Dilihat oleh di atas, sejumlah besar ATP diperlukan. Pada otot rangka, selama transisi mereka dari keadaan istirahat ke aktivitas kontraktil - 20 kali (atau bahkan beberapa ratus kali) laju pemecahan ATP meningkat tajam secara bersamaan.

Namun, Penyimpanan ATP di otot relatif tidak signifikan (sekitar 0,75% dari massanya) dan mereka hanya dapat bertahan selama 2-3 detik kerja yang intens.

Gbr.15. Adenosin trifosfat (ATP, ATP). Massa molar 507,18g/mol

Ini karena ATP adalah molekul yang besar dan berat ( gbr.15). ATP adalah nukleotida yang dibentuk oleh basa nitrogen adenin, gula ribosa lima karbon, dan tiga residu asam fosfat. Gugus fosfat dalam molekul ATP saling berhubungan oleh ikatan energi tinggi (makroergik). Telah dihitung bahwa jika tubuh mengandung jumlah ATP cukup untuk digunakan dalam dalam satu hari, maka berat seseorang, bahkan menjalani gaya hidup yang tidak banyak bergerak, akan meningkat 75% lagi.

Untuk mempertahankan kontraksi yang berkelanjutan, molekul ATP harus dibentuk selama metabolisme pada tingkat yang sama seperti mereka dipecah selama kontraksi. Oleh karena itu, ATP adalah salah satu zat yang paling sering diperbarui, sehingga pada manusia, umur satu molekul ATP kurang dari 1 menit. Pada siang hari, satu molekul ATP melewati rata-rata 2000-3000 siklus resintesis (tubuh manusia mensintesis sekitar 40 kg ATP per hari, tetapi mengandung sekitar 250 g pada saat tertentu), yaitu, praktis tidak ada cadangan ATP dalam tubuh, dan untuk kehidupan normal perlu terus-menerus mensintesis molekul ATP baru.

Jadi, untuk mempertahankan aktivitas jaringan otot pada tingkat tertentu, diperlukan resintesis ATP yang cepat pada tingkat yang sama dengan yang dikonsumsi.Hal ini terjadi dalam proses refosforilasi, ketika ADP dan fosfat digabungkan.

Sintesis ATP - fosforilasi ADP

Di dalam tubuh, ATP terbentuk dari ADP dan fosfat anorganik karena energi yang dilepaskan selama oksidasi zat organik dan dalam proses fotosintesis. Proses ini disebut fosforilasi. Dalam hal ini, setidaknya 40 kJ / mol energi harus dikeluarkan, yang terakumulasi dalam ikatan makroergik:

ADP + H 3 PO 4 + energi→ ATP + H2O

Fosforilasi ADP

Fosforilasi substrat ATP Fosforilasi oksidatif ATP

Fosforilasi ADP dimungkinkan dalam dua cara: fosforilasi substrat dan fosforilasi oksidatif (menggunakan energi zat pengoksidasi). Sebagian besar ATP dibentuk pada membran mitokondria selama fosforilasi oksidatif oleh ATP sintase yang bergantung pada H.

Reaksi fosforilasi ADP dan penggunaan ATP selanjutnya sebagai sumber energi membentuk proses siklik yang merupakan inti dari metabolisme energi.

Ada tiga cara di mana ATP dihasilkan selama kontraksi serat otot.

Tiga jalur utama untuk resintesis ATP:

1 - sistem kreatin fosfat (CP)

2 - glikolisis

3 - fosforilasi oksidatif

Sistem kreatin fosfat (CP) -

Fosforilasi ADP melalui transfer gugus fosfat dari kreatin fosfat

Resintesis kreatin fosfat anaerobik dari ATP.

Gambar 16. Kreatin Fosfat ( CF) Sistem resintesis ATP dalam tubuh

Untuk mempertahankan aktivitas jaringan otot pada tingkat tertentu diperlukan resintesis ATP yang cepat. Ini terjadi dalam proses refosforilasi, ketika ADP dan fosfat digabungkan. Zat yang paling tersedia yang digunakan untuk resintesis ATP terutama kreatin fosfat ( gambar 16), dengan mudah mentransfer gugus fosfatnya ke ADP:

CrF + ADP → Kreatin + ATP

CRF adalah senyawa kreatinin yang mengandung nitrogen dengan asam fosfat. Konsentrasinya di otot kira-kira 2-3%, yaitu, 3-4 kali lebih tinggi dari ATP. Penurunan moderat (sebesar 20–40%) dalam konten ATP segera mengarah pada penggunaan CRF. Namun, pada kerja maksimal, cadangan kreatin fosfat juga cepat habis. Melalui fosforilasi ADP kreatin fosfat pembentukan ATP yang sangat cepat pada awal kontraksi dipastikan.

Selama periode istirahat, konsentrasi kreatin fosfat dalam serat otot naik ke tingkat kira-kira lima kali lebih tinggi dari kandungan ATP. Pada awal kontraksi, ketika konsentrasi ATP mulai menurun dan konsentrasi ADP mulai meningkat karena pemecahan ATP oleh aksi myosin ATPase, reaksi bergeser ke arah pembentukan ATP karena kreatin fosfat. Dalam hal ini, transisi energi terjadi pada tingkat yang sangat tinggi sehingga pada awal kontraksi, konsentrasi ATP dalam serat otot sedikit berubah, sedangkan konsentrasi kreatin fosfat turun dengan cepat.

Meskipun ATP dibentuk dari kreatin fosfat dengan sangat cepat, melalui reaksi enzimatik tunggal (Gbr. 16), jumlah ATP dibatasi oleh konsentrasi awal kreatin fosfat di dalam sel. Agar kontraksi otot berlangsung lebih lama dari beberapa detik, dua sumber pembentukan ATP lainnya yang disebutkan di atas harus terlibat. Setelah permulaan kontraksi yang disediakan oleh penggunaan kreatin fosfat, jalur multi-enzimatik fosforilasi dan glikolisis yang lebih lambat diaktifkan, yang menyebabkan laju pembentukan ATP meningkat ke tingkat yang sesuai dengan laju pemecahan ATP.

Apa sistem sintesis ATP tercepat?

Sistem CP (creatine phosphate) adalah sistem resintesis ATP tercepat dalam tubuh, karena hanya melibatkan satu reaksi enzimatik. Ini melakukan transfer fosfat berenergi tinggi langsung dari CP ke ADP dengan pembentukan ATP. Namun, kemampuan sistem ini untuk mensintesis ulang ATP terbatas, karena cadangan CP di dalam sel kecil. Karena sistem ini tidak menggunakan oksigen untuk mensintesis ATP, sistem ini dianggap sebagai sumber ATP anaerob.

Berapa banyak CF yang disimpan dalam tubuh?

Total cadangan CF dan ATP dalam tubuh akan cukup untuk kurang dari 6 detik aktivitas fisik yang intens.

Apa keuntungan dari produksi ATP anaerob menggunakan CF?

Sistem CF/ATP digunakan selama latihan intens jangka pendek. Itu terletak di kepala molekul miosin, yaitu langsung di tempat konsumsi energi. Sistem CF/ATF digunakan ketika seseorang melakukan gerakan cepat, seperti mendaki gunung dengan cepat, melakukan lompatan tinggi, berlari seratus meter, cepat bangun dari tempat tidur, melarikan diri dari lebah, atau melompat dari truk saat menyeberang. jalan.

glikolisis

Fosforilasi ADP di sitoplasma

Pemecahan glikogen dan glukosa dalam kondisi anaerobik untuk membentuk asam laktat dan ATP.

Untuk memulihkan ATP untuk melanjutkan aktivitas otot yang intens proses tersebut mencakup sumber produksi energi berikut - pemecahan karbohidrat secara enzimatik dalam kondisi bebas oksigen (anaerob).

Gambar 17. Skema umum glikolisis

Proses glikolisis secara skematis direpresentasikan sebagai berikut (p adalah.17).

Munculnya gugus fosfat bebas selama glikolisis memungkinkan sintesis ulang ATP dari ADP. Namun, selain ATP, dua molekul asam laktat terbentuk.

Proses glikolisis lebih lambat dibandingkan dengan resintesis ATP kreatin fosfat. Durasi kerja otot dalam kondisi anaerobik (bebas oksigen) terbatas karena menipisnya cadangan glikogen atau glukosa dan karena akumulasi asam laktat.

Produksi energi anaerobik dengan glikolisis dihasilkan tidak ekonomis dengan konsumsi glikogen yang tinggi, karena hanya sebagian energi yang terkandung di dalamnya yang digunakan (asam laktat tidak digunakan dalam glikolisis, meskipun mengandung sejumlah besar energi).

Tentu saja, sudah pada tahap ini, sebagian asam laktat dioksidasi oleh sejumlah oksigen menjadi karbon dioksida dan air:

3Н6О3 + 3О2 = 3СО2 + 3Н2О 41

Energi yang dihasilkan pergi ke resintesis karbohidrat dari bagian lain dari asam laktat. Namun, jumlah oksigen yang terbatas pada intensitas yang sangat tinggi aktivitas fisik tidak cukup untuk mempertahankan reaksi yang ditujukan pada konversi asam laktat dan resintesis karbohidrat.

Dari mana ATP berasal untuk aktivitas fisik yang berlangsung lebih dari 6 detik?

Pada glikolisis ATP terbentuk tanpa menggunakan oksigen (secara anaerob). Glikolisis terjadi di sitoplasma sel otot. Dalam proses glikolisis, karbohidrat dioksidasi menjadi piruvat atau laktat dan 2 molekul ATP dilepaskan (3 molekul jika Anda memulai perhitungan dengan glikogen). Selama glikolisis, ATP disintesis dengan cepat, tetapi lebih lambat daripada di sistem CF.

Apa produk akhir glikolisis - piruvat atau laktat?

Ketika glikolisis berlangsung lambat dan mitokondria menerima NADH tereduksi secara memadai, produk akhir glikolisis adalah piruvat. Piruvat diubah menjadi asetil-KoA (reaksi yang membutuhkan NAD) dan mengalami oksidasi lengkap dalam siklus Krebs dan CPE. Ketika mitokondria tidak dapat menyediakan oksidasi piruvat yang memadai atau regenerasi akseptor elektron (NAD atau FADH), piruvat diubah menjadi laktat. Konversi piruvat menjadi laktat mengurangi konsentrasi piruvat, yang mencegah produk akhir menghambat reaksi, dan glikolisis berlanjut.

Kapan laktat merupakan produk akhir utama dari glikolisis?

Laktat terbentuk ketika mitokondria tidak dapat mengoksidasi piruvat secara memadai atau meregenerasi akseptor elektron yang cukup. Ini terjadi pada aktivitas enzimatik mitokondria yang rendah, dengan suplai oksigen yang tidak mencukupi, pada tingkat glikolisis yang tinggi. Secara umum, pembentukan laktat meningkat selama hipoksia, iskemia, perdarahan, setelah asupan karbohidrat, konsentrasi glikogen otot yang tinggi, dan hipertermia akibat olahraga.

Apa cara lain piruvat dapat dimetabolisme?

Selama latihan atau dengan diet kalori yang tidak mencukupi, piruvat diubah menjadi asam amino nonesensial alanin. Disintesis di otot rangka, alanin memasuki hati dengan aliran darah, di mana ia berubah menjadi piruvat. Piruvat kemudian diubah menjadi glukosa, yang memasuki aliran darah. Proses ini mirip dengan siklus Cori dan disebut siklus alanin.

Ada sekitar 70 triliun sel dalam tubuh manusia. Untuk pertumbuhan yang sehat, masing-masing membutuhkan pembantu - vitamin. Molekul vitamin kecil, tetapi kekurangannya selalu terlihat. Jika sulit beradaptasi dengan gelap, Anda membutuhkan vitamin A dan B2, ketombe telah muncul - tidak ada cukup B12, B6, P, memar tidak sembuh untuk waktu yang lama - kekurangan vitamin C. Dalam pelajaran ini, Anda akan pelajari bagaimana dan di mana letak strategis pasokan vitamin, bagaimana vitamin mengaktifkan tubuh, dan Anda juga akan belajar tentang ATP - sumber energi utama dalam sel.

