Principalul acumulator de energie dintr-o celulă vie. Ce substanță este acumulatorul de energie din celulă? Principalele întrebări ale subiectului
Test. Nivelul molecular. 1 opțiune. Clasa a 9-a
A1. Care dintre elementele chimice este conținută în celule în cea mai mare cantitate:
1.azot
2.oxigen
3.cărbune
4.hidrogen
A2. Numiți elementul chimic care face parte din ATP, toți monomerii proteici și acizii nucleici.
1)N 2)P 3)S 4)Fe
A3. Indicați un compus chimic care NU este un carbohidrat.
1) lactoză 2) chitină 3) cheratina 4) amidon
A4.Cum se numește structura proteinei, care este o spirală a unui lanț de aminoacizi, încolăcit în spațiu într-o bilă?
A5. În celulele animale, carbohidrații de stocare sunt:
1. amidon
2.celuloză
3.glucoza
4.glicogen
A6. Principala sursă de energie pentru mamiferele nou-născute este:
1.glucoza
2. amidon
3.glicogen
4.lactoza
A7. Ce este un monomer ARN?
1) bază azotată 2) nucleotidă 3) riboză 4) uracil
A8. Câte tipuri de baze azotate sunt incluse în molecula de ARN?
1)5 2)2 3)3 4)4
A9. Care bază azotată a ADN-ului este complementară citozinei?
1) adenină 2) guanină 3) uracil 4) timină
A10. Moleculele sunt acumulatorul biologic universal de energie.
1).proteine 2).lipide 3).ADN 4).ATP
A11. Într-o moleculă de ADN, numărul de nucleotide cu guanină este de 5% din total. Câte nucleotide cu timină sunt în această moleculă
1).40% 2).45% 3).90% 4).95%
A12.Care este rolul moleculelor de ATP într-o celulă?
1-asigura functia de transport 2-transmite informații ereditare
3-asigură procesele vitale cu energie 4-accelerează biochimic
reactii
ÎN 1. Care sunt funcțiile carbohidraților în celulă?
Catalitic 4) structural
Energie 5) stocare
Motor 6) contractil
ÎN 2. Care sunt componentele structurale ale nucleotidelor moleculei de ADN?
Diversi acizi
Lipoproteine
Carbohidrat dezoxiriboză
Acid azotic
Acid fosforic
IN 3. Stabiliți o corespondență între structura și funcția materiei organice și tipul acesteia:
STRUCTURA ŞI FUNCŢIILE SUBSTANŢEI
A. constau din reziduuri de molecule de glicerol si acizi grasi 1. lipide
B. constau din reziduuri de molecule de aminoacizi 2. Proteine
B. Participa la termoreglare
D. Protejați organismul de substanțele străine
D. se formează datorită legăturilor peptidice.
E. Sunt cele mai consumatoare de energie.
C1. Rezolva problema.
Într-o moleculă de ADN există 1250 de nucleotide cu adenină (A), care reprezintă 20% din numărul lor total. Determinați câte nucleotide cu timină (T), citozină (C) și guanină (G) sunt conținute separat într-o moleculă de ADN. Explicați răspunsul.
Total: 21 de puncte
Criteriu de evaluare:
19 -21 puncte - "5"
13 - 18 puncte - "4"
9 - 12 puncte - "3"
1 - 8 puncte - "2"
Test. Nivelul molecular. Opțiunea 2. Clasa a 9-a
A1. Ponderea a patru elemente chimice reprezintă 98% din conținutul total al celulei. Indicați un element chimic care NU are legătură cu acestea.
1) O 2) R 3) C 4) N
A2. Copiii dezvoltă rahitism cu o lipsă de:
1.mangan și fier
2.calciu si fosfor
3.cupru și zinc
4.Sulf și azot
A3. Numiți dizaharida.
1) lactoză 2) fructoză 3) amidon 4) glicogen
A4. Cum se numește structura unei proteine, care este o spirală în care este pliată un lanț de aminoacizi?
1) primar 2) secundar 3) tertiar 4) cuaternar
A5. În celulele vegetale, carbohidrații de stocare sunt:
1. amidon
2.celuloză
3.glucoza
4.glicogen
A6. Cea mai mare cantitate de energie este eliberată în timpul descompunerii a 1 gram:
1.grasime
2.veverita
3.glucoza
4.glucide
A7. Ce este un monomer ADN?
