مولکول ها انباشته کننده انرژی بیولوژیکی جهانی هستند. اشکال جهانی انرژی سلولی اهداف آموزشی و آموزشی

درس عملی شماره 15.

تکلیف درس شماره 15.

موضوع: تبادل انرژی.

مرتبط بودن موضوع

اکسیداسیون بیولوژیکی مجموعه ای از فرآیندهای آنزیمی است که در هر سلول اتفاق می افتد، در نتیجه مولکول های کربوهیدرات، چربی و اسیدهای آمینه در نهایت به دی اکسید کربن و آب تجزیه می شوند و انرژی آزاد شده توسط سلول به شکل آدنوزین ذخیره می شود. اسید تری فسفریک (ATP) و سپس در زندگی بدن (بیوسنتز مولکول ها، فرآیند تقسیم سلولی، انقباض عضلانی، انتقال فعال، تولید گرما و غیره) استفاده می شود. پزشک باید از وجود حالت های کم انرژی که در آن سنتز ATP کاهش می یابد آگاه باشد. در این حالت، تمام فرآیندهای حیاتی که با استفاده از انرژی ذخیره شده در قالب پیوندهای ماکرو ارژیک ATP رخ می دهند، دچار مشکل می شوند. شایع ترین علت شرایط کم انرژی است هیپوکسی بافت، با کاهش غلظت اکسیژن در هوا، اختلال در سیستم قلبی عروقی و تنفسی و کم خونی با منشاء مختلف همراه است. علاوه بر این، حالت های کم انرژی می تواند ناشی از هیپویتامینوزهمراه با نقض وضعیت ساختاری و عملکردی سیستم های آنزیمی درگیر در فرآیند اکسیداسیون بیولوژیکی و همچنین گرسنگیکه منجر به عدم وجود بستر برای تنفس بافتی می شود. علاوه بر این، در طی فرآیند اکسیداسیون بیولوژیکی، گونه‌های اکسیژن فعال تشکیل می‌شوند که باعث تحریک فرآیندها می‌شوند. پراکسیداسیونلیپیدهای غشاهای بیولوژیکی شناخت مکانیسم های دفاعی بدن در برابر این اشکال (آنزیم ها، داروهایی که اثر تثبیت کننده غشاء دارند - آنتی اکسیدان ها) ضروری است.

اهداف آموزشی و تربیتی:

هدف کلی درس: القای دانش در مورد روند اکسیداسیون بیولوژیکی که منجر به تشکیل حداکثر 70-8٪ انرژی به شکل ATP و همچنین تشکیل گونه های فعال اکسیژن و اثرات مخرب آنها می شود. روی بدن

اهداف خصوصی: قادر به تعیین پراکسیداز در ترب و سیب زمینی. فعالیت سوکسینات دهیدروژناز عضلانی

1. کنترل دانش ورودی:

1.1. تست ها

1.2. نظرسنجی شفاهی

2. سؤالات اصلی موضوع:

2.1. مفهوم متابولیسم. فرآیندهای آنابولیک و کاتابولیک و رابطه آنها.

2.2. ترکیبات ماکرو ارژیک ATP یک باتری جهانی و منبع انرژی در بدن است. چرخه ATP-ADP بار انرژی سلول

2.3. مراحل متابولیک اکسیداسیون بیولوژیکی (تنفس بافتی). ویژگی های اکسیداسیون بیولوژیکی

2.4. پذیرندگان اولیه پروتون ها و الکترون های هیدروژن.

2.5. سازماندهی زنجیره تنفسی ناقلین در زنجیره تنفسی (CRE).

2.6. فسفوریلاسیون اکسیداتیو ADP. مکانیسم جفت شدن اکسیداسیون و فسفوریلاسیون. نسبت فسفوریلاسیون اکسیداتیو (P/O).

2.7. کنترل تنفس. جداسازی تنفس (اکسیداسیون) و فسفوریلاسیون (اکسیداسیون آزاد).

2.8. تشکیل اشکال سمی اکسیژن در CPE و خنثی سازی پراکسید هیدروژن توسط آنزیم پراکسیداز.

کار آزمایشگاهی و عملی.

