Ученые поняли, почему АТФ — краеугольный источник энергии для всей жизни на Земле
Вся жизнь, какой мы ее знаем, использует одну и ту же молекулу-носитель энергии в качестве своего рода «универсального клеточного топлива». Взгляд на древнюю химия помог объяснить, почему этой важнейшей молекулой оказалась именно АТФ — аденозинтрифосфат.
Теги:
Исследование
Биология
Открытия
АТФ — это органическая молекула, заряжаемая в результате фотосинтеза или клеточного дыхания (способ, которым организмы расщепляют пищу) и используемая в каждой отдельной клетке. Каждый день мы перерабатываем собственный вес тела в АТФ. В обеих вышеупомянутых системах молекула фосфата добавляется к АДФ (аденозиндифосфату) посредством реакции, называемой фосфорилированием, в результате чего образуется АТФ.
Реакции, которые высвобождают тот же самый фосфат (в другом процессе, называемом гидролизом), обеспечивают химическую энергию, которую наши клетки используют для бесчисленных процессов, от сигналов мозга до движения и размножения.
Каким образом АТФ стала доминировать в метаболизме вместо многих возможных эквивалентов, было давней загадкой биологии и предметом исследования.
«Наши результаты показывают… что появление АТФ в качестве универсальной энергетической валюты клетки не было результатом «замороженного несчастного случая», а возникло в результате уникальных взаимодействий молекул фосфорилирования», — объясняет биохимик-эволюционист Ник Лейн из Университетского колледжа Лондона (UCL).
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Тот факт, что АТФ используется всеми живыми существами, говорит о том, что она существовала с самого начала жизни и даже раньше, во времена пребиотических условий, предшествовавших созданию живой материи. Но исследователи недоумевают, как это могло случиться, если АТФ имеет такую сложную структуру, которая включает шесть различных реакций фосфорилирования и много энергии для ее создания с нуля. Но поскольку АТФ также помогает создавать генетическую информацию наших клеток, она, возможно, использовалась для использования энергии через этот другой путь, отмечают они.
Биохимик Сильвана Пинна и ее команда подозревают, что некоторые другие молекулы должны были изначально участвовать в сложном процессе фосфорилирования. Поэтому они внимательно изучили другую фосфорилирующую молекулу, AcP, которая до сих пор используется бактериями и археями в их метаболизме химических веществ, включая фосфаты и тиоэфиры — химические вещества, которые, как считается, были в изобилии в начале жизни.
В присутствии ионов железа (Fe3+) AcP может фосфорилировать АДФ в АТФ в воде. Проверив способность других ионов и минералов катализировать образование АТФ в воде, исследователи не смогли воспроизвести это с другими замещающими металлами или фосфорилирующими молекулами. «Было очень удивительно обнаружить, что реакция настолько избирательна — в отношении ионов металлов, доноров фосфатов и субстратов — с молекулами, которые все еще используют живые организмы», — призналась Пинна.
Это говорит о том, что с AcP эти реакции накопления энергии могли происходить в пребиотических условиях, до того, как биологическая жизнь накопила и подстегнула теперь самовоспроизводящийся цикл производства АТФ.
Кроме того, эксперименты показывают, что создание пребиотического АТФ, скорее всего, происходило в пресной воде, где, например, фотохимические реакции и извержения вулканов могли обеспечить правильное сочетание ингредиентов. Хотя это не полностью исключает его появление в море, это намекает на то, что для зарождения жизни могла потребоваться прочная связь с сушей, отмечают исследователи. Более того, градиенты pH в гидротермальных системах могли создать неравномерное соотношение АТФ и АДФ, позволяя АТФ управлять работой даже в добиотическом мире малых молекул.
«Со временем, с появлением подходящих катализаторов, АТФ может в конечном итоге вытеснить АсФ в качестве вездесущего донора фосфатов и способствовать полимеризации аминокислот и нуклеотидов с образованием РНК, ДНК и белков», — объясняет Лейн.
Биология для студентов — 35. Энергетические процессы микроорганизмов. Роль АТФ и способы ее образования
Все живые организмы могут использовать только химически связанную энергию.