1) bază azotată 2) nucleotidă 3) dezoxiriboză 4) uracil
A8. Câte catene de polinucleotide sunt incluse într-o moleculă de ADN?
1)1 2)2 3)3 4)4
A9. Numiți un compus chimic care este prezent în ARN, dar nu în ADN.
1) timină 2) deoximiriboză 3) riboză 4) guanină
A10. Moleculele sunt sursa de energie a celulei.
1).proteine 2).lipide 3).ADN 4).ATP
A11. Într-o moleculă de ADN, numărul de nucleotide cu citozină este de 5% din total. Câte nucleotide cu timină sunt în această moleculă
1).40% 2).45% 3).90% 4).95%
A12.Ce compuși formează ATP?
1-baza azotata adenina, carbohidrat riboza, 3 molecule de acid fosforic
2-azot guanină, zahăr fructoză, reziduu de acid fosforic.
3-riboză, glicerol și orice aminoacid
Partea B (alegeți trei răspunsuri corecte dintre cele șase oferite)
ÎN 1. Lipidele îndeplinesc următoarele funcții:
Enzimatic 4) transport
Energie 5) stocare
Hormonal 6) transmiterea de informații ereditare
ÎN 2. Care sunt componentele structurale care alcătuiesc nucleotidele unei molecule de ARN?
Baze azotate: A, U, G, C.
Diversi acizi
Baze azotate: A, T, G, C.
Carbohidrați riboză
Acid azotic
Acid fosforic
IN 3. Stabiliți o corespondență între trăsăturile și moleculele pentru care sunt caracteristice.
CARACTERISTICI ALE MOLECULEI
A) se dizolvă bine în apă 1) monozaharide
B) au gust dulce 2) polizaharide
C) fără gust dulce
D) glucoză, riboză, fructoză
d) insolubil în apă
E) amidon, glicogen, chitină.
C1. Există 1100 de nucleotide cu citozină (C) în molecula de ADN, ceea ce reprezintă 20% din numărul lor total. Determinați câte nucleotide cu timină (T), guanină (G), adenină (A) sunt conținute separat într-o moleculă de ADN, explicați rezultatul.
Partea A - 1 punct (maximum 12 puncte)
Partea B - 2 puncte (maximum 6 puncte)
Partea C - 3 puncte (maximum 3 puncte)
Total: 21 de puncte
Criteriu de evaluare:
19 - 21 puncte - "5"
13 - 18 puncte - "4"
9 - 12 puncte - "3"
1 - 8 puncte - "2"
Datorită energiei luminii, în celulele fotosintetice se formează ATP și alte câteva molecule, care joacă rolul unui fel de acumulator de energie. Un electron excitat de lumină eliberează energie pentru a fosforila ADP, producând ATP. Un acumulator de energie, în plus față de ATP, este un compus organic complex - nicotinamidă adenină dinucleotidă fosfat, abreviat ca NADP + (după cum este desemnată forma sa oxidată). Acest compus captează electroni excitați de lumină și un ion de hidrogen (proton) și este redus ca rezultat la NADPH. (Aceste abrevieri, NADP+ și NADP-N, se citesc, respectiv, ca NADEP și NADEP-ASH, ultima literă aici este simbolul atomului de hidrogen.) În fig. 35 prezintă un inel de nicotinamidă care poartă un atom de hidrogen bogat în energie și electroni. Datorită energiei ATP și cu participarea NADPH, dioxidul de carbon este redus la glucoză. Toate aceste procese complexe au loc în celulele vegetale în organele celulare specializate.
Înțelegerea modernă a procesului de fosforilare oxidativă datează din munca de pionierat a lui Belitzer și Kalkar. Kalkar a descoperit că fosforilarea aerobă este asociată cu respirația. Belitzer a studiat în detaliu relația stoechiometrică dintre legarea fosfatului conjugat și absorbția de oxigen și a arătat că raportul dintre numărul de molecule de fosfat anorganic și numărul de atomi de oxigen absorbiți
când respirația este egală cu cel puțin două. El a subliniat, de asemenea, că transferul de electroni de la substrat la oxigen este o posibilă sursă de energie pentru formarea a două sau mai multe molecule de ATP per atom de oxigen absorbit.