3.1. روش تعیین پراکسیداز در ترب.

3.2. روش تعیین پراکسیداز در سیب زمینی

3.3. تعیین فعالیت سوکسینات دهیدروژناز عضلانی و مهار رقابتی فعالیت آن.

کنترل خروجی

4.1. تست ها

4.2. وظایف موقعیتی

5. ادبیات:

5.1. مواد سخنرانی.

5.2. نیکولایف A.Ya. شیمی زیستی.-م.: دبیرستان، 1368.، ص 199-212، 223-228.

5.3. برزوف T.T.، Korovkin B.F. شیمی بیولوژیکی - م.: پزشکی، 1369.ص.224-225.

5.4. Kushmanova O.D., Ivchenko G.M. راهنمای کلاس های عملی بیوشیمی - M.: پزشکی، 1983، کار. 38.

2. سوالات اصلی موضوع.

2.1. مفهوم متابولیسم. فرآیندهای آنابولیک و کاتابولیک و رابطه آنها.

موجودات زنده در ارتباط دائمی و جدا نشدنی با محیط هستند.

این ارتباط در فرآیند متابولیسم انجام می شود.

متابولیسم (متابولیسم) – مجموع تمام واکنش های بدن

متابولیسم میانی (متابولیسم درون سلولی) - شامل 2 نوع واکنش است: کاتابولیسم و ​​آنابولیسم.

کاتابولیسم- فرآیند تجزیه مواد آلی به محصولات نهایی (CO 2 ، H 2 O و اوره). این فرآیند شامل متابولیت هایی است که هم در حین هضم و هم در طی تجزیه اجزای ساختاری و عملکردی سلول ها تشکیل می شوند.

فرآیندهای کاتابولیسم در سلول های بدن با مصرف اکسیژن همراه است که برای واکنش های اکسیداسیون ضروری است. در نتیجه واکنش های کاتابولیک، انرژی آزاد می شود (واکنش های اگزرگونیک) که برای عملکرد بدن ضروری است.

آنابولیسم- سنتز مواد پیچیده از مواد ساده. فرآیندهای آنابولیک از انرژی آزاد شده در طی کاتابولیسم (واکنش های آندرگونیک) استفاده می کنند.

منابع انرژی برای بدن پروتئین ها، چربی ها و کربوهیدرات ها هستند. انرژی موجود در پیوندهای شیمیایی این ترکیبات از انرژی خورشیدی در طی فرآیند فتوسنتز تبدیل شد.

ترکیبات ماکرو ارژیک ATP یک باتری جهانی و منبع انرژی در بدن است. چرخه ATP-ADP بار انرژی سلول

ATP– یک ترکیب پرانرژی حاوی پیوندهای پرانرژی است. هیدرولیز پیوند فسفات پایانی حدود 20 کیلوژول بر مول انرژی آزاد می کند.

ترکیبات پرانرژی شامل GTP، CTP، UTP، کراتین فسفات، کربامویل فسفات و غیره هستند که در بدن برای سنتز ATP استفاده می شوند. به عنوان مثال، GTP + ADP à GDP + ATP

این فرآیند نامیده می شود فسفوریلاسیون سوبسترا- واکنش های برون زا به نوبه خود، تمام این ترکیبات پرانرژی با استفاده از انرژی آزاد گروه فسفات انتهایی ATP تشکیل می شوند. در نهایت، انرژی ATP برای انجام انواع مختلف کار در بدن استفاده می شود:

مکانیکی (انقباض عضلانی)؛

الکتریکی (رسانای تکانه های عصبی)؛

شیمیایی (سنتز مواد)؛

اسمزی (انتقال فعال مواد از طریق غشاء) - واکنش های اندرگونیک.

بنابراین، ATP اهداکننده اصلی انرژی است که مستقیماً در بدن استفاده می شود. ATP یک موقعیت مرکزی بین واکنش های اندرگونیک و اگزرگونیک را اشغال می کند.

بدن انسان معادل وزن بدن مقداری ATP تولید می کند و هر 24 ساعت تمام این انرژی از بین می رود. 1 مولکول ATP حدود یک دقیقه در یک سلول زندگی می کند.