Каждое вещество обладает определенным запасом потенциальной энергии. Главные материальные носители ее химические связи, разрыв или преобразование которых приводит к освобождению энергии.
Энергетический уровень химических связей неодинаков. Для одних он имеет величину порядка 8—10 кДж. Такие связи называют нормальными. В других связях заключена значительно большая энергия — 25—40 кДж. Это так называемые макроэргические связи. Почти все известные соединения, обладающие такими связями, включают атомы фосфора и серы, участвующие в образовании этих связей. Важнейшую роль в жизнедеятельности клетки играет
Обмен веществ (метаболизм) – это совокупность всех химических реакций, которые происходят в организме. Все эти реакции делятся на 2 группы:
- Пластический обмен (ассимиляция, анаболизм, биосинтез) – это когда из простых веществ с затратой энергии образуются (синтезируются) более сложные.
Пример: При фотосинтезе из углекислого газа и воды синтезируется глюкоза. - Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм, дыхание) – это когда сложные вещества распадаются (окисляются) до более простых, и при этом выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности. Пример: В митохондриях глюкоза, аминокислоты и жирные кислоты окисляются кислородом до углекислого газа и воды, при этом образуется энергия (клеточное дыхание).
Пример: При фотосинтезе из углекислого газа и воды синтезируется глюкоза.Пластический обмен обеспечивает клетку сложными органическими веществами (белками, жирами, углеводами, нуклеиновыми кислотами), в том числе белками-ферментами для энергетического обмена.
Энергетический обмен обеспечивает клетку энергией. При выполнении работы (умственной, мышечной и т.п.) энергетический обмен усиливается.
АТФ – универсальное энергетическое вещество клетки (универсальный аккумулятор энергии). Образуется в процессе энергетического обмена (окисления органических веществ).
При энергетическом обмене все вещества распадаются, а АТФ – синтезируется.
При этом
При пластическом обмене все вещества синтезируются, а АТФ – распадается. При этом расходуется энергия АТФ (энергия АТФ переходит в энергию химических связей сложных веществ, запасается в этих веществах).
АТФ занимает центральное место в энергетическом обмене клетки. Макроэргические связи в молекуле АТФ очень непрочны. Гидролиз этих связей приводит к освобождению значительного количества свободной энергии:
АТФ + Н20→АДФ + Н3Р04- 30,56 кДж
Гидролиз протекает с участием специфических ферментов, обеспечивая энергией биохимические процессы, идущие с поглощением энергии. В этом случае АТФ играет роль поставщика энергии. Имея малый размер, молекула АТФ и диффундирует в различные участки клетки. Запас АТФ в клетках непрерывно возобновляется за счет реакций присоединения остатка фосфорной кислоты к молекуле аденозиндифосфорной кислоты (АДФ):
АДФ + Н3Р04 → АТФ + Н20
Синтез АТФ, как и гидролиз, идет при участии ферментов, но сопровождается поглощением энергии, способы получения которой у микроорганизмов хотя и разнообразны, но могут быть сведены к двум типам:
- использование энергии света;
- использование энергии химических реакций.
При этом тот и другой виды энергии трансформируются в энергию химических связей АТФ. Таким образом, АТФ выполняет в клетке роль трансформатора. Анаболизм и катаболизм неразрывно связаны, составляя единое целое, поскольку продукты энергетического обмена (АТФ и некоторые низкомолекулярные соединения) непосредственно используются в конструктивном обмене клетки.
В клетках микроорганизмов соотношение между энергетическими и конструктивными процессами зависит от ряда конкретных условий, в частности от характера питательных веществ. Тем не менее по объему катаболические реакции обычно превосходят биосинтетические процессы. Взаимосвязь и сопряженность этих двух видов метаболизма проявляется прежде всего в том, что суммарный объем конструктивных процессов полностью зависит от количества доступной энергии, получаемой в ходе энергетического обмена.
Самодельные взрывчатые вещества: идентификация-процесс-утилизация (идентификатор курса EXPL-CS-0018)
Курс по самодельным взрывчатым веществам (HME) ATF обеспечивает обучение на уровне операторов идентификации химических веществ-прекурсоров и производственного оборудования, методов обработки, а также безопасного обращения , смягчение последствий и утилизация опасных смесей ТВО.