Molecula NADH servește ca donor de electroni, iar reacția de fosforilare are forma
Pe scurt, această reacție este scrisă ca
Sinteza a trei molecule de ATP în reacția (15.11) are loc datorită transferului a doi electroni ai moleculei NADH de-a lungul lanțului de transport de electroni către molecula de oxigen. În acest caz, energia fiecărui electron scade cu 1,14 eV.
În mediul acvatic, cu participarea unor enzime speciale, moleculele de ATP sunt hidrolizate
Formulele structurale ale moleculelor implicate în reacțiile (15.12) și (15.13) sunt prezentate în fig. 31.
În condiții fiziologice, moleculele implicate în reacțiile (15.12) și (15.13) se află în diferite stadii de ionizare (ATP, ). Prin urmare, simbolurile chimice din aceste formule ar trebui înțelese ca o înregistrare condiționată a reacțiilor dintre molecule care se află în diferite stadii de ionizare. În legătură cu aceasta, creșterea energiei libere AG în reacție (15.12) și scăderea acesteia în reacție (15.13) depind de temperatură, concentrația ionilor și valoarea pH-ului mediului. În condiţii standard eV kcal/mol). Dacă introducem corecții adecvate ținând cont de valorile fiziologice ale pH-ului și concentrația de ioni în interiorul celulelor, precum și de valorile uzuale ale concentrațiilor de molecule de ATP și ADP și fosfat anorganic din citoplasma celulelor, apoi pentru energia liberă de hidroliză a moleculelor de ATP obținem valoarea -0,54 eV (-12,5 kcal/mol). Energia liberă de hidroliză a moleculelor de ATP nu este o valoare constantă. Este posibil să nu fie același chiar și în locuri diferite ale aceleiași celule, dacă aceste locuri diferă în concentrație.
De la apariția lucrării de pionierat a lui Lipman (1941), se știe că moleculele de ATP din celulă acționează ca un depozit universal pe termen scurt și un purtător de energie chimică folosită în majoritatea proceselor vieții.
Eliberarea de energie în timpul hidrolizei unei molecule de ATP este însoțită de transformarea moleculelor.
În acest caz, ruperea legăturii indicate de simbol duce la eliminarea reziduului de acid fosforic. La sugestia lui Lipman, o astfel de legătură a devenit cunoscută sub numele de „legatură fosfat bogată în energie” sau „legătură macroergică”. Acest titlu este extrem de regretabil. Nu reflectă deloc energia proceselor care au loc în timpul hidrolizei. Eliberarea de energie liberă se datorează nu ruperii unei legături (o astfel de ruptură necesită întotdeauna o cheltuială de energie), ci rearanjarii tuturor moleculelor implicate în reacții, formării de noi legături și rearanjarea învelișurilor de solvat în timpul reactia.
Când o moleculă de NaCl este dizolvată în apă, se formează ioni hidratați, câștigul de energie în timpul hidratării acoperă pierderea de energie atunci când o legătură este ruptă în molecula de NaCl. Ar fi ciudat să atribuim acest câștig de energie „legăturii cu energie înaltă” din molecula de NaCl.
După cum se știe, în timpul fisiunii nucleelor atomice grele, se eliberează o cantitate mare de energie, care nu este asociată cu ruperea oricăror legături puternic-ergice, ci se datorează rearanjarii fragmentelor de fisiune și scăderii energiei Repulsie coulop între nucleoni din fiecare fragment.
Critica corectă a conceptului de „legături macroergice” a fost exprimată de mai multe ori. Cu toate acestea, această idee a fost introdusă pe scară largă în literatura științifică. Mare
Tabelul 8
Formule structurale ale compuşilor fosforilaţi: a - fosfoenoliruvat; b - 1,3-difosfoglicerat; c - creatina fosfat; - glucoza-I-fosfat; - glucoza-6-fosfat.
nu există probleme în acest sens dacă expresia „legătură fosfat de înaltă energie” este folosită condiționat, deoarece scurta descriereîntregul ciclu de transformări care au loc într-o soluție apoasă cu prezența corespunzătoare a altor ioni, pH etc.
