Цикл атф адф: БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ, ТКАНЕВОЕ ДЫХАНИЕ

Содержание

АТФ-цикл в клетке

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Цикл АТФ-АДФ

Процессы жизнедеятельности, требующие затраты энергии, получают эту энергию от АТФ, распадающегося при этом на АДФ и неорганический фосфат. Для последующей регенерации АТФ используется энергия, выделяющаяся в процессе катаболизма из клеточного топлива.

В перечень видов работ, на которые требуется энергия АТФ, можно включить и световую энергию. Однако этот процесс происходит не у всех организмов.

Химическая работа (биосинтез)

Таблица

Метаболическое обновление некоторых компонентов тканей крысы

Активный транспорт (осмотическая работа)

Схема, поясняющая действие Na⁺,K⁺-АТФазы.

Для транспорта К⁺ в клетку (где его концентрация выше, чем в окружающей среде) и транспорта Na

+ из клетки в окружающую среду (где концентрация этих ионов выше, чем в клетке) требуется свободная энергия.

Источником её служит гидролиз АТФ. На каждую молекулу АТФ, гидролизованного до АДФ и Ф_н, из клетки выходят три иона Na⁺ и два иона К⁺ поступают в неё из окружающей среды. Этот транспорт ионов включает два этапа. На первом этапе молекула АТФазы фосфорилируется под действием АТФ и, и это позволяет ей присоединять ион Na⁺. На втором этапе присоединяется ион К⁺, следствием чего оказывается перенос Na⁺ и К⁺ через мембрану с отщеплением свободного фосфата, поступающего в цитозоль. АТФ и продукты его гидролиза (АДФ и Ф_н) остаются в клетке.

Механическая работа (мышечное сокращение)

Благодаря хорошо скоординированной работе мощных скелетных мышц гепард способен на расстоянии в несколько сотен метров развивать скорость до 125 км/час.

Свечение (электрическая работа)

Светляк.

АТФ поставляет энергию для биолюминесценции светляков.

Биолюминесценция, для которой требуются значительные количества энергии, свойственна многим видам грибов, морским микроорганизмам, медузам, ракообразным и светлякам.

У светляков в последовательности реакций, обеспечивающих преобразование химической энергии в энергию света, используется сочетание энергии АТФ и окислительной энергии. Два главных биохимических компонента, участвующих в процессе свечения – люциферин (след. рис.) и фермент люцифераза.

Люциферин

Для генерации световых вспышек люциферин сначала должен быть активирован в ферментативной реакции с АТФ. На этой стадии пирофосфатное расщепление АТФ приводит к образованию люцифериладенилата (след. рис).

Люцифериладенилат

Затем под действием молекулярного кислорода происходит катализируемое люциферазой окислительное декарбоксилирование люциферина, в результате чего образуется оксилюциферин. Именно эта реакция, протекающая через ряд промежуточных стадий, сопровождается световыми вспышками (след. рис.).

Реакции, приводящие к регенерации люциферина.

Циклическое превращение компонентов, обеспечивающих люминесценцию светляка.

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться с друзьями:

Дата добавления: 2015-05-08; Просмотров: 5059; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

преобразований энергии | BioNinja

Понимание:

• Фосфорилирование молекул делает их менее стабильными

Аденозинтрифосфат (АТФ) представляет собой молекулу с высокой энергией, которая действует как непосредственный источник энергии для клеток 900 03

Одна молекула АТФ содержит три ковалентно связанные фосфатные группы, которые сохраняют потенциальную энергию в своих связях
Фосфорилирование делает молекулы менее стабильными, и, следовательно, АТФ является легко вступающей в реакцию молекулой, которая содержит высокоэнергетические связи
Когда АТФ гидролизуется (с образованием АДФ + Pi), энергия, запасенная в терминальной фосфатной связи, высвобождается для использования клеткой

Связь между АТФ и АДФ клетка:

Функционирует как энергетическая валюта клетки, высвобождая энергию при гидролизе в АДФ (активирует клеточный метаболизм)
Может передавать высвобожденную фосфатную группу другим органическим молекулам, делая их менее стабильными и более реактивными

