ინფორმაცია

სად გამოიყენება ATP ფოსფორილირებაში?

სად გამოიყენება ATP ფოსფორილირებაში?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

კალვინის ციკლის აღწერის განყოფილებაში, ქვესათაურით "შემცირება", ჩემს სახელმძღვანელოში ნათქვამია, რომ:

ნაბიჯები მოიცავს ატფ-ის 2 მოლეკულის გამოყენებას ფოსფორილირებისთვის…

ვერ გავიგე სად გამოიყენება ატფ ფოსფორილირებაში (უჯრედების მიერ ატფ სინთეზი)? გთხოვთ დამეხმაროთ გაგებაში.


ბიოლოგიაში ფოსფორილირება აღნიშნავს არაორგანული ფოსფატის ჯგუფების დამატებით ცილებს ან სხვა ორგანულ მოლეკულებს. ფოსფო-ჯგუფი ჩვეულებრივ მოდის ATP-დან, რომელიც ამ პროცესში გარდაიქმნება ADP-ად.

კალვინის ციკლის კონტექსტში არის ორი პოზიცია, სადაც მოლეკულები ფოსფორილირდება. პირველი არის 3-ფოსფოგილცერატის ფოსფორილირება 1,3-ბისფოსფოგლიერატამდე, მეორე არის რიბულოზა 5-ფოსფატის ფოსფორილირება რიბულოზა 1,5-ბისფოსფატამდე.

იხილეთ სურათი (აქედან):


ATP-ის წარმოება სუნთქვაში

სუნთქვის შეჯამება იმის დასანახად, თუ რამდენი ATP მზადდება გლუკოზის თითოეული მოლეკულისგან. ATP მზადდება ორი განსხვავებული გზით:

  • ზოგიერთი ATP მოლეკულა მზადდება უშუალოდ გლიკოლიზის ან კრებსის ციკლის ფერმენტების მიერ. ამას ეწოდება სუბსტრატის დონის ფოსფორილირება (რადგან ADP ფოსფორილირდება ATP-ის წარმოქმნით).
  • ATP მოლეკულების უმეტესობა წარმოიქმნება ATP სინთაზას ფერმენტის მიერ რესპირატორულ ჯაჭვში. ვინაიდან ამას ჟანგბადი სჭირდება, მას ოქსიდაციური ფოსფორილირება ეწოდება. მეცნიერებმა ჯერ არ იციან ზუსტად რამდენი პროტონი ტუმბოს სასუნთქ ჯაჭვში, მაგრამ ამჟამინდელი შეფასებები ასეთია: 10 პროტონი, რომელიც NADH 6-ით ამოტუმბავს FADH-ს და 4 პროტონი, რომელიც საჭიროა ATP სინთაზას ერთი ATP მოლეკულის შესაქმნელად. ეს ნიშნავს, რომ თითოეულ NADH-ს შეუძლია შექმნას 2.5 ATP (10/4) და თითოეულ FADH-ს შეუძლია 1.5 ATP (6/4).

ორი ATP მოლეკულა გამოიყენება გლიკოლიზის დაწყებისას გლუკოზის ფოსფორილირებისთვის, და ეს უნდა გამოკლდეს მთლიანს.

ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი არის „ATP ანგარიში“ აერობული სუნთქვისთვის და აჩვენებს, რომ აერობული სუნთქვისას გამოყენებული გლუკოზის თითოეული მოლეკულისთვის მზადდება ატფ-ის 32 მოლეკულა. ეს არის მაქსიმალური შესაძლო მოსავლიანობა, ხშირად ნაკლები ATP მზადდება, გარემოებიდან გამომდინარე. ანაერობული სუნთქვა წარმოქმნის ATP-ის მხოლოდ 2 მოლეკულას პირველი ორი რიგიდან.

სხვა ნივთიერებები ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ATP-ის დასამზადებლად. გლიკოგენი, რა თქმა უნდა, არის გლუკოზის მთავარი წყარო ადამიანებში.

ტრიგლიცერიდები იშლება ცხიმოვან მჟავებად და გლიცეროლამდე, ორივე შედის კრებსის ციკლში. ტიპიური ტრიგლიცერიდის მოლეკულა შეიძლება წარმოქმნას 50 აცეტილ CoA მოლეკულა, რაც გამოიმუშავებს 500 ATP მოლეკულას. ამრიგად, ცხიმები არის ძალიან კარგი ენერგიის მარაგი, რომელიც იძლევა 2,5-ჯერ მეტ ATP-ს თითო გ მშრალ მასაზე, ვიდრე ნახშირწყლები. ცილები ჩვეულებრივ არ გამოიყენება ატფ-ის შესაქმნელად, მაგრამ შიმშილის დროს ისინი შეიძლება დაიშალოს და გამოიყენონ სუნთქვაში.

