ATP의 구조. ATP 값
계속. 2005년 11, 12, 13, 14, 15, 16호 참조
과학 수업의 생물학 수업
고급 계획, 10학년
제19과
장비:일반 생물학에 관한 표, ATP 분자 구조 다이어그램, 플라스틱과 에너지 교환 간의 관계 다이어그램.
I. 지식 테스트
생물학적 구술 "유기 물질의 유기 화합물" 수행
교사는 숫자 아래의 논문을 읽고 학생들은 자신의 버전에 맞는 논문의 번호를 노트에 적습니다.
옵션 1 - 단백질.
옵션 2 - 탄수화물.
옵션 3 - 지질.
옵션 4 - 핵산.
1. 순수한 형태에서는 C, H, O 원자로만 구성됩니다.
2. C, H, O 원자 외에도 N 및 일반적으로 S 원자를 포함합니다.
3. C, H, O 원자 외에도 N 및 P 원자를 포함합니다.
4. 상대적으로 분자량이 작습니다.
5. 분자량은 수천에서 수십만 달톤이 될 수 있습니다.
6. 최대 수천만에서 수억 달톤의 분자량을 가진 가장 큰 유기 화합물.
7. 물질이 모노머인지 폴리머인지에 따라 분자량이 매우 작은 것부터 매우 높은 것까지 다양합니다.
8. 단당류로 구성되어 있습니다.
9. 아미노산으로 구성되어 있습니다.
10. 뉴클레오티드로 구성됩니다.
11. 고급 지방산의 에스테르입니다.
12. 기본 구조 단위: "질소 염기 - 오탄당 - 인산 잔기".
13. 기본 구조 단위: "아미노산".
14. 기본 구조 단위: "단당류".
15. 기본 구조 단위: "글리세롤-지방산".
16. 폴리머 분자는 동일한 모노머로 만들어집니다.
17. 폴리머 분자는 유사하지만 완전히 동일하지는 않은 모노머로 구성됩니다.
18. 폴리머가 아닙니다.
19. 그들은 거의 독점적으로 에너지, 건설 및 저장 기능을 수행하며 경우에 따라 보호 기능을 수행합니다.
20. 에너지 및 건설 외에도 촉매, 신호, 운송, 추진 및 보호 기능;
21. 세포와 신체의 유전적 특성을 저장하고 전달합니다.
옵션 1 – 2; 5; 9; 13; 17; 20.
옵션 2 – 1; 7; 8; 14; 16; 19.
옵션 3 – 1; 4; 11; 15; 18; 19.
옵션 4– 3; 6; 10; 12; 17; 21.
II. 새로운 자료 학습
1. 아데노신 삼인산의 구조
단백질, 핵산, 지방 및 탄수화물 외에도 많은 다른 유기 화합물이 생명체에서 합성됩니다. 그 중 세포의 생체 에너지학에서 중요한 역할을 하는 것은 다음과 같습니다. 아데노신 삼인산(ATP). ATP는 모든 식물 및 동물 세포에서 발견됩니다. 세포에서 아데노신 삼인산은 흔히 염의 형태로 존재합니다. 아데노신 삼인산. ATP의 양은 변동하며 평균 0.04%입니다(평균적으로 세포에는 약 10억 개의 ATP 분자가 있습니다). ATP의 가장 많은 양은 골격근에서 발견됩니다(0.2~0.5%).
ATP 분자는 질소 염기 - 아데닌, 오탄당 - 리보오스 및 인산의 3개 잔기로 구성됩니다. ATP는 특별한 아데닐 뉴클레오티드입니다. 다른 뉴클레오티드와 달리 ATP는 하나가 아니라 세 개의 인산 잔기를 포함합니다. ATP는 거대 에너지 물질 - 결합에 많은 양의 에너지를 포함하는 물질을 말합니다.
ATP 분자의 공간 모델(A) 및 구조식(B)
ATPase 효소의 작용 하에서 ATP의 조성으로부터 인산의 잔류물이 절단된다. ATP는 말단 인산기를 분리하는 경향이 강합니다.
ATP 4– + H 2 O ––> ADP 3– + 30.5kJ + Fn,
왜냐하면 이로 인해 인접한 음전하 사이의 에너지 적으로 불리한 정전기 반발이 사라집니다. 생성된 인산염은 에너지적으로 유리한 물과의 수소 결합의 형성에 의해 안정화됩니다. ADP + Fn 시스템의 전하 분포는 ATP보다 더 안정적입니다. 이 반응의 결과 30.5kJ가 방출된다(기존의 공유 결합이 끊어지면 12kJ가 방출됨).
ATP에서 인-산소 결합의 높은 에너지 "비용"을 강조하기 위해 ~ 기호로 표시하고 이를 거대 에너지 결합이라고 부르는 것이 일반적입니다. 인산 1분자가 분해되면 ATP는 ADP(adenosine diphosphoric acid)로, 인산 2분자가 분해되면 ATP는 AMP(adenosine monophosphoric acid)로 전환된다. 세 번째 인산의 절단은 13.8kJ의 방출을 동반하므로 ATP 분자에는 두 개의 거대 에너지 결합만 있습니다.
