Paveiksle parodyti du būdai Vaizdai ATP struktūros . Adenozino monofosfatas (AMP), adenozino difosfatas (ADP) ir adenozino trifosfatas (ATP) priklauso junginių, vadinamų nukleotidais, klasei. Nukleotidų molekulė susideda iš penkių anglies cukraus, azoto bazės ir fosforo rūgšties. AMP molekulėje cukrų vaizduoja ribozė, o bazė yra adeninas. ADP molekulėje yra dvi fosfatų grupės, o ATP molekulėje - trys.

ATP vertė

Kai ATP suskaidomas į ADP ir išsiskiria neorganinio fosfato (Pn) energija:

Reakcija vyksta absorbuojant vandenį t.y. jis reiškia hidrolizę (straipsnyje mes daug kartų susidūrėme su šiuo labai paplitusiu biocheminių reakcijų tipu). Trečioji fosfatų grupė, atskirta nuo ATP, lieka ląstelėje neorganinio fosfato (Pn) pavidalu. Šios reakcijos laisvosios energijos išeiga yra 30,6 kJ 1 moliui ATP.

Iš ADF ir fosfato, ATP galima susintetinti dar kartą, tačiau tam reikia išleisti 30,6 kJ energijos 1 moliui naujai susidariusio ATP.

Šioje reakcijoje, vadinama kondensacijos reakcija, išsiskiria vanduo. Fosfato pridėjimas prie ADP vadinamas fosforilinimo reakcija. Abi aukščiau pateiktos lygtys gali būti sujungtos:

Šią grįžtamąją reakciją katalizuoja fermentas, vadinamas ATPazė.

Visoms ląstelėms, kaip jau minėta, reikia energijos, kad galėtų atlikti savo darbą, o visoms bet kurio organizmo ląstelėms šios energijos šaltinis yra tarnauja kaip ATP. Todėl ATP vadinamas „universaliu energijos nešikliu“ arba „energijos valiuta“. Tinkama analogija yra elektros baterijos. Prisiminkite, kodėl mes jų nenaudojame. Jų pagalba vienu atveju galime priimti šviesą, kitu – garsą, kartais mechaninis judėjimas, o kartais mums jų tikrai reikia Elektros energija. Akumuliatorių patogumas yra tas, kad tą patį energijos šaltinį – akumuliatorių – galime naudoti įvairiems tikslams, priklausomai nuo to, kur jį pastatysime. ATP ląstelėse atlieka tą patį vaidmenį. Jis aprūpina energiją įvairiems procesams, tokiems kaip raumenų susitraukimas, nervinių impulsų perdavimas, aktyvus medžiagų pernešimas ar baltymų sintezė ir visos kitos ląstelių veiklos rūšys. Norėdami tai padaryti, jis turi būti tiesiog „prijungtas“ prie atitinkamos ląstelės aparato dalies.

Analogiją galima tęsti. Pirmiausia reikia pagaminti baterijas, o kai kurias iš jų (įkraunamas), kaip ir , galima įkrauti. Kai akumuliatoriai gaminami gamykloje, juose turi būti sukauptas tam tikras energijos kiekis (taip suvartotas gamykloje). Dėl ATP sintezė taip pat reikia energijos; jo šaltinis yra oksidacija organinės medžiagos kvėpavimo proceso metu. Kadangi oksidacijos proceso metu ADP fosforilinant išsiskiria energija, toks fosforilinimas vadinamas oksidaciniu fosforilinimu. Fotosintezės metu ATP susidaro iš šviesos energijos. Šis procesas vadinamas fotofosforilinimu (žr. 7.6.2 skyrių). Ląstelėje taip pat yra „gamyklų“, gaminančių didžiąją dalį ATP. Tai mitochondrijos; juose yra cheminių „surinkimo linijų“, ant kurių proceso metu susidaro ATP aerobinis kvėpavimas. Galiausiai ląstelėje įkraunamos ir išsikrovusios „baterijos“: po to, kai ATP, išleidęs joje esančią energiją, paverčiamas ADP ir Fn, dėl procese gaunamos energijos greitai vėl gali būti susintetintas iš ADP ir Fn. kvėpavimas dėl naujų organinių medžiagų dalių oksidacijos.

ATP kiekis ląstelėje bet kuriuo momentu yra labai mažas. Todėl ATF reikia matyti tik energijos nešiklį, o ne jos saugyklą. Tokios medžiagos kaip riebalai ar glikogenas yra naudojamos ilgalaikiam energijos kaupimui. Ląstelės yra labai jautrios ATP lygiui. Didėjant jo naudojimo greičiui, didėja ir kvėpavimo proceso, palaikančio šį lygį, greitis.

ATP vaidmuo Kaip jungiamoji grandis tarp ląstelių kvėpavimo ir energijos suvartojimo procesų, matoma iš paveikslo. Ši diagrama atrodo paprasta, tačiau iliustruoja labai svarbų modelį.

Todėl galima sakyti, kad apskritai kvėpavimo funkcija yra gamina ATP.

