الدرس العملي رقم 15.
واجب للدرس رقم 15.
الموضوع: تبادل الطاقة.
أهمية الموضوع.
الأكسدة البيولوجية هي مجموعة من العمليات الأنزيمية التي تحدث في كل خلية، ونتيجة لذلك يتم تحلل جزيئات الكربوهيدرات والدهون والأحماض الأمينية في النهاية إلى ثاني أكسيد الكربون وماء، ويتم تخزين الطاقة المنطلقة بواسطة الخلية على شكل أدينوزين حمض ثلاثي الفوسفوريك (ATP) ثم يستخدم في حياة الجسم (التخليق الحيوي للجزيئات، عملية انقسام الخلايا، تقلص العضلات، النقل النشط، إنتاج الحرارة، إلخ). يجب أن يكون الطبيب على دراية بوجود حالات نقص الطاقة، حيث يتم تقليل تخليق ATP. في هذه الحالة، تتأثر جميع العمليات الحيوية التي تحدث باستخدام الطاقة المخزنة في شكل روابط كبيرة من ATP. السبب الأكثر شيوعا لظروف نقص الطاقة هو نقص الأكسجة الأنسجة، يرتبط بانخفاض تركيز الأكسجين في الهواء، وتعطيل نظام القلب والأوعية الدموية والجهاز التنفسي، وفقر الدم من أصول مختلفة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يكون سبب حالات نقص الطاقة نقص الفيتامينيرتبط بانتهاك الحالة الهيكلية والوظيفية لأنظمة الإنزيم المشاركة في عملية الأكسدة البيولوجية، وكذلك مجاعةمما يؤدي إلى عدم وجود ركائز للتنفس الأنسجة. بالإضافة إلى ذلك، أثناء عملية الأكسدة البيولوجية، يتم تشكيل أنواع الأكسجين التفاعلية، التي تؤدي إلى العمليات بيروكسيدالدهون في الأغشية البيولوجية. ومن الضروري معرفة آليات دفاع الجسم ضد هذه الأشكال (الإنزيمات، الأدوية التي لها تأثير مثبت للأغشية – مضادات الأكسدة).
الأهداف التعليمية والتربوية:
الهدف العام للدرس: غرس المعرفة حول مسار الأكسدة البيولوجية التي ينتج عنها تكوين ما يصل إلى 70-8% من الطاقة على شكل ATP، وكذلك تكوين أنواع الأكسجين التفاعلية وتأثيراتها الضارة. على الجسم.
الأهداف الخاصة: القدرة على تحديد البيروكسيديز في الفجل والبطاطس؛ نشاط نازعة هيدروجين السكسينات في العضلات.
1. التحكم في المعرفة الواردة:
1.1. الاختبارات.
1.2. المسح الشفهي.
2. الأسئلة الرئيسية للموضوع:
2.1. مفهوم عملية التمثيل الغذائي. العمليات الابتنائية والتقويضية وعلاقتها.
2.2. مركبات ماكرورجيك. ATP عبارة عن بطارية عالمية ومصدر للطاقة في الجسم. دورة ATP-ADP. شحنة الطاقة للخلية.
2.3. المراحل الأيضية. الأكسدة البيولوجية (تنفس الأنسجة). ملامح الأكسدة البيولوجية.
2.4. المتقبلون الأساسيون لبروتونات وإلكترونات الهيدروجين.
2.5. تنظيم السلسلة التنفسية. الناقلون في السلسلة التنفسية (CRE).
2.6. الفسفرة التأكسدية لـ ADP. آلية اقتران الأكسدة والفسفرة. نسبة الفسفرة التأكسدية (P/O).
2.7. السيطرة على الجهاز التنفسي. فصل التنفس (الأكسدة) والفسفرة (الأكسدة الحرة).
2.8. تكوين أشكال سامة من الأكسجين في CPE وتحييد بيروكسيد الهيدروجين بواسطة إنزيم بيروكسيداز.
العمل المختبري والعملي.
3.1. طريقة تحديد البيروكسيديز في الفجل الحار.
3.2. طريقة تحديد البيروكسيديز في البطاطس
3.3. تحديد نشاط هيدروجيناز السكسينات العضلية والتثبيط التنافسي لنشاطها.
التحكم في الإخراج.
4.1. الاختبارات.
4.2. المهام الظرفية.
5. الأدب:
5.1. مواد المحاضرة.
5.2. نيكولاييف أ.يا. الكيمياء البيولوجية.-م: المدرسة العليا، 1989.، ص 199-212، 223-228.
5.3. بيريزوف تي تي، كوروفكين بي إف. الكيمياء البيولوجية. - م: الطب، 1990.ص224-225.
5.4. كوشمانوفا أو دي، إيفتشينكو جي إم. دليل الدروس العملية في الكيمياء الحيوية - ماجستير: الطب، 1983، عمل. 38.
2. الأسئلة الرئيسية للموضوع.
2.1. مفهوم عملية التمثيل الغذائي. العمليات الابتنائية والتقويضية وعلاقتها.
الكائنات الحية في اتصال دائم ولا ينفصم مع البيئة.
يتم تنفيذ هذا الاتصال في عملية التمثيل الغذائي.
التمثيل الغذائي (الأيض) – مجمل جميع ردود الفعل في الجسم.
التمثيل الغذائي المتوسط (التمثيل الغذائي داخل الخلايا) - يتضمن نوعين من التفاعلات: الهدم والأيض.
الهدم– عملية تحلل المواد العضوية إلى منتجات نهائية (CO 2 , H 2 O واليوريا). تتضمن هذه العملية المستقلبات التي تتشكل أثناء عملية الهضم وأثناء انهيار المكونات الهيكلية والوظيفية للخلايا.