2. 세포 내 ATP 형성
세포 내 ATP 공급량이 적습니다. 예를 들어, 근육에서 ATP 비축량은 20-30회의 수축에 충분합니다. 그러나 근육은 몇 시간 동안 일할 수 있고 수천 번의 수축을 일으킬 수 있습니다. 따라서 ATP가 ADP로 분해되면서 세포 내에서 역합성이 지속적으로 일어나야 한다. 세포에서 ATP 합성을 위한 몇 가지 경로가 있습니다. 그들에 대해 알아 봅시다.
1. 혐기성 인산화.인산화는 ADP와 저분자량 인산염(Pn)으로부터 ATP를 합성하는 과정입니다. 이 경우 우리 대화하는 중이 야유기 물질의 무산소 산화 과정에 대해 (예를 들어 해당 분해는 포도당이 피루브산으로 무산소 산화되는 과정입니다). 이러한 과정에서 방출되는 에너지의 약 40%(포도당 약 200kJ/mol)는 ATP 합성에 사용되고 나머지는 열의 형태로 소산됩니다.
C6H12O6 + 2ADP + 2Fn -–> 2C3H4O3 + 2ATP + 4H.
2. 산화적 인산화- 유기물을 산소로 산화시키는 에너지로 인해 ATP가 합성되는 과정이다. 이 과정은 1930년대 초에 발견되었습니다. 20 세기 V.A. 엥겔하르트. 유기 물질의 산소 산화 과정은 미토콘드리아에서 진행됩니다. 이때 방출되는 에너지의 약 55%(포도당 약 2600kJ/mol)는 ATP의 화학결합 에너지로 변환되고 45%는 열의 형태로 소산된다.
산화적 인산화는 혐기성 합성보다 훨씬 더 효율적입니다. 포도당 분자가 분해되는 해당 과정 동안 2개의 ATP 분자만 합성되는 경우 산화적 인산화 동안 36개의 ATP 분자가 형성됩니다.
3. 광인산화- 햇빛의 에너지로 인한 ATP 합성 과정. 이 ATP 합성 경로는 광합성이 가능한 세포(녹색 식물, 시아노박테리아)에만 특징적입니다. 햇빛 양자의 에너지는 ATP 합성을 위한 광합성의 가벼운 단계에서 광합성에 의해 사용됩니다.
3. ATP의 생물학적 중요성
ATP는 세포의 대사 과정의 중심에 있으며 생물학적 합성 반응과 부패 사이의 연결 고리입니다. 세포에서 ATP의 역할은 ATP의 가수분해 동안 다양한 생명 과정("방전")에 필요한 에너지가 방출되고 인산화 과정("충전")에서 배터리의 역할과 비교할 수 있습니다. , ATP는 다시 자체적으로 에너지를 축적합니다.
ATP 가수분해 중에 방출되는 에너지로 인해 신경 자극 전달, 물질의 생합성, 근육 수축, 물질 수송 등 세포와 신체의 거의 모든 중요한 과정이 발생합니다.
III. 지식의 통합
생물학적 문제 해결
작업 1. 빨리 달릴 때 우리는 종종 숨을 쉬고 발한이 증가합니다. 이러한 현상을 설명하십시오.
작업 2. 얼어 붙은 사람들이 추위에 쿵쾅 거리고 뛰기 시작하는 이유는 무엇입니까?
작업 3. I. Ilf와 E. Petrov의 잘 알려진 작업 "The Twelve Chairs" 유용한 팁당신은 또한 이것을 찾을 수 있습니다: "심호흡하세요, 당신은 흥분됩니다." 신체에서 발생하는 에너지 과정의 관점에서 이 조언을 정당화하십시오.
IV. 숙제
시험 및 시험 준비를 시작하십시오(시험 문제 지시 - 21과 참조).
제20과
장비:일반 생물학에 관한 표.
I. 섹션 지식의 일반화
질문이 있는 학생들의 작업(개별) 및 후속 검증 및 토론
1. 탄소, 황, 인, 질소, 철, 망간을 포함하는 유기 화합물의 예를 제시하십시오.
2. 이온 구성으로 살아있는 세포와 죽은 세포를 어떻게 구별할 수 있습니까?
3. 용해되지 않은 형태로 세포에 있는 물질은 무엇입니까? 그들은 어떤 기관과 조직을 포함합니까?
4. 효소의 활성 센터에 포함된 다량 영양소의 예를 들어 보십시오.
5. 어떤 호르몬에 미량 원소가 포함되어 있습니까?
6. 인체에서 할로겐의 역할은 무엇입니까?
7. 단백질은 인공고분자와 어떻게 다릅니까?
8. 펩타이드와 단백질의 차이점은 무엇입니까?
9. 헤모글로빈의 일부인 단백질의 이름은 무엇입니까? 얼마나 많은 하위 단위로 구성되어 있습니까?
10. 리보뉴클레아제란 무엇입니까? 얼마나 많은 아미노산이 들어 있습니까? 언제 인위적으로 합성 되었습니까?
11. 효소가 없으면 화학 반응 속도가 낮은 이유는 무엇입니까?
