La figure montre deux méthodes Images Structures ATP . L'adénosine monophosphate (AMP), l'adénosine diphosphate (ADP) et l'adénosine triphosphate (ATP) appartiennent à une classe de composés appelés nucléotides. La molécule nucléotidique est constituée d'un sucre à cinq carbones, d'une base azotée et d'acide phosphorique. Dans la molécule AMP, le sucre est représenté par le ribose et la base est l'adénine. Il existe deux groupes phosphate dans la molécule ADP et trois dans la molécule ATP.

Valeur ATP

Quand l’ATP se décompose en ADP et l'énergie du phosphate inorganique (Pn) est libérée :

La réaction se produit avec l'absorption d'eau, c'est-à-dire qu'il représente l'hydrolyse (dans notre article, nous avons rencontré à plusieurs reprises ce type de réactions biochimiques très courant). Le troisième groupe phosphate séparé de l'ATP reste dans la cellule sous forme de phosphate inorganique (Pn). Le rendement énergétique libre pour cette réaction est de 30,6 kJ pour 1 mole d'ATP.

Du FAD et le phosphate, l'ATP peut être à nouveau synthétisé, mais cela nécessite une dépense de 30,6 kJ d'énergie pour 1 mole d'ATP nouvellement formé.

Dans cette réaction, appelée réaction de condensation, de l'eau est libérée. L’ajout de phosphate à l’ADP est appelé réaction de phosphorylation. Les deux équations ci-dessus peuvent être combinées :

Cette réaction réversible est catalysée par une enzyme appelée ATPase.

Toutes les cellules, comme déjà mentionné, ont besoin d'énergie pour effectuer leur travail, et pour toutes les cellules de tout organisme, la source de cette énergie est sert d'ATP. Par conséquent, l’ATP est appelé le « vecteur énergétique universel » ou la « monnaie énergétique » des cellules. Une analogie appropriée est celle des batteries électriques. Rappelez-vous pourquoi nous ne les utilisons pas. Avec leur aide, nous pouvons recevoir de la lumière dans un cas, du son dans un autre, parfois mouvement mécanique, et parfois nous avons réellement besoin d'eux Énergie électrique. L’avantage des batteries est que nous pouvons utiliser la même source d’énergie – une batterie – à diverses fins, selon l’endroit où nous la plaçons. L'ATP joue le même rôle dans les cellules. Il fournit de l'énergie pour des processus aussi divers que la contraction musculaire, la transmission de l'influx nerveux, le transport actif de substances ou la synthèse des protéines et tous les autres types d'activité cellulaire. Pour ce faire, il doit simplement être « connecté » à la partie correspondante de l’appareil cellulaire.

L’analogie peut être poursuivie. Les batteries doivent d'abord être fabriquées, et certaines d'entre elles (rechargeables), tout comme les batteries, peuvent être rechargées. Lorsque les batteries sont fabriquées en usine, une certaine quantité d’énergie doit y être stockée (et donc consommée par l’usine). Pour Synthèse d'ATP de l'énergie est également nécessaire ; sa source est l'oxydation matière organique pendant le processus respiratoire. Étant donné que l’énergie est libérée au cours du processus d’oxydation pour phosphoryler l’ADP, une telle phosphorylation est appelée phosphorylation oxydative. Lors de la photosynthèse, l'ATP est produit à partir de l'énergie lumineuse. Ce processus est appelé photophosphorylation (voir section 7.6.2). Il existe également des « usines » dans la cellule qui produisent la majeure partie de l’ATP. Ce sont des mitochondries ; ils contiennent des « chaînes d’assemblage » chimiques sur lesquelles l’ATP est formé au cours du processus respiration aérobie. Enfin, les « batteries » déchargées sont également rechargées dans la cellule : après que l'ATP, ayant libéré l'énergie qu'il contient, soit convertie en ADP et Fn, elle peut être rapidement synthétisée à nouveau à partir d'ADP et de Fn grâce à l'énergie reçue au cours du processus. de la respiration due à l'oxydation de nouvelles portions de matière organique.

quantité d'ATP dans la cellule à un moment donné est très faible. Par conséquent, dans ATF il ne faut voir que le porteur d'énergie, et non son dépôt. Des substances telles que les graisses ou le glycogène sont utilisées pour le stockage d'énergie à long terme. Les cellules sont très sensibles aux niveaux d'ATP. À mesure que le rythme de son utilisation augmente, le rythme du processus respiratoire qui maintient ce niveau augmente également.

Rôle de l'ATP en tant que lien entre la respiration cellulaire et les processus impliquant la consommation d'énergie, est visible sur la figure. Ce diagramme semble simple, mais il illustre un modèle très important.

On peut donc dire que, de manière générale, la fonction de la respiration est de produire de l'ATP.