ისინი ჯერ იშლება ამინომჟავებად, რომლებიც გარდაიქმნება პირუვატად და კრებსის ციკლის მეტაბოლიტებად და შემდეგ გამოიყენება ატფ-ის შესაქმნელად.


რა არის ფოსფორილირება? (სურათებით)

ფოსფორილირება არის ქიმიური პროცესი, რომელშიც ფოსფატის ჯგუფი (PO4 3- ) ემატება ნაერთს. ეს ჩვეულებრივ ეხება ორგანულ ქიმიას და გადამწყვეტია ყველა ცოცხალი ორგანიზმისთვის. პროცესი ჩართულია ცილის სინთეზში და ადენოზინის წარმოქმნაში, მოლეკულა, რომელიც ინახავს და ამარაგებს ენერგიას. ის ასევე გადამწყვეტ როლს თამაშობს უჯრედში არსებულ სხვადასხვა ქიმიურ სასიგნალო და მარეგულირებელ მექანიზმებში, სხვადასხვა ცილების სტრუქტურის შეცვლით და მათი აქტივობის შეცვლით.

ჩვეულებრივ, ენერგიაა საჭირო ბიოქიმიური რეაქციებისთვის, რომლებიც მოიცავს ფოსფატის ჯგუფის დამატებას მოლეკულაში. ხშირად, ეს ენერგია მოდის ATP მოლეკულებიდან. ATP შეიცავს სამ ფოსფატის ჯგუფს, რომელთაგან ერთი ადვილად მოიხსნება. ამ ჯგუფის მოცილება ათავისუფლებს მნიშვნელოვან ენერგიას, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ფოსფორილირების რეაქციის გასააქტიურებლად, რომელშიც ფოსფატის ჯგუფი ემატება სხვა მოლეკულას - მაგალითად, გლუკოზას. ამრიგად, ფოსფატის ჯგუფები ადვილად შეიძლება გადავიდეს ATP-დან სხვა მოლეკულებზე.

თუმცა, ეს რეაქციები მოითხოვს, რომ ATP და რეცეპტორის მოლეკულა შეიკრიბონ ისე, რომ ტრანსფერი მოხდეს. ეს მიიღწევა ფერმენტებით, რომლებიც ცნობილია როგორც კინაზები. ეს არის დიდი, რთული ცილები, რომლებიც შეიძლება შეიცავდეს რამდენიმე ასეულ ამინომჟავას. ფერმენტის ფორმას გადამწყვეტი მნიშვნელობა აქვს: კინაზას ფერმენტის სტრუქტურა ისეთია, რომ როგორც ATP, ასევე რეცეპტორის მოლეკულა შეიძლება განთავსდეს სიახლოვეში, რათა მოხდეს რეაქციის გაგრძელება. მაგალითია გლიცეროლ კინაზა, რომელიც აადვილებს ფოსფატის ჯგუფის ATP-დან გლიცეროლში გადატანას, ეს არის პროცესის ნაწილი, რომელიც წარმოქმნის ფოსფოლიპიდებს, რომლებიც გამოიყენება უჯრედის მემბრანებში.

ATP წარმოიქმნება კარგად ცნობილი ფოსფორილირების პროცესით, რომელსაც ეწოდება ოქსიდაციური ფოსფორილირება, რომლის დროსაც ფოსფატის ჯგუფი ემატება ადენოზინის დიფოსფატს (ADP) ატფ-ის წარმოებისთვის. ამ პროცესისთვის ენერგია საბოლოოდ მოდის საკვებიდან, რომელსაც ჩვენ ვჭამთ, უფრო კონკრეტულად კი გლუკოზის დაჟანგვა. ეს არის ძალიან რთული პროცესი მრავალი საფეხურით, მაგრამ მარტივი სიტყვებით რომ ვთქვათ, გლუკოზის ენერგია გამოიყენება ორი ნაერთის შესაქმნელად, რომლებიც ცნობილია როგორც NADH და FADH2, რომლებიც უზრუნველყოფენ ენერგიას დანარჩენი რეაქციისთვის. ნაერთები შემცირების აგენტებია, რომლებიც ადვილად ნაწილდებიან ელექტრონებთან, რათა მათი დაჟანგვა მოხდეს. ფოსფატის ჯგუფები ემატება ATP მოლეკულებს NADH-ისა და FADH2-ის დაჟანგვის შედეგად გამოთავისუფლებული ენერგიის გამოყენებით, ამ რეაქციას ხელს უწყობს ფერმენტ ATP სინთეტაზა.

მრავალი განსხვავებული კინაზა გვხვდება როგორც მცენარეებში, ასევე ცხოველებში. მრავალ უჯრედულ პროცესში მათი მნიშვნელობის გამო, ფოსფორილირების ანალიზი გახდა საერთო ლაბორატორიული პროცედურა. ეს გულისხმობს უჯრედული მასალის ნიმუშების ტესტირებას იმის შესამოწმებლად, მოხდა თუ არა ცილის ფოსფორილირება და, ზოგიერთ შემთხვევაში, მისი მასშტაბის გაზომვა. ფოსფორილირების შესამოწმებლად გამოიყენება მრავალი განსხვავებული მეთოდი, მათ შორის ფოსფატის ჯგუფების ეტიკეტირება რადიოიზოტოპებით, ფოსფორილირებული ცილისთვის სპეციფიკური ანტისხეულების გამოყენება და მასის სპექტრომეტრია.