12. 단백질이 세포막을 통해 운반하는 물질은 무엇입니까?
13. 항체는 항원과 어떻게 다릅니까? 백신에 항체가 포함되어 있습니까?
14. 신체의 단백질을 분해하는 물질은 무엇입니까? 이 경우 얼마나 많은 에너지가 방출됩니까? 암모니아는 어디에서 어떻게 중화됩니까?
15. 펩타이드 호르몬의 예를 들어보십시오. 세포 대사 조절에 어떻게 관여합니까?
16. 우리가 차를 마시는 설탕의 구조는 무엇입니까? 이 물질에 대해 알고 있는 다른 세 가지 동의어는 무엇입니까?
17. 우유의 지방이 표면에 쌓이지 않고 부유하는 이유는 무엇입니까?
18. 체세포와 생식세포의 핵에 있는 DNA의 질량은 얼마입니까?
19. 한 사람이 하루에 ATP를 얼마나 사용합니까?
20. 사람들이 옷을 만드는 단백질은 무엇입니까?
췌장 리보뉴클레아제의 1차 구조(124개 아미노산)
II. 숙제.
"생명의 화학 조직" 섹션에서 테스트 및 테스트 준비를 계속하십시오.
제21과
I. 질문에 대한 구술 시험 실시
1. 세포의 기본 구성.
2. 유기적 요소의 특성.
3. 물 분자의 구조. 생명의 "화학"에서 수소 결합과 그 중요성.
4. 물의 특성과 생물학적 기능.
5. 친수성 및 소수성 물질.
6. 양이온과 그 생물학적 중요성.
7. 음이온과 그 생물학적 중요성.
8. 폴리머. 생물학적 고분자. 주기적 폴리머와 비주기적 폴리머의 차이점.
9. 지질의 특성, 생물학적 기능.
10. 구조적 특징으로 구별되는 탄수화물 그룹.
11. 탄수화물의 생물학적 기능.
12. 단백질의 기본 구성. 아미노산. 펩타이드의 형성.
13. 단백질의 1차, 2차, 3차 및 4차 구조.
14. 단백질의 생물학적 기능.
15. 효소와 비생물학적 촉매의 차이점
16. 효소의 구조. 보효소.
17. 효소의 작용 메커니즘.
18. 핵산. 뉴클레오티드 및 그 구조. 폴리뉴클레오티드의 형성.
19. E.Chargaff의 규칙. 상보성의 원칙.
20. 이중 가닥 DNA 분자의 형성과 나선화.
21. 세포 RNA의 종류와 그 기능.
22. DNA와 RNA의 차이점.
23. DNA 복제. 전사.
24. ATP의 구조와 생물학적 역할.
25. 세포에서 ATP의 형성.
II. 숙제
"생명의 화학 조직" 섹션에서 시험 준비를 계속하십시오.
제22과
나. 필기시험 실시
옵션 1
1. 아미노산에는 A, B, C의 세 가지 유형이 있습니다. 이러한 옵션을 지정합니다. 이 폴리펩타이드가 동일한 특성을 가질까요? 왜?
2. 모든 생물은 주로 탄소 화합물로 구성되며 탄소의 유사체는 규소이며 그 함량은 지각극소수의 유기체에서만 발견되는 탄소보다 300배 더 많습니다. 이 사실을 이러한 원소의 원자 구조와 특성으로 설명하십시오.
3. 마지막 세 번째 인산 잔기에 방사성 32P로 표지된 ATP 분자를 한 세포에 도입하고, 리보오스에 가장 가까운 첫 번째 잔기에 32P로 표지한 ATP 분자를 다른 세포에 도입했다. 5분 후, 32P로 표지된 무기 인산 이온의 함량을 두 셀에서 측정하였다. 어디가 훨씬 더 높아질까요?
4. 연구에 따르면 이 mRNA의 총 뉴클레오타이드 수의 34%는 구아닌, 18%는 우라실, 28%는 시토신, 20%는 아데닌입니다. 지정된 mRNA가 캐스트인 이중 가닥 DNA의 질소 염기의 구성 비율을 결정합니다.
옵션 2
1. 지방은 에너지 대사에서 "첫 번째 비축물"을 구성하며 탄수화물 비축량이 고갈되었을 때 사용됩니다. 그러나 골격근에서는 포도당과 지방산이 존재할 때 후자가 더 많이 사용됩니다. 에너지원인 단백질은 항상 몸이 굶주릴 때 최후의 수단으로만 사용됩니다. 이러한 사실을 설명하십시오.
2. 중금속(수은, 납 등)과 비소 이온은 단백질의 황화물 그룹에 쉽게 결합됩니다. 이들 금속의 황화물 특성을 알고 이들 금속과 결합할 때 단백질에 어떤 일이 일어나는지 설명하십시오. 중금속이 몸에 해로운 이유는?
3. 물질 A에서 물질 B로의 산화 반응에서 60 kJ의 에너지가 방출됩니다. 이 반응에서 최대 몇 개의 ATP 분자가 합성될 수 있습니까? 나머지 에너지는 어떻게 사용됩니까?
