Остатки какого моносахарида входят в состав молекулы атф: Какие моносахариды входят в состав нуклеиновых кислот?Каково строение и функции АТФ в клетке?

«Лист успеха».

Фамилия имя

2.

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Нужно много энергии?

Наверное, чтобы пробежать марафон. Откуда берется эта дополнительная энергия? Углеводная загрузка — это стратегия, используемая спортсменами, занимающимися выносливостью, для максимального накопления энергии в виде гликогена в мышцах. Гликоген образует запас энергии, который может быть быстро мобилизован для удовлетворения внезапно возникшей потребности в глюкозе, которая затем превращается в АТФ в процессе клеточного дыхания.

Глюкоза и АТФ

Молекулы, несущие энергию

Вы знаете, что рыба, которую вы ели на обед, содержала белковые молекулы. Но знаете ли вы, что атомы в этом белке могли легко сформировать цвет глаз стрекозы, сердца водяной блохи и хлыстообразного хвоста Euglena , прежде чем они попадут на вашу тарелку в виде гладких рыбьих мышц? Пища состоит из органических (углеродосодержащих) молекул, запасающих энергию в химических связях между их атомами. Организмы используют атомы пищевых молекул для создания более крупных органических молекул, включая белки, ДНК и жиры (липиды), и используют энергию пищи для обеспечения жизненных процессов. Разрывая связи в пищевых молекулах, клетки высвобождают энергию для создания новых соединений. Хотя некоторая часть энергии рассеивается в виде тепла при каждой передаче энергии, большая ее часть сохраняется во вновь образовавшихся молекулах. Химические связи в органических молекулах являются резервуаром энергии, используемой для их создания. Подпитываемые энергией пищевых молекул, клетки могут комбинировать и рекомбинировать элементы жизни, образуя тысячи различных молекул. И энергия (несмотря на некоторые потери), и материалы (несмотря на реорганизацию) переходят от производителя к потребителю — возможно, от хвостов водорослей, к сердцам водяных блох, к цветам глаз стрекоз, к рыбьим мышцам, к вам!

Процесс фотосинтеза, с которого обычно начинается поток энергии в жизни, использует множество различных видов молекул-носителей энергии для преобразования энергии солнечного света в химическую энергию и создания пищи. Некоторые молекулы-носители ненадолго удерживают энергию, быстро перекладывая ее, как горячую картошку, на другие молекулы. Эта стратегия позволяет высвобождать энергию в небольших контролируемых количествах. Пример начинается с хлорофилла, зеленого пигмента, присутствующего в большинстве растений, который помогает преобразовывать солнечную энергию в химическую энергию. Когда молекула хлорофилла поглощает световую энергию, электроны возбуждаются и «перескакивают» на более высокий энергетический уровень. Затем возбужденные электроны отскакивают от ряда молекул-носителей, теряя немного энергии на каждом шагу. Большая часть «потерянной» энергии приводит в действие какую-то небольшую клеточную задачу, такую ​​как перемещение ионов через мембрану или создание другой молекулы. Другой краткосрочный энергоноситель, важный для фотосинтеза, НАДФН немного дольше удерживает химическую энергию, но вскоре «тратит» ее на создание сахара.

Двумя наиболее важными молекулами, переносящими энергию, являются глюкоза и аденозинтрифосфат, обычно называемый АТФ . Это почти универсальное топливо во всем живом мире, и оба они являются ключевыми участниками фотосинтеза, как показано ниже.

Глюкоза

Молекула глюкозы, имеющая химическую формулу C ₆ H ₁₂ O ₆ , несет пакет химической энергии как раз подходящего размера для транспортировки и поглощения клетками. В вашем теле глюкоза является «доставляемой» формой энергии, переносимой кровью через капилляры к каждой из ваших 100 триллионов клеток. Глюкоза также является углеводом, образующимся в результате фотосинтеза, и поэтому является почти универсальной пищей для жизни.