Résumons brièvement ce qui a été dit ci-dessus.
1. La synthèse de l'ATP à partir de l'ADP et du phosphate inorganique nécessite 30,6 kJ d'énergie pour 1 mole d'ATP.
2. L’ATP est présent dans toutes les cellules vivantes et constitue donc un vecteur d’énergie universel. Aucun autre vecteur énergétique n'est utilisé. Cela simplifie les choses: l'appareil cellulaire nécessaire peut être plus simple et fonctionner de manière plus efficace et économique.
3. L’ATP fournit facilement de l’énergie à n’importe quelle partie de la cellule pour tout processus nécessitant de l’énergie.
4. L’ATP libère rapidement de l’énergie. Cela ne nécessite qu'une seule réaction : l'hydrolyse.
5. Le taux de production d'ATP à partir de l'ADP et du phosphate inorganique (taux du processus respiratoire) est facilement ajusté en fonction des besoins.
6. L'ATP est synthétisé pendant la respiration en raison de l'énergie chimique libérée lors de l'oxydation de substances organiques telles que le glucose et pendant la photosynthèse en raison de énergie solaire. La formation d’ATP à partir d’ADP et de phosphate inorganique est appelée réaction de phosphorylation. Si l'énergie pour la phosphorylation est fournie par l'oxydation, alors on parle de phosphorylation oxydative (ce processus se produit pendant la respiration), mais si l'énergie lumineuse est utilisée pour la phosphorylation, alors le processus est appelé photophosphorylation (cela se produit pendant la photosynthèse).

Il existe environ 70 000 milliards de cellules dans le corps humain. Pour une croissance saine, chacun d'eux a besoin d'aides - des vitamines. Les molécules de vitamines sont petites, mais leur carence est toujours perceptible. S'il est difficile de s'adapter à l'obscurité, vous avez besoin de vitamines A et B2, des pellicules apparaissent - il n'y a pas assez de B12, B6, P, les bleus ne guérissent pas longtemps - une carence en vitamine C. Dans cette leçon, vous apprendrez comment et où dans la cellule est stratégique l'approvisionnement en vitamines, comment les vitamines activent le corps, et découvrez également l'ATP - la principale source d'énergie de la cellule.

Sujet : Bases de la cytologie

Leçon : Structure et Fonctions ATP

Comme vous vous en souvenez, acides nucléiquesconstitué de nucléotides. Il s'est avéré que dans une cellule, les nucléotides peuvent être à l'état lié ou à l'état libre. À l'état libre, ils remplissent un certain nombre de fonctions importantes pour la vie du corps.

À ces gratuits nucléotides s'applique Molécule d'ATP ou acide adénosine triphosphorique(l'adénosine triphosphate). Comme tous les nucléotides, l'ATP est composé d'un sucre à cinq carbones - ribose, Base azotée - adénine, et contrairement aux nucléotides d'ADN et d'ARN, trois résidus d'acide phosphorique(Fig. 1).

Riz. 1. Trois représentations schématiques de l'ATP

Le plus important Fonction ATP c'est que c'est un gardien et un transporteur universel énergie dans une cage.

Toute la biographie réactions chimiques dans les cellules qui nécessitent une dépense énergétique, l’ATP est utilisée comme source.

Lorsqu'un résidu d'acide phosphorique est séparé, ATP entre dans FAD (adénosine diphosphate). Si un autre résidu d'acide phosphorique est séparé (ce qui arrive dans des cas particuliers), FAD entre dans AMF(adénosine monophosphate) (Fig. 2).

Riz. 2. Hydrolyse de l'ATP et sa conversion en ADP

Lorsque les deuxième et troisième résidus d'acide phosphorique sont séparés, une grande quantité d'énergie est libérée, jusqu'à 40 kJ. C'est pourquoi la liaison entre ces résidus d'acide phosphorique est dite à haute énergie et est désignée par le symbole correspondant.

Lorsqu'une liaison ordinaire est hydrolysée, une petite quantité d'énergie est libérée (ou absorbée), mais lorsqu'une liaison à haute énergie est hydrolysée, beaucoup plus d'énergie est libérée (40 kJ). La liaison entre le ribose et le premier résidu d'acide phosphorique n'est pas très énergétique ; son hydrolyse ne libère que 14 kJ d'énergie.

Des composés à haute énergie peuvent également être formés à partir d'autres nucléotides, par exemple GTF(guanosine triphosphate) est utilisé comme source d'énergie dans la biosynthèse des protéines, participe aux réactions de transduction du signal et constitue un substrat pour la synthèse de l'ARN pendant la transcription, mais l'ATP est la source d'énergie la plus courante et la plus universelle dans la cellule.

ATP contenu comme dans le cytoplasme, donc dans le noyau, les mitochondries et les chloroplastes.

Ainsi, nous avons rappelé ce qu'est l'ATP, quelles sont ses fonctions et ce qu'est une liaison macroergique.

Les vitamines sont des composés organiques biologiquement actifs qui, en petites quantités, sont nécessaires au maintien des processus vitaux de la cellule.

Ils ne sont pas les composants structuraux matière vivante et ne sont pas utilisés comme source d’énergie.

La plupart des vitamines ne sont pas synthétisées dans le corps des humains et des animaux, mais y pénètrent avec les aliments ; certaines sont synthétisées en petites quantités par la microflore et les tissus intestinaux (la vitamine D est synthétisée par la peau).

Les besoins en vitamines des humains et des animaux ne sont pas les mêmes et dépendent de facteurs tels que le sexe, l’âge, l’état physiologique et les conditions environnementales. Tous les animaux n’ont pas besoin de vitamines.

Par exemple, l’acide ascorbique, ou vitamine C, est essentiel pour les humains et les autres primates. Parallèlement, il est synthétisé dans le corps des reptiles (les marins emmenaient des tortues lors de voyages pour lutter contre le scorbut - carence en vitamine C).