4. 연구에 따르면 27% 총 수이 mRNA의 뉴클레오티드 중 구아닌, 15%가 우라실, 18%가 시토신, 40%가 아데닌이다. 지정된 mRNA가 곰팡이인 이중 가닥 DNA의 질소 염기의 구성 비율을 결정합니다.
계속하려면
이 분자는 신진대사에서 매우 중요한 역할을 하며, 화합물은 살아있는 유기체에서 일어나는 모든 과정에서 보편적인 에너지원으로 알려져 있습니다.
답변
기본 세포의 에너지원산소의 도움으로 산화되는 탄수화물, 지방 및 단백질과 같은 영양소입니다. 거의 모든 탄수화물은 신체의 세포에 도달하기 전에 위장관과 간의 작용으로 인해 포도당으로 전환됩니다. 탄수화물과 함께 단백질도 분해됩니다-아미노산 및 지질-지방산... 세포에서 영양분은 산소의 작용과 에너지 방출 및 활용 반응을 제어하는 효소의 참여로 산화됩니다.
거의 모든 산화 반응미토콘드리아에서 발생하고 방출된 에너지는 거대 에너지 화합물인 ATP의 형태로 저장됩니다. 미래에는 세포내 대사 과정에 에너지를 공급하는 데 사용되는 것은 영양소가 아닌 ATP입니다.
ATP 분자(1) 질소 염기 아데닌; (2) 오탄당 탄수화물 리보스, (3) 3개의 인산 잔기. 마지막 2개의 인산염은 ATP 공식에서 기호 ~로 표시되는 마크로에르지성 인산염 결합에 의해 분자의 나머지 부분과 서로 연결됩니다. 신체의 물리적 및 화학적 특성에 따라 이러한 각 결합의 에너지는 ATP 1몰당 12,000칼로리이며, 이는 일반 화학 결합의 에너지보다 몇 배나 높기 때문에 인산염 결합을 거대 에너지라고 합니다. 더욱이 이러한 결합은 쉽게 파괴되어 필요가 발생하는 즉시 세포 내 과정에 에너지를 제공합니다.
출시될 때 ATP 에너지인산기를 제공하고 아데노신 이인산으로 전환됩니다. 방출된 에너지는 예를 들어 생합성 반응 및 근육 수축과 같은 거의 모든 세포 과정에 사용됩니다.
이 과정에서 미토콘드리아의 주요 역할을 보여주는 세포 내 아데노신 삼인산의 형성 계획.GI - 포도당; FA - 지방산; AA는 아미노산입니다.
ATP 매장량 보충영양소의 에너지를 희생시키면서 인산 잔류물과 ADP를 재결합하여 발생합니다. 이 과정은 계속해서 반복됩니다. ATP는 끊임없이 소비되고 축적되기 때문에 세포의 에너지 통화라고 합니다. ATP의 전환 시간은 불과 몇 분입니다.
미토콘드리아의 역할 화학 반응 ATP 형성. 포도당이 세포에 들어가면 세포질 효소의 작용으로 피루브산으로 변합니다(이 과정을 해당 작용이라고 함). 이 과정에서 방출되는 에너지는 총 에너지 매장량의 5% 미만인 소량의 ADP를 ATP로 전환하는 데 사용됩니다.
95%는 미토콘드리아에서 수행됩니다. 탄수화물, 지방 및 단백질에서 각각 형성된 피루브산, 지방산 및 아미노산은 결국 미토콘드리아 매트릭스에서 아세틸-CoA라는 화합물로 전환됩니다. 이 화합물은 차례로 트리카르복실산 회로 또는 크렙스 회로로 알려진 일련의 효소 반응에 들어가 에너지를 포기합니다.
루프에서 트리카르복실산 아세틸-CoA수소 원자와 이산화탄소 분자로 나뉩니다. 이산화탄소는 미토콘드리아에서 제거된 다음 확산에 의해 세포에서 제거되고 폐를 통해 신체에서 배설됩니다.
수소 원자화학적으로 매우 활동적이어서 미토콘드리아로 확산되는 산소와 즉시 반응합니다. 이 반응에서 방출되는 많은 양의 에너지는 많은 ADP 분자를 ATP로 전환시키는 데 사용됩니다. 이러한 반응은 매우 복잡하며 미토콘드리아 크리스태를 구성하는 수많은 효소의 참여가 필요합니다. ~에 첫 단계전자는 수소 원자에서 분리되고 원자는 수소 이온이 됩니다. 이 과정은 산소에 수소 이온을 첨가하는 것으로 끝납니다. 이 반응의 결과 미토콘드리아 크리스태 표면에서 결절로 작용하는 큰 구형 단백질인 ATP 합성효소의 작용에 필요한 물과 다량의 에너지가 형성된다. 수소 이온의 에너지를 사용하는 이 효소의 작용으로 ADP는 ATP로 전환됩니다. 새로운 ATP 분자는 미토콘드리아에서 핵을 포함한 세포의 모든 부분으로 보내지며, 여기서 이 화합물의 에너지는 다양한 기능을 제공하는 데 사용됩니다.
이 과정 ATP 합성일반적으로 ATP 형성의 화학 삼투 메커니즘이라고합니다.
