحیح ترین گزینه را انتخاب کنید. انرژی مورد نیاز برای انقباض عضلانی زمانی آزاد می شود که
1) تجزیه مواد آلی در اندام های گوارشی
2) تحریک عضله توسط تکانه های عصبی
3) اکسیداسیون مواد آلی در عضلات
4) سنتز ATP

پاسخ

یکی، صحیح ترین گزینه را انتخاب کنید. در نتیجه چه فرآیندی لیپیدها در یک سلول سنتز می شوند؟
1) تجزیه
2) اکسیداسیون بیولوژیکی
3) تعویض پلاستیک
4) گلیکولیز

پاسخ

یکی، صحیح ترین گزینه را انتخاب کنید. منظور از متابولیسم پلاستیک تامین بدن است
1) نمک های معدنی
2) اکسیژن
3) پلیمرهای زیستی
4) انرژی

پاسخ

یکی، صحیح ترین گزینه را انتخاب کنید. اکسیداسیون مواد آلی در بدن انسان اتفاق می افتد
1) حباب های ریوی در طول تنفس
2) سلول های بدن در فرآیند متابولیسم پلاستیک
3) فرآیند هضم غذا در دستگاه گوارش
4) سلول های بدن در فرآیند متابولیسم انرژی

پاسخ

یکی، صحیح ترین گزینه را انتخاب کنید. چه واکنش های متابولیکی در یک سلول با مصرف انرژی همراه است؟
1) مرحله آماده سازی متابولیسم انرژی
2) تخمیر لاکتیکی
3) اکسیداسیون مواد آلی
4) تعویض پلاستیک

پاسخ

1. یک تناظر بین فرآیندها و اجزای متابولیسم ایجاد کنید: 1) آنابولیسم (همسان سازی)، 2) کاتابولیسم (تجزیه). اعداد 1 و 2 را به ترتیب صحیح بنویسید.
الف) تخمیر
ب) گلیکولیز
ب) تنفس
د) سنتز پروتئین
د) فتوسنتز
ه) کموسنتز

پاسخ

2. بین ویژگی ها و فرآیندهای متابولیک مطابقت برقرار کنید: 1) جذب (آنابولیسم)، 2) تجزیه (کاتابولیسم). اعداد 1 و 2 را به ترتیب حروف بنویسید.
الف) سنتز مواد آلی در بدن
ب) شامل مرحله آماده سازی، گلیکولیز و فسفوریلاسیون اکسیداتیو است
ج) انرژی آزاد شده در ATP ذخیره می شود
د) آب و دی اکسید کربن تشکیل می شود
د) نیاز به مصرف انرژی دارد
ه) در کلروپلاست ها و روی ریبوزوم ها رخ می دهد

پاسخ

از بین پنج پاسخ، دو پاسخ صحیح را انتخاب کنید و اعدادی را که در زیر آنها نشان داده شده اند بنویسید. متابولیسم یکی از ویژگی های اصلی سیستم های زنده است
1) پاسخ انتخابی به تأثیرات محیطی خارجی
2) تغییر در شدت فرآیندها و عملکردهای فیزیولوژیکی با دوره های مختلف نوسان.
3) انتقال از نسلی به نسل دیگر از نشانه ها و خواص
4) جذب مواد لازم و رهاسازی مواد زائد
5) حفظ ترکیب فیزیکی و شیمیایی نسبتاً ثابت محیط داخلی

پاسخ

1. همه به جز دو مورد از اصطلاحات زیر برای توصیف تبادل پلاستیک استفاده می شود. دو عبارتی را که از فهرست کلی خارج می شوند را مشخص کنید و اعدادی را که در زیر آنها نشان داده شده اند بنویسید.
1) همانند سازی
2) تکرار
3) پخش
4) جابجایی
5) رونویسی

پاسخ

2. تمام مفاهیم ذکر شده در زیر، به جز دو مورد، برای توصیف متابولیسم پلاستیک در یک سلول استفاده می شود. دو مفهوم را که از فهرست کلی «خارج می شوند» شناسایی کنید و اعدادی را که در زیر آنها نشان داده شده اند بنویسید.
1) جذب
2) تشدید
3) گلیکولیز
4) رونویسی
5) پخش

پاسخ

3. اصطلاحات فهرست شده در زیر، به جز دو مورد، برای توصیف تبادل پلاستیک استفاده می شود. دو عبارتی که در فهرست کلی وجود ندارد را مشخص کنید و اعدادی را که زیر آنها نشان داده شده اند بنویسید.
1) شکافتن
2) اکسیداسیون
3) همانند سازی
4) رونویسی
5) شیمی سنتز

پاسخ

یکی، صحیح ترین گزینه را انتخاب کنید. باز نیتروژنی آدنین، ریبوز و سه باقی مانده اسید فسفریک در ترکیب گنجانده شده است.
1) DNA
2) RNA
3) ATP
4) سنجاب

پاسخ

تمام علائم زیر، به جز دو مورد، می توانند برای مشخص کردن متابولیسم انرژی در یک سلول استفاده شوند. دو مشخصه را که از لیست کلی حذف شده اند شناسایی کنید و اعدادی را که در پاسخ شما در زیر آنها نشان داده شده اند بنویسید.
1) با جذب انرژی همراه است
2) به میتوکندری ختم می شود
3) به ریبوزوم ختم می شود
4) همراه با سنتز مولکول های ATP
5) با تشکیل دی اکسید کربن به پایان می رسد

پاسخ

سه خطا در متن داده شده پیدا کنید. تعداد پیشنهادهایی که در آنها ارائه شده است را مشخص کنید.(1) متابولیسم یا متابولیسم مجموعه ای از واکنش های سنتز و تجزیه مواد سلولی و بدن است که با آزاد شدن یا جذب انرژی همراه است. (2) مجموعه ای از واکنش ها برای سنتز ترکیبات آلی با وزن مولکولی بالا از ترکیبات با وزن مولکولی کم به عنوان تبادل پلاستیک نامیده می شود. (3) در واکنش های تبادل پلاستیک، مولکول های ATP سنتز می شوند. (4) فتوسنتز به عنوان متابولیسم انرژی طبقه بندی می شود. (5) در نتیجه شیمی سنتز، مواد آلی با استفاده از انرژی خورشید از مواد معدنی سنتز می شوند.

پاسخ

© D.V Pozdnyakov، 2009-2019