Les vitamines ont été découvertes à la fin du XIXe siècle grâce aux travaux de scientifiques russes N. I. Lunina Et V. Pashutina, qui a montré que pour une bonne nutrition, il est nécessaire non seulement la présence de protéines, de graisses et de glucides, mais également d'autres substances, alors inconnues.

En 1912, un scientifique polonais K. Funk(Fig. 3), en étudiant les composants de la balle de riz, qui protège contre la maladie de Beri-Beri (carence en vitamine B), a suggéré que la composition de ces substances doit nécessairement inclure des groupes amine. C'est lui qui a proposé d'appeler ces substances vitamines, c'est-à-dire les amines de la vie.

Plus tard, il a été découvert que bon nombre de ces substances ne contenaient pas de groupes aminés, mais le terme vitamines s'est bien enraciné dans le langage scientifique et pratique.

Au fur et à mesure que des vitamines individuelles ont été découvertes, elles ont été désignées par des lettres latines et nommées en fonction des fonctions qu'elles remplissaient. Par exemple, la vitamine E était appelée tocophérol (du grec ancien τόκος - « accouchement » et φέρειν - « apporter »).

Aujourd’hui, les vitamines sont réparties selon leur capacité à se dissoudre dans l’eau ou la graisse.

Aux vitamines hydrosolubles inclure des vitamines H, C, P., DANS.

Aux vitamines liposolubles inclure UN, D, E, K(on peut se souvenir du mot : sneaker) .

Comme déjà indiqué, les besoins en vitamines dépendent de l'âge, du sexe, de l'état physiologique du corps et de l'environnement. Dès le plus jeune âge, il existe un besoin évident de vitamines. Un organisme affaibli nécessite également de fortes doses de ces substances. Avec l’âge, la capacité à absorber les vitamines diminue.

Le besoin en vitamines est également déterminé par la capacité de l’organisme à les utiliser.

En 1912, un scientifique polonais Kazimir Funk obtenu de la vitamine B1 partiellement purifiée - thiamine - à partir de balles de riz. Il a fallu encore 15 ans pour obtenir cette substance à l'état cristallin.

La vitamine B1 cristalline est incolore, a un goût amer et est hautement soluble dans l’eau. La thiamine se trouve dans les cellules végétales et microbiennes. Il est particulièrement abondant dans les céréales et la levure (Fig. 4).

Riz. 4. Thiamine sous forme de comprimés et dans les aliments

Traitement thermique produits alimentaires et divers suppléments détruisent la thiamine. En cas de carence en vitamines, on observe des pathologies des systèmes nerveux, cardiovasculaire et digestif. Une carence en vitamines entraîne une perturbation du métabolisme de l'eau et de la fonction hématopoïétique. Un des exemples frappants La carence en vitamine thiamine est une évolution de la maladie de Beri-Beri (Fig. 5).

Riz. 5. Une personne souffrant d'une carence en thiamine - maladie du béribéri

La vitamine B1 est largement utilisée dans la pratique médicale pour traiter diverses maladies nerveuses et troubles cardiovasculaires.

En pâtisserie, la thiamine, ainsi que d’autres vitamines – la riboflavine et l’acide nicotinique – sont utilisées pour fortifier les produits de boulangerie.

En 1922 G. Evans Et A. Bisho ont découvert une vitamine liposoluble, qu’ils ont appelée tocophérol ou vitamine E (littéralement : « favorisant l’accouchement »).

La vitamine E sous sa forme pure est un liquide huileux. Il est largement répandu dans les cultures céréalières comme le blé. Il y en a beaucoup dans les graisses végétales et animales (Fig. 6).

Riz. 6. Tocophérol et produits qui en contiennent

Il y a beaucoup de vitamine E dans les carottes, les œufs et le lait. La vitamine E est antioxydant, c'est-à-dire qu'il protège les cellules de l'oxydation pathologique, qui conduit au vieillissement et à la mort. C'est la « vitamine de la jeunesse ». La vitamine est d'une grande importance pour le système reproducteur, c'est pourquoi on l'appelle souvent la vitamine de la reproduction.

En conséquence, une carence en vitamine E entraîne tout d'abord une perturbation de l'embryogenèse et du fonctionnement des organes reproducteurs.

La production de vitamine E repose sur son isolement à partir du germe de blé par la méthode d'extraction alcoolique et de distillation de solvants à basse température.

Dans la pratique médicale, des médicaments naturels et synthétiques sont utilisés - l'acétate de tocophérol dans de l'huile végétale, enfermé dans une capsule (la fameuse « huile de poisson »).

Les préparations de vitamine E sont utilisées comme antioxydants lors de l'irradiation et d'autres conditions pathologiques associées à une teneur accrue en particules ionisées dans le corps et formes actives oxygène.

De plus, la vitamine E est prescrite aux femmes enceintes et est également utilisée en thérapie complexe pour le traitement de l'infertilité, de la dystrophie musculaire et de certaines maladies du foie.

La vitamine A (Fig. 7) a été découverte N. Drummond en 1916.

Cette découverte a été précédée par l'observation de la présence d'un facteur liposoluble dans l'alimentation, nécessaire au plein développement des animaux de ferme.

Ce n’est pas pour rien que la vitamine A occupe la première place dans l’alphabet des vitamines. Il participe à presque tous les processus de la vie. Cette vitamine est nécessaire pour restaurer et maintenir une bonne vision.