세포의 세 가지 중요한 기능 수행을 위한 미토콘드리아 아데노신 트리포스페이트의 사용: 막 수송, 단백질 합성 및 근육 수축.
영양분만 공급된다면 어떤 유기체든 존재할 수 있다. 외부 환경생명 활동의 산물은 이 환경으로 배설됩니다. 세포 내부에는 세포체의 구성 요소가 영양분으로 형성되는 매우 복잡한 화학적 변형이 연속적으로 이루어집니다. 끊임없는 재생과 함께 살아있는 유기체에서 물질의 변형 과정의 전체를 신진 대사라고합니다.
흡수, 영양소 동화 및 비용으로 생성되는 전체 신진 대사의 일부 구조적 구성 요소세포, 동화라고합니다. 이것은 건설적인 교환입니다. 일반 교환의 두 번째 부분은 비유화 과정입니다. 세포가 에너지를받는 결과로 유기 물질의 분해 및 산화 과정은 에너지 교환입니다. 건설적이고 에너지 교환은 하나의 전체를 구성합니다.
건설적 교환 과정에서 세포는 다소 제한된 수의 저분자량 화합물로부터 신체의 생체 고분자를 합성합니다. 생합성 반응은 다양한 효소의 참여로 진행되며 에너지가 필요합니다.
살아있는 유기체는 화학적으로 결합된 에너지만 사용할 수 있습니다. 모든 물질에는 일정량의 위치 에너지가 있습니다. 주요 물질 운반체는 화학 결합이며, 이의 파괴 또는 변형은 에너지 방출로 이어집니다. 일부 채권의 에너지 수준은 8-10kJ의 값을 가지며 이러한 채권을 정상이라고합니다. 다른 결합은 훨씬 더 많은 에너지(25-40kJ)를 포함합니다. 이들은 소위 거시적 결합입니다. 이러한 결합을 가진 거의 모든 알려진 화합물은 구성에 인 또는 황 원자를 가지며, 대신에 이러한 결합이 분자에 국한됩니다. 아데노신 삼인산(ATP)은 세포 수명에 중요한 역할을 하는 화합물 중 하나입니다.
아데노신 삼인산(ATP)은 유기 아데닌 염기(I), 리보스 탄수화물(II) 및 3개의 인산 잔기(III)로 구성됩니다. 아데닌과 리보스의 결합을 아데노신이라고 합니다. 파이로포스페이트 그룹에는 ~로 표시되는 거대 에너지 결합이 있습니다. 물의 참여로 한 ATP 분자의 분해는 인산 한 분자의 제거와 33-42 kJ / mol 인 자유 에너지의 방출을 동반합니다. ATP와 관련된 모든 반응은 효소 시스템에 의해 조절됩니다.
그림 1. 아데노신삼인산(ATP)
세포의 에너지 대사. ATP 합성
ATP 합성은 호흡 중 미토콘드리아 막에서 발생하므로 호흡 사슬의 모든 효소와 보조 인자, 산화 인산화의 모든 효소는 이러한 소기관에 국한됩니다.
ATP 합성은 두 개의 H + 이온이 막의 오른쪽에 있는 ADP와 인산염(P)에서 분리되어 물질 B가 환원되는 동안 두 개의 H + 손실을 보상하는 방식으로 발생합니다. 산소 원자 중 하나 포스페이트의 인산염은 막의 다른 쪽으로 이동하고 왼쪽 구획에서 2개의 H 이온 +가 부착되어 H 2 O를 형성합니다. 인산 잔기가 ADP에 부착되어 ATP를 형성합니다.
그림 2. 미토콘드리아 막에서의 ATP 산화 및 합성 계획
유기체의 세포에서 ATP에 포함된 에너지를 사용하는 많은 생합성 반응이 연구되었으며, 그 동안 카르복실화 및 탈카르복실화 과정, 아미드 결합의 합성, ATP에서 에너지를 물질의 합성이 일어난다. 이러한 반응은 식물 유기체의 대사 과정에서 중요한 역할을 합니다.
ATP 및 기타 고에너지 뉴클레오시드 폴리포스페이트(GTP, CTP, UGF), 단당류 분자, 아미노산, 질소 염기, 아실글리세롤의 참여로 뉴클레오티드 유도체인 활성 중간체의 합성에 의해 활성화될 수 있습니다. 예를 들어 ADP-포도당 파이로포스포릴라제 효소의 참여로 전분 합성 과정에서 활성화된 형태의 포도당이 형성됩니다. 이 다당류의 분자.
ATP 합성은 인산화 과정에서 모든 유기체의 세포에서 발생합니다. ADP에 무기 인산염 첨가. ADP 인산화를 위한 에너지는 에너지 대사 중에 생성됩니다. 에너지 대사 또는 분해는 에너지 방출과 함께 유기 물질의 분해 반응의 집합입니다. 서식지에 따라 이화는 2단계 또는 3단계로 진행될 수 있습니다.
대부분의 살아있는 유기체(산소 환경에 사는 호기성 생물)에서 분해하는 동안 유기 물질이 무기 화합물로 분해되는 예비, 무산소 및 산소의 세 단계가 수행됩니다. 산소가 없는 환경에서 사는 혐기성 균이나 산소가 부족한 호기성 균에서는 중간체를 형성하는 처음 두 단계에서만 비유화(dissimilation)가 일어난다. 유기 화합물여전히 에너지가 풍부합니다.