استفاده از ATP به عنوان منبع انرژی تنها در شرایط سنتز مداوم ATP از ADP به دلیل انرژی اکسیداسیون ترکیبات آلی امکان پذیر است. چرخه ATP-ADP مکانیسم اولیه برای تبادل انرژی در سیستم های بیولوژیکی است و ATP "ارز انرژی" جهانی است.

هر سلول دارای بار الکتریکی برابر است

[ATP] + ½ [ADP]

[ATP] + [ADP] + [AMP]

اگر شارژ سلول 0.8-0.9 باشد، کل مخزن آدنیل در سلول به شکل ATP ارائه می شود (سلول از انرژی اشباع شده و فرآیند سنتز ATP رخ نمی دهد).

با استفاده از انرژی، ATP به ADP تبدیل می شود، شارژ سلول 0 می شود و سنتز ATP به طور خودکار آغاز می شود.

تبادل انرژی. زنجیره انتقال پروتون و الکترون - 5 کمپلکس آنزیمی. فسفوریلاسیون اکسیداتیو فرآیندهای اکسیداتیو که با ذخیره انرژی مرتبط نیستند - اکسیداسیون میکروزومی، اکسیداسیون رادیکال های آزاد، گونه های فعال اکسیژن. سیستم آنتی اکسیدانی

مقدمه ای بر انرژی زیستی

انرژی زیستی، یا ترمودینامیک بیوشیمیایی، تحولات انرژی همراه با واکنش های بیوشیمیایی را مطالعه می کند.

تغییر انرژی آزاد (∆G) بخشی از تغییر انرژی داخلی سیستم است که می تواند به کار تبدیل شود. به عبارت دیگر، این انرژی مفید است و با معادله بیان می شود

∆G = ∆H - T∆S،

که در آن ∆H تغییر در آنتالپی (گرما)، T دمای مطلق، ∆S تغییر در آنتروپی است. آنتروپی به عنوان معیاری برای بی نظمی و ماهیت آشفته یک سیستم عمل می کند و در طی فرآیندهای خود به خودی افزایش می یابد.

اگر مقدار ∆G منفی باشد، واکنش خود به خود ادامه می‌یابد و با کاهش انرژی آزاد همراه است. چنین واکنش هایی نامیده می شود اگزرگونیک. اگر مقدار ΔG مثبت باشد، واکنش تنها زمانی رخ می دهد که انرژی آزاد از خارج تامین شود. این واکنش نامیده می شود اندرگونیکوقتی ΔG برابر با صفر باشد، سیستم در حالت تعادل است. مقدار ∆G در شرایط استاندارد یک واکنش شیمیایی (غلظت مواد شرکت کننده 1.0 M، دمای 25 ºС، pH 7.0) DG 0 ¢ نشان داده می شود و انرژی آزاد استاندارد واکنش نامیده می شود.

فرآیندهای حیاتی در بدن - واکنش های سنتز، انقباض عضلانی، هدایت تکانه های عصبی، انتقال از طریق غشاها - انرژی را از طریق جفت شدن شیمیایی با واکنش های اکسیداتیو دریافت می کنند که منجر به آزاد شدن انرژی می شود. آن ها واکنش های اندرگونیک در بدن با واکنش های اگزرگونیک همراه است (شکل 1).

	واکنش های اگزرگونیک

عکس. 1. تلفیق فرآیندهای اگزرگونیک با فرآیندهای اگزرگونیک.

برای جفت کردن واکنش‌های اندرگونیک با واکنش‌های اگزرگونیک، به انباشته‌کننده‌های انرژی در بدن نیاز است که در آن‌ها تقریباً ۵۰ درصد انرژی ذخیره می‌شود.