Deci, conceptul de energie de legătură fosfat, utilizat de biochimiști, caracterizează în mod condiționat diferența dintre energia liberă a substanțelor inițiale și energia liberă a produselor reacțiilor de hidroliză, în care grupările de fosfat sunt separate. Acest concept nu trebuie confundat cu conceptul de energie de legătură chimică între două grupuri de atomi dintr-o moleculă liberă. Acesta din urmă caracterizează energia necesară întreruperii conexiunii.
Celulele conțin o serie de compuși fosforilați, a căror hidroliză în citoplasmă este asociată cu eliberarea de anergie liberă. Valorile energiilor libere standard de hidroliză ale unora dintre acești compuși sunt date în tabel. 8. Formulele structurale ale acestor compuși sunt prezentate în fig. 31 și 35.
Valorile negative mari ale anergiilor libere standard de hidroliză se datorează energiei de hidratare a produselor de hidroliză încărcate negativ și rearanjarea învelișurilor lor de electroni. Din Tabel. 8 rezultă că valoarea energiei libere standard de hidroliză a moleculei de ATP ocupă o poziție intermediară între compușii „de înaltă energie” (fosfoenolpirunat) și „de energie scăzută” (glucoză-6-fosfat). Acesta este unul dintre motivele pentru care molecula de ATP este un purtător universal convenabil de grupări fosfat.
Cu ajutorul enzimelor speciale, moleculele de ATP și ADP comunică între energie înaltă și cu energie scăzută
compuși de fosfat. De exemplu, enzima piruvat kinaza transferă fosfatul de la fosfoenolpiruvat la ADP. Ca rezultat al reacției, se formează piruvat și o moleculă de ATP. În plus, cu ajutorul enzimei hexokinaze, molecula de ATP poate transfera gruparea fosfat în D-glucoză, transformând-o în glucoză-6-fosfat. Produsul total al acestor două reacții se va reduce la transformare
Este foarte important ca reacțiile de acest tip să poată trece doar printr-o etapă intermediară, în care sunt implicate în mod necesar moleculele de ATP și ADP.
ATP - stocare universală energie biologică. Rolul său pentru toate ființele vii a fost formulat de academicianul Academiei de Științe Medicale a URSS V. A. Engelgardt în 1940, după cum urmează: „Orice stocare de energie celulară formează ATP, orice consum de energie în celulă este plătit de ATP”. Această regulă este valabilă și pentru celulele musculare și pentru celulele creierului, unde energia este stocată suplimentar.
În tradiția chineză, există conceptul de patru digrame sau patru fundamentale energii: transcendental energie, energie la început, ea nu este menționată niciodată în cărți, pentru că este omniprezentă și fără ea nimic nu ar exista; ...Molecula de ATP conține trei resturi de acid fosforic. Legăturile dintre ele (în prezența enzimei ATPază) se rupe ușor. Când o moleculă de ATP este separată dintr-o moleculă de acid fosforic, se eliberează 40 kJ de energie, deci legăturile se numesc macroergice (purtător de un numar mare de energie).
Conversia energiei legate chimic în ATP în energie mecanică (necesară pentru contracția musculară), electrică, luminoasă, sonoră de osmoză și celelalte tipuri ale acesteia, care asigură sinteza substanțelor plastice în celulă, creșterea, dezvoltarea, posibilitatea transmiterii ereditare. trăsături, se realizează în capul particulelor elementare ale ansamblurilor respiratorii datorită prezenței în acestea, adică în aceleași particule în care are loc sinteza acestuia. Energia eliberată în timpul descompunerii ATP este transformată direct în energie biologică, care este necesară pentru sinteza proteinelor, nucleotidelor și a altor compuși organici, fără de care creșterea și dezvoltarea organismului este imposibilă. Rezervele de energie din ATP sunt folosite pentru a efectua mișcări, a genera electricitate, lumină, pentru a îndeplini orice funcție a celulei și a organelelor acesteia.