첫 번째 단계-준비-복잡한 유기 화합물을 더 간단한 것 (단백질-아미노산, 지방-글리세롤 및 지방산, 다당류-단당류, 핵산-뉴클레오티드)으로 효소 분해하는 것으로 구성됩니다. 유기 식품 기질의 분해는 다세포 유기체의 위장관의 여러 수준에서 수행됩니다. 유기 물질의 세포 내 절단은 리소좀의 가수 분해 효소의 작용으로 발생합니다. 이 경우에 방출된 에너지는 열의 형태로 소산되며, 생성된 작은 유기 분자는 추가 분해를 거치거나 자체 유기 화합물 합성을 위한 "건축 자재"로 세포에 의해 사용될 수 있습니다.
두 번째 단계인 불완전 산화(무산소)는 세포의 세포질에서 직접 수행되며 산소가 필요하지 않으며 유기 기질의 추가 분할로 구성됩니다. 세포의 주요 에너지원은 포도당입니다. 무산소 상태의 불완전한 포도당 분해를 해당 작용이라고 합니다.
당분해는 6탄소 포도당을 2개의 3탄소 분자인 피루브산(피루브산, PVA) C3H4O3로 전환하는 다단계 효소 과정입니다. 해당 반응 동안 200 kJ / mol의 많은 양의 에너지가 방출됩니다. 이 에너지의 일부(60%)는 열로 소실되고 나머지(40%)는 ATP 합성에 사용됩니다.
하나의 포도당 분자의 해당 분해 결과 PVC, ATP 및 물의 두 분자와 NADH의 형태로 세포에 저장되는 수소 원자가 형성됩니다. 특정 담체의 일부로 - nicotinamide adenine dinucleotide. NAD H 형태의 피루브산 및 수소와 같은 해당 분해 생성물의 추가 운명은 다른 방식으로 발전할 수 있습니다. 효모 또는 식물 세포에서 산소 부족으로 알코올 발효가 발생합니다. PVC는 에틸 알코올로 환원됩니다.
예를 들어 과도한 운동 중 인간의 근육 세포와 일부 박테리아에서와 같이 일시적인 산소 부족을 경험하는 동물 세포에서는 피루브산이 젖산으로 환원되는 젖산 발효가 발생합니다. 환경에 산소가 있는 경우, 해당 분해 생성물은 최종 생성물로 더 분해됩니다.
세 번째 단계 - 완전한 산화 (호흡) - 산소의 의무적 참여로 진행됩니다. 호기성 호흡은 내막과 미토콘드리아 매트릭스의 효소에 의해 제어되는 일련의 반응입니다. 일단 미토콘드리아에 들어가면 PVC는 매트릭스 효소와 상호 작용하여 다음을 형성합니다. 세포에서 배출되는 이산화탄소; 캐리어의 일부로서 내막으로 보내지는 수소 원자; 트리카르복실산 회로(크렙스 회로)에 관여하는 아세틸 조효소 A(아세틸-CoA). 크렙스 회로는 2개의 CO2 분자, 1개의 ATP 분자 및 4쌍의 수소 원자가 1개의 아세틸-CoA 분자로부터 형성되어 운반체 분자인 NAD 및 FAD(플라빈 아데닌 디뉴클레오티드)로 전달되는 일련의 연속 반응입니다. 해당과정과 크렙스 회로의 전체 반응은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
따라서 무산소 분해 단계와 크렙스 회로의 결과로 포도당 분자는 무기 이산화탄소(CO2)로 분해되고 이 과정에서 방출된 에너지는 부분적으로 ATP 합성에 소비되지만 주로 절약됩니다. 전자 탑재 캐리어 NAD H2 및 FAD H2에서. 캐리어 단백질은 수소 원자를 내부 미토콘드리아 막으로 운반하고, 그곳에서 막에 내장된 단백질 사슬을 따라 전달됩니다. 수송 사슬을 따라 입자의 수송은 양성자가 막의 바깥쪽에 남아 막간 공간에 축적되어 H+ 저장고로 변하는 반면 전자는 내막의 내부 표면으로 전달되는 방식으로 수행됩니다. 결국 미토콘드리아 막에서 산소와 결합합니다.
전자전달계 효소의 활동으로 내부 미토콘드리아 막은 내부에서 음전하, 외부에서 양전하(H로 인해)되어 표면 사이에 전위차가 발생합니다. 미토콘드리아의 내막에는 이온 채널이 있는 효소 ATP 합성효소의 분자가 박혀 있는 것으로 알려져 있습니다. 막을 가로지르는 전위차가 임계 수준(200mV)에 도달하면 양전하를 띤 H+ 입자가 전기장의 힘에 의해 ATPase 채널을 통과하기 시작하고 일단 막의 내부 표면에 도달하면 산소와 상호 작용합니다. 물 형성.