2011 წლიდან, დამატებითი სიგნალით რეგულირებადი კინაზები (ERKs) - ფერმენტები, რომლებიც მონაწილეობენ უჯრედის სასიგნალო აქტივობებში - განსაკუთრებული ინტერესის სფეროა. ERK ფოსფორილირება თამაშობს როლს უჯრედების სხვადასხვა ფუნქციების რეგულირებაში, მათ შორის მიტოზისა და უჯრედების გაყოფასთან დაკავშირებული სხვა პროცესების ჩათვლით. ეს პროცესი ეხება კიბოს კვლევის ზოგიერთ სფეროს, რადგან ის შეიძლება გააქტიურდეს კანცეროგენული ნივთიერებებით და ვირუსული ინფექციებით, რაც იწვევს უჯრედების უკონტროლო გაყოფას და კიბოსთან დაკავშირებულ სხვა ეფექტებს. კიბოს მკურნალობის შესაძლო მეთოდების კვლევა, რომელიც მოიცავს ამ პროცესის დათრგუნვას, მიმდინარეობს. ფოსფორილირების ანალიზი შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა ნივთიერებების შესამოწმებლად მათი ეფექტურობისთვის ამ როლში.


ენერგია, ფოსფორილირება და ATP (CIE A დონის ბიოლოგია)

მეცნიერების მასწავლებელი პროფესიით, მე ასევე ცნობილია, რომ მასწავლიდა მათემატიკას და PE! თუმცა, რაც არ უნდა უცნაურად ჩანდეს, ჩემი ნამდვილი სიყვარულია ისეთი რესურსების შემუშავება, რომლებიც შეიძლება გამოიყენონ სხვა მასწავლებლებმა, რათა მაქსიმალურად გაზარდონ მოსწავლეთა გამოცდილება. გამუდმებით ვფიქრობ ახალ გზებზე, რომ ჩავრთავ მოსწავლის თემას და ვცდილობ ეს განვახორციელო გაკვეთილების დიზაინში.

გააზიარე ეს

pptx, 2.61 MB docx, 13.67 KB docx, 67.7 KB docx, 69.38 KB docx, 13.32 KB docx, 14.12 KB

ეს გაკვეთილი ასახავს ცოცხალ ორგანიზმებში ენერგიის საჭიროებას და აღწერს, თუ როგორ წარმოიქმნება ATP სუნთქვისა და ფოტოსინთეზის დროს ფოსფორილირების შედეგად. საინტერესო და დეტალური PowerPoint და თანმხლები რესურსები ძირითადად შექმნილია CIE A დონის ბიოლოგიის სპეციფიკაციის 12.1 (a, b, c & amp e) პუნქტების დასაფარად, მაგრამ შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც 1, 4 და 6 თემების გადასინჯვა სტუდენტებისთვის. უჯრედის სტრუქტურის, მემბრანული ტრანსპორტისა და ატფ-ის ცოდნა მუდმივად ეჭვქვეშ აყენებს.

ვინაიდან ეს არის პირველი გაკვეთილი მე-12 თემაში (სუნთქვა), იგი სპეციალურად დაგეგმილია ამ უჯრედული რეაქციის შესავალად და უზრუნველყოფს მნიშვნელოვან დეტალებს გლიკოლიზის, კრებსის ციკლისა და ოქსიდაციური ფოსფორილირების შესახებ, რაც დაეხმარება სტუდენტებს მნიშვნელოვანი პროგრესის მიღწევაში. ეს ეტაპები იფარება ინდივიდუალური გაკვეთილების დროს. ასევე დანერგილია ფოტოფოსფორილირება, რათა მოსწავლეები მოემზადონ ფოტოსინთეზის სინათლეზე დამოკიდებული რეაქციისთვის მე-13 თემაში.