انباشته کننده های انرژی در بدن

1. غشای داخلی میتوکندری- این یک انباشته کننده انرژی میانی برای تولید ATP است. به دلیل انرژی اکسیداسیون مواد، پروتون ها از ماتریکس به فضای بین غشایی میتوکندری "بیرون رانده می شوند". در نتیجه، یک پتانسیل الکتروشیمیایی (ECP) بر روی غشای داخلی میتوکندری ایجاد می شود. هنگامی که غشا تخلیه می شود، انرژی پتانسیل الکتروشیمیایی به انرژی ATP تبدیل می شود: اکسید E. ® E exp ® E ATP. برای اجرای این مکانیسم، غشای میتوکندری داخلی حاوی یک زنجیره انتقال الکترون آنزیمی برای اکسیژن و سنتاز ATP (ATP سنتاز وابسته به پروتون) است.

2. ATP و سایر ترکیبات پر انرژی. حامل مواد انرژی آزاد در مواد آلی پیوندهای شیمیایی بین اتم ها است. سطح انرژی معمول برای تشکیل یا فروپاشی یک پیوند شیمیایی ~ 12.5 کیلوژول بر مول است. با این حال، تعدادی مولکول وجود دارند که پیوندهای آنها هیدرولیز شده و بیش از 21 کیلوژول بر مول انرژی آزاد می کنند (جدول 1). اینها شامل ترکیباتی با یک پیوند فسفوآنهیدرید پرانرژی (ATP) و همچنین فسفات های آسیل (استیل فسفات، 1،3-بیس فسفوگلیسرات)، انول فسفات ها (فسفوئنول پیروات) و فسفوگوانیدین ها (فسفوکراتین، فسفوآژینین) می شود.

میز 1.

انرژی آزاد استاندارد هیدرولیز برخی از ترکیبات فسفریله شده

ترکیب اصلی پر انرژی در بدن انسان ATP است.

در ATP، یک زنجیره از سه باقی مانده فسفات به گروه 5'-OH آدنوزین مرتبط است. گروه های فسفات (فسفوریل) a، b و g تعیین می شوند. دو باقیمانده اسید فسفریک توسط پیوندهای فسفوآنهیدرید به یکدیگر متصل می شوند و باقیمانده a اسید فسفریک با پیوند فسفواستر به یکدیگر متصل می شوند. هیدرولیز ATP در شرایط استاندارد 30.5- کیلوژول بر مول انرژی آزاد می کند.

در مقادیر PH فیزیولوژیکی، ATP حامل چهار بار منفی است. یکی از دلایل ناپایداری نسبی پیوندهای فسفوآنیدرید دافعه قوی اتم های اکسیژن با بار منفی است که با حذف هیدرولیکی گروه فسفات پایانی ضعیف می شود. بنابراین، چنین واکنش هایی به شدت اگزرگونیک هستند.

در سلول ها، ATP با یون های Mg 2 + یا Mn 2 +، هماهنگ با a- و b-phosphate است که تغییر انرژی آزاد را در طول هیدرولیز ATP به 52.5 کیلوژول بر مول افزایش می دهد.

مکان مرکزی در مقیاس فوق (جدول 8.3) توسط چرخه ATP "ADP + pH" اشغال شده است. این به ATP اجازه می دهد تا هم یک باتری جهانی و هم منبع انرژی جهانی برای موجودات زنده باشد.

در سلول های خونگرم ATP وجود دارد باتری جهانیانرژی به دو صورت ایجاد می شود:

1) انرژی ترکیبات انرژی بر بیشتری را که بالاتر از ATP در مقیاس ترمودینامیکی بدون مشارکت O 2 هستند، جمع می کند - فسفوریلاسیون سوبسترا : S ~ P + ADP ® S + ATP;

2) انرژی پتانسیل الکتروشیمیایی را در حین تخلیه غشای میتوکندری داخلی جمع می کند - فسفوریلاسیون اکسیداتیو .

ATP جهانی است منبع انرژیبرای انجام انواع اصلی کار سلولی (انتقال اطلاعات ارثی، انقباض عضلانی، انتقال غشایی مواد، بیوسنتز): 1) ATP + H 2 O®ADP + Rn. 2) ATP + H 2 O ® AMP + PPn.

در طول ورزش شدید، میزان مصرف ATP می تواند به 0.5 کیلوگرم در دقیقه برسد.