Topik: Dasar-dasar Sitologi

Pelajaran: Struktur dan fungsi ATP

Seperti yang Anda ingat, asam nukleattersusun atas nukleotida. Ternyata nukleotida dalam sel bisa dalam keadaan terikat atau dalam keadaan bebas. Dalam keadaan bebas, mereka melakukan sejumlah fungsi penting bagi kehidupan tubuh.

Sebebas itu nukleotida berlaku molekul ATP atau asam adenosin trifosfat(adenosin trifosfat). Seperti semua nukleotida, ATP terdiri dari gula lima karbon. ribosa, basa nitrogen - adenin, dan, tidak seperti nukleotida DNA dan RNA, tiga residu asam fosfat(Gbr. 1).

Beras. 1. Tiga representasi skema dari ATP

Yang paling penting fungsi ATP adalah bahwa itu adalah penjaga dan pembawa universal energi didalam sangkar.

Semua reaksi biokimia dalam sel yang membutuhkan pengeluaran energi menggunakan ATP sebagai sumbernya.

Ketika memisahkan satu residu asam fosfat, ATP pergi ke ADP (adenosin difosfat). Jika residu asam fosfat lain terpisah (yang terjadi dalam kasus khusus), ADP pergi ke amf(adenosin monofosfat) (Gbr. 2).

Beras. 2. Hidrolisis ATP dan transformasinya menjadi ADP

Saat memisahkan residu asam fosfat kedua dan ketiga, sejumlah besar energi, hingga 40 kJ. Itulah sebabnya ikatan antara residu asam fosfat ini disebut makroergik dan dilambangkan dengan simbol yang sesuai.

Selama hidrolisis ikatan biasa, sejumlah kecil energi dilepaskan (atau diserap), dan selama hidrolisis ikatan makroergik, lebih banyak energi (40 kJ) dilepaskan. Ikatan antara ribosa dan residu pertama asam fosfat tidak bersifat makroergik; hidrolisisnya hanya melepaskan energi 14 kJ.

Senyawa makroergik juga dapat dibentuk atas dasar nukleotida lain, misalnya GTP(guanosin trifosfat) digunakan sebagai sumber energi dalam biosintesis protein, mengambil bagian dalam reaksi transduksi sinyal, merupakan substrat untuk sintesis RNA selama transkripsi, tetapi ATP-lah yang merupakan sumber energi paling umum dan universal di dalam sel.

ATP terkandung sebagai dalam sitoplasma, dan dalam nukleus, mitokondria dan kloroplas.

Jadi, kami ingat apa itu ATP, apa fungsinya, dan apa itu ikatan makroergik.

Vitamin adalah senyawa organik aktif biologis yang diperlukan dalam jumlah kecil untuk mempertahankan proses vital dalam sel.

Mereka bukan komponen struktural materi hidup dan tidak digunakan sebagai sumber energi.

Sebagian besar vitamin tidak disintesis dalam tubuh manusia dan hewan, tetapi masuk bersama makanan, beberapa disintesis dalam jumlah kecil oleh mikroflora usus dan jaringan (vitamin D disintesis oleh kulit).

Kebutuhan vitamin pada manusia dan hewan tidak sama dan tergantung pada faktor-faktor seperti jenis kelamin, usia, keadaan fisiologis dan kondisi lingkungan. Beberapa vitamin tidak dibutuhkan oleh semua hewan.

Misalnya, asam askorbat, atau vitamin C, sangat penting bagi manusia dan primata lainnya. Pada saat yang sama, itu disintesis dalam tubuh reptil (pelaut membawa kura-kura dalam perjalanan untuk memerangi penyakit kudis - kekurangan vitamin C).

Vitamin ditemukan pada akhir abad ke-19 berkat karya ilmuwan Rusia N.I. Lunina dan V.Pashutina, yang menunjukkan bahwa untuk nutrisi yang baik, perlu tidak hanya memiliki protein, lemak dan karbohidrat, tetapi juga beberapa zat lain, yang pada waktu itu tidak diketahui.

Pada tahun 1912, seorang ilmuwan Polandia K. Funk(Gbr. 3), mempelajari komponen sekam padi, yang melindungi terhadap penyakit Beri-Beri (avitaminosis vitamin B), menyarankan bahwa zat ini harus mencakup gugus amina. Dialah yang mengusulkan untuk menyebut zat ini vitamin, yaitu amina kehidupan.

Belakangan ditemukan bahwa banyak dari zat ini tidak mengandung gugus amino, tetapi istilah vitamin telah berakar dengan baik dalam bahasa sains dan praktik.

Ketika vitamin individu ditemukan, mereka ditunjuk dalam huruf Latin dan diberi nama tergantung pada fungsinya. Misalnya, vitamin E disebut tokoferol (dari bahasa Yunani kuno - "melahirkan", dan - "membawa").

Hari ini, vitamin dibagi menurut kemampuannya untuk larut dalam air atau lemak.

Untuk vitamin larut air termasuk vitamin H, C, P, PADA.

menjadi vitamin yang larut dalam lemak merujuk SEBUAH, D, E, K(dapat diingat sebagai sebuah kata: keda) .

Seperti yang telah dicatat, kebutuhan vitamin tergantung pada usia, jenis kelamin, keadaan fisiologis organisme dan habitat. Pada usia muda, ada kebutuhan yang jelas akan vitamin. Tubuh yang lemah juga membutuhkan dosis besar zat ini. Seiring bertambahnya usia, kemampuan menyerap vitamin semakin berkurang.

Kebutuhan vitamin juga ditentukan oleh kemampuan tubuh untuk memanfaatkannya.

Pada tahun 1912, seorang ilmuwan Polandia Casimir Funk menerima vitamin B1 yang dimurnikan sebagian - tiamin dari sekam padi. Butuh 15 tahun lagi untuk mendapatkan zat ini dalam keadaan kristal.

Kristal vitamin B1 tidak berwarna, memiliki rasa pahit dan mudah larut dalam air. Tiamin ditemukan di sel tumbuhan dan mikroba. Terutama banyak di tanaman biji-bijian dan ragi (Gbr. 4).

Beras. 4. Tablet dan Makanan Tiamin

Perawatan panas produk makanan dan berbagai suplemen menghancurkan tiamin. Dengan beri-beri, patologi sistem saraf, kardiovaskular, dan pencernaan diamati. Avitaminosis menyebabkan gangguan metabolisme air dan fungsi hematopoiesis. Salah satu contoh paling jelas dari defisiensi tiamin adalah perkembangan penyakit Beri-Beri (Gbr. 5).

Beras. 5. Seseorang yang menderita kekurangan tiamin - penyakit beri-beri

Vitamin B1 banyak digunakan dalam praktik medis untuk pengobatan berbagai penyakit saraf, gangguan kardiovaskular.

Dalam memanggang, tiamin, bersama dengan vitamin lain - riboflavin dan asam nikotinat, digunakan untuk membentengi produk roti.

Pada tahun 1922 G. Evans dan A. Bisho menemukan vitamin yang larut dalam lemak, yang mereka sebut tokoferol atau vitamin E (secara harfiah: "mempromosikan persalinan").

Vitamin E dalam bentuknya yang paling murni adalah cairan berminyak. Ini didistribusikan secara luas dalam sereal, seperti gandum. Ini berlimpah dalam lemak nabati dan hewani (Gbr. 6).

Beras. 6. Tokoferol dan produk yang mengandungnya

Banyak vitamin E dalam wortel, telur dan susu. Vitamin E adalah antioksidan, yaitu, melindungi sel dari oksidasi patologis, yang menyebabkan penuaan dan kematian. Ini adalah "vitamin awet muda". Pentingnya vitamin untuk sistem reproduksi sangat besar, sehingga sering disebut vitamin reproduksi.

Akibatnya, kekurangan vitamin E, pertama-tama, menyebabkan gangguan embriogenesis dan organ reproduksi.

Produksi vitamin E didasarkan pada isolasi dari bibit gandum - dengan metode ekstraksi alkohol dan distilasi pelarut pada suhu rendah.

Dalam praktik medis, persiapan alami dan sintetis digunakan - tokoferol asetat dalam minyak sayur, tertutup dalam kapsul ("minyak ikan" yang terkenal).

Sediaan vitamin E digunakan sebagai antioksidan untuk iradiasi dan kondisi patologis lainnya yang terkait dengan peningkatan kandungan partikel terionisasi dan spesies oksigen reaktif dalam tubuh.

Selain itu, vitamin E diresepkan untuk wanita hamil, dan juga digunakan dalam terapi kompleks untuk pengobatan infertilitas, dengan distrofi otot dan beberapa penyakit hati.

Vitamin A (Gbr. 7) ditemukan N. Drummond pada tahun 1916.

Penemuan ini didahului dengan pengamatan adanya faktor yang larut dalam lemak dalam makanan, yang diperlukan untuk pengembangan penuh hewan ternak.

Vitamin A tepat di bagian atas alfabet vitamin. Ini terlibat dalam hampir semua proses kehidupan. Vitamin ini sangat penting untuk memulihkan dan mempertahankan penglihatan yang baik.

Ini juga membantu mengembangkan kekebalan terhadap banyak penyakit, termasuk pilek.

Tanpa vitamin A, keadaan epitel kulit yang sehat tidak mungkin. Jika Anda merinding, yang paling sering muncul di siku, paha, lutut, tulang kering, jika kulit kering di tangan muncul, atau fenomena serupa lainnya, ini berarti Anda kekurangan vitamin A.

Vitamin A, seperti vitamin E, diperlukan untuk fungsi normal kelenjar seks (gonad). Dengan hipovitaminosis vitamin A, kerusakan pada sistem reproduksi dan organ pernapasan dicatat.

Salah satu konsekuensi spesifik dari kekurangan vitamin A adalah pelanggaran proses penglihatan, khususnya, penurunan kemampuan mata untuk adaptasi gelap - buta ayam. Avitaminosis menyebabkan terjadinya xerophthalmia dan kerusakan kornea. Proses terakhir tidak dapat diubah, dan ditandai dengan hilangnya penglihatan sepenuhnya. Hypervitaminosis menyebabkan peradangan mata dan rambut rontok, kehilangan nafsu makan dan kelelahan total tubuh.

Beras. 7. Vitamin A dan makanan yang mengandungnya

Vitamin kelompok A terutama ditemukan dalam produk hewani: di hati, dalam minyak ikan, dalam minyak, dalam telur (Gbr. 8).

Beras. 8. Kandungan vitamin A pada produk nabati dan hewani

Produk nabati mengandung karotenoid, yang di dalam tubuh manusia diubah menjadi vitamin A oleh aksi enzim karotenosis.

Jadi, hari ini Anda berkenalan dengan struktur dan fungsi ATP, dan juga mengingat pentingnya vitamin dan mengetahui bagaimana beberapa di antaranya terlibat dalam proses kehidupan.

Dengan asupan vitamin yang tidak mencukupi dalam tubuh, defisiensi vitamin primer berkembang. Makanan yang berbeda mengandung jumlah vitamin yang berbeda.

Misalnya wortel banyak mengandung provitamin A (karoten), kubis banyak mengandung vitamin C, dll. Oleh karena itu perlu adanya pola makan seimbang yang mencakup berbagai produk nabati dan hewani.

kekurangan vitamin pada kondisi normal nutrisi sangat jarang, jauh lebih umum hipovitaminosis, yang berhubungan dengan asupan vitamin yang tidak memadai dengan makanan.

Hipovitaminosis dapat terjadi tidak hanya sebagai akibat dari diet yang tidak seimbang, tetapi juga sebagai akibat dari berbagai patologi saluran pencernaan atau hati, atau sebagai akibat dari berbagai penyakit endokrin atau infeksi yang menyebabkan malabsorpsi vitamin dalam tubuh.

Beberapa vitamin diproduksi oleh mikroflora usus (mikrobiota usus). Penekanan proses biosintetik sebagai akibat dari tindakan antibiotik juga dapat menyebabkan perkembangan hipovitaminosis, sebagai konsekuensi disbakteriosis.