გაკვეთილის დაწყების მთავარი აქცენტი არის ენერგიის საჭიროების დემონსტრირება ცოცხალ ორგანიზმებში წარმოქმნილ სხვადასხვა რეაქციაში. მოსწავლეები შეხვდნენ ATP 1 და 6 თემებში, ასე რომ, შეცდომების დავალება გამოიყენება ამ მოლეკულის სტრუქტურისა და ფუნქციის გახსენების შესამოწმებლად. ეს შეახსენებს მათ, რომ ატფ-ის ჰიდროლიზისგან ენერგიის გამოყოფა შეიძლება დაერთოს უჯრედში არსებულ ენერგიაზე განპირობებულ რეაქციებს, როგორიცაა აქტიური ტრანსპორტი და გამოცდის სტილის კითხვების სერია გამოიყენება ამ ფორმის შესახებ მათი ცოდნის გამოწვევისთვის. მემბრანული ტრანსპორტირება. ისინი ასევე დაინახავენ, თუ როგორ არის საჭირო ენერგია ცილის სინთეზისთვის და დნმ-ის რეპლიკაციისთვის და დასვენების პოტენციალის შესანარჩუნებლად, სანამ სხვა კითხვები გამოავლენს მათ, გამოიყენონ თავიანთი ცოდნა უჯრედის სტრუქტურისა და ტრანსპორტის შესახებ, რათა ახსნან, თუ როგორ არის ეს საჭირო სინაფსში მოვლენების დროს.

გაკვეთილის დანარჩენი ნაწილი ფოკუსირებულია ატფ-ის გამომუშავებაზე სუბსტრატის დონის, ჟანგვითი და ფოტოფოსფორილირებით და მოსწავლეები შეისწავლიან, როდის წარმოიქმნება ATP თითოეული ამ რეაქციის შედეგად და დაინახავენ, თუ როგორ არის მიტოქონდრიისა და ქლოროპლასტის მემბრანებში ელექტრონის ტრანსპორტირების ჯაჭვი. ჩართული

მიიღეთ ეს რესურსი პაკეტის ნაწილად და დაზოგეთ 37%-მდე

Bundle არის რესურსების პაკეტი, რომლებიც დაჯგუფებულია, რათა ასწავლონ კონკრეტული თემა, ან გაკვეთილების სერია ერთ ადგილას.

თემები 12 & amp 13: სუნთქვა და ფოტოსინთეზი (CIE A დონის ბიოლოგია)

სუნთქვა და ფოტოსინთეზი არის ორი ყველაზე ხშირად შეფასებული თემა ტერმინალის A დონის გამოცდებში, მაგრამ ხშირად ისინი ცუდად ესმით სტუდენტებს. ეს 14 გაკვეთილი რთულად იყო დაგეგმილი, რათა შეიცავდეს აქტივობების ფართო სპექტრს, რომელიც ჩაერთვება და მოტივაციას გაუწევს მოსწავლეებს, ხოლო მოიცავს ძირითად დეტალებს, რათა შეეცადონ გაიღრმავონ თავიანთი გაგება და მოიცავს საგამოცდო სტილის კითხვებს, რათა ისინი სრულად იყვნენ მომზადებული ამ შეფასებებისთვის. CIE A- დონის ბიოლოგიის კურსის მე-12 და მე-13 თემების შემდეგი სპეციფიკური პუნქტები მოიცავს ამ გაკვეთილებს: * ენერგიის მოთხოვნილება ცოცხალ ორგანიზმებში * ატფ-ის თავისებურებები * ატფ-ის სინთეზი სუბსტრატის დონის ფოსფორილირებით გლიკოლიზში და კრებსის ციკლი * კოენზიმების როლი სუნთქვაში * ატფ-ის სინთეზი ელექტრონული სატრანსპორტო ჯაჭვის მეშვეობით მიტოქონდრიებში და ქლოროპლასტებში * ნახშირწყლების, ლიპიდების და ცილების შედარებითი ენერგეტიკული მნიშვნელობები, როგორც რესპირატორული სუბსტრატები * სუნთქვის კოეფიციენტის განსაზღვრა სუნთქვის განტოლებიდან * აერობული სუნთქვის ოთხი ეტაპი * გლიკოლიზის მონახაზი * როდესაც ჟანგბადი ხელმისაწვდომია, პირუვატი გარდაიქმნება აცეტილ CoA-ში ბმული რეაქციაში * კრებსის ციკლის ეტაპები * ოქსიდაციური ფოსფორილირება * მიტოქონდრიის სტრუქტურასა და ფუნქციას შორის ურთიერთობა * განასხვავებენ აერობული და ანაერობული სუნთქვა ძუძუმწოვრების ქსოვილში და საფუარის უჯრედებში * ანაერობული სუნთქვა წარმოიქმნება როგორც სავაჭრო ცენტრი გამოიმუშავებს ATP-ს და აგროვებს ჟანგბადის ვალს * სინათლეზე დამოკიდებული სტადიის პროდუქტები გამოიყენება კალვინის ციკლში * ქლოროპლასტის სტრუქტურა და ფოტოსინთეზის სინათლეზე დამოკიდებული და სინათლისგან დამოუკიდებელი ეტაპების ადგილები * სინათლე- ფოტოსინთეზის დამოკიდებული ეტაპი * კალვინის ციკლის სამი ეტაპი * კალვინის ციკლის შუალედური ნივთიერებების გადაქცევა ნახშირწყლებად, ლიპიდებად და ამინომჟავებად * ახსენეთ ტერმინი შემზღუდველი ფაქტორი ფოტოსინთეზთან მიმართებაში * ახსენით შუქის ინტენსივობის, ნახშირორჟანგის კონცენტრაციის ცვლილებების ეფექტი და ტემპერატურა ფოტოსინთეზის სიჩქარეზე * ახსენით, როგორ გამოიყენება შემზღუდავი ფაქტორების გაგება დაცულ გარემოში მოსავლის გაზრდის მიზნით ამ გაკვეთილების დეტალებიდან გამომდინარე, სავარაუდოა, რომ A დონის სწავლების გამოყოფილი დრო 2 თვემდე დასჭირდება გააშუქეთ ამ გაკვეთილების სლაიდებში შეტანილი დეტალები, თუ გსურთ გაკვეთილების ხარისხის ნიმუში, გადმოწერეთ კოენზიმების როლები, კრებსის ციკლი და კალვინის ციკლის გაკვეთილების პროდუქტები, როგორც ეს გაზიარებულია უფასოდ