Trumpai apibendrinkime tai, kas buvo pasakyta aukščiau.
1. ATP sintezei iš ADP ir neorganinio fosfato 1 moliui ATP reikia 30,6 kJ energijos.
2. ATP yra visose gyvose ląstelėse, todėl yra universalus energijos nešėjas. Kiti energijos nešikliai nenaudojami. Tai supaprastina reikalą – reikalingas korinis aparatas gali būti paprastesnis ir dirbti efektyviau bei ekonomiškiau.
3. ATP lengvai tiekia energiją bet kuriai ląstelės daliai bet kokiam procesui, kuriam reikalinga energija.
4. ATP greitai išskiria energiją. Tam reikia tik vienos reakcijos – hidrolizės.
5. ATP gamybos greitis iš ADP ir neorganinio fosfato (kvėpavimo proceso greitis) lengvai reguliuojamas pagal poreikius.
6. ATP sintetinamas kvėpuojant dėl ​​cheminės energijos, išsiskiriančios oksiduojant organines medžiagas, tokias kaip gliukozė, ir fotosintezės metu dėl saulės energija. ATP susidarymas iš ADP ir neorganinio fosfato vadinamas fosforilinimo reakcija. Jei fosforilinimo energija tiekiama oksidacijos būdu, tai mes kalbame apie oksidacinį fosforilinimą (šis procesas vyksta kvėpuojant), tačiau jei fosforilinti naudojama šviesos energija, tai procesas vadinamas fotofosforilinimu (tai vyksta fotosintezės metu).

Žmogaus kūne yra apie 70 trilijonų ląstelių. Sveikam augimui kiekvienam iš jų reikia pagalbininkų – vitaminų. Vitaminų molekulės yra mažos, tačiau jų trūkumas visada pastebimas. Jei sunku prisitaikyti prie tamsos, reikia vitaminų A ir B2, atsiranda pleiskanų - nepakanka B12, B6, P, mėlynės ilgai negyja - vitamino C trūkumas Šioje pamokoje sužinosite, kaip ir kur ląstelėje strateginis vitaminų tiekimas, kaip vitaminai aktyvina organizmą, taip pat sužinokite apie ATP – pagrindinį ląstelės energijos šaltinį.

Tema: Citologijos pagrindai

Pamoka: Struktūra ir ATP funkcijos

Kaip pamenate, nukleino rūgštyssusideda iš nukleotidų. Paaiškėjo, kad nukleotidai ląstelėje gali būti surištos arba laisvos būsenos. Laisvoje būsenoje jie atlieka daugybę organizmo gyvenimui svarbių funkcijų.

Tokiems nemokamiems nukleotidai taikoma ATP molekulė arba adenozino trifosforo rūgštis(adenozino trifosfatas). Kaip ir visi nukleotidai, ATP sudarytas iš penkių anglies cukraus. ribozė, azoto bazė - adeninas ir, skirtingai nei DNR ir RNR nukleotidai, trys fosforo rūgšties likučiai(1 pav.).

Ryžiai. 1. Trys scheminiai ATP atvaizdai

Svarbiausias ATP funkcija yra tai, kad jis yra universalus laikytojas ir nešiklis energijos narve.

Visa bio cheminės reakcijos ląstelėse, kurioms reikia energijos sąnaudų, ATP naudojamas kaip jo šaltinis.

Kai atskiriama viena fosforo rūgšties liekana, ATP eina į ADF (adenozino difosfatas). Jei atskiriamas kitas fosforo rūgšties likutis (tai atsitinka ypatingais atvejais), ADF eina į AMF(adenozino monofosfatas) (2 pav.).

Ryžiai. 2. ATP hidrolizė ir jo pavertimas ADP

Atskyrus antrą ir trečią fosforo rūgšties likučius, išsiskiria didelis energijos kiekis, iki 40 kJ. Štai kodėl ryšys tarp šių fosforo rūgšties liekanų vadinamas didelės energijos ir žymimas atitinkamu simboliu.

Hidrolizuojant įprastą ryšį, išsiskiria (arba sugeria) nedidelis energijos kiekis, tačiau hidrolizuojant didelės energijos jungtis išsiskiria daug daugiau energijos (40 kJ). Ryšys tarp ribozės ir pirmosios fosforo rūgšties liekanos nėra didelės energijos, jos hidrolizė išskiria tik 14 kJ energijos.

Didelės energijos junginiai taip pat gali susidaryti, pavyzdžiui, kitų nukleotidų pagrindu GTF(guanozino trifosfatas) naudojamas kaip energijos šaltinis baltymų biosintezėje, dalyvauja signalų perdavimo reakcijose, yra RNR sintezės substratas transkripcijos metu, tačiau ATP yra labiausiai paplitęs ir universaliausias energijos šaltinis ląstelėje.

ATP yra kaip citoplazmoje, taip branduolyje, mitochondrijose ir chloroplastuose.

Taigi prisiminėme, kas yra ATP, kokios jo funkcijos ir kas yra makroerginis ryšys.

Vitaminai yra biologiškai aktyvūs organiniai junginiai, kurie nedideliais kiekiais yra būtini gyvybiniams procesams ląstelėje palaikyti.

Jie nėra konstrukciniai komponentai gyvosios medžiagos ir nėra naudojami kaip energijos šaltinis.

Dauguma vitaminų nėra sintetinami žmonių ir gyvūnų organizme, o patenka į jį su maistu, kai kuriuos nedideliais kiekiais sintetina žarnyno mikroflora ir audiniai (vitaminą D sintetina oda).

Žmonių ir gyvūnų vitaminų poreikis yra nevienodas ir priklauso nuo tokių veiksnių kaip lytis, amžius, fiziologinė būklė ir aplinkos sąlygos. Ne visiems gyvūnams reikia kai kurių vitaminų.

Pavyzdžiui, askorbo rūgštis arba vitaminas C yra būtinas žmonėms ir kitiems primatams. Tuo pačiu metu jis sintetinamas roplių organizme (jūreiviai vėžlius veždavosi į keliones kovodami su skorbutu – vitamino C trūkumu).

Vitaminai buvo atrasti XIX amžiaus pabaigoje rusų mokslininkų darbo dėka N. I. Lunina Ir V. Pašutina, kuris parodė, kad tinkamai mitybai būtinas ne tik baltymų, riebalų ir angliavandenių, bet ir kai kurių kitų, tuo metu nežinomų, medžiagų buvimas.