Konsumsi suplemen vitamin gizi yang berlebihan, serta obat mengandung vitamin, menyebabkan munculnya kondisi patologis - hipervitaminosis. Ini terutama berlaku untuk vitamin yang larut dalam lemak, seperti: SEBUAH, D, E, K.

Pekerjaan rumah

1. Zat apa yang disebut aktif secara biologis?

2. Apa itu ATP? Bagaimana struktur molekul ATP? Jenis ikatan kimia apa yang ada dalam molekul kompleks ini?

3. Apa fungsi ATP dalam sel makhluk hidup?

4. Di mana sintesis ATP berlangsung? Dimana hidrolisis ATP terjadi?

5. Apa itu vitamin? Apa fungsi mereka dalam tubuh?

6. Bagaimana vitamin berbeda dari hormon?

7. Apa klasifikasi vitamin yang Anda ketahui?

8. Apa itu avitaminosis, hypovitaminosis dan hypervitaminosis? Berikan contoh dari fenomena tersebut.

9. Penyakit apa saja yang dapat diakibatkan oleh kekurangan atau kelebihan asupan vitamin dalam tubuh?

10. Diskusikan menu Anda dengan teman dan kerabat, hitung menggunakan informasi tambahan tentang kandungan vitamin dalam makanan yang berbeda, apakah Anda mendapatkan cukup vitamin.

1. Satu koleksi Sumber Daya Pendidikan Digital ().

2. Koleksi tunggal Sumber Daya Pendidikan Digital ().

3. Koleksi tunggal Sumber Daya Pendidikan Digital ().

Bibliografi

1. Kamensky A. A., Kriksunov E. A., Pasechnik V. V. Biologi umum kelas 10-11 Bustard, 2005.

2. Belyaev D.K. Biologi kelas 10-11. Biologi umum. Sebuah tingkat dasar. - Edisi ke-11, stereotip. - M.: Pendidikan, 2012. - 304 hal.

3. Agafonova I. B., Zakharova E. T., Sivoglazov V. I. Biologi kelas 10-11. Biologi umum. Sebuah tingkat dasar. - Edisi ke-6, tambahkan. - Bustard, 2010. - 384 hal.

ATP dan senyawa serupa (mereka disebut makroergik) menyediakan berbagai proses kehidupan: sintesis biologis, mempertahankan perbedaan konsentrasi zat (gradien) dan transfer zat melalui membran, menghantarkan impuls listrik, kerja otot, menyoroti berbagai rahasia, dll.

Energi kimia zat gizi yang masuk ke dalam tubuh terletak pada ikatan kovalen antar atom dalam molekul senyawa organik. Misalnya, ketika ikatan kimia seperti ikatan peptida terputus, sekitar 12 kJ per 1 mol dilepaskan. Dalam glukosa, jumlah energi potensial yang terkandung dalam ikatan antara atom C, H dan O adalah 2800 kJ per 1 mol (yaitu, per 180 g glukosa). Ketika glukosa dipecah, karbon dioksida dan air terbentuk, dan energi dilepaskan sesuai dengan persamaan akhir:

SbN 1 gOb + 6O2-IZN2O + 6CO2 + 2800 kJ.

Sebagian energi yang dilepaskan dari nutrisi dihamburkan dalam bentuk panas, dan sebagian lagi diakumulasikan, yaitu, terakumulasi dalam ikatan fosfat ATP yang kaya energi. Molekul ATP menyimpan lebih dari setengah energi yang dapat diekstraksi dari molekul organik ketika dioksidasi menjadi H20 dan CO2. Melalui pembentukan ATP, energi diubah menjadi bentuk terkonsentrasi yang lebih nyaman, dari mana ia dapat dengan mudah dilepaskan. Dalam sel, rata-rata, ada sekitar 1 miliar molekul ATP, yang pemecahannya (hidrolisis) oleh ADP dan fosfat menyediakan energi untuk banyak proses biologis dan kimia yang terjadi dengan penyerapan energi.

molekul ATP terdiri dari basa nitrogen adenin, gula ribosa dan tiga residu asam fosfat (14). Adenin, ribosa dan fosfat pertama membentuk adenosin monofosfat (AMP). Ketika fosfat kedua ditambahkan ke fosfat pertama, adenosin difosfat (ADP) diperoleh. Sebuah molekul dengan tiga residu asam fosfat (ATP) adalah yang paling intensif energi. Pemecahan fosfat terminal dari molekul ATP disertai dengan pelepasan energi sebesar 40 kJ dan bukannya 12 kJ yang dilepaskan ketika ikatan kimia biasa terputus. Berkat ikatan kaya energi dalam molekul ATP, sel dapat menyimpan sejumlah besar energi dalam ruang kecil dan mengeluarkannya sesuai kebutuhan. Sintesis ATP dilakukan di organel sel khusus - mitokondria.

Tahapan metabolisme energi

Metabolisme energi biasanya dibagi menjadi tiga tahap. Tahap pertama adalah persiapan, juga disebut pencernaan. Ini dilakukan terutama di luar sel di bawah aksi enzim yang disekresikan ke dalam rongga saluran pencernaan. Pada tahap ini, molekul polimer besar terurai menjadi monomer: protein - menjadi asam amino, polisakarida - menjadi gula sederhana, lemak - menjadi asam lemak dan gliserol. Dalam hal ini, sejumlah kecil energi dilepaskan, yang dihamburkan dalam bentuk panas.

Pada tahap kedua, molekul kecil yang terbentuk selama pencernaan memasuki sel dan mengalami pembelahan lebih lanjut. Bagian terpenting dari tahap kedua metabolisme energi adalah glikolisis - pemecahan glukosa. Glikolisis dapat terjadi tanpa adanya oksigen.

Sebagai hasil dari serangkaian reaksi enzimatik yang berurutan, satu molekul glukosa yang mengandung enam atom karbon diubah menjadi dua molekul asam piruvat (C3H403), termasuk masing-masing tiga atom karbon. Asam fosfat dan ADP terlibat dalam pemecahan glukosa. Asam piruvat kemudian direduksi menjadi asam laktat (dalam otot), dan persamaan keseluruhannya terlihat seperti ini:

SbH120b + 2HzP04 + 2ADP - ^ - * 2CzH6OZ + 2ATP + 2H20

Dengan demikian, pemecahan satu molekul glukosa disertai dengan pembentukan dua molekul ATP.

Pemecahan anaerobik glukosa (glikolisis) dapat menjadi sumber utama ATP dalam sel pada organisme yang tidak menggunakan oksigen molekuler atau hidup tanpa oksigen, serta dalam jaringan organisme multiseluler yang dapat bekerja dalam kondisi anaerob (misalnya, di otot) selama beban berat. Dalam kondisi ini, molekul asam piruvat diubah menjadi asam laktat, seperti dijelaskan di atas, atau menjadi senyawa lain (menjadi etanol dan CO2 dalam sel ragi, menjadi aseton, butirat dan asam suksinat dalam berbagai mikroorganisme, dll.).

Pembentukan ATP dalam reaksi glikolisis relatif tidak efisien, karena produk akhirnya adalah molekul yang relatif besar yang mengandung sejumlah besar energi kimia. Oleh karena itu, tahap kedua metabolisme energi disebut tidak lengkap. Tahap ini disebut juga fermentasi. Ekstraksi energi dari senyawa organik tanpa adanya oksigen - fermentasi - tersebar luas di alam. Sebagian besar senyawa alami, yang terdiri dari karbon, hidrogen, oksigen dan (atau) nitrogen, dapat difermentasi dalam kondisi anaerobik. Senyawa ini termasuk polisakarida, heksosa, pentosa, triosa, alkohol polihidrat, asam organik, asam amino, purin, dan pirimidin. Produk fermentasi karbohidrat adalah asam butirat, aseton, butanol, propanol, dll. Sebagai hasil pengolahan oleh mikroorganisme, polisakarida selulosa diubah menjadi etil alkohol, asetat, asam format dan laktat, hidrogen molekuler dan CO2. Bakteri yang hidup dalam rumen ruminansia (10 9-10 10 sel bakteri dalam 1 ml cairan rumen; memecah selulosa yang terkandung dalam makanan nabati menjadi senyawa sederhana yang mudah dicerna - asam organik dan alkohol.

Ada zat yang tidak dapat berfermentasi dalam kondisi anaerobik. Ini termasuk hidrokarbon alifatik dan aromatik jenuh, pigmen tumbuhan - karotenoid dan beberapa senyawa lainnya. Dalam kondisi aerobik, semua zat ini sepenuhnya teroksidasi, tetapi tanpa adanya oksigen, mereka sangat stabil. Karena stabilitas ini, hidrokarbon disimpan untuk waktu yang lama di ladang minyak.

Tahap ketiga katabolisme membutuhkan kehadiran oksigen molekuler dan disebut respirasi. Perkembangan respirasi seluler pada mikroorganisme aerobik dan sel eukariotik menjadi mungkin hanya setelah molekul oksigen muncul di atmosfer bumi sebagai hasil fotosintesis. Menambahkan langkah oksigen ke proses katabolik menyediakan sel dengan cara yang kuat dan efisien untuk mengekstrak nutrisi dan energi dari molekul.

Reaksi pemecahan oksigen, atau katabolisme oksidatif, berlangsung di organel sel khusus - mitokondria, tempat molekul asam piruvat masuk. Setelah sejumlah transformasi, produk akhir terbentuk - CO2 dan H,0, yang kemudian berdifusi keluar sel. Persamaan keseluruhan untuk respirasi aerobik terlihat seperti ini:

2СзН60г+602+36НзР04+36АДФ-^

V6CO2+6H2O+36AT0+36H2O "

Jadi, ketika dua molekul asam laktat dioksidasi, 36 molekul ATP terbentuk. Secara total, selama tahap kedua dan ketiga metabolisme energi, ketika satu molekul glukosa dipecah, 38 molekul ATP terbentuk. Akibatnya, respirasi aerobik memainkan peran utama dalam menyediakan sel dengan energi.

Tidak hanya asam piruvat, tetapi juga asam lemak dan beberapa asam amino memasuki mitokondria, di mana mereka diubah menjadi salah satu produk antara katabolisme oksidatif. Mitokondria adalah pusat di mana energi dari ikatan kimia lemak, protein dan karbohidrat diekstraksi. Oleh karena itu, mitokondria disebut sebagai pembangkit tenaga sel.

Asam adenosin trifosfat - ATP

Nukleotida adalah dasar struktural untuk sejumlah zat organik yang penting bagi kehidupan, misalnya, senyawa makroergik.
ATP adalah sumber energi universal di semua sel. asam adenosin trifosfat atau adenosin trifosfat.
ATP ditemukan di sitoplasma, mitokondria, plastida dan inti sel dan merupakan sumber energi yang paling umum dan universal untuk sebagian besar bio reaksi kimia mengalir di dalam sel.
ATP menyediakan energi untuk semua fungsi sel: kerja mekanis, biosintesis zat, pembelahan, dll. Rata-rata, kandungan ATP dalam sel adalah sekitar 0,05% dari massanya, tetapi dalam sel-sel di mana biaya ATP tinggi (misalnya, dalam sel hati, otot lurik), isinya dapat mencapai hingga 0,5%.

Struktur ATP

ATP adalah nukleotida yang terdiri dari basa nitrogen - adenin, karbohidrat ribosa dan tiga residu asam fosfat, dua di antaranya menyimpan sejumlah besar energi.

Ikatan antara residu asam fosfat disebut makroergik(dilambangkan dengan simbol ~ ), karena ketika putus, hampir 4 kali lebih banyak energi dilepaskan daripada ketika ikatan kimia lainnya dipecah.

ATP adalah struktur yang tidak stabil dan ketika memisahkan satu residu asam fosfat, ATP masuk ke adenosin difosfat (ADP) melepaskan 40 kJ energi.