تكون عمليات الهدم في خلايا الجسم مصحوبة باستهلاك الأكسجين الضروري لتفاعلات الأكسدة. نتيجة لتفاعلات التقويض، يتم إطلاق الطاقة (تفاعلات طرد الطاقة)، وهي ضرورية لكي يقوم الجسم بوظائفه.
بناء- تخليق المواد المعقدة من المواد البسيطة. تستخدم العمليات الابتنائية الطاقة المنطلقة أثناء عملية الهدم (التفاعلات الداخلية).
مصادر الطاقة للجسم هي البروتينات والدهون والكربوهيدرات. وقد تم تحويل الطاقة الموجودة في الروابط الكيميائية لهذه المركبات من الطاقة الشمسية أثناء عملية التمثيل الضوئي.
مركبات ماكرورجيك. ATP عبارة عن بطارية عالمية ومصدر للطاقة في الجسم. دورة ATP-ADP. شحنة الطاقة للخلية.
اعبي التنس المحترفين– هو مركب عالي الطاقة يحتوي على روابط عالية الطاقة. يطلق التحلل المائي لرابطة الفوسفات الطرفية حوالي 20 كيلوجول/مول من الطاقة.
تشمل المركبات عالية الطاقة GTP وCTP وUTP وفوسفات الكرياتين وفوسفات الكاربامويل وما إلى ذلك. وهي تستخدم في الجسم لتخليق ATP. على سبيل المثال، GTP + ADP à الناتج المحلي الإجمالي + اعبي التنس المحترفين
هذه العملية تسمى فسفرة الركيزة- ردود فعل خارجة عن الجسم. وفي المقابل، يتم تشكيل جميع هذه المركبات عالية الطاقة باستخدام الطاقة الحرة لمجموعة الفوسفات الطرفية من ATP. وأخيرا، يتم استخدام طاقة ATP لأداء أنواع مختلفة من العمل في الجسم:
الميكانيكية (تقلص العضلات)؛
الكهربائية (إجراء النبضات العصبية)؛
الكيميائية (تخليق المواد)؛
التناضحي (النقل النشط للمواد عبر الغشاء) – تفاعلات داخلية.
وبالتالي، فإن ATP هو المانح الرئيسي للطاقة المستخدمة مباشرة في الجسم. يحتل ATP موقعًا مركزيًا بين التفاعلات المولدة للطاقة والطاردة للطاقة.
ينتج جسم الإنسان كمية من ATP تعادل وزن الجسم، وكل 24 ساعة يتم تدمير كل هذه الطاقة. "يعيش" جزيء واحد من ATP في الخلية لمدة دقيقة تقريبًا.
لا يمكن استخدام ATP كمصدر للطاقة إلا في حالة التوليف المستمر لـ ATP من ADP بسبب طاقة أكسدة المركبات العضوية. دورة ATP-ADP هي الآلية الأساسية لتبادل الطاقة في النظم البيولوجية، وATP هي "عملة الطاقة" العالمية.
تحتوي كل خلية على شحنة كهربائية تساوي
[ATP] + ½[ADP]
[ATP] + [ADP] + [AMP]
إذا كانت شحنة الخلية 0.8-0.9، فسيتم تقديم صندوق الأدينيل بالكامل في الخلية على شكل ATP (الخلية مشبعة بالطاقة ولا تحدث عملية تخليق ATP).
مع استخدام الطاقة، يتم تحويل ATP إلى ADP، وتصبح شحنة الخلية 0، ويبدأ تصنيع ATP تلقائيًا.
مصدر الطاقة لجسم الإنسان هو أكسدة المركبات العضوية الكيميائية إلى منتجات نهائية أقل قيمة من حيث الطاقة. بمساعدة الأنظمة الإنزيمية، يتم استخلاص الطاقة من الركائز الخارجية (المواد المغذية) في تفاعلات الأكسدة التدريجية، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة في أجزاء صغيرة. يجب تحويل مصادر الطاقة الخارجية في الخلية إلى شكل محدد مناسب لتلبية احتياجات الطاقة داخل الخلايا. هذا النموذج هو في الغالب جزيء أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) ، يمثل أحادي النوكليوتيد. ATP هو مركب عالي الطاقة، ويحتوي على رابطتين غنيتين بالطاقة (روابط عالية الطاقة): بين بقايا حمض الفوسفوريك الثاني والثالث. الروابط الكلية هي روابط تساهمية في المركبات الكيميائية للخلية التي يتم تحللها مع إطلاق كمية كبيرة من الطاقة - 30 كيلو جول / مول أو أكثر. أثناء التحلل المائي لكل من الروابط عالية الطاقة في جزيء ATP، يتم إطلاق حوالي 32 كيلوجول/مول. يتم إجراء التحلل المائي لـ ATP بواسطة إنزيمات خاصة تسمى ATPases: هناك مركبات أخرى عالية الطاقة في الخلية. تحتوي معظمها، مثل ATP، على رابطة فوسفات عالية الطاقة. تشتمل هذه المجموعة من المركبات أيضًا على نوكليوزيد ثلاثي الفوسفات، وأسيل الفوسفات، وفوسفونول بيروفات، وفوسفات الكرياتين وجزيئات أخرى. بالإضافة إلى ذلك، توجد في الكائنات الحية جزيئات ذات روابط ثيوإيثر عالية الطاقة، وهي أسترات الأستيل، ومع ذلك، لا يزال جزيء ATP يلعب الدور الأكبر في عمليات الطاقة الخلوية. يحتوي هذا الجزيء على عدد من الخصائص التي تسمح له باحتلال مكانة مهمة في عملية التمثيل الغذائي الخلوي. أولاً، جزيء ATP غير مستقر من الناحية الديناميكية الحرارية، كما يتضح من التغير في الطاقة الحرة للتحلل المائي ATP DG0 = –31.8 كيلوجول/مول. ثانيًا، جزيء ATP مستقر كيميائيًا بدرجة عالية. معدل التحلل المائي غير الأنزيمي لـ ATP في الظروف العادية منخفض جدًا، مما يسمح بتخزين الطاقة بشكل فعال، مما يمنع تبديدها غير المجدي إلى حرارة. ثالثا، جزيء ATP صغير، مما يسمح له بدخول مواقع مختلفة داخل الخلايا من خلال الانتشار. أخيرًا، تعتبر طاقة التحلل المائي لـ ATP متوسطة إلى طاقة الجزيئات الخلوية المفسفرة الأخرى، مما يسمح لـ ATP بنقل الطاقة من المركبات عالية الطاقة إلى المركبات منخفضة الطاقة.