В курсе используются лекции, утвержденные практические лабораторные занятия, практические занятия, демонстрации взрывчатых веществ и упражнения по утилизации для повышения уровня подготовки студентов.
Темы курса
Распознавать и идентифицировать прекурсоры, используемые при производстве ТМЭ
Ассоциировать прекурсоры с соответствующими самодельными взрывчатыми веществами
Выявление и снижение опасности прекурсоров, частично смешанных ТВО или готовых ТВО
Безопасные методы отбора проб и испытаний для идентификации ТВО или прекурсоров
Сбор доказательств и обработка сцены
Дистанционные методы удаления и безопасной утилизации опасностей ТВО
Продолжительность обучения
Полная рабочая неделя (5 учебных дней) с выходными в воскресенье и субботу.
Предпосылки
Для специалистов по взрывным устройствам общественной безопасности, успешное завершение Школы опасных устройств и Передовых методов обезвреживания взрывчатых веществ ATF (AEDT).
Предварительные требования отменяются для военных техников по обезвреживанию неразорвавшихся боеприпасов (EOD) и инженеров по взрывчатым веществам Сил специальных операций (SOF).
Обучение и расходы
Студенты штата и местные жители (специалисты по взрывным устройствам общественной безопасности) – Стоимость обучения, проживания и авиабилетов по этой программе покрывается ATF. ATF НЕ возмещает пробег транспортных средств, принадлежащих государству, туристическую страховку, модернизацию и несущественные расходы. Штатным и местным учащимся будет возмещена стоимость авиабилетов, питания и непредвиденных расходов (M&IE) путем прямого депозита после предоставления туристического ваучера по завершении программы обучения.
Студенты-военнослужащие (специалисты по ОВП и инженеры-взрывники ССО) – Обучение студентов-военнослужащих бесплатно. Предварительные требования отменяются для студентов-военнослужащих. Все расходы, связанные с поездкой, несет отдельное солдатское подразделение.
Специалисты по взрывным устройствам общественной безопасности: Загрузите ATF F 6310.1 — Запрос на регистрацию на обучение для сотрудников, не входящих в ATF. Отправьте заполненное заявление вместе с копией сертификата о прохождении обучения ATF AEDT на адрес [email protected]. Электронное письмо с подтверждением и доступными датами курса будет отправлено после получения этих документов.
Военные (специалисты по EOD и инженеры по взрывчатым веществам SOF): Военные студенты не обязаны заполнять форму запроса на обучение ATF. Студенты-военные будут регистрироваться через своих соответствующих менеджеров по командной подготовке и через контактное лицо конкретного отделения (POC). Контактную информацию для соответствующих POC можно получить по электронной почте [email protected].
2023 финансовый год Даты курсов| Даты курсов | Местоположение | Даты поездки |
|---|---|---|
31 окт. -нояб. 4, 2022 | Арсенал Редстоун, Алабама | 30 октября и 5 ноября |
| 14-18 ноября 2022 г. | Арсенал Редстоун, Алабама | 13 ноября и 19 ноября |
| 28 нояб.-дек. 2, 2022 | Арсенал Редстоун, Алабама | 27 ноября и 3 декабря |
| 12-16 декабря 2022 г. | Арсенал Редстоун, Алабама | 11 декабря и 17 декабря |
| 9-13 января 2023 г. | Арсенал Редстоун, Алабама | 8 января и 14 января |
| 23-27 января 2023 г. | Арсенал Редстоун, Алабама | 22 января и 28 января |
| 6-10 февраля 2023 г. | Арсенал Редстоун, Алабама | |
| 27 февраля — 3 марта 2023 г. | Арсенал Редстоун, Алабама | 26 февраля и 4 марта |
| 20-24 марта 2023 г. | Арсенал Редстоун, Алабама | 19 марта и 25 марта |
10-14 апреля 2023 г. | Арсенал Редстоун, Алабама | 9 апреля и 15 апреля |
| 24-28 апреля 2023 г. | Арсенал Редстоун, Алабама | 23 апреля и 29 апреля |
| 8-12 мая 2023 г. | Арсенал Редстоун, Алабама | 7 мая и 13 мая |
| 22-26 мая 2023 г. | Арсенал Редстоун, Алабама | 21 мая и 27 мая |
| 5-9 июня 2023 г. | Арсенал Редстоун, Алабама | 4 июня и 10 июня |
| 26-30 июня 2023 г. | Арсенал Редстоун, Алабама | 25 июня и 1 июля |
| 10-14 июля 2023 г. | Арсенал Редстоун, Алабама | 9 июля и 15 июля |
| 31 июля — авг. 4, 2023 | Арсенал Редстоун, Алабама | 30 июля и 5 августа |
| 21-25 августа 2023 | Арсенал Редстоун, Алабама | 20 августа и 26 августа |
| 11-15 сентября 2023 г. | Арсенал Редстоун, Алабама | 10 и 16 сентября |
25-29 сентября 2023 г. | Арсенал Редстоун, Алабама | 24 сентября и 30 сентября |
Пожалуйста, свяжитесь с менеджером программы HME Gray Lane по адресу [email protected].