1912 m. lenkų mokslininkas K. Funkas(3 pav.), tiriant ryžių lukštų, saugančių nuo Beri-Beri ligos (vitamino B trūkumo) komponentus, buvo pasiūlyta, kad šių medžiagų sudėtyje būtinai turi būti aminų grupių. Būtent jis pasiūlė šias medžiagas vadinti vitaminais, tai yra gyvybės aminais.

Vėliau buvo nustatyta, kad daugelyje šių medžiagų nėra amino grupių, tačiau mokslo ir praktikos kalboje gerai įsitvirtino vitaminų terminas.

Kai buvo atrasti atskiri vitaminai, jie buvo žymimi lotyniškomis raidėmis ir pavadinti priklausomai nuo jų atliekamų funkcijų. Pavyzdžiui, vitaminas E buvo vadinamas tokoferoliu (iš senovės graikų τόκος - „gimdymas“, o φέρειν - „atnešti“).

Šiandien vitaminai skirstomi pagal jų gebėjimą ištirpti vandenyje ar riebaluose.

Prie vandenyje tirpių vitaminųįtraukti vitaminus H, C, P, IN.

Į riebaluose tirpius vitaminusįtraukti A, D, E, K(galima prisiminti kaip žodį: sportbačius) .

Kaip jau minėta, vitaminų poreikis priklauso nuo amžiaus, lyties, fiziologinės organizmo būklės ir aplinkos. Jauname amžiuje akivaizdus vitaminų poreikis. Nusilpusiam organizmui reikia ir didelių šių medžiagų dozių. Su amžiumi gebėjimas pasisavinti vitaminus mažėja.

Vitaminų poreikį lemia ir organizmo gebėjimas juos panaudoti.

1912 m. lenkų mokslininkas Kazimiras Funkas iš ryžių lukštų gautas iš dalies išgrynintas vitaminas B1 – tiaminas. Šiai kristalinei medžiagai gauti prireikė dar 15 metų.

Kristalinis vitaminas B1 yra bespalvis, kartaus skonio ir gerai tirpsta vandenyje. Tiamino yra tiek augalų, tiek mikrobų ląstelėse. Ypač daug jo yra grūdiniuose augaluose ir mielėse (4 pav.).

Ryžiai. 4. Tiaminas tablečių pavidalu ir maiste

Karščio gydymas maisto produktai o įvairūs papildai naikina tiaminą. Esant vitaminų trūkumui, stebimos nervų, širdies ir kraujagyslių bei virškinimo sistemų patologijos. Dėl vitaminų trūkumo sutrinka vandens apykaita ir kraujodaros funkcija. Vienas iš ryškių pavyzdžių Tiamino vitamino trūkumas yra Beri-Beri ligos išsivystymas (5 pav.).

Ryžiai. 5. Žmogus, kenčiantis nuo tiamino trūkumo – beriberio ligos

Vitaminas B1 plačiai naudojamas medicinos praktikoje gydant įvairias nervų ligas ir širdies ir kraujagyslių sutrikimus.

Kepiniuose tiaminas kartu su kitais vitaminais – riboflavinu ir nikotino rūgštimi naudojamas kepiniams stiprinti.

1922 metais G. Evansas Ir A. Bišo atrado riebaluose tirpų vitaminą, kurį pavadino tokoferoliu arba vitaminu E (pažodžiui: „skatina gimdymą“).

Vitaminas E gryna forma yra riebus skystis. Jis plačiai paplitęs javų pasėliuose, tokiuose kaip kviečiai. Daug jo yra augaliniuose ir gyvuliniuose riebaluose (6 pav.).

Ryžiai. 6. Tokoferolis ir jo turintys produktai

Daug vitamino E yra morkose, kiaušiniuose ir piene. Vitaminas E yra antioksidantas ty apsaugo ląsteles nuo patologinės oksidacijos, dėl kurios sensta ir miršta. Tai „jaunystės vitaminas“. Vitaminas yra labai svarbus reprodukcinei sistemai, todėl jis dažnai vadinamas reprodukcijos vitaminu.

Dėl to vitamino E trūkumas, visų pirma, sutrikdo embriogenezę ir reprodukcinių organų funkcionavimą.

Vitamino E gamyba pagrįsta jo išskyrimu iš kviečių gemalų, naudojant alkoholio ekstrahavimo metodą ir tirpiklių distiliavimą žemoje temperatūroje.

Medicinos praktikoje naudojami tiek natūralūs, tiek sintetiniai vaistai - tokoferolio acetatas augaliniame aliejuje, uždarytas kapsulėje (garsiajame „žuvų taukai“).

Vitamino E preparatai naudojami kaip antioksidantai švitinimo ir kitų patologinių būklių, susijusių su padidėjusiu jonizuotų dalelių kiekiu organizme ir aktyvios formos deguonies.

Be to, vitaminas E skiriamas nėščioms moterims, taip pat naudojamas kompleksinėje terapijoje gydant nevaisingumą, raumenų distrofiją ir kai kurias kepenų ligas.

Buvo atrastas vitaminas A (7 pav.). N. Drummondas 1916 metais.

Prieš šį atradimą buvo pastebėta, ar maiste yra riebaluose tirpaus faktoriaus, reikalingo visapusiškam ūkio gyvūnų vystymuisi.

Ne veltui vitaminas A užima pirmąją vietą vitaminų abėcėlėje. Jis dalyvauja beveik visuose gyvenimo procesuose. Šis vitaminas yra būtinas norint atkurti ir palaikyti gerą regėjimą.

Taip pat padeda ugdyti imunitetą daugeliui ligų, įskaitant peršalimą.