Turunan nukleotida lainnya

Pembawa hidrogen merupakan kelompok khusus turunan nukleotida. Hidrogen molekuler dan atomik memiliki aktivitas kimia yang tinggi dan dilepaskan atau diserap dalam berbagai proses biologis. proses kimia. Salah satu pembawa hidrogen yang paling banyak digunakan adalah nikotinamida dinukleotida fosfat(NADP).

Molekul NADP mampu mengikat dua atom atau satu molekul hidrogen bebas, berubah menjadi bentuk tereduksi NADP H2 . Dalam bentuk ini, hidrogen dapat digunakan dalam berbagai reaksi biokimia.
Nukleotida juga dapat mengambil bagian dalam pengaturan proses oksidatif dalam sel.

vitamin

Vitamin (dari lat. riwayat hidup- kehidupan) - senyawa bioorganik kompleks, mutlak diperlukan dalam jumlah kecil untuk fungsi normal organisme hidup. Vitamin berbeda dari zat organik lainnya karena tidak digunakan sebagai sumber energi atau bahan bangunan. Beberapa vitamin organisme dapat mensintesis sendiri (misalnya, bakteri mampu mensintesis hampir semua vitamin), vitamin lain masuk ke dalam tubuh dengan makanan.
Vitamin biasanya dilambangkan dengan huruf alfabet Latin. Klasifikasi vitamin modern didasarkan pada kemampuannya untuk larut dalam air dan lemak (mereka dibagi menjadi dua kelompok: larut dalam air(B 1 , B 2 , B 5 , B 6 , B 12 , PP , C) dan larut dalam lemak(A , D , E , K)).

Vitamin terlibat dalam hampir semua proses biokimia dan fisiologis yang bersama-sama membentuk metabolisme. Kekurangan dan kelebihan vitamin dapat menyebabkan gangguan serius pada banyak fungsi fisiologis dalam tubuh.

Kirim karya bagus Anda di basis pengetahuan sederhana. Gunakan formulir di bawah ini

Mahasiswa, mahasiswa pascasarjana, ilmuwan muda yang menggunakan basis pengetahuan dalam studi dan pekerjaan mereka akan sangat berterima kasih kepada Anda.

Diposting pada http://www.allbest.ru/

• pengantar
• 1.1 Sifat kimia ATP
• 1.2 Sifat fisik ATP
• 2.1
• 3.1 Peran di kandang
• 3.2 Peran dalam kerja enzim
• 3.4 Fungsi lain dari ATP
• Kesimpulan
• Daftar bibliografi

Daftar simbol

ATP - adenosin trifosfat

ADP - adenosin difosfat

AMP - adenosin monofosfat

RNA - asam ribonukleat

DNA - asam deoksiribonukleat

NAD - nikotinamida adenin dinukleotida

PVC - asam piruvat

G-6-F - fosfoglukosa isomerase

F-6-F - fruktosa-6-fosfat

TPP - tiamin pirofosfat

FAD - feniladenin dinukleotida

Fn - fosfat tak terbatas

G - entropi

RNR - ribonukleotida reduktase

pengantar

Sumber energi utama bagi semua makhluk hidup yang menghuni planet kita adalah energi sinar matahari, yang langsung digunakan hanya oleh sel-sel tumbuhan hijau, alga, bakteri hijau dan ungu. Dalam sel-sel ini, karbon dioksida dan air terbentuk selama fotosintesis bahan organik(karbohidrat, lemak, protein, asam nukleat, dll). Dengan memakan tumbuhan, hewan menerima bahan organik dalam bentuk jadi. Energi yang tersimpan dalam zat-zat ini masuk bersama mereka ke dalam sel-sel organisme heterotrofik.

Dalam sel organisme hewan, energi senyawa organik selama oksidasinya diubah menjadi energi ATP. (Karbon dioksida dan air yang dilepaskan pada saat yang sama sekali lagi digunakan oleh organisme autotrofik untuk proses fotosintesis.) Karena energi ATP, semua proses kehidupan dilakukan: biosintesis senyawa organik, pergerakan, pertumbuhan, pembelahan sel, dll. .

Topik pembentukan dan penggunaan ATP dalam tubuh bukanlah hal baru untuk waktu yang lama, tetapi jarang, di mana Anda akan menemukan pertimbangan lengkap keduanya dalam satu sumber dan bahkan lebih jarang lagi analisis kedua proses ini sekaligus dan dalam organisme yang berbeda.

Dalam hal ini, relevansi pekerjaan kami telah menjadi studi menyeluruh tentang pembentukan dan penggunaan ATP dalam organisme hidup, karena. topik ini tidak dipelajari pada tingkat yang tepat dalam literatur sains populer.

Tujuan dari pekerjaan kami adalah:

· mempelajari mekanisme pembentukan dan cara penggunaan ATP dalam tubuh hewan dan manusia.

Kami diberi tugas sebagai berikut:

· Untuk mempelajari sifat kimia dan sifat-sifat ATP;

· Menganalisis jalur pembentukan ATP pada organisme hidup;

· Pertimbangkan cara menggunakan ATP dalam organisme hidup;

Pertimbangkan pentingnya ATP bagi manusia dan hewan.

Bab 1. Sifat kimia dan sifat-sifat ATP

1.1 Sifat kimia ATP

Adenosin trifosfat adalah nukleotida yang memainkan peran yang sangat penting dalam pertukaran energi dan zat dalam organisme; Pertama-tama, senyawa ini dikenal sebagai sumber energi universal untuk semua proses biokimia yang terjadi dalam sistem kehidupan. ATP ditemukan pada tahun 1929 oleh Karl Lohmann, dan pada tahun 1941 Fritz Lipmann menunjukkan bahwa ATP adalah pembawa energi utama di dalam sel.

Nama sistematis ATP:

9-in-D-ribofuranosyladenine-5"-trifosfat, atau

9-in-D-ribofuranosyl-6-amino-purine-5"-triphosphate.

Secara kimia, ATP adalah ester trifosfat dari adenosin, yang merupakan turunan dari adenin dan ribosa.

Basa nitrogen purin - adenin - dihubungkan oleh ikatan n-N-glikosidik ke 1 "-karbon ribosa. Tiga molekul asam fosfat secara berurutan melekat pada karbon 5" ribosa, masing-masing dilambangkan dengan huruf: b, c dan d.

Dari segi struktur, ATP mirip dengan nukleotida adenin yang merupakan bagian dari RNA, hanya saja alih-alih satu asam fosfat, ATP mengandung tiga residu asam fosfat. Sel tidak dapat mengandung asam dalam jumlah yang nyata, tetapi hanya garamnya. Oleh karena itu, asam fosfat memasuki ATP sebagai residu (bukan gugus OH asam, ada atom oksigen bermuatan negatif).

Di bawah aksi enzim, molekul ATP mudah dihidrolisis, yaitu, mengikat molekul air dan terurai untuk membentuk asam adenosin difosfat (ADP):

ATP + H2O ADP + H3PO4.

Pemecahan residu asam fosfat lain mengubah ADP menjadi AMP asam adenosin monofosfat:

ADP + H2O AMP + H3PO4.

Reaksi ini reversibel, yaitu, AMP dapat diubah menjadi ADP dan kemudian menjadi ATP, mengumpulkan energi. Penghancuran ikatan peptida konvensional hanya melepaskan 12 kJ/mol energi. Dan ikatan yang mengikat residu asam fosfat berenergi tinggi (mereka juga disebut makroergik): ketika masing-masing dihancurkan, 40 kJ / mol energi dilepaskan. Oleh karena itu, ATP memainkan peran sentral dalam sel sebagai akumulator energi biologis universal. Molekul ATP disintesis di mitokondria dan kloroplas (hanya sebagian kecil yang disintesis di sitoplasma), dan kemudian mereka memasuki berbagai organel sel, menyediakan energi untuk semua proses kehidupan.

Karena energi ATP, terjadi pembelahan sel, transfer aktif zat melalui membran sel, pemeliharaan potensial listrik membran dalam proses transmisi impuls saraf, serta biosintesis senyawa makromolekul dan kerja fisik.

Dengan peningkatan beban (misalnya, dalam lari cepat), otot bekerja secara eksklusif karena pasokan ATP. Dalam sel otot, cadangan ini cukup untuk beberapa lusin kontraksi, dan kemudian jumlah ATP harus diisi ulang. Sintesis ATP dari ADP dan AMP terjadi karena energi yang dilepaskan selama pemecahan karbohidrat, lipid, dan zat lain. Sejumlah besar ATP juga dihabiskan untuk kinerja kerja mental. Untuk alasan ini, pekerja mental membutuhkan peningkatan jumlah glukosa, yang pemecahannya memastikan sintesis ATP.

1.2 Sifat fisik ATP

ATP terdiri dari adenosin dan ribosa - dan tiga gugus fosfat. ATP sangat larut dalam air dan cukup stabil dalam larutan pada pH 6,8-7,4, tetapi cepat terhidrolisis pada pH ekstrim. Oleh karena itu, ATP paling baik disimpan dalam garam anhidrat.

ATP adalah molekul yang tidak stabil. Dalam air tanpa buffer, ia terhidrolisis menjadi ADP dan fosfat. Ini karena kekuatan ikatan antara gugus fosfat dalam ATP lebih kecil daripada kekuatan ikatan hidrogen (ikatan hidrasi) antara produknya (ADP + fosfat) dan air. Jadi, jika ATP dan ADP berada dalam kesetimbangan kimia dalam air, hampir semua ATP akhirnya akan diubah menjadi ADP. Suatu sistem yang jauh dari kesetimbangan mengandung energi bebas Gibbs dan mampu melakukan usaha. Sel hidup mempertahankan rasio ATP terhadap ADP pada titik sepuluh kali lipat dari keseimbangan, dengan konsentrasi ATP seribu kali lebih tinggi dari konsentrasi ADP. Pergeseran dari posisi ekuilibrium ini berarti bahwa hidrolisis ATP dalam sel melepaskan sejumlah besar energi bebas.

Dua ikatan fosfat berenergi tinggi (yang menghubungkan fosfat yang berdekatan) dalam molekul ATP bertanggung jawab atas kandungan energi yang tinggi dari molekul tersebut. Energi yang tersimpan dalam ATP dapat dilepaskan dari hidrolisis. Terletak terjauh dari gula ribosa, gugus z-fosfat memiliki energi hidrolisis yang lebih tinggi daripada - atau -fosfat. Ikatan yang terbentuk setelah hidrolisis atau fosforilasi residu ATP memiliki energi yang lebih rendah daripada ikatan ATP lainnya. Selama hidrolisis ATP yang dikatalisis enzim atau fosforilasi ATP, energi bebas yang tersedia dapat digunakan oleh sistem kehidupan untuk melakukan kerja.

Setiap sistem yang tidak stabil dari molekul yang berpotensi reaktif dapat berpotensi berfungsi sebagai cara untuk menyimpan energi bebas jika sel menjaga konsentrasinya jauh dari titik kesetimbangan reaksi. Namun, seperti halnya dengan kebanyakan biomolekul polimer, pemecahan RNA, DNA dan ATP menjadi monomer sederhana adalah karena pelepasan energi dan entropi, peningkatan pertimbangan, baik dalam konsentrasi standar, dan juga dalam konsentrasi di mana itu terjadi di dalam sel.

Jumlah standar energi yang dilepaskan sebagai hasil hidrolisis ATP dapat dihitung dari perubahan energi yang tidak terkait dengan kondisi alami (standar), kemudian mengoreksi konsentrasi biologis. Perubahan bersih energi panas (entalpi) pada suhu dan tekanan standar untuk penguraian ATP menjadi ADP dan fosfat anorganik adalah 20,5 kJ/mol, dengan perubahan energi bebas sebesar 3,4 kJ/mol. Energi yang dilepaskan dengan pemecahan fosfat atau pirofosfat dari ATP ke keadaan standar 1 M adalah:

ATP + H 2 O > ADP + P I DG? = - 30,5 kJ/mol (-7,3 kkal/mol)

ATP + H 2 O > AMP + PP i DG? = - 45,6 kJ/mol (-10,9 kkal/mol)

Nilai-nilai ini dapat digunakan untuk menghitung perubahan energi dalam kondisi fisiologis dan ATP/ADP seluler. Namun, makna yang lebih representatif, yang disebut muatan energi, sering kali berhasil. Nilai diberikan untuk energi bebas Gibbs. Reaksi-reaksi ini bergantung pada sejumlah faktor, termasuk kekuatan ionik keseluruhan dan keberadaan logam alkali tanah seperti ion Mg2+ dan Ca2+. Dalam kondisi normal, DG adalah sekitar -57 kJ/mol (-14 kkal/mol).

energi baterai biologis protein

Bab 2

Di dalam tubuh, ATP disintesis oleh fosforilasi ADP:

ADP + H 3 PO 4 + energi> ATP + H2O.