თემა 12: ენერგია და სუნთქვა (CIE A დონის ბიოლოგია)

თემა 12, როგორც წესი, არის პირველი თემა, რომელიც უნდა ისწავლებოდეს CIE A- დონის ბიოლოგიის კურსის მეორე წელს და ეს 9 გაკვეთილი სავსეა მრავალფეროვანი დიფერენცირებული ამოცანებით, რომლებიც დაუყოვნებლივ ჩაერთვება და მოტივაციას გაუწევს სტუდენტებს და უზრუნველყოფს დეტალური შინაარსის დაფარულია. მნიშვნელოვანია, რომ სტუდენტებმა გააცნობიერონ, თუ როგორ წარმოიქმნება ენერგია ATP-ის სახით აერობული და ანაერობული სუნთქვით და შეძლონ აღწერონ ენერგიაზე ორიენტირებული რეაქციები, როგორიცაა აქტიური ტრანსპორტი, რომელიც საჭიროებს ამ შეყვანას. ამ მიზეზით, გაკვეთილები შეიცავს მრავალჯერადი გაგების შემოწმებას, რომელიც აფასებს მოსწავლეებს მათი ამჟამინდელი ცოდნის მიხედვით და ასევე ამოწმებს მათ უნარს დაუკავშირდნენ ადრე გაშუქებულ თემებს. CIE A- დონის ბიოლოგიის სპეციფიკაციის მე-12 თემის შემდეგი სპეციფიკაციის პუნქტები განიხილება ამ გაკვეთილებში: * ენერგიის მოთხოვნილება ცოცხალ ორგანიზმებში * ATP-ის მახასიათებლები, რომლებიც ამ მოლეკულას ენერგეტიკულ ვალუტად აქცევს. * სუბსტრატის დონის ფოსფორილირება გლიკოლიზში. და კრებსის ციკლი * კოენზიმების როლი სუნთქვაში * ელექტრონული სატრანსპორტო ჯაჭვის ჩართვა, რომელიც გვხვდება მიტოქონდრიაში და ქლოროპლასტის მემბრანებში ატფ-ის წარმოქმნაში * აერობული სუნთქვის ოთხი ეტაპი * გლიკოლიზი * ბმული რეაქცია * კრებსის ციკლი * ოქსიდაციური ფოსფორილაცია * მიტოქონდრიის სტრუქტურა * განსხვავებები აერობულ და ანაერობულ სუნთქვას შორის * ჟანგბადის დავალიანება თუ გსურთ ამ გაკვეთილების ხარისხი, მაშინ გადმოწერეთ კოენზიმების როლები და კრებსის ციკლის გაკვეთილები, რადგან ეს არის ატვირთული უფასოდ


29 3.7 ATP: ადენოზინ ტრიფოსფატი

ადამიანის უჯრედებში თითქმის ყველა ქიმიური რეაქცია მოითხოვს ენერგიას. უჯრედის შიგნით საიდან მოდის ენერგია ასეთი რეაქციების გასაძლიერებლად? პასუხი დევს ენერგიის მომწოდებელ მოლეკულაში, რომელსაც მეცნიერები უწოდებენ ადენოზინტრიფოსფატი , ან ATP . ეს არის პატარა, შედარებით მარტივი მოლეკულა ( ფიგურა 1 ), მაგრამ მის ზოგიერთ ობლიგაციებში ის შეიცავს ენერგიის სწრაფი აფეთქების პოტენციალს, რომელიც შეიძლება გამოიყენოს უჯრედული სამუშაოს შესასრულებლად. იფიქრეთ ამ მოლეკულაზე, როგორც უჯრედებზე’ პირველადი ენერგიის ვალუტაზე, ისევე, როგორც ფული არის ვალუტა, რომელსაც ადამიანები ცვლიან მათთვის საჭირო ნივთებში. ATP აძლიერებს ენერგიის მოთხოვნილ უჯრედულ რეაქციებს.