Be vitamino A sveikas odos epitelis neįmanomas. Jei turite žąsų kauliukų, kurie dažniausiai atsiranda ant alkūnių, klubų, kelių, kojų, išsausėja rankų oda ar kiti panašūs reiškiniai, vadinasi, jums trūksta vitamino A.

Vitaminas A, kaip ir vitaminas E, būtinas normaliai lytinių liaukų (lytinių liaukų) veiklai. Vitamino A hipovitaminozė pažeidžia reprodukcinę sistemą ir kvėpavimo organus.

Viena iš specifinių vitamino A trūkumo pasekmių yra regėjimo proceso pažeidimas, ypač sumažėjęs akių gebėjimas prisitaikyti prie tamsių sąlygų - naktinis aklumas. Vitaminų trūkumas sukelia kseroftalmiją ir ragenos sunaikinimą. Pastarasis procesas yra negrįžtamas ir jam būdingas visiškas regėjimo praradimas. Hipervitaminozė sukelia akių uždegimą ir plaukų slinkimą, apetito praradimą ir visišką organizmo išsekimą.

Ryžiai. 7. Vitaminas A ir jo turintys maisto produktai

A grupės vitaminų pirmiausia yra gyvūninės kilmės produktuose: kepenyse, žuvų taukuose, aliejuje, kiaušiniuose (8 pav.).

Ryžiai. 8. Vitamino A kiekis augalinės ir gyvūninės kilmės maisto produktuose

Augalinės kilmės produktuose yra karotinoidų, kurie, veikiant fermentui karotinazei, žmogaus organizme virsta vitaminu A.

Taigi šiandien susipažinote su ATP sandara ir funkcijomis, taip pat prisiminėte vitaminų svarbą ir sužinojote, kaip kai kurie iš jų dalyvauja gyvybiniuose procesuose.

Nepakankamai patekus į organizmą vitaminų, išsivysto pirminis vitaminų trūkumas. Skirtinguose maisto produktuose yra skirtingas vitaminų kiekis.

Pavyzdžiui, morkose yra daug provitamino A (karotino), kopūstuose – vitamino C ir t.t. Dėl to reikia subalansuotos mitybos, įskaitant įvairų augalinės ir gyvūninės kilmės maistą.

Avitaminozė normaliomis mitybos sąlygomis labai retai, daug dažniau hipovitaminozė, kurie yra susiję su nepakankamu vitaminų suvartojimu iš maisto.

Hipovitaminozė gali atsirasti ne tik dėl nesubalansuotos mitybos, bet ir kaip įvairių patologijų pasekmė virškinimo trakto ar kepenų, arba dėl įvairių endokrininių ar užkrečiamos ligos dėl kurių sutrinka vitaminų pasisavinimas organizme.

Kai kuriuos vitaminus gamina žarnyno mikroflora (žarnyno mikrobiota). Biosintezės procesų slopinimas dėl veikimo antibiotikai taip pat gali paskatinti vystymąsi hipovitaminozė, dėl to disbakteriozė.

Per didelis maisto vitaminų papildų, taip pat vitaminų turinčių vaistų vartojimas sukelia patologinės būklės atsiradimą - hipervitaminozė. Tai ypač pasakytina apie riebaluose tirpius vitaminus, pvz A, D, E, K.

Namų darbai

1. Kokios medžiagos vadinamos biologiškai aktyviomis?

2. Kas yra ATP? Kuo ypatinga ATP molekulės struktūra? Kokie tipai cheminis ryšys egzistuoja šioje sudėtingoje molekulėje?

3. Kokias ATP funkcijas atlieka gyvų organizmų ląstelėse?

4. Kur vyksta ATP sintezė? Kur vyksta ATP hidrolizė?

5. Kas yra vitaminai? Kokios yra jų funkcijos organizme?

6. Kuo vitaminai skiriasi nuo hormonų?

7. Kokią vitaminų klasifikaciją žinote?

8. Kas yra vitaminų trūkumas, hipovitaminozė ir hipervitaminozė? Pateikite šių reiškinių pavyzdžių.

9. Kokios ligos gali būti nepakankamo ar per didelio organizmo suvartojamų vitaminų pasekmė?

10. Aptarkite savo meniu su draugais ir giminaičiais, apskaičiuokite naudodami Papildoma informacija apie vitaminų kiekį skirtinguose maisto produktuose, ar gaunate pakankamai vitaminų.

1. Vieningas skaitmeninių švietimo išteklių rinkinys ().

2. Vieningas skaitmeninių švietimo išteklių rinkinys ().

3. Vieningas skaitmeninių švietimo išteklių rinkinys ().

Bibliografija

1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Bendroji biologija 10-11 klasė Bustard, 2005 m.

2. Beliajevas D.K. Biologija 10-11 kl. Bendroji biologija. Pagrindinis lygis. – 11 leid., stereotipas. - M.: Švietimas, 2012. - 304 p.

3. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazov V. I. Biologija 10-11 kl. Bendroji biologija. Pagrindinis lygis. - 6 leidimas, pridėti. - Bustard, 2010. - 384 p.

Žmogaus organizmo energijos šaltinis yra cheminių organinių junginių oksidacija į energetiškai mažiau vertingus. galutiniai produktai. Fermentų sistemų pagalba energija išgaunama iš išorinių substratų (maistinių medžiagų), vykstant jų laipsniško oksidavimo reakcijoms, todėl energija išsiskiria mažomis porcijomis. Išoriniai energijos šaltiniai ląstelėje turi būti transformuoti į specifinę formą, patogią tarpląsteliniams energijos poreikiams patenkinti. Ši forma daugiausia yra molekulė adenozino trifosfatas (ATP) , vaizduojantis mononukleotidą (6 pav.).