Fosforilasi ADP dimungkinkan dalam dua cara: fosforilasi substrat dan fosforilasi oksidatif (menggunakan energi zat pengoksidasi). Sebagian besar ATP dibentuk pada membran mitokondria selama fosforilasi oksidatif oleh ATP sintase yang bergantung pada H. Fosforilasi substrat ATP tidak memerlukan partisipasi enzim membran; itu terjadi dalam proses glikolisis atau dengan mentransfer gugus fosfat dari senyawa makroergik lainnya.

Reaksi fosforilasi ADP dan penggunaan ATP selanjutnya sebagai sumber energi membentuk proses siklik yang merupakan inti dari metabolisme energi.

Di dalam tubuh, ATP adalah salah satu zat yang paling sering diperbarui. Jadi pada manusia, umur satu molekul ATP kurang dari 1 menit. Pada siang hari, satu molekul ATP melewati rata-rata 2000-3000 siklus resintesis (tubuh manusia mensintesis sekitar 40 kg ATP per hari), yaitu, praktis tidak ada cadangan ATP dalam tubuh, dan untuk kehidupan normal itu adalah diperlukan untuk mensintesis molekul ATP baru secara konstan.

Fosforilasi oksidatif -

Namun, paling sering karbohidrat digunakan sebagai substrat. Jadi, sel-sel otak tidak dapat menggunakan substrat lain untuk nutrisi, kecuali karbohidrat.

Karbohidrat pra-kompleks dipecah menjadi yang sederhana, hingga pembentukan glukosa. Glukosa adalah substrat universal dalam proses respirasi seluler. Oksidasi glukosa dibagi menjadi 3 tahap:

1. glikolisis;

2. dekarboksilasi oksidatif dan siklus Krebs;

3. fosforilasi oksidatif.

Dalam hal ini, glikolisis adalah fase umum untuk respirasi aerobik dan anaerobik.

2 .1.1 ChuikoLizo- proses enzimatik pemecahan glukosa berurutan dalam sel, disertai dengan sintesis ATP. Glikolisis dalam kondisi aerobik mengarah pada pembentukan asam piruvat (piruvat), glikolisis dalam kondisi anaerobik mengarah pada pembentukan asam laktat (laktat). Glikolisis adalah rute utama katabolisme glukosa pada hewan.

Jalur glikolitik terdiri dari 10 reaksi berurutan, yang masing-masing dikatalisis oleh enzim terpisah.

Proses glikolisis secara kondisional dapat dibagi menjadi dua tahap. Tahap pertama, dilanjutkan dengan konsumsi energi 2 molekul ATP, adalah pemecahan molekul glukosa menjadi 2 molekul gliseraldehida-3-fosfat. Pada tahap kedua, oksidasi gliseraldehida-3-fosfat yang bergantung NAD terjadi, disertai dengan sintesis ATP. Dengan sendirinya, glikolisis adalah proses anaerobik sepenuhnya, yaitu, tidak memerlukan kehadiran oksigen untuk reaksi terjadi.

Glikolisis adalah salah satu proses metabolisme tertua yang dikenal di hampir semua organisme hidup. Agaknya, glikolisis muncul lebih dari 3,5 miliar tahun yang lalu pada prokariota primer.

Hasil glikolisis adalah pengubahan satu molekul glukosa menjadi dua molekul asam piruvat (PVA) dan pembentukan dua ekuivalen pereduksi berupa koenzim NAD H.

Persamaan lengkap untuk glikolisis adalah:

C 6 H 12 O 6 + 2NAD + + 2ADP + 2P n \u003d 2NAD H + 2PVC + 2ATP + 2H 2 O + 2H +.

Dengan tidak adanya atau kekurangan oksigen dalam sel, asam piruvat mengalami reduksi menjadi asam laktat, maka persamaan umum glikolisis adalah sebagai berikut:

C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2P n \u003d 2 laktat + 2ATP + 2H 2 O.

Jadi, selama pemecahan anaerobik dari satu molekul glukosa, total hasil ATP bersih adalah dua molekul yang diperoleh dalam reaksi fosforilasi substrat ADP.

Pada organisme aerobik, produk akhir glikolisis mengalami transformasi lebih lanjut dalam siklus biokimia yang berhubungan dengan respirasi sel. Akibatnya, setelah oksidasi lengkap semua metabolit dari satu molekul glukosa pada tahap terakhir respirasi seluler - fosforilasi oksidatif yang terjadi pada rantai pernapasan mitokondria dengan adanya oksigen - tambahan 34 atau 36 molekul ATP disintesis untuk setiap glukosa molekul.

Reaksi pertama glikolisis adalah fosforilasi molekul glukosa, yang terjadi dengan partisipasi enzim heksokinase spesifik jaringan dengan konsumsi energi 1 molekul ATP; bentuk aktif glukosa terbentuk - glukosa-6-fosfat (G-6-F):

Agar reaksi dapat berlangsung, keberadaan ion Mg2+ dalam medium diperlukan, yang dengannya kompleks molekul ATP berikatan. Reaksi ini tidak dapat diubah dan merupakan yang pertama kunci reaksi glikolisis.

Fosforilasi glukosa memiliki dua tujuan: pertama, karena membran plasma, yang permeabel terhadap molekul glukosa netral, tidak memungkinkan molekul G-6-P bermuatan negatif untuk melewatinya, glukosa terfosforilasi terkunci di dalam sel. Kedua, selama fosforilasi, glukosa diubah menjadi bentuk aktif yang dapat berpartisipasi dalam reaksi biokimia dan dimasukkan dalam siklus metabolisme.

Isoenzim hati dari heksokinase - glukokinase - memiliki pentingnya dalam pengaturan kadar glukosa darah.

Pada reaksi selanjutnya ( 2 ) oleh enzim fosfoglukoisomerase G-6-P diubah menjadi fruktosa-6-fosfat (F-6-F):

Energi tidak diperlukan untuk reaksi ini, dan reaksi ini sepenuhnya dapat dibalik. Pada tahap ini, fruktosa juga dapat dimasukkan dalam proses glikolisis melalui fosforilasi.

Kemudian dua reaksi segera mengikuti satu demi satu: fosforilasi ireversibel fruktosa-6-fosfat ( 3 ) dan pemisahan aldol reversibel dari yang dihasilkan fruktosa-1,6-bifosfat (F-1,6-bF) menjadi dua triosa ( 4 ).

Fosforilasi F-6-F dilakukan oleh fosfofruktokinase dengan pengeluaran energi dari molekul ATP lain; ini yang kedua kunci reaksi glikolisis, pengaturannya menentukan intensitas glikolisis secara keseluruhan.

Pembelahan aldol F-1,6-bF terjadi di bawah aksi fruktosa-1,6-bifosfat aldolase:

Dari reaksi keempat, dihidroksiaseton fosfat dan gliseraldehida-3-fosfat, dan yang pertama segera beraksi fosfotriosa isomerase pergi ke yang kedua 5 ), yang terlibat dalam transformasi lebih lanjut:

Setiap molekul gliseraldehida fosfat dioksidasi oleh NAD+ dengan adanya dehidrogenase gliseraldehida fosfat sebelum 1,3- disfosfoglik- rata (6 ):

Berasal dari 1,3-difosfogliserat, mengandung ikatan makroergik pada 1 posisi, enzim kinase fosfogliserat mentransfer residu asam fosfat ke molekul ADP (reaksi 7 ) - molekul ATP terbentuk:

Ini adalah reaksi pertama fosforilasi substrat. Mulai saat ini, proses pemecahan glukosa berhenti menjadi tidak menguntungkan dalam hal energi, karena biaya energi tahap pertama dikompensasi: 2 molekul ATP disintesis (satu untuk setiap 1,3-difosfogliserat) alih-alih dua yang dihabiskan di reaksi 1 dan 3 . Agar reaksi ini terjadi, keberadaan ADP dalam sitosol diperlukan, yaitu dengan kelebihan in ATP sel(dan kurangnya ADP) kecepatannya berkurang. Karena ATP, yang tidak dimetabolisme, tidak disimpan di dalam sel, tetapi dihancurkan begitu saja, reaksi ini merupakan pengatur glikolisis yang penting.

Kemudian secara berurutan: fosfogliserol mutase terbentuk 2-fosfo- gliserat (8 ):

Bentuk enolase fosfoenolpiruvat (9 ):

Dan akhirnya, reaksi kedua fosforilasi substrat ADP terjadi dengan pembentukan enol berupa piruvat dan ATP ( 10 ):

Reaksi berlangsung di bawah aksi piruvat kinase. Ini adalah reaksi kunci terakhir dari glikolisis. Isomerisasi bentuk enol piruvat menjadi piruvat terjadi secara non-enzimatis.

Sejak awal F-1,6-bF hanya reaksi yang berlangsung dengan pelepasan energi 7 dan 10 , di mana fosforilasi substrat ADP terjadi.

Peraturan glikolisis

Bedakan antara peraturan daerah dan peraturan umum.

Regulasi lokal dilakukan dengan mengubah aktivitas enzim di bawah pengaruh berbagai metabolit di dalam sel.

Regulasi glikolisis secara keseluruhan, segera untuk seluruh organisme, terjadi di bawah aksi hormon, yang, melalui molekul pembawa pesan sekunder, mengubah metabolisme intraseluler.

Insulin memainkan peran penting dalam merangsang glikolisis. Glukagon dan adrenalin adalah penghambat hormon glikolisis yang paling signifikan.

Insulin merangsang glikolisis melalui:

aktivasi reaksi heksokinase;

stimulasi fosfofruktokinase;

stimulasi piruvat kinase.

Hormon lain juga mempengaruhi glikolisis. Misalnya, somatotropin menghambat enzim glikolisis, dan hormon tiroid adalah stimulan.

Glikolisis diatur melalui beberapa langkah kunci. Reaksi yang dikatalisis oleh heksokinase ( 1 ), fosfofruktokinase ( 3 ) dan piruvat kinase ( 10 ) dicirikan oleh penurunan energi bebas yang signifikan dan praktis tidak dapat diubah, yang memungkinkan mereka menjadi titik efektif untuk pengaturan glikolisis.

Glikolisis adalah jalur katabolik yang sangat penting. Ini menyediakan energi untuk reaksi seluler, termasuk sintesis protein. Produk antara glikolisis digunakan dalam sintesis lemak. Piruvat juga dapat digunakan untuk mensintesis alanin, aspartat, dan senyawa lainnya. Berkat glikolisis, kinerja mitokondria dan ketersediaan oksigen tidak membatasi kekuatan otot selama beban ekstrem jangka pendek.

2.1.2 Dekarboksilasi oksidatif - oksidasi piruvat menjadi asetil-KoA terjadi dengan partisipasi sejumlah enzim dan koenzim, yang secara struktural disatukan dalam sistem multi-enzim, yang disebut "kompleks piruvat dehidrogenase".

Pada tahap I proses ini, piruvat kehilangan gugus karboksilnya akibat interaksi dengan tiamin pirofosfat (TPP) sebagai bagian dari pusat aktif enzim piruvat dehidrogenase (E 1). Pada tahap II, gugus hidroksietil dari kompleks E1-TPF-CHOH-CH3 dioksidasi membentuk gugus asetil, yang secara simultan ditransfer ke amida asam lipoat (koenzim) yang berasosiasi dengan enzim dihydrolipoylacetyltransferase (E 2). Enzim ini mengkatalisis tahap III - transfer gugus asetil ke koenzim CoA (HS-KoA) dengan pembentukan produk akhir asetil-KoA, yang merupakan senyawa berenergi tinggi (makroergik).