اگر یک واکنش آنزیمی از نظر ترمودینامیکی نامطلوب باشد، زمانی که با واکنش هیدرولیز ATP همراه شود، می تواند رخ دهد. هیدرولیز مولکول ATP نسبت تعادل سوبستراها و محصولات در واکنش مزدوج را 108 برابر تغییر می دهد.

برای تعیین کمیت وضعیت انرژی یک سلول، از شاخص زیر استفاده می شود: شارژ انرژی. بسیاری از واکنش های متابولیک توسط تامین انرژی سلول ها کنترل می شود که توسط بار انرژی سلول کنترل می شود. شارژ انرژی می تواند از 0 (همه AMP) تا 1 (تمام ATP) متغیر باشد. به گفته D. Atkinson، مسیرهای کاتابولیک تولید کننده ATP توسط بار انرژی بالای سلول مهار می شوند و مسیرهای آنابولیک استفاده کننده از ATP توسط بار انرژی بالای سلول تحریک می شوند. هر دو مسیر در یک بار انرژی نزدیک به 0.9 یکسان عمل می کنند (نقطه متقاطع در شکل 8.3). در نتیجه، بار انرژی، مانند pH، یک تنظیم کننده بافر متابولیسم (نسبت کاتابولیسم و ​​آنابولیسم) است. در اکثر سلول ها، بار انرژی بین 0.80-0.95 در نوسان است.

شارژ انرژی =

ترکیبات پرانرژی همچنین شامل تری فسفات های نوکلئوزیدی هستند که انرژی را برای تعدادی از بیوسنتزها فراهم می کند: UTP - کربوهیدرات ها. CTP - لیپیدها؛ GTP - پروتئین ها. کراتین فسفات نقش مهمی در بیوانرژیک عضلات دارد.

3. NADPH + H +- کاهش نیکوتین آمید آدنین دی نوکلئوتید فسفات. این یک باتری با انرژی بالا است که در سلول (سیتوزول) برای بیوسنتز استفاده می شود. R-CH 3 + NADPH 2 + O 2 ® R-CH 2 OH + H 2 O + NADP + (در اینجا ایجاد یک گروه OH در مولکول نشان داده شده است).

مسیرهای مصرف اکسیژن (اکسیداسیون بیولوژیکی)

اکسیداسیون بیولوژیکی بر اساس فرآیندهای ردوکس که با انتقال الکترون تعیین می شوند. ماده با از دست دادن الکترون اکسید می شودیا به طور همزمان الکترون و پروتون (اتم های هیدروژن، هیدروژن زدایی) و یا اضافه کردن اکسیژن (اکسیژناسیون). تحول مخالف بازسازی است.

توانایی مولکول ها برای اهدای الکترون به مولکول دیگر توسط پتانسیل ردوکس(پتانسیل ردوکس، E 0 ¢، یا ORP). پتانسیل ردوکس با اندازه گیری نیروی الکتروموتور بر حسب ولت تعیین می شود. پتانسیل ردوکس واکنش در pH 7.0 به عنوان یک استاندارد در نظر گرفته می شود: H 2 « 2H + + 2е - برابر با -0.42 V. هر چه پتانسیل سیستم اکسیداسیون و کاهش کمتر باشد، آسان تر الکترون ها را از دست می دهد و بیشتر است. یک عامل کاهش دهنده هر چه پتانسیل سیستم بالاتر باشد، خواص اکسید کننده آن بیشتر است، یعنی. توانایی پذیرش الکترون این قانون زیربنای ترتیب آرایش حامل های الکترون میانی از هیدروژن های بستر به اکسیژن است.

هنگام مطالعه فرآیندهای اکسیداتیو در سلول ها، توصیه می شود از طرح زیر برای استفاده از اکسیژن پیروی کنید (جدول 2).