Ryžiai. 6. Struktūrinė formulė adenozino trifosforo rūgšties (ATP) molekulės

ATP yra didelės energijos junginys , jame yra dvi ryšiai, kuriuose gausu energijos ( makroerginiai ryšiai) : tarp antrosios ir trečiosios fosforo rūgšties likučių. Makroerginiai ryšiai – kovalentiniais ryšiais cheminiai junginiai ląstelės, kurios hidrolizuojamos išskiriant reikšmingą energijos kiekį – 30 kJ/mol ar daugiau. Hidrolizės metu kiekvienai iš ATP molekulėje esančių didelės energijos jungčių išsiskiria apie 32 kJ/mol. ATP hidrolizę atlieka specialūs fermentai, vadinami ATPazėmis:

ATP ® ADP + H3PO4; ADP ® AMP + H3PO4

Kameroje yra ir kitų makroerginis jungtys. Daugumoje jų, kaip ir ATP, yra didelės energijos fosfato jungtis. Šiai junginių grupei taip pat priklauso kiti nukleozidų trifosfatai, acilfosfatai, fosfenolpiruvatas, kreatino fosfatas ir kitos molekulės. Be to, gyvuose organizmuose yra molekulių su didelės energijos tioeterio jungtimis, aciltioesterių (7 pav.).

Tačiau ATP molekulė vis dar vaidina didžiausią vaidmenį energijos ląstelių procesuose. Ši molekulė turi daugybę savybių, leidžiančių jai užimti tokią reikšmingą vietą ląstelių metabolizme. Pirma, ATP molekulė yra termodinamiškai nestabili, kaip rodo laisvosios energijos pokytis ATP hidrolizė DG0 = –31,8 kJ/mol. Antra, ATP molekulė yra chemiškai labai stabili. Nefermentinės ATP hidrolizės greitis įprastomis sąlygomis yra labai mažas, o tai leidžia efektyviai kaupti energiją, neleidžiant jai nenaudingai išsisklaidyti į šilumą. Trečia, ATP molekulė yra maža, todėl difuzijos būdu ji gali patekti į įvairias tarpląstelines vietas. Galiausiai, ATP hidrolizės energija yra tarpinė, palyginti su kitų fosforilintų ląstelių molekulių energija, leidžianti ATP perduoti energiją iš didelės energijos junginių į mažai energijos.

Ryžiai. 7. Junginių tipai, pasižymintys didele hidrolizės energija

Yra du ATP sintezės ląstelėje mechanizmai: substrato fosforilinimas ir membranos fosforilinimas. Substrato fosforilinimas– fermentinis fosfatų grupės perkėlimas į ADP molekules, susidarant ATP, kuris vyksta citoplazmoje. Substrato fosforilinimo metu dėl tam tikrų redokso reakcijų susidaro daug energijos turinčios nestabilios molekulės, kurių fosfatų grupė atitinkamų fermentų pagalba perkeliama į ADP, kad susidarytų ATP. Substrato fosforilinimo reakcijos vyksta citoplazmoje ir jas katalizuoja tirpūs fermentai.

Membraninis fosforilinimas– ATP molekulės sintezė naudojant transmembraninio vandenilio jonų gradiento energiją, vykstančią ant mitochondrijų membranos. Membraninis fosforilinimas vyksta ant mitochondrijų membranos, kurioje yra lokalizuota tam tikra vandenilio ir elektronų transportavimo molekulių grandinė. Vandenilio atomai ir elektronai atsiskiria nuo oksiduojančių organinių molekulių ir specialių nešėjų pagalba patenka į elektronų transportavimo grandinę (kvėpavimo grandinę), lokalizuotą ant vidinės mitochondrijų membranos. Ši grandinė yra kompleksas membraniniai baltymai, esantis griežtai nustatyta tvarka. Šie baltymai yra fermentai, katalizuojantys redokso reakcijas. Perėjimas nuo vieno baltymo nešiklio kvėpavimo grandinėį kitą – elektronas nusileidžia į vis žemesnį energijos lygį. Elektronų perkėlimas išilgai elektronų transportavimo grandinės yra susijęs su protonų išsiskyrimu iš ląstelės į išorinę aplinką. Dėl to išorinė dalis ląstelės membranaįgyja teigiamas krūvis, o vidinis yra neigiamas, atsiranda krūvio atskyrimas. Be to, ant membranos susidaro vandenilio jonų gradientas. Taigi elektronų perdavimo metu išsiskirianti energija iš pradžių kaupiama formoje elektrocheminis transmembraninis vandenilio jonų gradientas ( D mH+) . Tai yra, cheminė ir elektromagnetinė energija paverčiama elektrochemine energija, kurią ląstelė gali toliau naudoti ATP sintezei. ATP sintezės reakcija dėl DmH + ir vadinamas membraniniu fosforilinimu; membranos, ant kurių ji atliekama - energiją konvertuojantis arba konjuguojant . Elektronų transportavimo metu išsiskiriančios energijos pavertimas ATP fosfato jungties energija paaiškina chemoosmosinė energijos sujungimo teorija (8 pav.), sukūrė anglų biochemikas P. Mitchell. Jungiamąją membraną galima palyginti su užtvanka, kuri riboja vandens slėgį, kaip membrana riboja vandenilio jonų gradientą. Jei užtvanka atidaroma, vandens energija gali būti naudojama darbui arba paverčiama kita energijos forma, pavyzdžiui, elektra, kaip tai atsitinka hidroelektrinėse. Panašiai ląstelė turi mechanizmą, leidžiantį transmembraninio vandenilio jonų gradiento energiją paversti ATP cheminės jungties energija. Vandenilio jonų transmembraninio gradiento iškrovimas vyksta dalyvaujant vandenilio jonams, lokalizuotiems toje pačioje membranoje protonų ATP sintazės kompleksas . Protonų energija, tiekiama per šį fermentinį kompleksą į ląstelę iš išorinės aplinkos, naudojama ATP molekulei iš ADP ir fosforo rūgšties liekanos sintetinti. Vykstantį procesą galima išreikšti lygtimi:

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

ATP sintazės fermentinis kompleksas tarnauja kaip mechanizmas, užtikrinantis dviejų ląstelių energijos formų – DmH – tarpusavio konversiją. + « ATP.