هناك آليتان لتخليق ATP في الخلية: فسفرة الركيزة وفسفرة الغشاء. فسفرة الركيزة– النقل الأنزيمي لمجموعة الفوسفات إلى جزيئات ADP مع تكوين ATP الذي يحدث في السيتوبلازم. أثناء فسفرة الركيزة، ونتيجة لبعض تفاعلات الأكسدة والاختزال، يتم تشكيل جزيئات غير مستقرة غنية بالطاقة، ويتم نقل مجموعة الفوسفات منها إلى ADP بمساعدة الإنزيمات المناسبة لتكوين ATP. تحدث تفاعلات فسفرة الركيزة في السيتوبلازم ويتم تحفيزها بواسطة الإنزيمات القابلة للذوبان. فسفرة الغشاء– تخليق جزيء ATP باستخدام طاقة تدرج أيونات الهيدروجين عبر الغشاء، والتي تحدث على غشاء الميتوكوندريا. يحدث الفسفرة الغشائية على غشاء الميتوكوندريا، حيث يتم تحديد سلسلة معينة من جزيئات حاملة الهيدروجين والإلكترون. يتم فصل ذرات الهيدروجين والإلكترونات عن الجزيئات العضوية المؤكسدة، وبمساعدة ناقلات خاصة، تدخل سلسلة نقل الإلكترون (سلسلة الجهاز التنفسي)، المترجمة على الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. هذه السلسلة عبارة عن مجموعة معقدة من البروتينات الغشائية مرتبة بطريقة محددة بدقة. هذه البروتينات عبارة عن إنزيمات تحفز تفاعلات الأكسدة والاختزال. وبالانتقال من بروتين حامل لسلسلة تنفسية إلى أخرى، ينحدر الإلكترون إلى مستوى طاقة أقل بشكل متزايد. يرتبط نقل الإلكترونات على طول سلسلة نقل الإلكترون بإطلاق البروتونات من الخلية إلى البيئة الخارجية. ونتيجة لذلك، يكتسب الجزء الخارجي من غشاء الخلية شحنة موجبة، ويكتسب الجزء الداخلي شحنة سالبة، ويحدث انفصال الشحنة. وبالإضافة إلى ذلك، يتم تشكيل التدرج من أيونات الهيدروجين على الغشاء. وبالتالي، فإن الطاقة المنطلقة أثناء نقل الإلكترون يتم تخزينها في البداية في هذا النموذج التدرج عبر الغشاء الكهروكيميائي لأيونات الهيدروجين (DmH+) . أي أن الطاقة الكيميائية والكهرومغناطيسية يتم تحويلها إلى طاقة كهروكيميائية، والتي يمكن للخلية استخدامها بشكل أكبر لتخليق ATP. رد فعل تخليق ATP بسبب DmH + ويسمى الفسفرة الغشائية؛ الأغشية التي يتم تنفيذها عليها - تحويل الطاقة أو مترافق . يوضح تحويل الطاقة المنبعثة أثناء نقل الإلكترون إلى طاقة رابطة الفوسفات الخاصة بـ ATP النظرية الكيميائية لاقتران الطاقة (الشكل 8)، التي طورها عالم الكيمياء الحيوية الإنجليزي ب. ميتشل. يمكن تشبيه غشاء الاقتران بالسد الذي يقيد ضغط الماء، تمامًا كما يمنع الغشاء تدرج أيونات الهيدروجين. إذا تم فتح السد، يمكن استخدام الطاقة الناتجة عن الماء للقيام بالعمل أو تحويلها إلى شكل آخر من أشكال الطاقة، مثل الكهرباء، كما يحدث في محطات الطاقة الكهرومائية. وبالمثل، فإن الخلية لديها آلية تسمح بتحويل طاقة تدرج أيونات الهيدروجين عبر الغشاء إلى طاقة الرابطة الكيميائية لـ ATP. يحدث تفريغ تدرج أيونات الهيدروجين عبر الغشاء بمشاركة أيونات الهيدروجين المترجمة في نفس الغشاء مجمع بروتون ATP سينسيز . يتم استخدام طاقة البروتون التي يتم توفيرها من خلال هذا المجمع الأنزيمي إلى الخلية من البيئة الخارجية لتجميع جزيء ATP من ADP وبقايا حمض الفوسفوريك. يمكن التعبير عن العملية المستمرة بالمعادلة:
ADP + Fn+ nH+ext إلى ATP + H2O + nH+ext.