Aportul de ATP în celulă este limitat. În fibrele musculare, ele pot furniza energie doar pentru 30-40 de contracții, iar în celulele altor țesuturi sunt chiar mai puține. Pentru a umple rezervele de ATP, sinteza acesteia trebuie să aibă loc în mod constant - din (ADP) și fosfat anorganic, care se realizează cu participarea enzimei ATP sintetaza. Asa de mare importanță pentru a controla procesul de sinteză a ATP, are un raport între concentrațiile de ATP și ADP (activitatea ATP sintetazei). Cu o lipsă de ADP, datorită prezenței ATPazei în centrul activ, hidroliza ATP va fi accelerată, care, după cum s-a menționat, este asociată cu procesul oxidativ, depinde de starea purtătorilor de hidrogen și oxigen.
Cu cât mai mult NAD și mai puțin din forma sa redusă, cu cât citocromul c și ADP sunt mai oxidați, cu atât este mai mare rata de sinteză a ATP. Alături de alte enzime și coenzime, principalii regulatori ai activității ansamblurilor respiratorii se află în prima etapă a transferului de hidrogen de la substratul NAD-NAD, în a doua - purtătorul de electroni la oxigen, citocromi, iar în etapa finală - raportul dintre ATP și ADP.
Lecția practică numărul 15.
Sarcina pentru lecția numărul 15.
Subiect: SCHIMB DE ENERGIE.
Relevanța subiectului.
Oxidarea biologică este un set de procese enzimatice care au loc în fiecare celulă, în urma cărora moleculele de carbohidrați, grăsimi și aminoacizi sunt descompuse, în cele din urmă, în dioxid de carbon și apă, iar energia eliberată este stocată de celulă sub formă de acid adenozin trifosforic (ATP) și apoi utilizat în viața organismului (biosinteza moleculelor, procesul de diviziune celulară, contracția musculară, transportul activ, producerea de căldură etc.). Medicul trebuie să fie conștient de existența unor condiții hipoenergetice în care sinteza ATP este redusă. În același timp, toate procesele vitale care procedează cu utilizarea energiei stocate sub formă de legături macroergice ale ATP suferă. Cea mai frecventă cauză a stărilor hipoenergetice este hipoxie tisulară asociat cu o scădere a concentrației de oxigen din aer, perturbarea sistemului cardiovascular și respirator, anemie de diverse origini. În plus, cauza stărilor hipoenergetice poate fi hipovitaminoza asociat cu o încălcare a stării structurale și funcționale a sistemelor enzimatice implicate în procesul de oxidare biologică, precum și foame, ceea ce duce la absența substraturilor de respirație tisulară. În plus, în procesul de oxidare biologică, se formează specii reactive de oxigen, care declanșează procesele peroxidare lipidele din membranele biologice. Este necesar să se cunoască mecanismele de apărare a organismului împotriva acestor forme (enzime, medicamentele care au efect de stabilizare membranară – antioxidanți).
Obiective educaționale și educaționale:
Scopul general al lecției: a insufla cunoștințe despre cursul oxidării biologice, în urma căreia până la 70-8% din energie se formează sub formă de ATP, precum și formarea speciilor reactive de oxigen și deteriorarea acestora. efect asupra organismului.
Obiective particulare: să se poată determina peroxidaza în hrean, cartofi; activitatea succinat dehidrogenazei musculare.
1. Controlul de intrare al cunoștințelor:
1.1. Teste.
1.2. Sondaj oral.
2. Principalele întrebări ale subiectului:
2.1. Conceptul de metabolism. Procesele anabolice și catabolice și relația lor.
2.2. compuși macroergici. ATP este acumulatorul universal și sursa de energie din organism. Ciclul ATP-ADP. Sarcina energetică a celulei.
2.3. Etape ale metabolismului. Oxidarea biologică (respirația tisulară). Caracteristicile oxidării biologice.
2.4. Acceptori primari de protoni și electroni de hidrogen.
2.5. Organizarea lanțului respirator. Transportatori în lanțul respirator (CPE).
2.6. Fosforilarea oxidativă a ADP. Mecanismul de conjugare a oxidării și fosforilării. Coeficientul de fosforilare oxidativă (P/O).
2.7. Controlul respirator. Decuplarea respirației (oxidare) și fosforilare (oxidare liberă).
2.8. Formarea speciilor toxice de oxigen în CPE și neutralizarea peroxidului de hidrogen de către enzima peroxidază.
Lucrări de laborator și practică.