جدول 2

راه های اصلی استفاده از اکسیژن در سلول ها

سه راه اصلی در اینجا در نظر گرفته می شود: 1) اکسیداسیون بستر با هیدروژن زدایی با انتقال دو اتم هیدروژن به یک اتم اکسیژن با تشکیل H 2 O (انرژی اکسیداسیون به شکل ATP انباشته می شود، بیش از 90٪ اکسیژن. در این فرآیند مصرف می شود) یا یک مولکول اکسیژن با تشکیل H 2 O 2 . 2) افزودن یک اتم اکسیژن برای تشکیل یک گروه هیدروکسیل (افزایش حلالیت بستر) یا یک مولکول اکسیژن (متابولیسم و ​​خنثی سازی مولکول های معطر پایدار). 3) تشکیل رادیکال های آزاد اکسیژن، که هم برای محافظت از محیط داخلی بدن در برابر ماکرومولکول های خارجی و هم برای آسیب رساندن به غشاها در مکانیسم های استرس اکسیداتیو عمل می کند.

در بیوشیمی و زیست شناسی سلولی تحت تنفس بافتی (سلولی).فرآیندهای مولکولی که منجر به جذب اکسیژن در سلول و آزاد شدن دی اکسید کربن می شود را درک کنید. تنفس سلولی شامل 3 مرحله است. در مرحله اول، مولکول های آلی - گلوکز، اسیدهای چرب و برخی اسیدهای آمینه - اکسید می شوند تا استیل-CoA را تشکیل دهند. در مرحله دوم، استیل-CoA وارد چرخه TCA می شود، جایی که گروه استیل آن به طور آنزیمی به CO 2 اکسید می شود و HS-CoA آزاد می شود. انرژی آزاد شده در طول اکسیداسیون در حامل های الکترون کاهش یافته NADH و FADH 2 ذخیره می شود. در مرحله سوم، الکترون ها از طریق یک زنجیره انتقال الکترون به نام زنجیره تنفسی یا زنجیره انتقال الکترون (ETC) به O 2 به عنوان گیرنده نهایی منتقل می شوند. هنگامی که الکترون ها در طول زنجیره تنفسی منتقل می شوند، مقدار زیادی انرژی آزاد می شود که برای سنتز ATP از طریق فسفوریلاسیون اکسیداتیو استفاده می شود.

فرآیند تنفس بافتی با استفاده از ضریب تنفسی ارزیابی می شود:

RQ = تعداد مول CO 2 تشکیل شده / تعداد مول O 2 جذب شده.

این شاخص به شما امکان می دهد نوع مولکول های سوخت مورد استفاده توسط بدن را ارزیابی کنید: با اکسیداسیون کامل کربوهیدرات ها، ضریب تنفسی 1 است، پروتئین ها - 0.80، چربی ها - 0.71. با تغذیه مخلوط، مقدار RQ = 0.85 است. روش گازومتری واربورگ برای مطالعه تنفس بافتی در بخش‌های اندام استفاده می‌شود: در طول اکسیداسیون سوبستراهای کربوهیدراتی، ضریب CO 2 / O 2 به 1 و در هنگام اکسیداسیون بسترهای لیپیدی - 04-07 میل می‌کند.

CPE در غشای داخلی میتوکندری تعبیه شده است. الکترون ها در طول زنجیره از اجزای الکترونگاتیو بیشتر به اکسیژن الکترومثبت تر حرکت می کنند: از NADH (-0.32 V) به اکسیژن (+0.82 V).

CPE یک نوار نقاله جهانی برای انتقال الکترون ها از بسترهای اکسیداسیون به اکسیژن است که مطابق با گرادیان پتانسیل ردوکس ساخته شده است. اجزای اصلی زنجیره تنفسی به ترتیب افزایش پتانسیل ردوکس آنها مرتب شده اند. در طی فرآیند انتقال الکترون در امتداد گرادیان پتانسیل ردوکس، انرژی آزاد آزاد می شود.

ساختار میتوکندری

میتوکندری ها اندامک های سلولی هستند. غشای بیرونی برای بسیاری از مولکول ها و یون های کوچک قابل نفوذ است، زیرا حاوی بسیاری از پورین های میتوکندری است - پروتئین هایی با وزن مولکولی 30-35 کیلو دالتون (همچنین VDAC نامیده می شود). کانال های آنیونی وابسته به برق VDAC جریان آنیون ها (فسفات ها، کلریدها، آنیون های آلی و آدنیل نوکلئوتیدها) را در سراسر غشاء تنظیم می کنند. غشای داخلی میتوکندری برای اکثر یون ها و مولکول های قطبی نفوذ ناپذیر است. تعدادی ناقل تخصصی برای ATP، پیروات و سیترات در سراسر غشای داخلی میتوکندری وجود دارد. در غشای داخلی میتوکندری یک سطح ماتریکس (N) و یک سطح سیتوزولی (P) وجود دارد.