تتطلب أي من حركاتنا أو أفكارنا من الجسم إنفاق الطاقة. تقوم كل خلية من خلايا الجسم بتخزين هذه القوة وتراكمها في جزيئات حيوية بمساعدة الروابط الكلية. هذه جزيئات البطارية هي التي توفر جميع العمليات الحيوية. إن التبادل المستمر للطاقة داخل الخلايا يحدد الحياة نفسها. ما هي هذه الجزيئات الحيوية ذات الروابط الكبيرة، ومن أين أتت، وماذا يحدث لطاقتها في كل خلية من خلايا الجسم - تمت مناقشة هذا في المقالة.
في أي كائن حي، لا تنتقل الطاقة مباشرة من عامل توليد الطاقة إلى مستهلك الطاقة البيولوجية. عندما يتم كسر الروابط الجزيئية للمنتجات الغذائية، يتم إطلاق الطاقة الكامنة للمركبات الكيميائية، والتي تتجاوز بكثير قدرة الأنظمة الأنزيمية داخل الخلايا على استخدامها. ولهذا السبب يحدث إطلاق المواد الكيميائية المحتملة في النظم البيولوجية على مراحل مع تحولها التدريجي إلى طاقة وتراكمها في مركبات وروابط عالية الطاقة. والجزيئات الحيوية هي القادرة على تراكم الطاقة والتي تسمى الطاقة العالية.
يعتبر مستوى الطاقة الحرة الذي يبلغ 12.5 كيلوجول/مول، والذي يتشكل أثناء تكوين أو تفكك الرابطة الكيميائية، طبيعيًا. عندما تتشكل طاقة حرة تزيد عن 21 كيلو جول/مول أثناء التحلل المائي لبعض المواد، فإن ذلك يسمى روابط عالية الطاقة. ويشار إليها برمز التلدة - ~. على عكس الكيمياء الفيزيائية، حيث تعني الرابطة عالية الطاقة رابطة تساهمية من الذرات، فهي تعني في علم الأحياء الفرق بين طاقة العوامل الأصلية ومنتجات تحللها. أي أن الطاقة ليست متمركزة في رابطة كيميائية معينة من الذرات، ولكنها تميز التفاعل بأكمله. في الكيمياء الحيوية يتحدثون عن الاقتران الكيميائي وتكوين مركب عالي الطاقة.
تحتوي جميع الكائنات الحية على كوكبنا على عنصر عالمي واحد لتخزين الطاقة - وهذا هو الرابطة الكلية ATP - ADP - AMP di، حمض أحادي الفوسفوريك). هذه هي الجزيئات الحيوية التي تتكون من العمود الفقري المحتوي على النيتروجين من الأدينين المرتبط بريبوز الكربوهيدرات وبقايا حمض الفوسفوريك المرفقة. تحت تأثير الماء وإنزيم التقييد، يمكن أن يتحلل جزيء حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك (C 10 H 16 N 5 O 13 P 3) إلى جزيء من حمض الأدينوزين ثنائي الفوسفوريك وحمض الأرثوفوسفات. يصاحب هذا التفاعل إطلاق طاقة حرة تبلغ حوالي 30.5 كيلوجول/مول. تحدث جميع العمليات الحيوية في كل خلية من خلايا جسمنا مع تراكم الطاقة في ATP واستخدامها عن طريق كسر الروابط بين بقايا حمض الفوسفوريك.
تشتمل المركبات عالية الطاقة أيضًا على مواد ذات أسماء طويلة يمكن أن تشكل جزيئات ATP في تفاعلات التحلل المائي (على سبيل المثال، أحماض البيروفوسفوريك والبيروفيك، وأنزيمات السكسينيل المساعدة، ومشتقات الأمينو أسيل من الأحماض النووية الريبية). تحتوي جميع هذه المركبات على ذرات الفوسفور (P) والكبريت (S)، والتي توجد بينها روابط عالية الطاقة. إنها الطاقة التي يتم إطلاقها عندما يتم كسر الرابطة عالية الطاقة في ATP (المانح) والتي تمتصها الخلية أثناء تخليق مركباتها العضوية. وفي الوقت نفسه، يتم تجديد احتياطيات هذه الروابط باستمرار من خلال تراكم الطاقة (المستقبل) المنبعثة أثناء التحلل المائي للجزيئات الكبيرة. في كل خلية من خلايا جسم الإنسان، تحدث هذه العمليات في الميتوكوندريا، وعمر ATP أقل من دقيقة واحدة. يقوم جسمنا بتصنيع حوالي 40 كيلوغرامًا من ATP يوميًا، والتي تمر بما يصل إلى 3 آلاف دورة تحلل لكل منها. وفي أي لحظة، يوجد حوالي 250 جرامًا من ATP في أجسامنا.
بالإضافة إلى وظيفة مانح ومستقبل الطاقة أثناء عمليات تحلل وتخليق المركبات عالية الجزيئات، تلعب جزيئات ATP عدة أدوار أكثر أهمية في الخلايا. تُستخدم طاقة كسر الروابط عالية الطاقة في عمليات توليد الحرارة والأعمال الميكانيكية وتراكم الكهرباء والتلألؤ. في الوقت نفسه، يعد تحويل طاقة الروابط الكيميائية إلى حرارية وكهربائية وميكانيكية في نفس الوقت بمثابة مرحلة من تبادل الطاقة مع التخزين اللاحق لـ ATP في نفس روابط الطاقة الكلية. كل هذه العمليات في الخلية تسمى استقلاب البلاستيك والطاقة (الرسم البياني في الشكل). تعمل جزيئات ATP أيضًا كأنزيمات مساعدة، حيث تنظم نشاط بعض الإنزيمات. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يكون ATP أيضًا وسيطًا، وهو عامل إشارات في نقاط الاشتباك العصبي للخلايا العصبية.