Pada tahap IV, bentuk teroksidasi lipoamida diregenerasi dari kompleks dihidrolipoamida-E2 tereduksi. Dengan partisipasi enzim dihydrolipoyl dehydrogenase (E 3), atom hidrogen ditransfer dari gugus sulfhidril tereduksi dihidrolipoamida ke FAD, yang bertindak sebagai gugus prostetik dari enzim ini dan sangat terkait dengannya. Pada tahap V, FADH 2 dihidro-lipoil dehidrogenase yang tereduksi mentransfer hidrogen ke koenzim NAD dengan pembentukan NADH + H + .

Proses dekarboksilasi oksidatif piruvat terjadi di matriks mitokondria. Ini melibatkan (sebagai bagian dari kompleks multienzim kompleks) 3 enzim (piruvat dehidrogenase, dihydrolipoylacetyltransferase, dihydrolipoyl dehydrogenase) dan 5 koenzim (TPF, asam lipoat amida, koenzim A, FAD dan NAD), yang tiga relatif kuat terkait dengan enzim ( TPF-E 1 , lipoamide-E 2 dan FAD-E 3), dan keduanya mudah terdisosiasi (HS-KoA dan NAD).

Beras. 1 Mekanisme kerja kompleks piruvat dehidrogenase

E 1 - piruvat dehidrogenase; E 2 - di-hydrolipoylacetyltransfsraz; E 3 - dihidrolipoil dehidrogenase; angka-angka dalam lingkaran menunjukkan tahapan proses.

Semua enzim ini, yang memiliki struktur subunit, dan koenzim disusun menjadi satu kompleks. Oleh karena itu, produk antara dapat dengan cepat berinteraksi satu sama lain. Telah ditunjukkan bahwa rantai polipeptida dari subunit dihydrolipoyl acetyltransferase yang membentuk bentuk kompleks, seolah-olah, inti kompleks, di mana piruvat dehidrogenase dan dihidrolipoil dehidrogenase berada. Secara umum diterima bahwa kompleks enzim asli dibentuk dengan perakitan sendiri.

Reaksi keseluruhan yang dikatalisis oleh kompleks piruvat dehidrogenase dapat direpresentasikan sebagai berikut:

Piruvat + NAD + + HS-KoA -\u003e Asetil-KoA + NADH + H + + CO 2.

Reaksi disertai dengan penurunan yang signifikan dalam energi bebas standar dan praktis ireversibel.

Asetil-KoA yang terbentuk dalam proses dekarboksilasi oksidatif mengalami oksidasi lebih lanjut dengan pembentukan CO2 dan H2O. Oksidasi lengkap asetil-KoA terjadi dalam siklus asam trikarboksilat (siklus Krebs). Proses ini, seperti dekarboksilasi oksidatif piruvat, terjadi di mitokondria sel.

2 .1.3 siklustrikarbonkecutt (siklus Krebsa, sitartny siklus) adalah bagian tengah dari jalur umum katabolisme, proses aerobik biokimia siklik, di mana transformasi senyawa dua dan tiga karbon, yang dibentuk sebagai produk antara dalam organisme hidup selama pemecahan karbohidrat, lemak dan protein, menjadi CO2 terjadi. Dalam hal ini, hidrogen yang dilepaskan dikirim ke rantai respirasi jaringan, di mana ia dioksidasi lebih lanjut menjadi air, mengambil bagian langsung dalam sintesis sumber energi universal - ATP.

Siklus Krebs adalah langkah kunci dalam respirasi semua sel yang menggunakan oksigen, persimpangan banyak jalur metabolisme dalam tubuh. Selain peran energi yang signifikan, siklus juga memiliki fungsi plastis yang signifikan, yaitu, merupakan sumber penting molekul prekursor, dari mana, dalam proses transformasi biokimia lainnya, senyawa penting untuk kehidupan sel seperti asam amino. , karbohidrat, asam lemak, dll disintesis.

Siklus transformasi lemonasam dalam sel hidup ditemukan dan dipelajari oleh ahli biokimia Jerman Sir Hans Krebs, untuk pekerjaan ini dia (bersama dengan F. Lipman) dianugerahi Penghargaan Nobel(1953).

Pada eukariota, semua reaksi siklus Krebs terjadi di dalam mitokondria, dan enzim yang mengkatalisisnya, kecuali satu, berada dalam keadaan bebas dalam matriks mitokondria, dengan pengecualian suksinat dehidrogenase, yang terlokalisasi pada membran mitokondria bagian dalam, berintegrasi ke dalam lapisan ganda lipid. Pada prokariota, reaksi siklus berlangsung di sitoplasma.

Persamaan umum untuk satu putaran siklus Krebs adalah:

Asetil-KoA > 2CO2 + KoA + 8e?

Peraturan siklussebuah:

Siklus Krebs diatur "sesuai dengan mekanisme umpan balik negatif", dengan adanya sejumlah besar substrat (asetil-KoA, oksaloasetat), siklus aktif bekerja, dan dengan kelebihan produk reaksi (NAD, ATP) itu terhambat. Regulasi juga dilakukan dengan bantuan hormon, sumber utama asetil-KoA adalah glukosa, oleh karena itu hormon yang mendorong pemecahan glukosa secara aerobik berkontribusi pada siklus Krebs. Hormon-hormon tersebut adalah:

Insulin

adrenalin.

Glukagon merangsang sintesis glukosa dan menghambat reaksi siklus Krebs.

Sebagai aturan, kerja siklus Krebs tidak terganggu karena reaksi anaplerotik yang mengisi kembali siklus dengan substrat:

Piruvat + CO 2 + ATP = Oksaloasetat (substrat Siklus Krebs) + ADP + Fn.

Kerja ATP sintase

Proses fosforilasi oksidatif dilakukan oleh kompleks kelima dari rantai pernapasan mitokondria - Proton ATP sintase, yang terdiri dari 9 subunit dari 5 jenis:

3 subunit (d,e,f) berkontribusi pada integritas ATP sintase

· Subunit adalah unit fungsional dasar. Ini memiliki 3 konformasi:

Konformasi L - menempelkan ADP dan Fosfat (mereka memasuki mitokondria dari sitoplasma menggunakan pembawa khusus)

T-konformasi - fosfat melekat pada ADP dan ATP terbentuk

O-konformasi - ATP berpisah dari b-subunit dan lolos ke b-subunit.

Agar subunit mengubah konformasi, diperlukan proton hidrogen, karena konformasi berubah 3 kali, diperlukan 3 proton hidrogen. Proton dipompa dari ruang intermembran mitokondria di bawah aksi potensial elektrokimia.

· b-subunit mengangkut ATP ke membran pembawa, yang "membuang" ATP ke dalam sitoplasma. Sebagai imbalannya, pembawa yang sama mengangkut ADP dari sitoplasma. Pada membran dalam mitokondria juga terdapat pembawa Fosfat dari sitoplasma ke mitokondria, tetapi pengoperasiannya membutuhkan proton hidrogen. Pembawa semacam itu disebut translocases.

Total KELUAR

Untuk sintesis 1 molekul ATP, dibutuhkan 3 proton.

Inhibitor oksidatif fosforilasi

Inhibitor memblokir kompleks V:

Oligomisin - memblokir saluran proton ATP sintase.

Atractyloside, cyclophyllin - blok translocases.

Pemisah oksidatif fosforilasi

Pemisah- zat lipofilik yang mampu menerima proton dan mengangkutnya melalui membran dalam mitokondria, melewati kompleks V (saluran protonnya). Pemutus:

· alami- produk peroksidasi lipid, asam lemak dengan rantai panjang; hormon tiroid dosis besar.

· palsu- dinitrofenol, eter, turunan vitamin K, anestesi.

2.2 Fosforilasi substrat

Substr sebuah lainnyafosforil dan ing ( biokimia), sintesis senyawa fosfor yang kaya energi karena energi reaksi redoks glikolisis (dikatalisis oleh fosfogliseraldehida dehidrogenase dan enolase) dan selama oksidasi asam a-ketoglutarat dalam siklus asam trikarboksilat (di bawah aksi a-ketoglutarat dehidrogenase dan suksinattiokinase). Untuk kasus bakteri S. dijelaskan f. selama oksidasi asam piruvat.S. f., berbeda dengan fosforilasi dalam rantai transpor elektron, tidak dihambat oleh racun "melepaskan" (misalnya, dinitrofenol) dan tidak terkait dengan fiksasi enzim dalam membran mitokondria. Kontribusi S. f. ke kolam seluler ATP dalam kondisi aerobik jauh lebih sedikit daripada kontribusi fosforilasi ke rantai transpor elektron.

bagian 3

3.1 Peran di kandang

Peran utama ATP dalam tubuh dikaitkan dengan penyediaan energi untuk berbagai reaksi biokimia. Menjadi pembawa dua ikatan energi tinggi, ATP berfungsi sebagai sumber energi langsung untuk banyak proses biokimia dan fisiologis yang memakan energi. Semua ini adalah reaksi sintesis zat kompleks dalam tubuh: implementasi transfer aktif molekul melalui membran biologis, termasuk untuk penciptaan potensi listrik transmembran; pelaksanaan kontraksi otot.

Seperti yang Anda ketahui, dalam bioenergi organisme hidup, dua poin utama penting:

a) energi kimia disimpan melalui pembentukan ATP, ditambah dengan reaksi katabolik eksergonik dari oksidasi substrat organik;

b) energi kimia digunakan dengan memecah ATP, terkait dengan reaksi endergonik anabolisme dan proses lain yang membutuhkan pengeluaran energi.

Muncul pertanyaan mengapa molekul ATP sesuai dengan peran sentralnya dalam bioenergi. Untuk mengatasinya, pertimbangkan struktur ATP Struktur ATP - (pada pH 7,0 muatan tetra anion) .

ATP adalah senyawa yang tidak stabil secara termodinamika. Ketidakstabilan ATP ditentukan, pertama, oleh tolakan elektrostatik di wilayah sekelompok muatan negatif dengan nama yang sama, yang mengarah ke tegangan seluruh molekul, tetapi ikatan terkuat adalah P - O - P, dan kedua, oleh resonansi tertentu. Sesuai dengan faktor terakhir, ada persaingan antara atom fosfor untuk elektron bergerak tunggal dari atom oksigen yang terletak di antara mereka, karena setiap atom fosfor memiliki muatan positif parsial karena efek akseptor elektron yang signifikan dari P=O dan P - kelompok-O. Dengan demikian, kemungkinan keberadaan ATP ditentukan oleh adanya jumlah energi kimia yang cukup dalam molekul, yang memungkinkan untuk mengkompensasi tekanan fisikokimia ini. Molekul ATP memiliki dua ikatan fosfoanhidrida (pirofosfat), hidrolisisnya disertai dengan penurunan energi bebas yang signifikan (pada pH 7,0 dan 37 o C).

ATP + H 2 O \u003d ADP + H 3 RO 4 G0I \u003d - 31,0 kJ / mol.

ADP + H 2 O \u003d AMP + H 3 RO 4 G0I \u003d - 31,9 kJ / mol.

Salah satu masalah utama bioenergi adalah biosintesis ATP, yang pada satwa liar terjadi melalui fosforilasi ADP.

Fosforilasi ADP adalah proses endergonik dan membutuhkan sumber energi. Seperti disebutkan sebelumnya, dua sumber energi seperti itu mendominasi di alam - energi matahari dan energi kimia dari senyawa organik tereduksi. Tumbuhan hijau dan beberapa mikroorganisme mampu mengubah energi kuanta cahaya yang diserap menjadi energi kimia, yang digunakan untuk fosforilasi ADP dalam tahap cahaya fotosintesis. Proses regenerasi ATP ini disebut fosforilasi fotosintesis. Transformasi energi oksidasi senyawa organik menjadi ikatan makroenergi ATP dalam kondisi aerobik terjadi terutama melalui fosforilasi oksidatif. Energi bebas yang dibutuhkan untuk pembentukan ATP dihasilkan dalam rantai oksidatif respirasi mitokondria.