میتوکندری حاوی DNA حلقوی خود است که سنتز تعدادی RNA و پروتئین را رمزگذاری می کند. DNA میتوکندری انسان شامل 16569 جفت باز است و 13 پروتئین زنجیره انتقال الکترون را کد می کند. میتوکندری همچنین حاوی تعدادی پروتئین است که توسط DNA هسته ای کدگذاری می شوند.

اطلاعات مربوطه.

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 هنگام شکستن، مقدار زیادی انرژی آزاد آزاد شود. 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 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 نوع خاصی، به نام انرژی ساز یا مزدوج منتقل می شوند، توزیع ناهمواری از پروتون ها در فضا در دو طرف غشاء وجود دارد، یعنی هیدروژن با جهت عرضی یا گذر غشایی. گرادیان Δ، که بر حسب ولت اندازه گیری می شود، روی غشاء ایجاد می شود که 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 در 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.

ATP یک دستگاه ذخیره سازی جهانی برای انرژی بیولوژیکی است. نقش آن برای همه موجودات زنده توسط آکادمی علوم پزشکی اتحاد جماهیر شوروی V.A. Engelhardt در سال 1940 به شرح زیر فرموله شد: "هر وسیله ذخیره سازی انرژی سلولی ATP را تشکیل می دهد، هر گونه مصرف انرژی در سلول توسط ATP پرداخت می شود." این قانون برای سلول‌های ماهیچه‌ای و سلول‌های مغزی نیز صادق است، جایی که انرژی به‌علاوه انباشته می‌شود.

در سنت چینی مفهوم چهار بیگرام یا چهار بنیادی وجود دارد انرژی ها: ماورایی انرژی, انرژیدر آغاز، هرگز در کتابها ذکر نشده است، زیرا در همه جا حاضر است و بدون آن هیچ چیز وجود نخواهد داشت. ...

مولکول ATP حاوی سه باقی مانده اسید فسفریک است. پیوندهای بین آنها (در حضور آنزیم ATPase) به راحتی شکسته می شود. هنگامی که یک مولکول اسید فسفریک از یک مولکول ATP جدا می شود، 40 کیلوژول انرژی آزاد می شود، به همین دلیل است که پیوندها ماکروارژیک (حامل مقدار زیادی انرژی) نامیده می شوند.

تبدیل انرژی متصل شده شیمیایی به ATP به انرژی مکانیکی (لازم برای انقباض عضلانی)، الکتریکی، نور، انرژی صوتی اسمز و انواع دیگر آن، تضمین سنتز مواد پلاستیکی در سلول، رشد، توسعه، امکان انتقال خصوصیات ارثی در سر مجموعه ذرات اولیه تنفسی به دلیل وجود در آنها انجام می شود، یعنی در همان ذرات که سنتز آن اتفاق می افتد. انرژی آزاد شده در طی تجزیه ATP مستقیماً به انرژی بیولوژیکی تبدیل می شود که برای سنتز پروتئین ها، نوکلئوتیدها و سایر ترکیبات آلی ضروری است و بدون آن رشد و نمو ارگانیسم غیرممکن است. ذخایر انرژی در ATP برای انجام حرکات، تولید الکتریسیته، نور و انجام هر گونه عملکرد سلول و اندامک های آن استفاده می شود.

ذخایر ATP در سلول محدود است. در فیبرهای عضلانی آنها می توانند تنها برای 30-40 انقباض انرژی ایجاد کنند و در سلول های سایر بافت ها حتی کمتر است. برای دوباره پر کردن ذخایر ATP، سنتز آن باید دائما اتفاق بیفتد - از (ADP) و فسفات معدنی، که با مشارکت آنزیم سنتتاز ATP انجام می شود. بنابراین، نسبت بین غلظت ATP و ADP (فعالیت سنتتاز ATP) برای کنترل فرآیند سنتز ATP از اهمیت بالایی برخوردار است. با کمبود ADP، به دلیل وجود ATPase در مرکز فعال، هیدرولیز ATP تسریع خواهد شد که همانطور که اشاره شد با فرآیند اکسیداتیو همراه است و به وضعیت حامل های هیدروژن و اکسیژن بستگی دارد.