Глюкоза – энергетически богатый продукт фотосинтеза, универсальная пища для жизни. Это также основная форма, в которой ваш кровоток доставляет энергию каждой клетке вашего тела.

АТФ

Молекулы АТФ хранят меньшее количество энергии, но каждая из них высвобождает ровно столько энергии, сколько необходимо для выполнения работы внутри клетки. Белки мышечных клеток, например, притягивают друг друга за счет энергии, высвобождаемой при разрыве связей в АТФ (обсуждается ниже). Процесс фотосинтеза также производит и использует АТФ для получения энергии для создания глюкозы! Таким образом, АТФ — это полезная форма энергии для ваших клеток. АТФ обычно называют «энергетической валютой» клетки.

Зачем нам нужны и глюкоза, и АТФ?

Почему бы растениям просто не производить АТФ и покончить с этим? Если бы энергия была деньгами, АТФ была бы четвертью. Достаточно денег, чтобы управлять парковочным счетчиком или стиральной машиной. Глюкоза — это десятидолларовая банкнота — ее гораздо легче носить с собой в кошельке, но она слишком велика, чтобы оплачивать парковку или стирку. Точно так же, как мы находим несколько номиналов денег полезными, организмы нуждаются в нескольких «номиналах» энергии — меньшее количество для работы внутри клеток и большее количество для стабильного хранения, транспортировки и доставки в клетки. (На самом деле молекула глюкозы будет стоить около 9 долларов.0,50, так как при соответствующих условиях на каждую молекулу глюкозы вырабатывается до 38 АТФ.)

Рассмотрим молекулу АТФ поближе. Хотя он несет меньше энергии, чем глюкоза, его структура более сложная. «А» в АТФ относится к большей части молекулы, аденозину, комбинации азотистого основания и пятиуглеродного сахара. «TP» указывает на три фосфата, связанных связями, которые удерживают энергию, фактически используемую клетками. Обычно только самая внешняя связь разрывается, чтобы высвободить или потратить энергию на клеточную работу.

Молекула АТФ, показанная на рисунке ниже, похожа на перезаряжаемую батарею: ее энергия может быть использована клеткой, когда она распадается на АДФ (аденозиндифосфат) и фосфат, а затем «изношенная батарея» АДФ можно перезарядить, используя новую энергию для присоединения нового фосфата и восстановления АТФ. Материалы пригодны для повторного использования, но помните, что энергия — нет!

Сколько энергии тратится на работу вашего тела? Одна клетка использует около 10 миллионов молекул АТФ в секунду и перерабатывает все свои молекулы АТФ примерно каждые 20-30 секунд.

Стрелкой показана связь между двумя фосфатными группами в молекуле АТФ. Когда эта связь разрывается, ее химическая энергия может выполнять клеточную работу. Полученная молекула АДФ перерабатывается, когда новая энергия присоединяется к другому фосфату, восстанавливая АТФ.

Объяснение АТФ как «биологической энергии» можно найти на http://www.youtube.com/watch?v=YQfWiDlFEcA.

Резюме

• Глюкоза – это углевод, образующийся в результате фотосинтеза. Богатая энергией глюкоза доставляется через вашу кровь к каждой из ваших клеток.
• АТФ — это полезная форма энергии для ваших клеток.

Узнать больше

Используйте этот ресурс, чтобы ответить на следующие вопросы.

• аденозинтрифосфат на http://www.britannica.com/EBchecked/topic/5722/аденозин-трифосфат.

1. Какова роль АТФ?
2. Из каких компонентов состоит молекула АТФ?
3. Почему клеткам нужна химическая энергия?
4. Как АТФ удерживает энергию?
5. Как АТФ управляет клеточными процессами?