Ფიგურა 1. ATP არის უჯრედების პირველადი ენერგიის ვალუტა. მას აქვს ადენოზინის ხერხემალი სამი ფოსფატის ჯგუფით მიმაგრებული.

როგორც მისი სახელიდან ჩანს, ადენოზინტრიფოსფატი შედგება ადენოზინისაგან, რომელიც დაკავშირებულია სამ ფოსფატ ჯგუფთან (ფიგურა 1). ადენოზინი არის ნუკლეოზიდი, რომელიც შედგება აზოტოვანი ფუძის ადენინისა და ხუთნახშირბადოვანი შაქრისგან, რიბოზასგან. ფოსფატის სამი ჯგუფი, რიბოზა შაქრისგან ყველაზე ახლოს, არის ალფა, ბეტა და გამა. ეს ქიმიური ჯგუფები ერთად ქმნიან ენერგეტიკულ ცენტრს. თუმცა, ამ მოლეკულაში ყველა ბმა არ არსებობს განსაკუთრებით მაღალი ენერგიის მდგომარეობაში. ორივე ბმა, რომელიც აკავშირებს ფოსფატებს, არის თანაბრად მაღალი ენერგიის ბმები (ფოსფოანჰიდრიდის ბმები), რომელიც გატეხვისას გამოყოფს საკმარის ენერგიას სხვადასხვა უჯრედული რეაქციებისა და პროცესების გასაძლიერებლად. ეს მაღალენერგეტიკული ობლიგაციები არის ბმები მეორე და მესამე (ან ბეტა და გამა) ფოსფატ ჯგუფსა და პირველ და მეორე ფოსფატულ ჯგუფებს შორის. ეს ობლიგაციები არის „მაღალი ენერგიის“, რადგან ასეთი ბმის გაწყვეტის პროდუქტები - ადენოზინ დიფოსფატი (ADP) და ერთი არაორგანული ფოსფატის ჯგუფი (Pმე) - აქვთ გაცილებით დაბალი თავისუფალი ენერგია, ვიდრე რეაგენტებს: ATP და წყლის მოლეკულა. იმის გამო, რომ ეს რეაქცია ხდება წყლის მოლეკულის გამოყენებით, ეს არის ჰიდროლიზის რეაქცია. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ATP ჰიდროლიზდება ADP-ში შემდეგ რეაქციაში:

ATP + H2O → ADP + Pi + თავისუფალი ენერგია

ქიმიური რეაქციების უმეტესობის მსგავსად, ATP-დან ADP-მდე ჰიდროლიზი შექცევადია. საპირისპირო რეაქცია აღადგენს ATP-ს ADP + P-დანმე. უჯრედები ეყრდნობა ATP-ის რეგენერაციას, ისევე როგორც ადამიანები ეყრდნობიან დახარჯული ფულის რეგენერაციას გარკვეული სახის შემოსავლით. ვინაიდან ATP ჰიდროლიზი ათავისუფლებს ენერგიას, ატფ-ის რეგენერაციას სჭირდება თავისუფალი ენერგიის შეყვანა. ეს განტოლება გამოხატავს ATP ფორმირებას:

ADP + Pi + თავისუფალი ენერგია → ATP + H2

ATP არის ძალიან არასტაბილური მოლეკულა. თუ სწრაფად არ გამოიყენება სამუშაოს შესასრულებლად, ATP სპონტანურად იშლება ADP + P-ად მე და ამ პროცესის დროს გამოთავისუფლებული თავისუფალი ენერგია იკარგება სითბოს სახით. უჯრედებს შეუძლიათ გამოიყენონ ატფ ჰიდროლიზის დროს გამოთავისუფლებული ენერგია ენერგიის დაწყვილების გამოყენებით, სადაც ატფ ჰიდროლიზის პროცესი უჯრედში სხვა პროცესებთან არის დაკავშირებული. ენერგიის შეერთების ერთ-ერთი მაგალითი ატფ-ის გამოყენებით მოიცავს ტრანსმემბრანულ იონურ ტუმბოს, რომელიც ძალზე მნიშვნელოვანია უჯრედული ფუნქციისთვის. ეს ნატრიუმ-კალიუმის ტუმბო (Na + /K + ტუმბო) ამოძრავებს ნატრიუმს უჯრედიდან და კალიუმს უჯრედში ( სურათი 2 ). უჯრედის ATP-ის დიდი პროცენტი აძლიერებს ამ ტუმბოს, რადგან უჯრედული პროცესები მნიშვნელოვან ნატრიუმს შემოაქვს უჯრედში და კალიუმს გარეთ. ტუმბო მუდმივად მუშაობს ნატრიუმის და კალიუმის უჯრედული კონცენტრაციის სტაბილიზაციისთვის. იმისათვის, რომ ტუმბომ ერთი ციკლი შეასრულოს (სამი Na+ იონების ექსპორტი და ორი K+ იონის იმპორტი), ერთი ATP მოლეკულა უნდა ჰიდროლიზდეს. როდესაც ATP ჰიდროლიზდება, მისი გამა ფოსფატი უბრალოდ არ ცურავს, მაგრამ ის რეალურად გადადის ტუმბოს ცილაზე. მეცნიერები ამ პროცესს ფოსფატის ჯგუფის მოლეკულასთან შეკავშირებას უწოდებენ ფოსფორილირებას. როგორც ATP ჰიდროლიზის უმეტეს შემთხვევაში, ATP-დან ფოსფატი გადადის სხვა მოლეკულაზე. ფოსფორილირებულ მდგომარეობაში Na + /K + ტუმბოს აქვს მეტი თავისუფალი ენერგია და ააქტიურებს კონფორმაციულ ცვლილებას (ცილის ფორმის ცვლილება). შემდეგ ის აკავშირებს უჯრედგარე K+-ს, რაც სხვა კონფორმაციული ცვლილების შედეგად იწვევს ფოსფატის გამოყოფას ტუმბოდან. ეს ფოსფატის გამოყოფა იწვევს K +-ს გათავისუფლებას უჯრედში’s შიგნით. არსებითად, ატფ-ის ჰიდროლიზისგან გამოთავისუფლებული ენერგია წყვილდება ტუმბოს გასაძლიერებლად და Na + და K + იონების ტრანსპორტირებისთვის საჭირო ენერგიასთან. ATP ასრულებს ფიჭურ მუშაობას ენერგიის დაწყვილების ამ ძირითადი ფორმის გამოყენებით ფოსფორილირების გზით.