وهكذا، فإن ATP في الخلية يحتل مكانا مركزيا ورئيسيا في تبادل المادة. هناك الكثير من التفاعلات التي يتم من خلالها تكوين ATP وتحلله، بما في ذلك التحلل المائي للركيزة). التفاعلات الكيميائية الحيوية لتخليق هذه الجزيئات قابلة للعكس، ففي ظل ظروف معينة، فإنها تتحول في الخلايا نحو التخليق أو الاضمحلال. وتختلف مسارات هذه التفاعلات في عدد تحولات المواد ونوع عمليات الأكسدة وطرق اقتران التفاعلات المغذية والمستهلكة للطاقة. ولكل عملية تكيفات واضحة لمعالجة نوع معين من "الوقود" وحدود كفاءتها الخاصة.
مؤشرات كفاءة تحويل الطاقة في النظم الحيوية صغيرة ويتم تقييمها بالقيم القياسية لعامل الكفاءة (نسبة الطاقة المفيدة المستهلكة في العمل إلى إجمالي الطاقة المستهلكة). ولكن لضمان تحقيق الوظائف البيولوجية، فإن التكاليف المطلوبة كبيرة جدًا. على سبيل المثال، ينفق العداء، لكل وحدة كتلة، قدرًا كبيرًا من الطاقة مثل سفينة محيطية كبيرة. حتى في حالة الراحة، يعد الحفاظ على حياة الكائن الحي عملاً شاقًا، وينفق عليه حوالي 8 آلاف كيلوجول/مول. في الوقت نفسه، يتم إنفاق حوالي 1.8 ألف كيلوجول/مول على تخليق البروتين، و1.1 ألف كيلوجول/مول على وظيفة القلب، وما يصل إلى 3.8 ألف كيلوجول/مول على تخليق ATP.
هذا هو النظام الذي يتضمن مجموع كل ATP، ADP وAMP في الخلية في فترة زمنية محددة. تحدد هذه القيمة ونسبة المكونات حالة الطاقة للخلية. يتم تقييم النظام على أساس شحنة الطاقة للنظام (نسبة مجموعات الفوسفات إلى بقايا الأدينوزين). إذا تم تمثيل المركبات عالية الطاقة في الخلية بواسطة ATP فقط، فإنها تتمتع بأعلى حالة طاقة (المؤشر -1)، إذا كان AMP فقط - الحد الأدنى للحالة (المؤشر - 0). في الخلايا الحية، عادة ما يتم الحفاظ على المؤشرات عند 0.7-0.9. يحدد استقرار حالة الطاقة في الخلية معدل التفاعلات الأنزيمية والحفاظ على المستوى الأمثل للنشاط الحيوي.
كما ذكرنا سابقًا، يحدث تخليق ATP في عضيات الخلايا المتخصصة - الميتوكوندريا. واليوم هناك جدل بين علماء الأحياء حول أصل هذه الهياكل المذهلة. الميتوكوندريا هي محطات توليد الطاقة في الخلية، و"وقودها" هو البروتينات والدهون والجليكوجين، والكهرباء هي جزيئات ATP، التي يتم تركيبها بمشاركة الأكسجين. يمكننا أن نقول أننا نتنفس حتى تعمل الميتوكوندريا. كلما زاد عدد خلايا العمل التي يتعين عليها القيام بها، زادت الطاقة التي تحتاجها. قراءة - ATP، وهو ما يعني الميتوكوندريا.
على سبيل المثال، تحتوي العضلات الهيكلية للرياضي المحترف على حوالي 12% من الميتوكوندريا، في حين أن غير الرياضي لديه نصف هذه الكمية. لكن في عضلة القلب تبلغ نسبتهم 25٪. تعتمد الأساليب الحديثة لتدريب الرياضيين، وخاصة عدائي الماراثون، على مؤشرات MOC (الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين)، والتي تعتمد بشكل مباشر على عدد الميتوكوندريا وقدرة العضلات على أداء أحمال طويلة المدى. تهدف البرامج التدريبية الرائدة للرياضات الاحترافية إلى تحفيز تخليق الميتوكوندريا في خلايا العضلات.
أشرنا في المقالات السابقة إلى أن الكربوهيدرات، الدهون والبروتيناتيمكن أن تستخدمه الخلايا لتصنيع كميات كبيرة من أدينوسين ثلاثي الفوسفات، وهو مصدر الطاقة لجميع الوظائف الخلوية تقريبًا. لهذا السبب، يمكن اعتبار ATP "عملة الطاقة" لعمليات التمثيل الغذائي الخلوي، والتي لا يمكن تنفيذها إلا من خلال ATP (أو مادة مماثلة تختلف عن ATP في النوكليوتيدات - فوسفات الغوانوزين). وترد معلومات عن خصائص ATP في الفصل 2.
ميزة اعبي التنس المحترفينوما يجعله في غاية الأهمية في عمليات إمداد الطاقة هو إطلاق كمية كبيرة من الطاقة الحرة (حوالي 7300 سعرة حرارية، أو 7.3 سعرة حرارية لكل 1 مول في ظل الظروف القياسية، أو أكثر من 12000 سعرة حرارية في ظل الظروف الفسيولوجية) لكل من الاثنين العاليين. روابط فوسفات الطاقة. إن كمية الطاقة المنطلقة أثناء تفكك كل رابطة ATP عالية الطاقة كافية لتوفير كل مرحلة من أي تفاعل كيميائي يحدث في الجسم. بعض التفاعلات الكيميائية التي تتطلب طاقة ATP تستخدم فقط بضع مئات من السعرات الحرارية من أصل 12000 سعرة حرارية متاحة، بينما تتبدد بقية الطاقة على شكل حرارة.
اعبي التنس المحترفينيتكون أثناء أكسدة الكربوهيدرات والدهون والبروتينات. تحدثنا في مقالات سابقة عن تحويل الطاقة الموجودة في العناصر الغذائية إلى طاقة ATP. باختصار، يتم تشكيل ATP في ظل الظروف التالية.