Jenis lain dari sintesis ATP dikenal, yang disebut fosforilasi substrat. Berbeda dengan fosforilasi oksidatif yang terkait dengan transfer elektron, donor gugus fosforil teraktivasi (-PO3 H2), yang diperlukan untuk regenerasi ATP, adalah perantara dari proses glikolisis dan siklus asam trikarboksilat. Dalam semua kasus ini, proses oksidatif mengarah pada pembentukan senyawa berenergi tinggi: 1,3 - difosfogliserat (glikolisis), suksinil - CoA (siklus asam trikarboksilat), yang, dengan partisipasi enzim yang sesuai, mampu memfolirasi ADP dan membentuk ATP. Transformasi energi pada tingkat substrat adalah satu-satunya cara untuk sintesis ATP dalam organisme anaerob. Proses sintesis ATP ini memungkinkan Anda untuk mempertahankan kerja intensif otot rangka selama periode kekurangan oksigen. Harus diingat bahwa ini adalah satu-satunya cara sintesis ATP dalam eritrosit dewasa tanpa mitokondria.

Nukleotida adenil memainkan peran yang sangat penting dalam bioenergi sel, di mana dua residu asam fosfat melekat. Zat ini disebut adenosin trifosfat (ATP). Dalam ikatan kimia antara residu asam fosfat dari molekul ATP, energi disimpan, yang dilepaskan ketika fosfor organik dipecah:

ATP \u003d ADP + P + E,

di mana F adalah enzim, E adalah energi yang membebaskan. Dalam reaksi ini, asam fosfat adenosin (ADP) terbentuk - sisa molekul ATP dan fosfat organik. Semua sel menggunakan energi ATP untuk proses biosintesis, pergerakan, produksi panas, impuls saraf, pendaran (misalnya, bakteri pendar), yaitu, untuk semua proses kehidupan.

ATP adalah akumulator energi biologis universal. Energi cahaya yang terkandung dalam makanan yang dikonsumsi disimpan dalam molekul ATP.

Pasokan ATP dalam sel kecil. Jadi, dalam otot, cadangan ATP cukup untuk 20-30 kontraksi. Dengan peningkatan, tetapi kerja jangka pendek, otot bekerja semata-mata karena pemecahan ATP yang terkandung di dalamnya. Setelah menyelesaikan pekerjaan, seseorang bernafas dengan berat - selama periode ini, pemecahan karbohidrat dan zat lain terjadi (energi terakumulasi) dan pasokan ATP dalam sel dipulihkan.

Juga dikenal adalah peran ATP sebagai neurotransmitter dalam sinapsis.

3.2 Peran dalam kerja enzim

Sel hidup adalah sistem kimia yang jauh dari keseimbangan: bagaimanapun, pendekatan sistem kehidupan ke keseimbangan berarti pembusukan dan kematiannya. Produk dari setiap enzim biasanya cepat habis karena digunakan sebagai substrat oleh enzim lain dalam jalur metabolisme. Lebih penting lagi, sejumlah besar reaksi enzimatik terkait dengan pemecahan ATP menjadi ADP dan fosfat anorganik. Agar hal ini dimungkinkan, kumpulan ATP, pada gilirannya, harus dipertahankan pada tingkat yang jauh dari kesetimbangan, sehingga rasio konsentrasi ATP terhadap konsentrasi produk hidrolisisnya tinggi. Dengan demikian, kumpulan ATP memainkan peran sebagai "akumulator" yang mempertahankan transfer energi dan atom yang konstan di dalam sel di sepanjang jalur metabolisme yang ditentukan oleh adanya enzim.

Jadi, mari kita perhatikan proses hidrolisis ATP dan pengaruhnya terhadap kerja enzim. Bayangkan proses biosintetik yang khas, di mana dua monomer - A dan B - harus bergabung satu sama lain dalam reaksi dehidrasi (juga disebut kondensasi), disertai dengan pelepasan air:

A - H + B - OH - AB + H2O

Reaksi sebaliknya, yang disebut hidrolisis, di mana molekul air memecah senyawa A-B yang terikat secara kovalen, hampir selalu menguntungkan secara energetik. Ini terjadi, misalnya, selama pembelahan hidrolitik protein, asam nukleat dan polisakarida menjadi subunit.

Strategi umum di mana sel A-B dibentuk dengan A-N dan B-OH mencakup urutan reaksi multi-tahap, sebagai akibatnya ada sintesis senyawa yang diinginkan secara energetik dengan reaksi menguntungkan yang seimbang.

Apakah hidrolisis ATP sesuai dengan nilai negatif yang besar? G, oleh karena itu, hidrolisis ATP sering memainkan peran reaksi yang menguntungkan secara energi, karena reaksi biosintesis intraseluler dilakukan.

Dalam perjalanan dari A - H dan B - OH-A - B yang terkait dengan hidrolisis ATP, energi hidrolisis pertama-tama mengubah B - OH menjadi zat antara berenergi tinggi, yang kemudian langsung bereaksi dengan A - H, membentuk A - B. mekanisme sederhana untuk proses ini meliputi transfer fosfat dari ATP ke B - OH dengan pembentukan B - ORO 3, atau B - O - R, dan dalam hal ini reaksi total hanya terjadi dalam dua tahap:

1) B - OH + ATP - B - C - R + ADP

2) A - N + B - O - R - A - B + R

Karena senyawa antara B - O - P, yang terbentuk selama reaksi, dihancurkan lagi, reaksi keseluruhan dapat dijelaskan menggunakan persamaan berikut:

3) A-N + B - OH - A - B dan ATP - ADP + R

Reaksi pertama, yang secara energetik tidak menguntungkan, dimungkinkan karena terkait dengan reaksi kedua yang menguntungkan secara energetik (hidrolisis ATP). Contoh reaksi biosintetik terkait jenis ini dapat berupa sintesis asam amino glutamin.

Nilai G hidrolisis ATP menjadi ADP dan fosfat anorganik tergantung pada konsentrasi semua reaktan dan biasanya untuk kondisi sel berkisar antara - 11 sampai - 13 kkal/mol. Reaksi hidrolisis ATP akhirnya dapat digunakan untuk melakukan reaksi termodinamika yang tidak menguntungkan dengan nilai G kira-kira +10 kkal/mol, tentu saja dengan adanya urutan reaksi yang sesuai. Namun, untuk banyak reaksi biosintetik, bahkan ? G = - 13 kkal/mol. Dalam kasus ini dan lainnya, jalur hidrolisis ATP berubah sedemikian rupa sehingga AMP dan PP (pirofosfat) pertama kali terbentuk. Pada langkah berikutnya, pirofosfat juga mengalami hidrolisis; total perubahan energi bebas dari seluruh proses adalah sekitar - 26 kkal/mol.

Bagaimana energi hidrolisis pirofosfat digunakan dalam reaksi biosintesis? Salah satu caranya dapat ditunjukkan dengan contoh sintesis senyawa A - B di atas dengan A - H dan B - OH. Dengan bantuan enzim yang sesuai, B - OH dapat bereaksi dengan ATP dan berubah menjadi senyawa berenergi tinggi B - O - R - R. Sekarang reaksi terdiri dari tiga tahap:

1) B - OH + ATP - B - C - R - R + AMP

2) A - N + B - O - R - R - A - B + PP

3) PP + H2O - 2P

Reaksi keseluruhan dapat direpresentasikan sebagai berikut:

A - H + B - OH - A - B dan ATP + H2O - AMP + 2P

Karena enzim selalu mempercepat reaksi yang dikatalisis olehnya baik dalam arah maju maupun mundur, senyawa A - B dapat terurai dengan bereaksi dengan pirofosfat (reaksi kebalikan dari tahap 2). Namun, reaksi hidrolisis pirofosfat yang menguntungkan secara energik (tahap 3) berkontribusi untuk menjaga stabilitas koneksi A-B karena fakta bahwa konsentrasi pirofosfat tetap sangat rendah (ini mencegah reaksi, balik ke tahap 2). Dengan demikian, energi hidrolisis pirofosfat memastikan bahwa reaksi berlangsung dalam arah maju. Contoh reaksi biosintetik yang penting dari jenis ini adalah sintesis polinukleotida.

3.3 Peran dalam sintesis DNA dan RNA dan protein

Pada semua organisme yang diketahui, deoksiribonukleotida yang membentuk DNA disintesis oleh aksi enzim ribonukleotida reduktase (RNR) pada ribonukleotida yang sesuai. Enzim-enzim ini mengurangi residu gula dari ribosa menjadi deoksiribosa dengan menghilangkan oksigen dari gugus hidroksil 2", substrat ribonukleosida difosfat, dan produk deoksiribonukleosida difosfat. Semua enzim reduktase menggunakan mekanisme radikal sulfhidril umum yang bergantung pada residu sistein reaktif, yang teroksidasi untuk membentuk ikatan disulfida selama reaksi.Enzim PHP diproses melalui reaksi dengan thioredoxin atau glutaredoxin.

Regulasi PHP dan enzim terkait menjaga keseimbangan dalam hubungannya satu sama lain. Konsentrasi yang sangat rendah menghambat sintesis DNA dan perbaikan DNA dan mematikan sel, sedangkan rasio abnormal bersifat mutagenik karena peningkatan kemungkinan penggabungan DNA polimerase selama sintesis DNA.

Dalam sintesis asam nukleat RNA, adenosin yang berasal dari ATP adalah salah satu dari empat nukleotida yang dimasukkan langsung ke dalam molekul RNA oleh RNA polimerase. Energi, polimerisasi ini terjadi dengan eliminasi pirofosfat (dua gugus fosfat). Proses ini serupa dalam biosintesis DNA, kecuali bahwa ATP direduksi menjadi dATP deoksiribonukleotida sebelum dimasukkan ke dalam DNA.

PADA perpaduan tupai. Sintetase aminoasil-tRNA menggunakan enzim ATP sebagai sumber energi untuk menempelkan molekul tRNA ke asam amino spesifiknya, membentuk aminoasil-tRNA yang siap untuk diterjemahkan ke dalam ribosom. Energi menjadi tersedia sebagai hasil hidrolisis ATP dari adenosin monofosfat (AMP) untuk menghilangkan dua gugus fosfat.

ATP digunakan untuk banyak fungsi seluler, termasuk pekerjaan transportasi zat yang bergerak melintasi membran sel. Ini juga digunakan untuk pekerjaan mekanis, memasok energi yang dibutuhkan untuk kontraksi otot. Ini memasok energi tidak hanya ke otot jantung (untuk sirkulasi darah) dan otot rangka (misalnya, untuk gerakan kasar tubuh), tetapi juga ke kromosom dan flagela sehingga mereka dapat melakukan banyak fungsinya. Peran besar ATP adalah dalam pekerjaan kimia, menyediakan energi yang diperlukan untuk sintesis beberapa ribu jenis makromolekul yang dibutuhkan sel untuk hidup.

ATP juga digunakan sebagai saklar on-off baik untuk mengontrol reaksi kimia dan untuk mengirim informasi. Bentuk rantai protein yang membuat blok bangunan dan struktur lain yang digunakan dalam kehidupan ditentukan terutama oleh ikatan kimia lemah yang mudah hilang dan direstrukturisasi. Sirkuit ini dapat memperpendek, memanjang, dan berubah bentuk sebagai respons terhadap input atau output energi. Perubahan rantai mengubah bentuk protein dan juga dapat mengubah fungsinya atau menyebabkannya menjadi aktif atau tidak aktif.

Molekul ATP dapat mengikat satu bagian dari molekul protein, menyebabkan bagian lain dari molekul yang sama meluncur atau bergerak sedikit yang menyebabkannya mengubah konformasinya, menonaktifkan molekul. Setelah ATP dihapus itu menyebabkan protein kembali ke bentuk aslinya dan dengan demikian berfungsi lagi.