АТФ синтезируется из АДФ с использованием энергии, полученной из одного из двух источников:

Солнечная энергия – фотосинтез преобразует энергию света в химическую энергию, которая запасается в виде АТФ
Окислительные процессы – клеточное дыхание расщепляет органические молекулы с выделением химических энергия, запасенная в виде АТФ

Понимание:

• Дыхание клетки включает окисление и восстановление переносчиков электронов

Клеточное дыхание представляет собой контролируемое высвобождение энергии из органических соединений с образованием АТФ

Анаэробное дыхание включает неполное расщепление органических молекул с небольшим выходом АТФ ( не требуется кислорода)
Аэробное дыхание включает полное расщепление органических молекул для большего выхода АТФ (кислород требует )

Расщепление органических молекул происходит посредством ряда связанных процессов, которые включают ряд дискретных стадий

Благодаря поэтапному распаду снижается потребность в энергии (энергия активации может быть разделена на несколько стадий)
Высвобождаемая энергия не теряется – она передается активированным молекулам-носителям посредством окислительно-восстановительных реакций (окисление/восстановление)

Преобразование энергии при распаде сахаров (прямое сжигание по сравнению с клеточным дыханием)

Окислительно-восстановительные реакции

Когда органические молекулы расщепляются при клеточном дыхании, химическая энергия передается посредством окислительно-восстановительных реакций

Окислительно-восстановительные реакции включали восстановление одного химического вещества и окисление другого (окислительно-восстановительное = красное действие / окислительное идентирование)

Большинство окислительно-восстановительных реакции обычно включают передачу электронов , водород или кислород

Восстановление – приобретение электронов/водорода или потеря кислорода
Окисление – потеря электронов/водорода или приобретение кислорода

Окислительно-восстановительные реакции можно обобщить в соответствии со следующей таблицей:

Окислительно-восстановительные мнемоники

Окислительно-восстановительные реакции с участием электронов можно запомнить, используя любую из следующих мнемоник:

O IL RIG – O окисление I s L oss (электронов) ; R eduction I s G ain (электронов)
LEO идет GER – L осс E лектроны O окисление ; G ain of E lectrons is R eduction
ELMO – E lectron L oss M 9 0006 eans O окисление

Понимание:

• Высвобождение энергии путем реакций окисления переносится в кристы митохондрий восстановленными НАД и ФАД

Клеточное дыхание расщепляет органические молекулы и переносит атомы водорода и электроны на молекулы-переносчики

Поскольку органическая молекула составляет , потери атомов водорода и электронов, это Окисление Реакция
Энергия, хранящаяся в органической молекуле называются переносчиками водорода или переносчиками электронов, так как они приобретают электроны и протоны (ионы H ⁺)
Наиболее распространенный переносчик водорода — NAD ⁺ , который восстанавливается до формы NADH (NAD ⁺ + 2H ⁺ + 2e ^– →   NADH + H ⁺ )
Менее распространенным носителем водорода является 9 0005 FAD , преобразованный в FADH. ₂ (FAD + 2H ⁺ + 2e ^–   → FADH ₂ )