Il contribue également à développer l’immunité contre de nombreuses maladies, notamment le rhume.

Sans vitamine A, un épithélium cutané sain est impossible. Si vous avez la chair de poule, qui apparaît le plus souvent au niveau des coudes, des hanches, des genoux, des jambes, la peau sèche des mains ou d'autres phénomènes similaires, cela signifie que vous manquez de vitamine A.

La vitamine A, comme la vitamine E, est nécessaire au fonctionnement normal des glandes sexuelles (gonades). L'hypovitaminose à la vitamine A provoque des dommages au système reproducteur et aux organes respiratoires.

L'une des conséquences spécifiques d'un manque de vitamine A est une violation du processus visuel, en particulier une diminution de la capacité des yeux à s'adapter à l'obscurité - cécité nocturne. Une carence en vitamines entraîne une xérophtalmie et une destruction de la cornée. Ce dernier processus est irréversible et se caractérise par une perte totale de la vision. L'hypervitaminose entraîne une inflammation des yeux et une chute des cheveux, une perte d'appétit et un épuisement complet du corps.

Riz. 7. Vitamine A et aliments qui en contiennent

Les vitamines du groupe A se trouvent principalement dans les produits d'origine animale : foie, huile de poisson, huile, œufs (Fig. 8).

Riz. 8. Teneur en vitamine A dans les aliments d'origine végétale et animale

Les produits d'origine végétale contiennent des caroténoïdes, qui sont transformés en vitamine A dans le corps humain sous l'action de l'enzyme carotinase.

Ainsi, aujourd'hui, vous avez fait connaissance avec la structure et les fonctions de l'ATP, vous vous êtes également souvenu de l'importance des vitamines et avez découvert comment certaines d'entre elles sont impliquées dans les processus vitaux.

Avec un apport insuffisant de vitamines dans le corps, une carence primaire en vitamines se développe. Différents aliments contiennent différentes quantités de vitamines.

Par exemple, les carottes contiennent beaucoup de provitamine A (carotène), le chou contient de la vitamine C, etc. D'où la nécessité d'une alimentation équilibrée, incluant une variété d'aliments d'origine végétale et animale.

Avitaminose dans des conditions nutritionnelles normales, c'est très rare, beaucoup plus fréquent hypovitaminose, qui sont associés à un apport insuffisant en vitamines provenant des aliments.

Hypovitaminose peut survenir non seulement à la suite d'une alimentation déséquilibrée, mais également à la suite de diverses pathologies de tube digestif ou du foie, ou à la suite de divers troubles endocriniens ou maladies infectieuses ce qui conduit à une mauvaise absorption des vitamines dans le corps.

Certaines vitamines sont produites par la microflore intestinale (microbiote intestinal). Suppression des processus biosynthétiques à la suite de l'action antibiotiques peut également conduire au développement hypovitaminose, en conséquence dysbactériose.

Une consommation excessive de compléments alimentaires vitaminés, ainsi que de médicaments contenant des vitamines, entraîne l'apparition d'un état pathologique - hypervitaminose. Cela est particulièrement vrai pour les vitamines liposolubles, telles que UN, D, E, K.

Devoirs

1. Quelles substances sont appelées biologiquement actives ?

2. Qu’est-ce que l’ATP ? Quelle est la particularité de la structure de la molécule d’ATP ? Quels types liaison chimique existe-t-il dans cette molécule complexe ?

3. Quelles sont les fonctions de l’ATP dans les cellules des organismes vivants ?

4. Où se produit la synthèse de l’ATP ? Où se produit l’hydrolyse de l’ATP ?

5. Que sont les vitamines ? Quelles sont leurs fonctions dans l’organisme ?

6. En quoi les vitamines diffèrent-elles des hormones ?

7. Quelles classifications de vitamines connaissez-vous ?

8. Que sont une carence en vitamines, une hypovitaminose et une hypervitaminose ? Donnez des exemples de ces phénomènes.

9. Quelles maladies peuvent être la conséquence d'un apport insuffisant ou excessif de vitamines dans le corps ?

10. Discutez de votre menu avec vos amis et votre famille, calculez en utilisant Informations Complémentaires sur la teneur en vitamines de différents aliments, si vous consommez suffisamment de vitamines.

1. Collection unifiée de ressources éducatives numériques ().

2. Collection unifiée de ressources éducatives numériques ().

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La source d’énergie du corps humain est l’oxydation de composés chimiques organiques en composés moins précieux sur le plan énergétique. produits finaux. À l'aide de systèmes enzymatiques, l'énergie est extraite des substrats externes (nutriments) lors de réactions d'oxydation par étapes, conduisant à la libération d'énergie en petites portions. Les sources d'énergie externes doivent être transformées dans la cellule sous une forme spécifique adaptée pour répondre aux besoins énergétiques intracellulaires. Cette forme est majoritairement une molécule adénosine triphosphate (ATP) , représentant un mononucléotide (Fig. 6).