Siklus dapat diulang selama molekul kembali, secara efektif bertindak sebagai saklar dan saklar. Baik penambahan fosfor (fosforilasi) dan penghilangan fosfor dari protein (defosforilasi) dapat berfungsi sebagai sakelar hidup atau mati.

3.4 Fungsi lain dari ATP

Peran di metabolisme, perpaduan dan aktif mengangkut

Dengan demikian, ATP mentransfer energi antara reaksi metabolisme yang terpisah secara spasial. ATP adalah sumber energi utama untuk sebagian besar fungsi seluler. Ini termasuk sintesis makromolekul, termasuk DNA dan RNA, dan protein. ATP juga memainkan peran penting dalam pengangkutan makromolekul melintasi membran sel, seperti eksositosis dan endositosis.

Peran di struktur sel dan pergerakan

ATP terlibat dalam mempertahankan struktur seluler dengan memfasilitasi perakitan dan pembongkaran elemen sitoskeletal. Karena proses ini, ATP diperlukan untuk kontraksi filamen aktin dan miosin diperlukan untuk kontraksi otot. Proses terakhir ini adalah salah satu kebutuhan energi dasar hewan dan sangat penting untuk gerakan dan respirasi.

Peran di sinyal sistem

Diekstraselulersinyalsistem

ATP juga merupakan molekul pemberi sinyal. ATP, ADP, atau adenosin dikenal sebagai reseptor purinergik. Purinoreseptor mungkin merupakan reseptor yang paling melimpah di jaringan mamalia.

Pada manusia, peran pensinyalan ini penting baik dalam sistem saraf pusat maupun perifer. Aktivitas tergantung pada pelepasan ATP dari sinapsis, akson dan glia purinergik mengaktifkan reseptor membran

Diintraselulersinyalsistem

ATP sangat penting dalam proses transduksi sinyal. Ini digunakan oleh kinase sebagai sumber gugus fosfat dalam reaksi transfer fosfatnya. Kinase pada substrat seperti protein atau lipid membran adalah bentuk sinyal yang umum. Fosforilasi protein oleh kinase dapat mengaktifkan kaskade ini, seperti kaskade protein kinase yang diaktifkan oleh mitogen.

ATP juga digunakan oleh adenilat siklase dan diubah menjadi molekul pembawa pesan kedua AMP, yang terlibat dalam memicu sinyal kalsium untuk melepaskan kalsium dari depot intraseluler. [38] Bentuk gelombang ini sangat penting dalam fungsi otak, meskipun ia terlibat dalam pengaturan berbagai proses seluler lainnya.

Kesimpulan

1. Adenosin trifosfat - nukleotida yang memainkan peran yang sangat penting dalam metabolisme energi dan zat dalam organisme; Pertama-tama, senyawa ini dikenal sebagai sumber energi universal untuk semua proses biokimia yang terjadi dalam sistem kehidupan. Secara kimia, ATP adalah ester trifosfat dari adenosin, yang merupakan turunan dari adenin dan ribosa. Dari segi struktur, ATP mirip dengan nukleotida adenin yang merupakan bagian dari RNA, hanya saja alih-alih satu asam fosfat, ATP mengandung tiga residu asam fosfat. Sel tidak dapat mengandung asam dalam jumlah yang nyata, tetapi hanya garamnya. Oleh karena itu, asam fosfat memasuki ATP sebagai residu (bukan gugus OH asam, ada atom oksigen bermuatan negatif).

2. Di dalam tubuh, ATP disintesis oleh fosforilasi ADP:

ADP + H 3 PO 4 + energi> ATP + H2O.

Fosforilasi ADP dimungkinkan dalam dua cara: fosforilasi substrat dan fosforilasi oksidatif (menggunakan energi zat pengoksidasi).

Fosforilasi oksidatif - salah satu komponen terpenting dari respirasi seluler, yang mengarah pada produksi energi dalam bentuk ATP. Substrat fosforilasi oksidatif adalah produk pemecahan senyawa organik - protein, lemak, dan karbohidrat. Proses fosforilasi oksidatif terjadi pada krista mitokondria.

Substr sebuah lainnyafosforil dan ing ( biokimia), sintesis senyawa fosfor yang kaya energi karena energi reaksi redoks glikolisis dan selama oksidasi asam a-ketoglutarat dalam siklus asam trikarboksilat.

3. Peran utama ATP dalam tubuh dikaitkan dengan penyediaan energi untuk berbagai reaksi biokimia. Menjadi pembawa dua ikatan energi tinggi, ATP berfungsi sebagai sumber energi langsung untuk banyak proses biokimia dan fisiologis yang memakan energi. Dalam bioenergi organisme hidup, berikut ini penting: energi kimia disimpan melalui pembentukan ATP, ditambah dengan reaksi katabolik eksergonik oksidasi substrat organik; energi kimia digunakan oleh pemecahan ATP, terkait dengan reaksi endergonik anabolisme dan proses lain yang membutuhkan pengeluaran energi.

4. Dengan peningkatan beban (misalnya, dalam lari cepat), otot bekerja semata-mata karena suplai ATP. Dalam sel otot, cadangan ini cukup untuk beberapa lusin kontraksi, dan kemudian jumlah ATP harus diisi ulang. Sintesis ATP dari ADP dan AMP terjadi karena energi yang dilepaskan selama pemecahan karbohidrat, lipid, dan zat lain. Sejumlah besar ATP juga dihabiskan untuk kinerja kerja mental. Untuk alasan ini, pekerja mental membutuhkan peningkatan jumlah glukosa, yang pemecahannya memastikan sintesis ATP.

Selain energi ATP, ia melakukan sejumlah fungsi lain yang sama pentingnya dalam tubuh:

· Bersama dengan nukleosida trifosfat lainnya, ATP adalah produk awal dalam sintesis asam nukleat.

Selain itu, ATP memainkan peran penting dalam regulasi banyak proses biokimia. Menjadi efektor alosterik dari sejumlah enzim, ATP, dengan bergabung dengan pusat pengaturannya, meningkatkan atau menekan aktivitasnya.

· ATP juga merupakan prekursor langsung untuk sintesis siklik adenosin monofosfat, pembawa pesan sekunder untuk transmisi sinyal hormonal ke dalam sel.

Peran ATP sebagai mediator dalam sinapsis juga diketahui.

Daftar bibliografi

1. Lemeza, N.A. Manual biologi untuk pelamar ke universitas / L.V. Kamlyuk N.D. Lisov. - Minsk: Unipress, 2011 - 624 hal.

2. Lodish, H, Berk A, Matsudaira P, Kaiser CA, Krieger M, Scott MP, Zipursky SL, Darnell J. Biologi Sel Molekuler, edisi ke-5. - New York: W. H. Freeman, 2004.

3. Romanovsky, Yu.M. Konverter energi molekul sel hidup. Proton ATP sintase - motor molekul yang berputar / Yu.M. Romanovsky A.N. Tikhonov // UFN. - 2010. - T.180. - S.931 - 956.

4. Voet D, Voet JG. Biokimia Vol 1 3rd ed. Wiley: Hoboken, NJ. - N-Y: W. H. Freeman and Company, 2002. - 487 rubel.

5. Kimia umum. Kimia biofisik. Kimia unsur biogenik. M.: Sekolah Tinggi, 1993

6. Vershubsky, A.V. Biofisika. / A.V. Vershubsky, V.I. Priklonsky, A.N. Tikhonov. - M: 471-481.

7. Alberts B. Biologi molekuler sel dalam 3 volume. / Alberts B., Bray D., Lewis J. dkk. M.: Mir, 1994.1558 hal.

8. Nikolaev A.Ya. Kimia biologi - M.: LLC "Badan Informasi Medis", 1998.

9. Berg, J. M. Biokimia, edisi internasional. / Berg, J. M, Tymoczko, J. L, Stryer, L. - New York: W.H. Freeman, 2011; hal 287.

10. Knorre D.G. Kimia biologi: Proc. untuk kimia, biol. Dan sayang. spesialis. universitas. - Edisi ke-3, Pdt. / Knorre D.G., Mysina S.D. - M.: Lebih tinggi. sekolah, 2000. - 479 hal.: sakit.

11. Eliot, V. Biokimia dan biologi molekuler / V. Eliot, D. Eliot. - M.: Rumah Penerbitan Institut Penelitian Kimia Biomedis Akademi Ilmu Kedokteran Rusia, OOO "Materik-alpha", 1999, - 372 hal.

12. Shina CL, K., 7 Areieh, W. Tentang Energi Hidrolisis ATP dalam Larutan. Jurnal Kimia Fisika B,113 (47), (2009).

13. Berg, J. M. Biokimia / J. M. Berg: J. L. Tymoczko, L. Stryer. - N-Y: W. H. Freeman and Company, 2002. - 1514 hal.

Dokumen serupa

senyawa organik dalam tubuh manusia. Struktur, fungsi dan klasifikasi protein. Asam nukleat (polinukleotida), fitur struktural dan sifat RNA dan DNA. Karbohidrat di alam dan tubuh manusia. Lipid adalah lemak dan zat mirip lemak.

abstrak, ditambahkan 09/06/2009


Proses sintesis protein dan perannya dalam kehidupan makhluk hidup. Fungsi dan sifat kimia asam amino. Penyebab kekurangan mereka dalam tubuh manusia. Jenis makanan yang mengandung asam esensial. Asam amino disintesis di hati.

presentasi, ditambahkan 23/10/2014


Energi, penyimpanan, dan fungsi pendukung pembangunan karbohidrat. Sifat monosakarida sebagai sumber energi utama dalam tubuh manusia; glukosa. Perwakilan utama disakarida; sukrosa. Polisakarida, pembentukan pati, metabolisme karbohidrat.

laporan, ditambahkan 30/04/2010


Fungsi metabolisme dalam tubuh: menyediakan energi bagi organ dan sistem yang dihasilkan selama pembelahan nutrisi; mengubah molekul makanan menjadi blok bangunan; pembentukan asam nukleat, lipid, karbohidrat dan komponen lainnya.

abstrak, ditambahkan 20/01/2009


Peran dan pentingnya protein, lemak dan karbohidrat untuk jalannya normal semua proses vital. Komposisi, struktur dan sifat utama protein, lemak dan karbohidrat, tugas dan fungsinya yang paling penting dalam tubuh. Sumber utama nutrisi ini.

presentasi, ditambahkan 11/04/2013


Karakterisasi struktur molekul kolesterol sebagai komponen penting dari membran sel. Studi tentang mekanisme pengaturan metabolisme kolesterol dalam tubuh manusia. Analisis fitur terjadinya kelebihan lipoprotein densitas rendah dalam aliran darah.

abstrak, ditambahkan 17/06/2012


Metabolisme protein, lipid dan karbohidrat. Jenis nutrisi manusia: omnivora, nutrisi terpisah dan rendah karbohidrat, vegetarian, diet makanan mentah. Peran protein dalam metabolisme. Kurangnya lemak dalam tubuh. Perubahan dalam tubuh sebagai akibat dari perubahan jenis diet.

makalah, ditambahkan 02/02/2014


Pertimbangan partisipasi besi dalam proses oksidatif dan dalam sintesis kolagen. Kenalan dengan pentingnya hemoglobin dalam proses pembentukan darah. Pusing, sesak napas dan gangguan metabolisme akibat kekurangan zat besi dalam tubuh manusia.

presentasi, ditambahkan 02/08/2012


Sifat fluor dan besi. kebutuhan harian tubuh. Fungsi fluor dalam tubuh, pengaruh, dosis mematikan interaksi dengan zat lain. Besi dalam tubuh manusia, sumbernya. Akibat kekurangan zat besi bagi tubuh dan kelebihannya.

presentasi, ditambahkan 14/02/2017


Protein sebagai sumber makanan, fungsi utamanya. Asam amino yang terlibat dalam pembuatan protein. Struktur rantai polipeptida. Transformasi protein dalam tubuh. Protein lengkap dan tidak lengkap. Struktur protein, sifat kimia, reaksi kualitatif.