1. أكسدة الكربوهيدرات، وخاصة الجلوكوز، وأكسدة السكريات الأخرى ولكن بكميات أقل، على سبيل المثال، أكسدة الفركتوز؛ يتم ملاحظة هذه العمليات في سيتوبلازم الخلايا أثناء العمليات اللاهوائية لتحلل السكر وفي الميتوكوندريا أثناء الأكسدة الهوائية في دورة حمض الستريك (دورة كريبس).
2. أكسدة الأحماض الدهنية في الميتوكوندريا الخلوية أثناء أكسدة بيتا.
3. أكسدة البروتينات، والتي يجب أولا أن تتحلل إلى أحماض أمينية، يليها تحلل الأحماض الأمينية إلى منتجات وسيطة من دورة حمض الستريك ثم إلى أسيتيل مرافق الإنزيم أ وثاني أكسيد الكربون.
اعبي التنس المحترفين- مصدر للطاقة لتركيب أهم مكونات الخلية. تشمل أهم العمليات التي تتطلب طاقة ATP تكوين روابط الببتيد بين جزيئات الأحماض الأمينية فيما يتعلق بتخليق البروتين. اعتمادًا على نوع الأحماض الأمينية التي تدخل التفاعل، تحتوي كل رابطة ببتيدية متكونة على ما بين 500 إلى 5000 ك/مول. تذكر أن طاقة أربع روابط فوسفاتية كبيرة يتم استهلاكها لتوفير سلسلة من التفاعلات التي تشكل كل رابطة ببتيدية. وهذا يتطلب إجمالي 48000 سعرة حرارية، وهو أكثر بكثير من 500-5000 سعرة حرارية مخزنة في كل رابطة ببتيدية.
طاقة اعبي التنس المحترفينيستخدم لتخليق الجلوكوز من حمض اللاكتيك وتخليق الأحماض الدهنية من أسيتيل مرافق الإنزيم أ. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الطاقة لتكوين الكوليسترول والدهون الفوسفاتية والهرمونات ومواد الجسم الأخرى. حتى اليوريا، التي تفرز عن طريق الكلى، تتطلب طاقة ATP لتكوينها من الأمونيا. مع الأخذ في الاعتبار السمية الشديدة للأمونيا، يمكن للمرء أن يفهم أهمية وقيمة هذا التفاعل، الذي يحافظ على تركيز الأمونيا في الجسم عند مستوى منخفض للغاية.
اعبي التنس المحترفينيوفر الطاقة اللازمة لتقلص العضلات. تقلص العضلات مستحيل بدون طاقة ATP. يعمل الميوسين، أحد البروتينات المهمة للألياف العضلية، كأنزيم يسبب تحلل ATP إلى ADP، مما يطلق الطاقة اللازمة لتقلص العضلات. في غياب تقلص العضلات، عادةً ما يتم تفكيك كمية قليلة جدًا من ATP، لكن هذا المعدل من استهلاك ATP يمكن أن يزيد بحوالي 150 مرة تقريبًا (بالنسبة للراحة) خلال فترة قصيرة من النشاط الأقصى (الآلية التي يتم من خلالها استخدام طاقة ATP لدفع العضلات). تقلص العضلات).
اعبي التنس المحترفينيوفر الطاقة للنقل النشط عبر الأغشية. يمكن أن يحدث النقل النشط لمعظم الشوارد والمواد مثل الجلوكوز والأحماض الأمينية وحمض الأسيتو أسيتيك مقابل التدرج الكهروكيميائي، على الرغم من أن الانتشار الطبيعي يجب أن يحدث على طول التدرج الكهروكيميائي. تتطلب مواجهته إنفاق الطاقة التي يوفرها ATP.
آسيا والمحيط الهادئيوفر الطاقة لعمليات الإفراز. وفقًا لنفس القواعد التي يتم بها امتصاص المواد مقابل تدرج التركيز، تتم عمليات الإفراز في الغدد، نظرًا لأن الطاقة مطلوبة أيضًا لتركيز المواد.
اعبي التنس المحترفينيوفر الطاقة اللازمة لإجراء الإثارة على طول الأعصاب. الطاقة المستخدمة لتوصيل النبضة العصبية هي مشتقة من الطاقة الكامنة المخزنة كالفرق في تركيزات الأيونات على جانبي غشاء الألياف العصبية. وبالتالي، فإن التركيز العالي لأيونات البوتاسيوم داخل الألياف والتركيز المنخفض خارجها هو نوع من طرق تخزين الطاقة. يوفر التركيز العالي لأيونات الصوديوم على السطح الخارجي للغشاء وانخفاض التركيز في الداخل مثالاً آخر على طريقة تخزين الطاقة. الطاقة اللازمة لتنفيذ كل إمكانات الفعل على طول الغشاء الليفي هي مشتقة من الطاقة المخزنة عندما تترك كمية صغيرة من البوتاسيوم الخلية ويندفع تيار من أيونات الصوديوم إلى داخل الخلية.
ومع ذلك، فإن نظام النقل النشط الطاقة التي يوفرها ATP، يعيد الأيونات النازحة إلى وضعها الأصلي بالنسبة للغشاء الليفي.