Review

1. Тот факт, что все организмы используют одинаковые молекулы-носители энергии, показывает один из аспектов великого «Единства Жизни». Назовите две универсальные молекулы-носители энергии и объясните, почему большинству организмов нужны оба переносчика, а не только один.
2. Одна клетка использует около 10 миллионов молекул АТФ в секунду. Объясните, как клетки используют энергию и перерабатывают материалы в АТФ.
3. АТФ и глюкоза являются молекулами, которые организмы используют для получения энергии. Они подобны баку автоцистерны, доставляющей бензин на заправочную станцию, и бензобаку, в котором хранится топливо для автомобиля. Какая молекула похожа на бак грузовика, а какая на бензобак автомобиля? Поясните свой ответ.

Эта страница под названием 2.19: Глюкоза и АТФ распространяется под лицензией CK-12 и была создана, изменена и/или курирована Фондом CK-12 с использованием исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   Фонд СК-12

   Лицензия

   СК-12

   Программа OER или Publisher

   СК-12

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   1. источник@http://www. ck12.org/book/CK-12-Biology-Concepts

Молекула АТФ — химические и физические свойства

Молекула аденозинтрифосфата ( АТФ ) представляет собой нуклеотид, известный в биохимии как «молекулярный «валюта» внутриклеточного переноса энергии, что то есть АТФ способна хранить и транспортировать хим. энергии внутри клеток. АТФ также играет важную роль в синтезе нуклеиновых кислот.

Для Трехмерная структура этого изображения с использованием Jsmol Нажмите здесь

Изображение: Молекулярная структура АТФ

Энергия высвобождается при гидролизе третьего фосфата группа. После высвобождения этой третьей фосфатной группы образующийся АДФ (аденозиндифосфат) может поглощать энергию и восстановить группу, тем самым восстанавливая молекула АТФ; это позволяет АТФ запасать энергию, как аккумуляторная батарея.

Фосфорильные положения

Фосфорильные группы, начинающиеся с группы AMP, называются альфа-, бета- и гамма-фосфатами.

Физические и химические свойства

АТФ состоит из аденозина, состоящего из аденинового кольца и сахара рибозы, и трех фосфатных групп (трифосфат). Фосфорильные группы, начиная с группы, ближайшей к рибозе, называются альфа (α), бета (β) и гамма (γ) фосфатами. Следовательно, он тесно связан с адениновым нуклеотидом, мономером РНК. АТФ хорошо растворим в воде и достаточно стабилен в растворах с рН от 6,8 до 7,4, но быстро гидролизуется при экстремальных значениях рН. Следовательно, АТФ лучше всего хранится в виде безводной соли.

АТФ представляет собой нестабильную молекулу в незабуференной воде, в которой она гидролизуется до АДФ и фосфата. Это связано с тем, что прочность связей между фосфатными группами в АТФ меньше прочности водородных связей (гидратационных связей) между его продуктами (АДФ и фосфатом) и водой. Таким образом, если АТФ и АДФ находятся в химическом равновесии в воде, почти весь АТФ в конечном итоге будет преобразован в АДФ. Система, далекая от равновесия, содержит свободную энергию Гиббса и способна совершать работу. Живые клетки поддерживают соотношение АТФ и АДФ на уровне десяти порядков величины от равновесного, при этом концентрации АТФ в пять раз превышают концентрацию АДФ. Это отклонение от равновесия означает, что гидролиз АТФ в клетке высвобождает большое количество свободной энергии.

Две фосфоангидридные связи (те, которые соединяют соседние фосфаты) в молекуле АТФ ответственны за высокое содержание энергии в этой молекуле. В контексте биохимических реакций эти ангидридные связи часто — и иногда неоднозначно — называют высокоэнергетическими связями (несмотря на то, что для разрыва связей требуется энергия). Энергия, запасенная в АТФ, может высвобождаться при гидролизе ангидридных связей. Первичной фосфатной группой молекулы АТФ, которая гидролизуется, когда требуется энергия для запуска анаболических реакций, является γ-фосфатная группа. Расположенный дальше всего от сахара рибозы, он имеет более высокую энергию гидролиза, чем α- или β-фосфат. Связи, образующиеся после гидролиза или фосфорилирования остатка АТФ, имеют меньшую энергию, чем фосфоангидридные связи АТФ. Во время катализируемого ферментами гидролиза АТФ или фосфорилирования АТФ доступная свободная энергия может быть использована живой системой для выполнения работы.