Ryžiai. 8. Elektronų transportavimo grandinės ir ATP sintazės komplekso veikimo schema AN 2 ir IN– atitinkamai elektronų donoras ir akceptorius; 1 , 2 , 3 – elektronų pernešimo grandinės komponentai

Pradinė mitochondrijų kvėpavimo grandinės nešėja yra NAD(P)H dehidrogenazė, kuri yra flavino pobūdžio. Šis fermentas priima protonus ir elektronus iš pirminės dehidrogenazės – fermento, kuris pašalina vandenilio atomus tiesiai iš substrato. Iš NAD(P)H dehidrogenazės elektronai perkeliami į chinono nešiklį – ubichinoną (kofermentą Q), o po to – į citochromus (9 pav.). Mitochondrijose yra 5 skirtingi citochromai (b, c, c1, a, a3). Citochromai yra hemoproteinai, jų nebaltyminė dalis yra hemas ir turi metalo katijoną. Citochromai yra raudonai rudos spalvos. B ir c klasių citochromuose yra geležies katijono, o a klasės citochromuose – vario katijono.

Ryžiai. 9. Mitochondrijų kvėpavimo elektronų transportavimo grandinė

Galutinis citochromas (a+a3) perduoda elektronus deguoniui, t.y. yra citochromo oksidazė. 4 elektronai pereina į deguonį ir susidaro vanduo. ATP molekulės sintezės metu mažiausiai du protonai praeina per ATP sintazės kompleksą. Susintetinamų ATP molekulių skaičius priklauso nuo grandinės sekcijų, kuriose protonai išsiskiria, skaičiaus. išorinė aplinka. Mitochondrijoje yra 3 oksidacinės grandinės atkarpos, kuriose išsiskiria protonai ir susidaro Dmn+: grandinės pradžioje ties NAD(P)H dehidrogenaze, prie ubichinono ir prie citochromo oksidazės (9 pav.). Mitochondrijose vienos NAD(P)H molekulės oksidacijos metu išilgai grandinės perkeliami du elektronai, o 6H+ išsiskiria į išorinę aplinką ir atitinkamai susintetina trys ATP molekulės.

Ankstesniuose straipsniuose nurodėme, kad angliavandeniai, riebalai ir baltymai gali būti naudojamas ląstelėse sintetinant didelius kiekius adenozino trifosfato, kuris yra energijos šaltinis beveik visoms ląstelių funkcijoms. Dėl šios priežasties ATP gali būti laikomas ląstelių medžiagų apykaitos procesų „energijos valiuta“, kuri gali būti vykdoma tik per ATP (arba panašią medžiagą, kuri skiriasi nuo ATP nukleotidu - guanozino fosfatu). Informacija apie ATP savybės pateikta 2 skyriuje.

Funkcija ATP Tai labai svarbu energijos tiekimo procesuose yra tai, kad kiekvienam iš dviejų aukštų energijos šaltinių išsiskiria didelis kiekis laisvosios energijos (apie 7300 kalorijų arba 7,3 Kcal 1 moliui standartinėmis sąlygomis arba daugiau nei 12 000 kalorijų fiziologinėmis sąlygomis). energetinės fosfatinės jungtys. Kiekvienos didelės energijos ATP jungties irimo metu išsiskiriančios energijos kiekis yra pakankamas, kad užtikrintų kiekvieną bet kokios organizme vykstančios cheminės reakcijos etapą. Kai kurioms cheminėms reakcijoms, kurioms reikalinga ATP energija, sunaudojama tik keli šimtai kalorijų iš 12 000, o likusi energija išsisklaido kaip šiluma.

ATP susidaro oksiduojantis angliavandeniams, riebalams ir baltymams. Ankstesniuose straipsniuose kalbėjome apie maistinėse medžiagose esančios energijos pavertimą ATP energija. Trumpai tariant, ATP susidaro tokiomis sąlygomis.

1. Angliavandenių, daugiausia gliukozės, oksidacija ir kitų cukrų, bet mažesniais kiekiais, oksidacija, pavyzdžiui, fruktozės oksidacija; šie procesai stebimi ląstelių citoplazmoje anaerobinių glikolizės procesų metu ir mitochondrijose vykstant aerobinei oksidacijai ciklo metu citrinos rūgštis(Krebso ciklas).
2. Oksidacija riebalų rūgštys ląstelių mitochondrijose beta oksidacijos metu.
3. Baltymų oksidacija, kurią pirmiausia reikia hidrolizuoti iki amino rūgščių, po to amino rūgštys suskaidomos į tarpinius citrinų rūgšties ciklo produktus, o vėliau į acetil-CoA ir anglies dioksidą.