Последняя проверка 24 февраля 2023 г.
Бюро по алкоголю, табаку, огнестрельному оружию и взрывчатым веществам
Взрывчатые вещества — это любые химические соединения, смеси или устройства, основной или общей целью которых является функционирование посредством взрыва. Этот термин включает, помимо прочего, черный порох, пороховые гранулы, инициирующие взрывчатые вещества, смеси жидкого топлива с нитратом аммония (ANFO), плавкие предохранители, пиропатроны, смешанные бинарные взрывчатые вещества и воспламенители. Взрывчатые вещества также присутствуют в таких предметах, как надувные автомобильные подушки безопасности, специальные промышленные инструменты, огнетушители, некоторые устройства для борьбы с вредителями, некоторые модели ракетных двигателей, фейерверки и спецэффекты в индустрии развлечений.
Роль ATF в отрасли производства взрывчатых веществ
ATF занимается предотвращением терроризма, сокращением насильственных преступлений, связанных с незаконным использованием взрывчатых веществ, и защитой населения путем обеспечения соблюдения законов и правил (раздел 27 CFR, глава II, часть 555), регулирующих производство взрывчатых веществ. . ATF расследует и предотвращает преступления, связанные с незаконным производством, продажей, хранением и использованием взрывчатых веществ.
Услуги и программы
Федеральный центр лицензирования взрывчатых веществ (FELC) : Выдает лицензии и разрешения лицам, желающим получать или перевозить взрывчатые вещества в рамках межгосударственной, внутригосударственной или внешней торговли или заниматься бизнесом по импорту, производству и/или распространению взрывчатых материалов.
Взрывчатые вещества Пособие по инвалидности (EROD) : Лица, которым запрещено получать, владеть транспортировкой или транспортировать взрывчатые вещества, могут подать заявление на получение помощи из раздела EROD.
Национальный центр обучения и исследований взрывчатых веществ (NCETR) : Обеспечивает обучение передовым взрывчатым веществам для персонала ATF и других партнеров агентства, чтобы защитить наши сообщества от утечки взрывчатых веществ в незаконные каналы и небезопасного хранения взрывчатых веществ. Кроме того, NCETR разрабатывает техническую информацию и разведданные о взрывчатых веществах и выполняет функции экспертов по расследованию пожаров и обучению для правительства Соединенных Штатов.
Центр данных о бомбах США (USBDC) : Национальное хранилище данных об инцидентах, связанных с поджогами и взрывчатыми веществами, включая сообщения о краже взрывчатых веществ.
Инспекции: Инспекторы по работе с ATF на регулярной основе проверяют журналы и отчеты каждого лицензиата и разрешения на использование взрывчатых веществ, чтобы обеспечить соблюдение федеральных правил обращения с взрывчатыми веществами.
Если вам нужна помощь по вопросам, связанным с соблюдением законов о взрывчатых веществах, обратитесь в местное отделение ATF.