분자 수준에서 대사 반응의 정상적인 과정은 이화작용과 동화작용 과정의 조화로운 조합에 기인합니다. 이화 과정이 교란되면 우선 에너지 문제가 발생하고 ATP 재생이 중단되며 생합성 과정에 필요한 초기 단백 동화 기질의 공급이 중단됩니다. 차례로, 일차적이거나 이화 과정의 변화와 관련된 단백 동화 과정의 손상은 효소, 호르몬 등과 같은 기능적으로 중요한 화합물의 재생산을 방해합니다.
대사 사슬의 다양한 링크를 위반하면 그 결과가 같지 않습니다. 이화 작용에서 가장 중요하고 심오한 병리학적 변화는 조직 호흡 효소의 차단, 저산소증 등으로 인해 생물학적 산화 시스템이 손상되거나 조직 호흡 및 산화적 인산화 결합 메커니즘의 손상(예: 조직의 결합 해제)으로 인해 발생합니다. thyrotoxicosis에서 호흡 및 산화적 인산화). 이 경우 세포는 주요 에너지 원을 박탈 당하고 거의 모든 이화 작용의 산화 반응이 차단되거나 ATP 분자에서 방출 된 에너지를 축적하는 능력을 잃습니다. 트리카르복실산 회로의 반응을 억제함으로써 이화 작용으로 인한 에너지 생성이 약 2/3로 감소합니다.
수백만 개의 생화학 반응이 우리 몸의 모든 세포에서 발생합니다. 그들은 종종 에너지를 필요로 하는 다양한 효소에 의해 촉매됩니다. 세포는 그것을 어디로 가져가는가? 주요 에너지원 중 하나인 ATP 분자의 구조를 고려하면 이 질문에 답할 수 있습니다.
ATP는 보편적인 에너지원입니다.
ATP는 아데노신 삼인산 또는 아데노신 삼인산을 나타냅니다. 물질은 모든 세포에서 가장 중요한 두 가지 에너지원 중 하나입니다. ATP의 구조와 생물학적 역할은 밀접한 관련이 있습니다. 대부분의 생화학 반응은 물질 분자의 참여로만 일어날 수 있으며 특히 이것은 적용됩니다.그러나 ATP는 거의 반응에 직접 관여하지 않습니다. 어떤 과정이 일어나려면 아데노신 삼인산에 정확히 포함된 에너지가 필요합니다.
물질 분자의 구조는 인산염 그룹 사이에 형성된 결합이 엄청난 양의 에너지를 전달하도록 되어 있습니다. 따라서 이러한 결합을 macroergic 또는 macroenergetic(macro=많은, 많은 수)이라고도 합니다. 이 용어는 과학자 F. Lipman에 의해 처음 소개되었으며 아이콘 ̴을 사용하여 지정하도록 제안했습니다.
세포가 일정한 수준의 아데노신 삼인산을 유지하는 것은 매우 중요합니다. 이것은 특히 근육 세포와 신경 섬유에 해당되는데, 그 이유는 이들이 가장 에너지 의존적이며 기능을 수행하기 위해 높은 함량의 아데노신 삼인산이 필요하기 때문입니다.
ATP 분자의 구조
아데노신 삼인산은 리보스, 아데닌,
리보스- 5탄당에 속하는 탄수화물. 이것은 리보스가 5개의 탄소 원자를 포함하고 있으며, 이는 순환으로 둘러싸여 있음을 의미합니다. 리보스는 첫 번째 탄소 원자의 β-N-글리코시드 결합에 의해 아데닌에 연결됩니다. 또한 5번째 탄소 원자의 인산 잔기가 5탄당에 부착되어 있습니다.
아데닌은 질소 염기입니다.어떤 질소 염기가 리보스에 부착되어 있는지에 따라 GTP(구아노신 삼인산), TTP(티미딘 삼인산), CTP(시티딘 삼인산) 및 UTP(우리딘 삼인산)도 분리됩니다. 이 모든 물질은 구조가 아데노신 삼인산과 유사하고 거의 동일한 기능을 수행하지만 세포에서 훨씬 덜 일반적입니다.
인산의 잔류물. 최대 3개의 인산 잔기가 리보스에 붙을 수 있습니다. 두 개 또는 하나만 있으면 각각 물질을 ADP (diphosphate) 또는 AMP (monophosphate)라고합니다. 40에서 60kJ의 에너지가 방출되는 파열 후 거시 에너지 결합이 체결되는 것은 인 잔류 물 사이입니다. 두 개의 결합이 끊어지면 80, 덜 자주 - 120kJ의 에너지가 방출됩니다. 리보오스와 인 잔기 사이의 결합이 끊어지면 13.8kJ만 방출되므로 삼인산 분자에는 고에너지 결합이 두 개(P ̴ P ̴ P), ADP 분자에는 1개(P ̴)만 있습니다. 피).
ATP의 구조적 특징은 무엇입니까? 인산 잔기 사이에 거대 에너지 결합이 형성되기 때문에 ATP의 구조와 기능은 서로 연결되어 있습니다.