ვიზუალური კავშირი სურათი 2. ნატრიუმ-კალიუმის ტუმბო არის ენერგიის შეერთების მაგალითი. ეგზერგონიული ATP ჰიდროლიზის შედეგად მიღებული ენერგია ტუმბოს ნატრიუმის და კალიუმის იონებს უჯრედის მემბრანაში.

ხშირად უჯრედული მეტაბოლური რეაქციების დროს, როგორიცაა საკვები ნივთიერებების სინთეზი და დაშლა, გარკვეულმა მოლეკულებმა ოდნავ უნდა შეიცვალოს მათი კონფორმაცია, რათა გახდეს სუბსტრატები რეაქციის სერიის შემდეგი ეტაპისთვის. ერთი მაგალითია უჯრედული სუნთქვის პირველივე საფეხურების დროს, როდესაც შაქრის გლუკოზის მოლეკულა იშლება გლიკოლიზის პროცესში. პირველ ეტაპზე ATP საჭიროა გლუკოზის ფოსფორილირებისთვის, რაც ქმნის მაღალი ენერგიის, მაგრამ არასტაბილურ შუალედს. ეს ფოსფორილირების რეაქცია აძლიერებს კონფორმაციულ ცვლილებას, რომელიც საშუალებას აძლევს ფოსფორილირებული გლუკოზის მოლეკულას გარდაიქმნას ფოსფორილირებულ შაქარ ფრუქტოზაში. ფრუქტოზა აუცილებელი შუალედია გლიკოლიზის წინსვლისთვის. აქ, ATP ჰიდროლიზი’ ეგზერგონიული რეაქცია წყვილდება გლუკოზის ფოსფორილირებულ შუალედად გარდაქმნის ენდრგონიულ რეაქციასთან გზაზე. კიდევ ერთხელ, ატფ-ში ფოსფატური ბმის გაწყვეტის შედეგად გამოთავისუფლებული ენერგია გამოიყენებოდა სხვა მოლეკულის ფოსფორილიზაციისთვის, რაც ქმნის არასტაბილურ შუალედს და აძლიერებს მნიშვნელოვან კონფორმაციულ ცვლილებას.


რა არის სუბსტრატის დონის ფოსფორილირება?

ოქსიდაციური ფოსფორილირებისგან განსხვავებით, სუბსტრატის დონის ფოსფორილირება ფოსფორილირებას არ აწყვილებს დაჟანგვას, პირიქით, ფოსფორილირებისთვის საჭირო თავისუფალი ენერგია უზრუნველყოფილია ქიმიური ენერგიით, რომელიც გამოიყოფა, როდესაც უფრო მაღალი ენერგიის სუბსტრატი გარდაიქმნება დაბალი ენერგიის პროდუქტად. სუბსტრატის დონის ფოსფორილირება ხდება უჯრედების ციტოპლაზმაში (გლიკოლიზი) და მიტოქონდრიაში (კრების ციკლი). ის შეიძლება მოხდეს როგორც აერობულ, ასევე ანაერობულ პირობებში და უზრუნველყოფს ATP-ის უფრო სწრაფ, მაგრამ ნაკლებად ეფექტურ წყაროს ოქსიდაციურ ფოსფორილირებასთან შედარებით.