ATP– energijos šaltinis svarbiausių ląstelės komponentų sintezei. Svarbiausi procesai, kuriems reikia ATP energijos, yra peptidinių ryšių tarp aminorūgščių molekulių susidarymas, susijęs su baltymų sinteze. Priklausomai nuo aminorūgščių, patenkančių į reakciją, tipo, kiekviena susidariusi peptidinė jungtis turi nuo 500 iki 5000 k/mol. Prisiminkite, kad keturių makroerginių fosfatų jungčių energija sunaudojama reakcijų, kurios sudaro kiekvieną peptidinę jungtį, kaskadai. Tam iš viso reikia 48 000 kalorijų, o tai yra žymiai daugiau nei 500-5000 kalorijų, sukauptų kiekvienoje peptidinėje jungtyje.

ATP energija naudojamas gliukozės sintezei iš pieno rūgšties ir riebalų rūgščių sintezei iš acetil-CoA. Be to, energija naudojama cholesterolio, fosfolipidų, hormonų ir kitų organizmo medžiagų susidarymui. Net karbamidui, išsiskiriančiam per inkstus, reikalinga ATP energija, kad jis susidarytų iš amoniako. Turint omenyje didelį amoniako toksiškumą, galima suprasti šios reakcijos, kuri palaiko labai žemą amoniako koncentraciją organizme, reikšmę ir vertę.

ATP suteikia energijos raumenų susitraukimui. Raumenų susitraukimas neįmanomas be ATP energijos. Miozinas, vienas iš svarbių raumenų skaidulų susitraukiančių baltymų, veikia kaip fermentas, sukeliantis ATP skaidymą iki ADP, išskirdamas energiją, reikalingą raumenų susitraukimui. Nesant raumenų susitraukimo, paprastai suskaidoma labai mažai ATP, tačiau šis ATP suvartojimo greitis gali padidėti beveik 150 kartų (palyginti su poilsiu) per trumpą maksimalaus aktyvumo laikotarpį (mechanizmas, kuriuo ATP energija naudojama vairuoti. raumenų susitraukimas).

ATP suteikia energijos aktyviam transportavimui per membranas. Aktyvus daugumos elektrolitų ir medžiagų, tokių kaip gliukozė, aminorūgštys ir acetoacto rūgštis, pernešimas gali vykti prieš elektrocheminį gradientą, nors natūrali difuzija turi vykti pagal elektrocheminį gradientą. Norint kovoti su ja, reikia išleisti energiją, kurią teikia ATP.

Azijos ir Ramiojo vandenyno suteikia energijos sekrecijos procesams. Pagal tas pačias taisykles, kaip ir medžiagų įsisavinimas prieš koncentracijos gradientą, sekrecijos procesai vyksta liaukose, nes medžiagoms koncentruoti taip pat reikia energijos.

ATP suteikia energijos sužadinimo laidumui išilgai nervų. Energija, sunaudota vedimui nervinis impulsas, yra potencialios energijos, saugomos kaip jonų koncentracijų skirtumas abiejose nervinio pluošto membranos pusėse, darinys. Taigi didelė kalio jonų koncentracija pluošto viduje ir maža koncentracija išorėje yra energijos kaupimo būdas. Didelė natrio jonų koncentracija išoriniame membranos paviršiuje ir maža koncentracija viduje yra dar vienas energijos kaupimo būdo pavyzdys. Energija, reikalinga kiekvienam veikimo potencialui atlikti išilgai pluošto membranos, yra sukauptos energijos darinys, kai nedidelis kalio kiekis palieka ląstelę ir į ląstelę patenka natrio jonų srautas.

Tačiau aktyvi transporto sistema energijos, kurią teikia ATP, grąžina išstumtus jonus į pradinę padėtį pluošto membranos atžvilgiu.

Energijos šaltinis ląstelėse yra medžiaga adenozino trifosfatas (ATP), kuris, esant reikalui, suskaidomas iki adenozino fosfato (ADP):

ATP → ADP + energija.

Esant intensyviam apkrovimui, turimas ATP rezervas sunaudojamas vos per 2 sekundes. Tačiau ATP nuolat atkuriamas iš ADP, todėl raumenys gali toliau dirbti. Yra trys pagrindinės ATP atkūrimo sistemos: fosfatas, deguonis ir laktatas.

Fosfatų sistema

Fosfatų sistema kuo greičiau išskiria energiją, todėl ji svarbi ten, kur reikia greitų pastangų, pavyzdžiui, sprinteriams, futbolininkams, šuolininkams į aukštį ir tolį, boksininkams ir tenisininkams.

Fosfatų sistemoje ATP atstatymas vyksta dėl kreatino fosfato (CrP), kurio atsargos yra tiesiogiai raumenyse:

KrP + ADP → ATP + kreatinas.

Fosfatų sistema nenaudoja deguonies ir negamina pieno rūgšties.

Fosfatų sistema veikia tik trumpą laiką – kai maksimali apkrova bendra ATP ir CrP atsarga išsenka per 10 sekundžių. Atlikus krūvį, ATP ir CrP atsargos raumenyse po 30 sekundžių atsistato 70%, o visiškai po 3-5 minučių. Tai reikia turėti omenyje atliekant greičio ir jėgos pratimus. Jei pastangos trunka ilgiau nei 10 sekundžių arba pertraukos tarp pastangų yra per trumpos, įsijungia laktato sistema.

Deguonies sistema

Deguonies arba aerobinė sistema yra svarbi ištvermės sportininkams, nes ji gali palaikyti ilgalaikę fizinę veiklą.

Deguonies sistemos veikla priklauso nuo organizmo gebėjimo transportuoti deguonį į raumenis. Treniruotėse jis gali padidėti 50%.

Deguonies sistemoje energija daugiausia susidaro oksiduojant angliavandenius ir riebalus. Pirmiausia suvartojami angliavandeniai, nes jiems reikia mažiau deguonies ir greičiau išsiskiria energija. Tačiau organizmo angliavandenių atsargos yra ribotos. Jiems išsekus, pridedami riebalai – sumažėja darbo intensyvumas.