هر چه NAD بیشتر باشد و شکل احیا شده آن کمتر باشد، سیتوکروم c و ADP اکسید شده بیشتر باشد، سرعت سنتز ATP بیشتر می شود. همراه با سایر آنزیم ها و کوآنزیم ها، تنظیم کننده های اصلی کار مجموعه های تنفسی مرحله اول انتقال هیدروژن از بستر NAD - NAD، دوم - انتقال دهنده الکترون به اکسیژن، سیتوکروم ها، و در مرحله نهایی - نسبت بین ATP و ADP.

در فرآیند تبدیل بیوشیمیایی یک ماده، یک پیوند شیمیایی شکسته می شود که همراه با آزاد شدن انرژی است. اینها انرژی های بالقوه آزاد هستند که توسط موجودات زنده قابل استفاده نیستند، اما باید به شکل بیولوژیکی قابل استفاده از انرژی تبدیل شوند. 2 شکل جهانی انرژی وجود دارد که می تواند در یک سلول برای انجام انواع مختلف کار استفاده شود:

1. انرژی شیمیایی - انرژی پیوندهای پرانرژی ترکیبات شیمیایی. پیوندهای شیمیایی را پرانرژی می نامند زیرا با شکستن آنها انرژی زیادی آزاد می شود. مولکول ATP دارای خواص خاصی است که نقش مهم آن را در متابولیسم انرژی سلول ها تعیین می کند:

ناپایداری ترمودینامیکی

پایداری شیمیایی بالا ذخیره انرژی کارآمد را تضمین 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 مکانیکی اسمزی شیمیایی مورد نیاز است.

تغییر در انرژی آزاد در طول هیدرولیز ATP دارای یک مقدار متوسط ​​است که به آن فرصت می دهد تا عملکردهای انرژی را به بهترین شکل انجام دهد و انرژی را به ترکیبات کم انرژی منتقل کند.

ATP یک انباشته کننده انرژی جهانی برای همه موجودات زنده است. انرژی برای مدت زمان بسیار کوتاهی (1/3 ثانیه) در مولکول‌های ATP ذخیره می‌شود و بلافاصله برای تأمین انرژی برای تمام فرآیندهایی که در آن لحظه رخ می‌دهند، صرف می‌شود. انرژی موجود در مولکول ATP را می توان استفاده کرد:

1. در واکنش هایی که در سیتوپلاسم رخ می دهد

2. در برخی از فرآیندهای وابسته به غشاء.

انرژی الکتروشیمیایی انرژی پتانسیل غشایی هیدروژن یونی است. هنگامی که الکترون ها در امتداد زنجیره اکسید-شرق واقع در غشاهایی از نوع خاصی که تبدیل کننده یا مزدوج کننده انرژی نامیده می شوند، منتقل می شوند، توزیع نابرابر پروتون ها در فضا در دو طرف غشاء وجود دارد، یعنی شیبی از یون های هیدروژن. روی غشاء ظاهر می شود که با ولت اندازه گیری می شود. هنگامی که تخلیه می شود، یک مولکول ATP سنتز می شود. انرژی الکتروشیمیایی را می توان در فرآیندهای مختلف وابسته به انرژی که روی غشاء لاک زده می شود استفاده کرد. مربوط به: جذب DNA در طول تبدیل، انتقال پروتئین در سراسر غشاء، حرکت فعال در باکتری ها. تمام انرژی آزاد اکسیداسیون ماده به شکلی در دسترس سلول تبدیل نمی شود و در ATP انباشته می شود. بخشی از انرژی آزاد به صورت گرما، نور یا انرژی الکتریکی دفع می شود. اگر سلولی انرژی بیشتری نسبت به تمام فرآیندهای مصرف کننده انرژی ذخیره کند، مواد ذخیره را سنتز می کند.