ATP의 구조와 분자의 생물학적 역할. 아데노신 삼인산의 추가 기능
에너지 외에도 ATP는 세포에서 다른 많은 기능을 수행할 수 있습니다. 다른 뉴클레오티드 트리포스페이트와 함께 트리포스페이트는 구성에 관여합니다. 핵산. 이 경우 ATP, GTP, TTP, CTP 및 UTP는 질소 염기의 공급자입니다. 이 속성은 프로세스 및 전사에 사용됩니다.
ATP는 이온 채널의 작동에도 필요합니다. 예를 들어, Na-K 채널은 3분자의 나트륨을 세포 밖으로 펌핑하고 2분자의 칼륨을 세포로 펌핑합니다. 이러한 이온 전류는 유지하는 데 필요합니다. 양전하막의 외부 표면에 있으며 아데노신 삼인산의 도움으로만 채널 기능을 할 수 있습니다. 양성자 및 칼슘 채널에도 동일하게 적용됩니다.
ATP는 두 번째 메신저 cAMP(cyclic adenosine monophosphate)의 전구체입니다. cAMP는 세포막 수용체가 받은 신호를 전달할 뿐만 아니라 알로스테릭 이펙터이기도 합니다. 알로스테릭 이펙터는 효소 반응의 속도를 높이거나 낮추는 물질입니다. 따라서 환형 아데노신 삼인산은 박테리아 세포에서 유당 분해를 촉매하는 효소의 합성을 억제합니다.
아데노신 삼인산 분자 자체도 알로스테릭 이펙터가 될 수 있습니다. 또한 이러한 과정에서 ADP는 ATP 길항제 역할을합니다. 삼인산이 반응을 가속화하면 이인산이 느려지고 그 반대도 마찬가지입니다. 이것이 ATP의 기능과 구조입니다.
ATP는 세포에서 어떻게 형성됩니까?
ATP의 기능과 구조는 물질의 분자가 빠르게 사용되고 파괴되는 것과 같습니다. 따라서 삼인산의 합성은 세포의 에너지 형성에 중요한 과정입니다.
아데노신 삼인산을 합성하는 가장 중요한 세 가지 방법이 있습니다.
1. 기질 인산화.
2. 산화적 인산화.
3. 광인산화.
기질 인산화는 세포의 세포질에서 발생하는 여러 반응을 기반으로 합니다. 이러한 반응을 해당 반응이라고합니다-혐기성 단계... 1 해당주기의 결과로 1 개의 포도당 분자에서 2 개의 분자가 합성되어 에너지 생산에 추가로 사용되며 2 개의 ATP도 합성됩니다.
- C6H12O6 + 2ADP + 2Fn --> 2C3H4O3 + 2ATP + 4H.
세포 호흡
산화적 인산화는 막의 전자 전달 사슬을 따라 전자를 전달하여 아데노신 삼인산을 형성하는 것입니다. 이 전달의 결과로 막의 한쪽에 양성자 구배가 형성되고 ATP 합성 효소의 단백질 통합 세트의 도움으로 분자가 만들어집니다. 이 과정은 미토콘드리아 막에서 일어난다.
미토콘드리아에서 해당과정과 산화적 인산화의 일련의 단계는 호흡이라는 전체 과정을 구성합니다. 후에 전체 주기 36 ATP 분자는 세포에서 1개의 포도당 분자로 형성됩니다.
광인산화
광인산화 과정은 산화적 인산화와 동일하지만 단 한 가지 차이점이 있습니다. 광인산화 반응은 빛의 작용 하에 세포의 엽록체에서 발생합니다. ATP는 녹색 식물, 조류 및 일부 박테리아의 주요 에너지 생산 과정인 광합성의 가벼운 단계에서 생산됩니다.
광합성 과정에서 전자는 동일한 전자 수송 사슬을 통과하여 양성자 구배를 형성합니다. 막의 한쪽 면에 있는 양성자의 농도는 ATP 합성의 원천입니다. 분자의 조립은 효소 ATP 합성 효소에 의해 수행됩니다.
평균 세포는 전체 질량의 0.04% 아데노신 삼인산을 포함합니다. 그러나 가장 큰 중요성근육 세포에서 관찰됨: 0.2-0.5%.
세포에는 약 10억 개의 ATP 분자가 있습니다.
각 분자의 수명은 1분을 넘지 않습니다.
아데노신 삼인산 1분자는 하루에 2000~3000번 재생됩니다.
전체적으로 인체는 하루에 40kg의 아데노신 삼인산을 합성하고 각 시점에서 ATP의 공급량은 250g입니다.
결론
ATP의 구조와 분자의 생물학적 역할은 밀접한 관련이 있습니다. 이 물질은 인산염 잔류물 사이의 거대 에너지 결합에 엄청난 양의 에너지가 포함되어 있기 때문에 생명 과정에서 중요한 역할을 합니다. 아데노신 삼인산은 세포에서 많은 기능을 수행하므로 물질의 일정한 농도를 유지하는 것이 중요합니다. 결합 에너지가 생화학 반응에 지속적으로 사용되기 때문에 붕괴와 합성이 빠른 속도로 진행됩니다. 그것은 신체의 모든 세포에 없어서는 안될 물질입니다. 아마도 이것이 ATP의 구조에 대해 말할 수 있는 전부일 것입니다.