Naudojamų riebalų ir angliavandenių santykis priklauso nuo pratimo intensyvumo: kuo didesnis intensyvumas, tuo didesnė angliavandenių dalis. Treniruoti sportininkai sunaudoja daugiau riebalų ir mažiau angliavandenių, palyginti su netreniruotu žmogumi, tai yra taupiau naudoja turimas energijos atsargas.

Riebalų oksidacija vyksta pagal lygtį:

Riebalai + deguonis + ADP → ATP + anglies dioksidas+ vanduo.

Angliavandenių skaidymas vyksta dviem etapais:

Gliukozė + ADP → ATP + pieno rūgštis.

Pieno rūgštis + deguonis + ADP → ATP + anglies dioksidas + vanduo.

Deguonis reikalingas tik antrajame žingsnyje: jei jo pakanka, pieno rūgštis raumenyse nesikaupia.

Laktato sistema

Esant didelio intensyvumo apkrovoms, į raumenis tiekiamo deguonies neužtenka visiškai oksiduoti angliavandenius. Gauta pieno rūgštis nespėja suvartoti ir kaupiasi dirbančiuose raumenyse. Tai sukelia dirbančių raumenų nuovargį ir skausmą, sumažėja gebėjimas atlaikyti krūvį.

Bet kokio pratimo pradžioje (su maksimaliomis pastangomis – per pirmąsias 2 minutes) ir staigiai padidėjus apkrovai (trūkstant, baigiant metimus, pakilus), raumenyse atsiranda deguonies trūkumas, nes širdis, plaučiai ir kraujagyslės nespėja iki galo įsitraukti į darbą. Šiuo laikotarpiu energija tiekiama iš laktato sistemos, gaminant pieno rūgštį. Kad treniruotės pradžioje nesusikauptų didelis pieno rūgšties kiekis, reikia atlikti lengvą apšilimą.

Viršijus tam tikrą intensyvumo slenkstį, organizmas pereina prie visiškai anaerobinio energijos tiekimo, kurio metu naudojami tik angliavandeniai. Dėl didėjančio raumenų nuovargio, gebėjimas atlaikyti krūvį išsenka per kelias sekundes ar minutes, priklausomai nuo treniruotės intensyvumo ir lygio.

Pieno rūgšties poveikis našumui

Pieno rūgšties koncentracijos padidėjimas raumenyse turi keletą pasekmių, į kurias reikia atsižvelgti treniruočių metu:

• Sutrinka judesių koordinacija, todėl technikos lavinimas tampa neveiksmingas.
• Raumeniniame audinyje atsiranda mikroplyšimų, todėl padidėja traumų rizika.
• Sulėtėja kreatino fosfato susidarymas, todėl sumažėja sprinto treniruotės (fosfatinės sistemos treniruotės) efektyvumas.
• Ląstelių gebėjimas oksiduoti riebalus sumažėja, o tai labai apsunkina raumenų aprūpinimą energija išeikvojus angliavandenių atsargas.

Poilsio sąlygomis organizmas užtrunka apie 25 minutes, kad neutralizuotų pusę pieno rūgšties, susikaupusios dėl didžiausios jėgos pastangų; 95% pieno rūgšties neutralizuojama per 75 minutes. Jei vietoj pasyvaus poilsio atliekamas lengvas atvėsimas, pavyzdžiui, bėgiojimas, tai pieno rūgštis iš kraujo ir raumenų pasišalina daug greičiau.

Didelė pieno rūgšties koncentracija gali pažeisti raumenų ląstelių sieneles, todėl pasikeičia kraujo sudėtis. Gali prireikti nuo 24 iki 96 valandų, kol jūsų kraujo rodikliai normalizuojasi. Šiuo laikotarpiu treniruotės turėtų būti lengvos; Intensyvios treniruotės labai sulėtins atsigavimo procesą.

Per didelis intensyvių pratimų dažnis be pakankamų poilsio pertraukų sumažina darbingumą, o vėliau ir pervargsta.

Energijos atsargos

Energetiniai fosfatai (ATP ir KrP) sunaudojami per 8-10 sekundžių nuo maksimalaus darbo. Angliavandeniai (cukrus ir krakmolas) kaupiami kepenyse ir raumenyse glikogeno pavidalu. Paprastai jų užtenka 60-90 minučių intensyviam darbui.

Riebalų atsargos organizme yra praktiškai neišsenkančios. Vyrų riebalų masės dalis yra 10-20%; moterims - 20-30%. Gerai treniruotų ištvermės sportininkų kūno riebalų procentas gali svyruoti nuo itin mažo iki gana didelio (4-13%).

Žmogaus energijos atsargos

* Energija išsiskiria pereinant prie ADP
Šaltinis	Atsargos(sveria 70 kg)		Trukmė Ilgis tel- ness intensyvus dirbti	Energija loginė sistema	Ypatumai
	Gramai	Kcal
Fosfatai(fosfatų sistema energijos tiekimas)
Fosfatai	230	8*	8-10 sekundžių	Fosfatas	Suteikia "sprogstančią" jėgą. Nereikia deguonies
Glikogenas(deguonies ir laktato sistemos energijos tiekimas)
Glikogenas	300— 400	1200— 1600	60-90 minučių	Deguonis ir laktatas	Kai trūksta deguonies, susidaro pieno rūgštis
Riebalai(deguonies sistema energijos tiekimas)
Riebalai	Daugiau nei 3000	Daugiau nei 27 000	Daugiau nei 40 valandų	Deguonis	Reikia daugiau deguonies; mažėja darbo intensyvumas

Pagal Peterio Janseno knygą Širdies ritmo, laktato ir ištvermės lavinimas.