Перевозчики водорода работают как такси, перевозя электронов (и ионов водорода) к кристам митохондрий
Кристы являются местом электрон-транспортной цепи, которая использует энергию, передаваемую переносчиками, для синтеза АТФ
Для этого процесса требуется кислород, поэтому только аэробное дыхание может генерировать АТФ из переносчиков водорода
Этот вот почему аэробное дыхание высвобождает больше энергии, хранящейся в органических молекулах, и производит больше АТФ0003
⇒   Нажмите на диаграмму, чтобы отобразить изображение такси
АТФ/АДФ — Химия LibreTexts
Последнее обновление
Сохранить как PDF
Идентификатор страницы
376
Аденозин-5′-трифосфат (АТФ) состоит из аденинового кольца, сахара рибозы и трех фосфатных групп. АТФ часто используется для передачи энергии в клетке. АТФ-синтаза производит АТФ из АДФ или AMP + P
и . АТФ имеет много применений. Он используется в качестве кофермента, например, в гликолизе. АТФ также обнаруживается в нуклеиновых кислотах в процессах репликации и транскрипции ДНК. В нейтральном растворе АТФ имеет отрицательно заряженные группы, которые позволяют ему хелатировать металлы. Обычно Mg ² ⁺ стабилизирует его.
Введение
АТФ представляет собой нестабильную молекулу, которая гидролизуется до АДФ и неорганического фосфата, когда находится в равновесии с водой. Высокая энергия этой молекулы обусловлена двумя высокоэнергетическими фосфатными связями. Связи между молекулами фосфатов называются фосфоангидридными связями. Они богаты энергией и имеют ΔG -30,5 кДж/моль.
Рисунок 1: Структура молекулы АТФ и молекулы АДФ соответственно. Адениновое кольцо находится вверху и связано с сахаром рибозой, который связан с фосфатными группами. Используется с разрешения Wikipedia Commons.
Гидролиз АТФ
Удаление или добавление одной фосфатной группы взаимопревращает АТФ в АДФ или АДФ в АМФ. При разрыве одной фосфоангидридной связи выделяется 7,3 ккал/моль энергии.
\[\ce{АТФ + H_2O \rightarrow АДФ + P_{i}} \tag{ΔG = -30,5 кДж/моль}\]
\[\ce{АТФ + H_2O \rightarrow AMP + 2 P_{i } } \tag{ΔG = -61 кДж/моль}\] 9{+}} \nonumber\]
Почему гидролиз АТФ является экзергонической реакцией?
Энтропия, то есть уровень беспорядка, АДФ больше, чем АТФ. Следовательно, из-за термодинамики реакция происходит самопроизвольно, потому что она хочет быть на более высоком уровне энтропии. Кроме того, свободная энергия Гиббса АТФ выше, чем у АДФ. Естественно, молекулы хотят находиться в более низком энергетическом состоянии, поэтому равновесие смещается в сторону АДФ.
Электростатическое отталкивание четырех отрицательных зарядов атомов кислорода молекулы АТФ. Естественно, одноименные заряды отталкиваются, а противоположные притягиваются.
Следовательно, если есть четыре отрицательных заряда в непосредственной близости друг от друга, они естественным образом будут отталкиваться друг от друга. Это делает АТФ относительно нестабильной молекулой, потому что при возможности она захочет отдать свои фосфатные группы, чтобы стать более стабильной молекулой.
Резонансная стабилизация АДФ и Р _и больше, чем у АТФ. Молекулы кислорода АДФ делят электроны. Эти электроны постоянно перемещаются между атомами кислорода, создавая эффект, называемый резонансом. Это стабилизирует ADP. В АТФ резонанса не бывает; следовательно, это более нестабильная молекула.
Существует большая степень сольватации P _i , H ⁺ и АДФ по сравнению с АТФ. Это означает, что АТФ легче потерять одну из своих фосфатных групп. Но требуется большое количество воды, чтобы заставить АДФ потерять один из своих фосфатов.

АТФ в клетке
АТФ является основным переносчиком энергии для большинства энергозатратных реакций, протекающих в клетке. Непрерывный синтез АТФ и его немедленное использование приводит к тому, что АТФ имеет очень высокую скорость оборота. Это означает, что АДФ очень быстро синтезируется в АТФ и наоборот. Например, требуется всего несколько секунд, чтобы половина молекул АТФ в клетке превратилась в АДФ, который использовался для управления эндергоническими (неспонтанными) реакциями, а затем снова превратился в АТФ с помощью экзергонических (самопроизвольных) реакций.
АТФ используется во многих клеточных процессах, таких как гликолиз, фотосинтез, бета-окисление, анаэробное дыхание, активный транспорт через клеточные мембраны (как в цепи переноса электронов) и синтез макромолекул, таких как ДНК.
Ссылки
Зубай, Джеффри. Биохимия. Нью-Йорк: издательство Macmillan Publishing Company, 1988.
.
Проблемы
В каком процессе клеточного дыхания образуется больше всего АТФ?
Верно или неверно: АТФ может использоваться для регуляции определенных ферментов.