Riz. 6. Formule structurelle Molécules d'acide adénosine triphosphorique (ATP)

L'ATP est composé à haute énergie , il contient deux liaisons riches en énergie ( connexions macroergiques) : entre le deuxième et le troisième résidus d'acide phosphorique. Connexions macroergiques – liaisons covalentes dans composants chimiques cellules hydrolysées avec libération d'une quantité importante d'énergie - 30 kJ/mol ou plus. Lors de l'hydrolyse de chacune des liaisons à haute énergie de la molécule d'ATP, environ 32 kJ/mol sont libérées. L'hydrolyse de l'ATP est réalisée par des enzymes spéciales appelées ATPases :

ATP®ADP + H3PO4 ; ADP®AMP + H3PO4

Il y en a d'autres dans la cellule macroergique Connexions. La plupart d’entre eux, comme l’ATP, contiennent une liaison phosphate à haute énergie. Ce groupe de composés comprend également d'autres nucléosides triphosphates, les phosphates d'acyle, le phosphoénolpyruvate, la créatine phosphate et d'autres molécules. De plus, les organismes vivants contiennent des molécules dotées de liaisons thioéther à haute énergie, les acylthioesters (Fig. 7).

Cependant, la molécule ATP joue toujours le rôle le plus important dans les processus cellulaires énergétiques. Cette molécule possède un certain nombre de propriétés qui lui permettent d’occuper une place aussi importante dans le métabolisme cellulaire. Premièrement, la molécule d'ATP est thermodynamiquement instable, comme en témoigne le changement d'énergie libre Hydrolyse de l'ATP DG0 = –31,8 kJ/mol. Deuxièmement, la molécule d’ATP est chimiquement très stable. Le taux d'hydrolyse non enzymatique de l'ATP dans des conditions normales est très faible, ce qui permet de stocker efficacement l'énergie, empêchant ainsi sa dissipation inutile en chaleur. Troisièmement, la molécule d’ATP est petite, ce qui lui permet de pénétrer dans divers sites intracellulaires par diffusion. Enfin, l’énergie d’hydrolyse de l’ATP est intermédiaire par rapport à celle des autres molécules cellulaires phosphorylées, permettant à l’ATP de transférer l’énergie des composés à haute énergie vers les composés à faible énergie.

Riz. 7. Types de composés caractérisés par une énergie d'hydrolyse élevée

Il existe deux mécanismes de synthèse de l'ATP dans la cellule : la phosphorylation du substrat et la phosphorylation de la membrane. Phosphorylation du substrat– transfert enzymatique d'un groupe phosphate vers des molécules d'ADP avec formation d'ATP, qui se produit dans le cytoplasme. Lors de la phosphorylation du substrat, à la suite de certaines réactions redox, des molécules instables riches en énergie se forment, dont le groupe phosphate est transféré à l'ADP à l'aide d'enzymes appropriées pour former de l'ATP. Les réactions de phosphorylation du substrat se produisent dans le cytoplasme et sont catalysées par des enzymes solubles.

Phosphorylation membranaire– synthèse de la molécule d’ATP utilisant l’énergie du gradient transmembranaire d’ions hydrogène, se produisant sur la membrane mitochondriale. La phosphorylation membranaire se produit sur la membrane mitochondriale, dans laquelle est localisée une certaine chaîne de molécules de transport d'hydrogène et d'électrons. Les atomes d'hydrogène et les électrons sont séparés des molécules organiques oxydantes et, à l'aide de supports spéciaux, pénètrent dans la chaîne de transport d'électrons (chaîne respiratoire), localisée sur la membrane interne des mitochondries. Cette chaîne est un complexe protéines membranaires, localisé d'une manière strictement définie. Ces protéines sont des enzymes qui catalysent les réactions redox. Passer d’une seule protéine porteuse chaîne respiratoireà un autre, l'électron descend à un niveau d'énergie de plus en plus bas. Le transfert d'électrons le long de la chaîne de transport d'électrons est associé à la libération de protons de la cellule vers l'environnement extérieur. En conséquence, la partie extérieure membrane cellulaire acquiert charge positive, et celui interne est négatif, une séparation des charges se produit. De plus, un gradient d’ions hydrogène se forme sur la membrane. Ainsi, l’énergie libérée lors du transfert d’électrons est initialement stockée sous la forme gradient transmembranaire électrochimique d'ions hydrogène ( D mH+) . Autrement dit, l’énergie chimique et électromagnétique est convertie en énergie électrochimique, qui peut ensuite être utilisée par la cellule pour la synthèse de l’ATP. Réaction de synthèse d'ATP due au DmH + et est appelée phosphorylation membranaire ; membranes sur lesquelles elle est réalisée - conversion d'énergie ou conjuguer . La conversion de l'énergie libérée lors du transport des électrons en énergie de la liaison phosphate de l'ATP explique théorie chimio-osmotique du couplage énergétique (Fig. 8), développé par le biochimiste anglais P. Mitchell. La membrane de couplage peut être assimilée à un barrage qui retient la pression de l’eau, tout comme la membrane retient le gradient des ions hydrogène. Si le barrage est ouvert, l'énergie de l'eau peut être utilisée pour réaliser des travaux ou transformée en une autre forme d'énergie, comme l'électricité, comme c'est le cas dans les centrales hydroélectriques. De même, la cellule dispose d’un mécanisme qui permet de convertir l’énergie du gradient transmembranaire des ions hydrogène en énergie de la liaison chimique de l’ATP. La décharge du gradient transmembranaire d'ions hydrogène se produit avec la participation d'ions hydrogène localisés dans la même membrane complexe proton ATP synthase . L'énergie protonique fournie à la cellule par ce complexe enzymatique à partir de l'environnement externe est utilisée pour synthétiser la molécule d'ATP à partir de l'ADP et d'un résidu d'acide phosphorique. Le processus en cours peut être exprimé par l’équation :

ADP + Fn+ nH+ext à ATP + H2O + nH+ext.