Любая нестабильная система потенциально реакционноспособных молекул потенциально могла бы служить способом хранения свободной энергии, если бы клетка поддерживала их концентрацию вдали от точки равновесия реакции. Однако, как и в случае с большинством полимерных биомолекул, распад РНК, ДНК и АТФ на более простые мономеры обусловлен как высвобождением энергии, так и увеличением энтропии как в стандартных концентрациях, так и в тех концентрациях, которые встречаются внутри клетки.

Стандартное количество энергии, высвобождаемой при гидролизе АТФ, можно рассчитать по изменениям энергии в неестественных (стандартных) условиях с последующей поправкой на биологические концентрации. Чистое изменение тепловой энергии (энтальпии) при стандартной температуре и давлении при разложении АТФ на гидратированный АДФ и гидратированный неорганический фосфат составляет -30,5 кДж / моль, с изменением свободной энергии 3,4 кДж / моль. Энергия, высвобождаемая при отщеплении фосфатной (Pi) или пирофосфатной (PPi) единицы от АТФ в стандартном состоянии 1 M, составляет:

АТФ + H
2O → АДФ + Pi ΔG° = –30,5 кДж/моль (–7,3 ккал/моль)
АТФ + H
2O → AMP + PPi ΔG° = –45,6 кДж/моль (–10,9 ккал/моль) )

Эти значения можно использовать для расчета изменения энергии в физиологических условиях и клеточного соотношения АТФ/АДФ. Однако все чаще используется более репрезентативное значение (которое принимает во внимание AMP), называемое зарядом энергии. Значения свободной энергии Гиббса для этой реакции зависят от ряда факторов, включая общую ионную силу и присутствие ионов щелочноземельных металлов, таких как Mg2+
и Са2+
. В типичных клеточных условиях ΔG составляет примерно -57 кДж/моль (-14 ккал/моль).

Синтез

АТФ может производиться различными клеточными процессами, чаще всего в митохондриях путем окислительного фосфорилирования под каталитическим влиянием АТФ-синтазы или в случае растений в хлоропластах путем фотосинтеза.

Основным топливом для синтеза АТФ являются глюкоза и жирные кислоты. Сначала глюкоза расщепляется на пирувата в цитозоле. Две молекулы АТФ вырабатывается на каждую молекулу глюкозы. Терминал этапы синтеза АТФ осуществляются в митохондриях и может генерировать до 34 АТФ.

АТФ в организме человека

Общее количество АТФ в организме человека около 0,1 моль. Энергия, потребляемая ежедневно взрослым требует гидролиза 200-300 моль АТФ. Это означает, что каждая молекула АТФ должна быть перерабатывается от 2000 до 3000 раз в течение дня. АТФ не может храниться, и поэтому его синтез должен быть тесно следите за его потреблением.

Другие трифосфаты

Живые клетки также содержат другие «высокоэнергетические» нуклеозиды трифосфаты, такие как гуанинтрифосфат. Между их и АТФ, энергия может легко передаваться с реакции, катализируемые нуклеозидами дифосфокиназа: энергия высвобождается при гидролизе фосфатно-фосфатных связей. Эта энергия может быть использована различными ферментами, моторные белки и транспортные белки для переноса вне работы клетки. Кроме того, гидролиз дает свободный неорганический фосфат и аденозиндифосфат, который может быть далее расщеплен до другого фосфата ион и аденозинмонофосфат. АТФ также может быть непосредственно расщепляется до аденозинмонофосфата, с образованием пирофосфата. Эта последняя реакция имеет то преимущество, что является фактически необратимым процесс в водном растворе.