أنا
المركبات الكلية المفعول (باليونانية: makros big + عمل الإرغون، فعل؛ مرادف: مركبات عالية الطاقة)
مجموعة من المواد الطبيعية التي تحتوي جزيئاتها على روابط غنية بالطاقة أو عالية الطاقة؛ موجودة في جميع الخلايا الحية وتشارك في تراكم وتحويل الطاقة. روابط عالية الطاقة في جزيئات MS. يرافقه إطلاق الطاقة المستخدمة في التخليق الحيوي ونقل المواد وتقلص العضلات والهضم والعمليات الحيوية الأخرى في الجسم. كل ما هو معروف م.س. تحتوي على الفسفوريل (-PO 3 H 2) أو الأسيل مجموعات ويمكن وصفها بالصيغة X-Y، حيث X عبارة عن ذرة نيتروجين أو أكسجين أو كبريت أو كربون، وY عبارة عن ذرة فوسفور أو كربون. التفاعلية م. يرتبط بزيادة الألفة لإلكترون ذرة Y، مما يحدد الطاقة الحرة العالية للتحلل المائي M.s، والتي تصل إلى 6-14 سعر حراري / مول. مجموعة مهمة من المركبات، والتي تشمل M.s، هي أحماض الأدينوزين الفوسفورية أو الأدينيليك - النيوكليوسيدات التي تحتوي على بقايا حمض الريبوز والفوسفوريك (انظر. أرز
.). ATP هو حمض الفوسفوريك الأدينوزين الذي يحتوي على 3 بقايا حمض الفوسفوريك (أو بقايا الفوسفات)، ويعمل كحامل عالمي والمراكم الرئيسي للطاقة الكيميائية في الخلايا الحية، والعديد من الإنزيمات (انظر الإنزيمات المساعدة) .
ATP ليس المركب النشط بيولوجيًا الوحيد الذي يحتوي على روابط البيروفوسفات. لا تختلف بعض المركبات المفسفرة عن ATP من حيث كمية الطاقة الموجودة في هذه الروابط. ومع ذلك، لا يمكن لثنائي فوسفات هذه المركبات أن يحل محل حمض ثنائي فوسفوريك الأدينوزين في تلك العمليات التي تؤدي إلى تخليق ATP، كما لا يمكن لثلاثي فوسفاتها أن يحل محل ATP في عمليات استقلاب الطاقة اللاحقة التي يستخدم فيها ATP كطاقة ضرورية للتفاعلات التخليقية الحيوية. من الممكن أن هذه الدرجة العالية من الخصوصية لا تعكس تفرد ATP بقدر ما تعكس السمات الفريدة للعمليات الكيميائية الحيوية التي تتكيف حصريًا مع ATP. في بعض التفاعلات التخليقية الحيوية، المصدر المباشر للطاقة ليس ATP، ولكن بعض ثلاثي الفوسفونوكليوتيدات الأخرى. ومع ذلك، لا يمكن اعتبارها مصدرا رئيسيا للطاقة، لأنها تتشكل نتيجة لنقل مجموعة الفوسفات أو البيروفوسفات من ATP. وينطبق هذا أيضًا على نوع آخر من المواد المُكيَّفة لتخزين الطاقة - فوسفات الكرياتين (انظر الكرياتينين). .
هناك رابطتان من البيروفوسفات في جزيء ATP هما رابطتان كبيرتان: بين α- و β- وبين بقايا β- و γ-فوسفات. يطلق التحلل المائي لرابطة البيروفوسفات الطرفية 8,4 سعر حراري / مول(عند درجة حموضة 7.0، ودرجة حرارة 37 درجة مئوية، وفائض من أيونات Mg 2+ وتركيز ATP يساوي 1 م). جميع العمليات في الجسم التي يصاحبها تراكم الطاقة تؤدي في النهاية إلى تكوين الـ ATP، الذي يعمل كحلقة وصل بين العمليات التي تنطوي على استهلاك الطاقة والعمليات المصحوبة بإطلاق وتراكم الطاقة. يحدث انقسام بقايا الفوسفات من جزيئات ATP بمشاركة أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATPases) - إنزيمات فئة الهيدروليزات المنتشرة في خلايا جميع الكائنات الحية وتضمن استخدام طاقة ATP في العمليات الحيوية المختلفة. تقوم مجموعة من ATPases النقل بنقل الأيونات والأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات والسكريات والمواد الأخرى بشكل فعال عبر الأغشية البيولوجية، مما يؤدي إلى إنشاء وتحافظ على تدرجات تركيز الأيونات (التدرجات الأيونية) على جانبي الأغشية البيولوجية. النقل النشط للأيونات، الذي توفره طاقة التحلل المائي ATP، هو أساس الطاقة الحيوية (الطاقة الحيوية) للخلية، وعمليات الإثارة الخلوية، والدخول إلى الخلية وإزالة المواد من الخلية والجسم. ضمان نقل الأيونات أثناء التحلل المائي ATP يشمل H + - ATPase لأغشية الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء والخلايا البكتيرية، Ca 2+ - ATPase للأغشية داخل الخلايا للخلايا العضلية وكريات الدم الحمراء، بالإضافة إلى Na +، K + ATPase الموجود في جميع الأيونات تقريبًا. أغشية البلازما. ونتيجة لانتقال الأيونات التي تقوم بها هذه الإنزيمات ضد تدرج تركيزها على الغشاء، يتولد فرق جهد كهربائي. يؤدي ضعف أداء ATPases النقل (على سبيل المثال، إيقاف تشغيل ATPases في ظل ظروف نقص الأكسجين في غياب ATP) إلى تطور العديد من الحالات المرضية. المعروف (على سبيل المثال) بتنظيم هذه الإنزيمات. يمكن أن يصاحب انقسام ATP ليس فقط نقل مجموعة الفسفوريل إلى جزيء مستقبل، كما يحدث في التفاعلات المحفزة بواسطة الكينازات (Kinases) ,
ولكن أيضًا عن طريق نقل مجموعة بيروفوسفات (على سبيل المثال، أثناء تخليق البيورينات)، أو بقايا حمض الأدينيليك (عند تنشيط الأحماض الأمينية أثناء تخليق البروتين) أو الأدينوزين (S-adenosylmethionine). يتكون ATP من حمض الأدينوزين ثنائي فوسفوريك (ADP) نتيجة الفسفرة التأكسدية أثناء نقل الإلكترون في سلسلة نقل الإلكترون الميتوكوندريا (انظر التنفس الأنسجة ,
التمثيل الغذائي والطاقة) أو نتيجة الفسفرة على مستوى الركيزة (انظر تحلل السكر) .