Le complexe enzymatique ATP synthase sert de mécanisme qui assure l'interconversion de deux formes d'énergie cellulaire : DmH + « ATP.

Riz. 8. Schéma de fonctionnement de la chaîne de transport d'électrons et du complexe ATP synthase UN 2 et DANS– respectivement donneur et accepteur d'électrons ; 1 , 2 , 3 – les composants de la chaîne de transport des électrons

Le porteur de départ de la chaîne respiratoire mitochondriale est la NAD(P)H déshydrogénase, qui est de nature flavine. Cette enzyme accepte les protons et les électrons de la déshydrogénase primaire, une enzyme qui élimine les atomes d'hydrogène directement du substrat. À partir de la NAD(P)H déshydrogénase, les électrons sont transférés vers un porteur de quinone, l'ubiquinone (coenzyme Q), puis vers les cytochromes (Fig. 9). Il existe 5 cytochromes différents dans les mitochondries (b, c, c1, a, a3). Les cytochromes sont des hémoprotéines, leur partie non protéique est l'hème et contient un cation métallique. Les cytochromes sont de couleur rouge-brun. Les cytochromes des classes b et c contiennent un cation fer et les cytochromes de la classe a contiennent un cation cuivre.

Riz. 9. Chaîne de transport respiratoire d'électrons des mitochondries

Le cytochrome final (a+a3) transfère les électrons à l'oxygène, c'est-à-dire est une cytochrome oxydase. 4 électrons sont transférés à l'oxygène et de l'eau se forme. Lors de la synthèse d'une molécule d'ATP, au moins deux protons traversent le complexe ATP synthase. Le nombre de molécules d'ATP synthétisées dépend du nombre de sections de chaîne dans lesquelles les protons sont libérés. environnement externe. Dans la mitochondrie, il y a 3 sections de la chaîne oxydative où les protons sont excrétés et où Dmn+ est généré : au début de la chaîne au niveau de la NAD(P)H déshydogénase, à l'ubiquinone et à la cytochrome oxydase (Fig. 9). Dans les mitochondries, lors de l'oxydation d'une molécule de NAD(P)H, deux électrons sont transférés le long de la chaîne et 6H+ est libéré dans l'environnement externe et, par conséquent, trois molécules d'ATP sont synthétisées.

Dans des articles précédents, nous avons indiqué que les glucides, graisses et protéines peut être utilisé par les cellules pour synthétiser de grandes quantités d’adénosine triphosphate, qui est la source d’énergie pour presque toutes les fonctions cellulaires. Pour cette raison, l'ATP peut être considérée comme la « monnaie énergétique » des processus métaboliques cellulaires, qui ne peuvent être réalisés que par l'intermédiaire de l'ATP (ou d'une substance similaire qui diffère de l'ATP par le nucléotide - le phosphate de guanosine). Des informations sur propriétés de l'ATP est donnée au chapitre 2.

Fonctionnalité ATP Ce qui le rend extrêmement important dans les processus d'approvisionnement en énergie est la libération d'une grande quantité d'énergie gratuite (environ 7 300 calories, ou 7,3 Kcal pour 1 mole dans des conditions standard, ou plus de 12 000 calories dans des conditions physiologiques) pour chacun des deux niveaux élevés. liaisons phosphates énergétiques. La quantité d'énergie libérée lors de la rupture de chaque liaison ATP à haute énergie est suffisante pour alimenter chaque étape de toute réaction chimique qui se produit dans le corps. Certaines réactions chimiques qui nécessitent de l'énergie ATP n'utilisent que quelques centaines de calories sur les 12 000 disponibles, le reste de l'énergie étant dissipée sous forme de chaleur.

ATP se forme lors de l’oxydation des glucides, des graisses et des protéines. Dans des articles précédents, nous avons parlé de la conversion de l’énergie présente dans les nutriments en énergie ATP. En bref, l’ATP se forme dans les conditions suivantes.

1. Oxydation des glucides, principalement du glucose, et oxydation d'autres sucres, mais en moindre quantité, par exemple, oxydation du fructose ; ces processus sont observés dans le cytoplasme des cellules lors des processus anaérobies de glycolyse et dans les mitochondries lors de l'oxydation aérobie du cycle acide citrique(cycle de Krebs).
2. Oxydation Les acides gras dans les mitochondries cellulaires lors de la bêta-oxydation.
3. Oxydation des protéines, qui doivent d'abord être hydrolysées en acides aminés, suivie de la dégradation des acides aminés en produits intermédiaires du cycle de l'acide citrique, puis en acétyl-CoA et dioxyde de carbone.

ATP- une source d'énergie pour la synthèse des composants les plus importants de la cellule. Les processus les plus importants nécessitant de l'énergie ATP comprennent la formation de liaisons peptidiques entre les molécules d'acides aminés en relation avec la synthèse des protéines. Selon le type d'acides aminés entrant dans la réaction, chaque liaison peptidique formée contient de 500 à 5 000 k/mol. Rappelons que l'énergie de quatre liaisons phosphate macroergiques est consommée pour fournir une cascade de réactions qui forment chaque liaison peptidique. Cela nécessite un total de 48 000 calories, ce qui est nettement supérieur aux 500 à 5 000 calories stockées dans chaque liaison peptidique.