3.1. Metoda de determinare a peroxidazei în hrean.
3.2. Metoda de determinare a peroxidazei la cartofi.
3.3. Determinarea activității succinat dehidrogenazei musculare și inhibarea competitivă a activității sale.
Controlul ieșirii.
4.1. Teste.
4.2. sarcini situaționale.
5. Literatură:
5.1. Materiale de curs.
5.2. Nikolaev A.Ya. Chimie biologică.-M.: Liceu, 1989., P. 199-212, 223-228.
5.3. Berezov T.T., Korovkin B.F. Chimie biologică. - M.: Medicină, 1990.S.224-225.
5.4. Kushmanova O.D., Ivchenko G.M. Ghid de exerciţii practice de biochimie.- M.: Medicină, 1983, lucrare. 38.
2. Principalele întrebări ale subiectului.
2.1. Conceptul de metabolism. Procesele anabolice și catabolice și relația lor.
Organismele vii sunt într-o legătură constantă și inextricabilă cu mediul.
Această conexiune se realizează în procesul de metabolism.
Metabolism (metabolism) – totalitatea tuturor reacțiilor din organism.
Metabolismul intermediar (metabolismul intracelular) - cuprinde 2 tipuri de reactii: catabolism si anabolism.
catabolism- procesul de scindare a substanţelor organice în produse finite (CO 2 , H 2 O şi uree). Acest proces include metaboliți formați atât în timpul digestiei, cât și în timpul defalcării componentelor structurale și funcționale ale celulelor.
Procesele de catabolism în celulele corpului sunt însoțite de consumul de oxigen, care este necesar pentru reacțiile de oxidare. Ca urmare a reacțiilor de catabolism, se eliberează energie (reacții exergonice), care este necesară organismului pentru activitatea sa vitală.
Anabolism sinteza substanţelor complexe din cele simple. Procesele anabolice folosesc energia eliberată în timpul catabolismului (reacții endergonice).
Sursele de energie pentru organism sunt proteinele, grăsimile și carbohidrații. Energia conținută în legăturile chimice ale acestor compuși a fost transformată din energia solară în procesul de fotosinteză.
compuși macroergici. ATP este acumulatorul universal și sursa de energie din organism. Ciclul ATP-ADP. Sarcina energetică a celulei.
ATP– este un compus macroergic care conține legături macroergice; hidroliza legăturii terminale de fosfat eliberează aproximativ 20 kJ/mol de energie.
Compușii cu înaltă energie includ GTP, CTP, UTP, fosfat de creatină, fosfat de carbamoil etc. Sunt utilizați în organism pentru sinteza ATP. De exemplu, GTP + ADP à GDP + ATP
Acest proces se numește fosforilarea substratului– reacții exorgonice. La rândul lor, toți acești compuși de înaltă energie sunt formați folosind energia liberă a grupului fosfat terminal al ATP. În cele din urmă, energia ATP este utilizată pentru a efectua diferite tipuri de muncă în organism:
Mecanic (contracție musculară);
Electrice (conducerea unui impuls nervos);
Chimice (sinteza substanțelor);
Osmotic (transport activ al substanțelor prin membrană) - reacții endergonice.
Astfel, ATP este principalul donator de energie utilizat direct în organism. ATP este central între reacțiile endergonice și exergonice.
În corpul uman se formează o cantitate de ATP egală cu greutatea corpului, iar la fiecare 24 de ore toată această energie este distrusă. 1 moleculă de ATP „trăiește” în celulă timp de aproximativ un minut.
Utilizarea ATP ca sursă de energie este posibilă numai în condiția sintezei continue a ATP din ADP datorită energiei de oxidare a compușilor organici. Ciclul ATP-ADP este principalul mecanism de schimb de energie în sistemele biologice, iar ATP este „moneda energetică” universală.
Fiecare celulă are o sarcină electrică, care este egală cu
[ATP] + ½[ADP]
[ATP] + [ADP] + [AMP]
Dacă sarcina celulei este de 0,8-0,9, atunci în celulă întregul fond de adenil este prezentat sub formă de ATP (celula este saturată cu energie și procesul de sinteză a ATP nu are loc).
Pe măsură ce energia este utilizată, ATP este convertit în ADP, sarcina celulară devine 0 și sinteza ATP începe automat.