დიაგრამა, რომელიც ასახავს ATP-ADP ციკლს სუბსტრატის დონის ფოსფორილირებაში. დააწკაპუნეთ უფრო დიდი სურათისთვის.


სინოფსისი

ონკოგენის აქტივაციისა და ჰიპოქსიის გავლენა ენერგეტიკულ მეტაბოლიზმზე გაანალიზებულია რაოდენობრივი გაზომვების ინტეგრირებით რედოქს-ბალანსირებულ მეტაბოლური ნაკადის მოდელში. გლუტამინით გამოწვეული ოქსიდაციური ფოსფორილირება არის ატფ-ის ძირითადი წყარო ონკოგენის გამოხატულ ან ჰიპოქსიურ უჯრედებშიც კი.

  • ჟანგბადის შეწოვის გაზომვების და LC-MS-ზე დაფუძნებული იზოტოპური ტრასერის ანალიზების ინტეგრაციამ რედოქს-დაბალანსებულ მეტაბოლური ნაკადის მოდელში შესაძლებელი გახადა ენერგიის გამომუშავების გზების რაოდენობრივი განსაზღვრა კულტივირებულ უჯრედებში.
  • ძუძუმწოვრების ტრანსფორმირებულ უჯრედებში, ჰიპოქსიის დროსაც კი (1% ჟანგბადი), ჟანგვითი ფოსფორილირება წარმოქმნის ATP-ს უმეტესობას.
  • ონკოგენი Ras ერთდროულად ზრდის გლიკოლიზს და ამცირებს ჟანგვითი ფოსფორილირებას, რითაც არ იწვევს ატფ-ის გამომუშავების წმინდა ზრდას.
  • გლუტამინი არის მაღალი ენერგიის ელექტრონების მთავარი წყარო ჟანგვითი ფოსფორილირებისთვის, განსაკუთრებით Ras-ის გააქტიურებისას.

პროტონის გრადიენტი

პროტონის გრადიენტი გადამწყვეტია ელექტრონის ტრანსპორტისა და ატფ-ის სინთეზის ქიმიოსმოტური შეერთებისთვის. როდესაც ელექტრონები მოძრაობენ სასუნთქი ჯაჭვის გასწვრივ, პროტონები ტუმბოს შიდა მემბრანაში, მატრიქსიდან მემბრანთაშორის სივრცეში, რაც იწვევს ელექტროქიმიურ პროტონულ გრადიენტს. ამ გრადიენტის ძალა აბრუნებს პროტონებს შიდა მემბრანის გასწვრივ მატრიცაში, ATP სინთეზის F0 ქვეერთეულის მეშვეობით, რაც იწვევს F1 ქვედანაყოფების გააქტიურებას და ატფ-ის სინთეზს. საშუალოდ, თითოეული NADH-სთვის სინთეზირებულია დაახლოებით 3 ATP და თითოეული FADH-ისთვის2სინთეზირებულია დაახლოებით 2 ატფ. ატფ-ის ქვედა სარგებელი FADH-სთვის2 ეს არის პროტონული გრადიენტის შედეგი, რომელიც წარმოიქმნება FADH-დან ელექტრონების შემოწირულობისას2. ამ შემთხვევაში, ელექტრონები გადაეცემა სუქცინატ დეჰიდროგენაზას, რომელიც არ ტუმბოს პროტონებს, როდესაც ელექტრონები შედიან ETC-ში, რითაც გვერდის ავლით NADH დეჰიდროგენაზას და პროტონებს, რომლებიც მას მემბრანის გასწვრივ გადაიტუმბება.


განყოფილების შეჯამება

ATP ფუნქციონირებს როგორც ენერგიის ვალუტა უჯრედებისთვის. ის საშუალებას აძლევს უჯრედს შეინახოს ენერგია მოკლე დროში და გადაიტანოს იგი უჯრედში, რათა ხელი შეუწყოს ენდერგენულ ქიმიურ რეაქციებს. ATP-ის სტრუქტურა არის რნმ ნუკლეოტიდის სტრუქტურა, რომელსაც სამი ფოსფატი აქვს მიმაგრებული. იმის გამო, რომ ATP გამოიყენება ენერგიისთვის, ფოსფატის ჯგუფი ან ორი იშლება და წარმოიქმნება ან ADP ან AMP. გლუკოზის კატაბოლიზმის შედეგად მიღებული ენერგია გამოიყენება ADP-ს ATP-ად გადაქცევისთვის. როდესაც ATP გამოიყენება რეაქციაში, მესამე ფოსფატი დროებით ერთვის სუბსტრატს იმ პროცესში, რომელსაც ეწოდება ფოსფორილირება. ATP-ის რეგენერაციის ორი პროცესი, რომლებიც გამოიყენება გლუკოზის კატაბოლიზმთან ერთად, არის სუბსტრატის დონის ფოსფორილირება და ოქსიდაციური ფოსფორილირება ქიმიოსმოსის პროცესის მეშვეობით.