Énergie ATP utilisé pour la synthèse du glucose à partir de l'acide lactique et la synthèse des acides gras à partir de l'acétyl-CoA. De plus, l’énergie est utilisée pour former du cholestérol, des phospholipides, des hormones et d’autres substances corporelles. Même l'urée, excrétée par les reins, a besoin d'énergie ATP pour sa formation à partir de l'ammoniac. En gardant à l’esprit l’extrême toxicité de l’ammoniac, on peut comprendre l’importance et la valeur de cette réaction, qui maintient la concentration d’ammoniac dans l’organisme à un niveau très bas.

ATP fournit de l’énergie pour la contraction musculaire. La contraction musculaire est impossible sans l’énergie ATP. La myosine, l'une des protéines contractiles importantes des fibres musculaires, se comporte comme une enzyme qui provoque la dégradation de l'ATP en ADP, libérant ainsi l'énergie nécessaire à la contraction musculaire. En l'absence de contraction musculaire, très peu d'ATP est généralement décomposé, mais ce taux de consommation d'ATP peut augmenter de près de 150 fois (par rapport au repos) pendant une courte période d'activité maximale (le mécanisme par lequel l'énergie de l'ATP est utilisée pour conduire contraction musculaire).

ATP fournit de l’énergie pour le transport actif à travers les membranes. Le transport actif de la plupart des électrolytes et des substances telles que le glucose, les acides aminés et l'acide acétoacétique peut se produire contre un gradient électrochimique, même si la diffusion naturelle doit se produire le long d'un gradient électrochimique. Le contrer nécessite une dépense d’énergie, fournie par l’ATP.

Asie-Pacifique fournit de l’énergie pour les processus de sécrétion. Selon les mêmes règles que l'absorption de substances contre un gradient de concentration, les processus de sécrétion dans les glandes sont effectués, car de l'énergie est également nécessaire pour concentrer les substances.

ATP fournit de l’énergie pour la conduction de l’excitation le long des nerfs. Énergie utilisée pour conduire impulsion nerveuse, est la dérivée de l'énergie potentielle stockée sous forme de différence de concentrations d'ions des deux côtés de la membrane des fibres nerveuses. Ainsi, une forte concentration d’ions potassium à l’intérieur de la fibre et une faible concentration à l’extérieur constituent un type de méthode de stockage d’énergie. La forte concentration d’ions sodium sur la surface externe de la membrane et la faible concentration à l’intérieur constituent un autre exemple de moyen de stocker de l’énergie. L'énergie nécessaire pour conduire chaque potentiel d'action le long de la membrane fibreuse est un dérivé de l'énergie stockée lorsqu'une petite quantité de potassium quitte la cellule et qu'un flux d'ions sodium s'y précipite.

Cependant, le système de transport actif énergie fournie par l'ATP, ramène les ions déplacés à leur position d'origine par rapport à la membrane fibreuse.

La source d'énergie dans les cellules est la substance adénosine triphosphate (ATP), qui, si nécessaire, se décompose en adénosine phosphate (ADP) :

ATP → ADP + énergie.

Sous charge intense, la réserve d'ATP disponible est consommée en seulement 2 secondes. Cependant, l’ATP est continuellement restauré à partir de l’ADP, permettant ainsi aux muscles de continuer à travailler. Il existe trois principaux systèmes de récupération de l'ATP : le phosphate, l'oxygène et le lactate.

Système de phosphate

Le système phosphaté libère de l'énergie le plus rapidement possible, il est donc important là où un effort rapide est requis, comme chez les sprinteurs, les joueurs de football, les sauteurs en hauteur et en longueur, les boxeurs et les joueurs de tennis.

Dans le système phosphate, la restauration de l'ATP se fait grâce à la créatine phosphate (CrP), dont les réserves sont disponibles directement dans les muscles :

KrP + ADP → ATP + créatine.

Le système phosphate n’utilise pas d’oxygène et ne produit pas d’acide lactique.

Le système de phosphate ne fonctionne que pendant une courte période - lorsque charge maximale l'approvisionnement total en ATP et CrP est épuisé en 10 secondes. Une fois la charge terminée, les réserves d'ATP et de CrP dans les muscles sont restaurées à 70 % après 30 secondes et complètement après 3 à 5 minutes. Ceci doit être gardé à l’esprit lors de la réalisation d’exercices de vitesse et de force. Si l'effort dure plus de 10 secondes ou si les pauses entre les efforts sont trop courtes, le système lactate s'active.

Système d'oxygène

Le système d’oxygène, ou aérobie, est important pour les athlètes d’endurance car il peut soutenir la performance physique à long terme.

La performance du système d’oxygène dépend de la capacité du corps à transporter l’oxygène vers les muscles. Grâce à la formation, il peut augmenter de 50 %.

Dans le système oxygène, l’énergie est générée principalement par l’oxydation des glucides et des graisses. Les glucides sont consommés en premier car ils nécessitent moins d’oxygène et ont un taux de libération d’énergie plus élevé. Cependant, les réserves de glucides de l’organisme sont limitées. Une fois épuisées, des graisses sont ajoutées - l'intensité du travail diminue.

Le rapport entre les graisses et les glucides utilisés dépend de l'intensité de l'exercice : plus l'intensité est élevée, plus la proportion de glucides est importante. Les athlètes entraînés utilisent plus de graisses et moins de glucides par rapport à une personne non entraînée, c'est-à-dire qu'ils utilisent les réserves d'énergie disponibles de manière plus économique.

L'oxydation des graisses se produit selon l'équation :

Graisses + oxygène + ADP → ATP + gaz carbonique+ eau.

La dégradation des glucides se déroule en deux étapes :

Glucose + ADP → ATP + acide lactique.

Acide lactique + oxygène + ADP → ATP + dioxyde de carbone + eau.

L'oxygène n'est nécessaire que dans la deuxième étape : s'il y en a suffisamment, l'acide lactique ne s'accumule pas dans les muscles.

Système lactate

Lors de charges de haute intensité, l'oxygène fourni aux muscles n'est pas suffisant pour oxyder complètement les glucides. L'acide lactique qui en résulte n'a pas le temps d'être consommé et s'accumule dans les muscles qui travaillent. Cela entraîne une sensation de fatigue et de douleur dans les muscles qui travaillent, et la capacité à résister à la charge est réduite.

Au début de tout exercice (avec effort maximum - pendant les 2 premières minutes) et avec une forte augmentation de la charge (lors des secousses, des lancers de finition, des montées), un manque d'oxygène se produit dans les muscles, car le cœur, les poumons et les vaisseaux sanguins n'ont pas le temps de s'engager pleinement dans leur travail. Durant cette période, l’énergie est fournie par le système lactate, avec production d’acide lactique. Pour éviter l'accumulation de grandes quantités d'acide lactique au début de votre entraînement, vous devez effectuer un léger échauffement.

Lorsqu’un certain seuil d’intensité est dépassé, l’organisme passe à un apport énergétique totalement anaérobie, qui utilise uniquement des glucides. En raison de la fatigue musculaire croissante, la capacité à résister à la charge s'épuise en quelques secondes ou minutes, selon l'intensité et le niveau d'entraînement.

L'effet de l'acide lactique sur les performances

L’augmentation de la concentration d’acide lactique dans les muscles a plusieurs conséquences à prendre en compte lors de l’entraînement :

• La coordination des mouvements est altérée, ce qui rend l'entraînement technique inefficace.
• Des microdéchirures se produisent dans les tissus musculaires, ce qui augmente le risque de blessure.
• La formation de créatine phosphate ralentit, ce qui réduit l'efficacité de l'entraînement au sprint (entraînement au système phosphate).
• La capacité des cellules à oxyder les graisses diminue, ce qui complique grandement l'approvisionnement énergétique des muscles une fois les réserves de glucides épuisées.

Au repos, il faut environ 25 minutes à l'organisme pour neutraliser la moitié de l'acide lactique accumulé suite à un effort de puissance maximal ; 95% de l'acide lactique est neutralisé en 75 minutes. Si, au lieu d'un repos passif, une légère récupération est effectuée, par exemple en faisant du jogging, l'acide lactique est éliminé beaucoup plus rapidement du sang et des muscles.

Des concentrations élevées d'acide lactique peuvent endommager les parois des cellules musculaires, ce qui entraîne des modifications dans la composition du sang. La normalisation de votre numération globulaire peut prendre de 24 à 96 heures. Pendant cette période, l'entraînement doit être léger ; Un entraînement intense ralentira considérablement les processus de récupération.

Une fréquence trop élevée d’exercices intenses, sans pauses suffisantes, entraîne une diminution des performances, puis un surentraînement.

Réserves d'énergie

Les phosphates énergétiques (ATP et KrP) sont consommés dans les 8 à 10 secondes suivant le travail maximum. Les glucides (sucres et amidons) sont stockés dans le foie et les muscles sous forme de glycogène. En règle générale, ils suffisent pour 60 à 90 minutes de travail intensif.

Les réserves de graisse du corps sont pratiquement inépuisables. La proportion de masse grasse chez les hommes est de 10 à 20 % ; pour les femmes - 20-30%. Chez les athlètes d'endurance bien entraînés, le pourcentage de graisse corporelle peut varier d'extrêmement faible à relativement élevé (4 à 13 %).

Réserves d'énergie humaine

* Énergie libérée lors de la transition vers ADP
Source	Action(avec un poids de 70 kg)		Durée Longueur téléphone- ness intense travail	Énergie système logique	Particularités
	Grammes	Kcal
Phosphates(système phosphate réserve d'énergie)
Phosphates	230	8*	8-10 secondes	Phosphate	Fournit une force « explosive ». Aucun oxygène requis
Glycogène(systèmes oxygène et lactate réserve d'énergie)
Glycogène	300— 400	1200— 1600	60-90 minutes	Oxygène et lactate	En cas de manque d'oxygène, de l'acide lactique se forme
Graisses(système d'oxygène réserve d'énergie)
Graisses	Plus de 3000	Plus de 27 000	Plus de 40 heures	Oxygène	Besoin de plus d’oxygène ; l'intensité du travail diminue

Basé sur le livre Heart Rate, Lactate and Endurance Training de Peter Jansen.