يرتبط محتوى ATP في الخلية ارتباطًا مباشرًا بمحتوى أحماض فوسفوريك الأدينوزين الأخرى - ADP وحمض الأدينيليك ()، والتي تشكل نظام نيوكليوتيد الأدينيل في الخلية. مجموع نيوكليوتيدات الأدينيل في الخلية هو 2-15 مموهو ما يمثل حوالي 87٪ من إجمالي صندوق النيوكليوتيدات الحرة. يتم لعب دور مهم في الحفاظ على التوازن بين أحماض الفوسفوريك الأدينوزين من خلال التوازن العكسي والعملي المحفز بواسطة إنزيم أدينيلات كيناز (يسمى أدينيلات كيناز الأنسجة العضلية ميوكيناز): ATP + AMP = 2 ADP. من المركبات الهامة عالية الطاقة المشاركة في إعادة تركيب ATP في الأنسجة العضلية فوسفات الكرياتين، وهو مشتق مفسفر من الكرياتين، أو حمض بيتا-ميثيلجوانيديناسيتيك، الموجود في العضلات الهيكلية لجميع الفقاريات (انظر الكرياتينين). .
يلعب التفاعل الأنزيمي القابل للعكس للكرياتين مع ATP: + ATP = + ADP، المحفز بواسطة الكرياتين كيناز (كرياتين فوسفوكيناز)، دورًا مهمًا في تراكم الطاقة اللازمة لتقلص العضلات. إلى جانب ATP، تشتمل المركبات عالية الطاقة أيضًا على أحماض نيوكليوسيد ثلاثي الفوسفوريك: غوانوزين ثلاثي الفوسفات (GTP)، ()، () وثلاثي فوسفات الثيميدين (TTP)، والتي تلعب دور موردي الطاقة في مختلف عمليات التخليق الحيوي والتحويلات البينية للكربوهيدرات والدهون. ، بالإضافة إلى أحماض ثنائي الفوسفوريك النيوكليوزيدية المقابلة، وحمض البيروفوسفوريك والبولي فوسفوريك (انظر الفوسفور) ,
أحماض فوسفو إينول بيروفيك و1،3 ثنائي فوسفوجليسريك، وأنزيم أسيتيل وسكسينيل A، ومشتقات أمينواسيل من الأحماض الأدينيلية والريبونوكلييك، إلخ. فهرس:برودا E. عمليات الطاقة الحيوية. من الإنجليزية، م.، 1978: بيفزنر إل. أساسيات الطاقة الحيوية، عبر. من الإنجليزية، م.، 1977؛ راكر إي. آليات الطاقة الحيوية، العابرة. من الإنجليزية، م.، 1979؛ سكولاشيف ف. الطاقة في الأغشية الحيوية، م، 1972. المركبات العضوية، التي يصاحبها إطلاق كمية كبيرة من الطاقة الحرة؛ في م.س. تتراكم الطاقة التي يستهلكها الجسم في عملية حياته. 1. الموسوعة الطبية الصغيرة. - م: الموسوعة الطبية. 1991-96 2. الإسعافات الأولية. - م: الموسوعة الروسية الكبرى. 1994 3. القاموس الموسوعي للمصطلحات الطبية. - م: الموسوعة السوفيتية. - 1982-1984.
مركبات عالية الطاقة، وهي مركبات طبيعية تحتوي على روابط غنية بالطاقة، أو عالية الطاقة؛ وهي موجودة في جميع الخلايا الحية، وتشارك في تراكم وتحويل الطاقة. إلى م.س. تشمل الفصل. وصول. ATP والمواد التي يمكن ... ... القاموس الموسوعي البيولوجي
المركبات عالية الطاقة هي مركبات تحتوي على روابط غنية بالطاقة (عالية الطاقة). وتشمل هذه الـ ATP والمواد القادرة على تكوين الـ ATP في التفاعلات الأنزيمية التي تنقل مجموعات الفوسفات في الغالب. آنسة. تشغل... ... قاموس علم الأحياء الدقيقة
- (من أعمال نشاط الماكرو... والأرجون اليوناني)، مركبات عضوية من الخلايا الحية تحتوي على روابط غنية بالطاقة، أو ذات نشاط كبير. يتم تشكيلها نتيجة لعملية التمثيل الضوئي والتركيب الكيميائي والأكسدة البيولوجية. إلى الماكرو... ... القاموس الموسوعي الكبير- (من الماكرو... والنشاط اليوناني érgon، عمل) مركبات عالية الطاقة، عالية الطاقة، وهي مركبات طبيعية تحتوي على روابط غنية بالطاقة، أو عالية الطاقة؛ موجودة في جميع الخلايا الحية، وتشارك في العمليات... ... الموسوعة السوفيتية الكبرى
- (من الماكرو... والنشاط الإرجوني اليوناني، العمل)، عضوي. مركبات الخلايا الحية التي تحتوي على روابط غنية بالطاقة أو عالية الطاقة. تشكلت نتيجة لعملية التمثيل الضوئي والتركيب الكيميائي والبيول. أكسدة. إلى م.س. يتصل… … علم الطبيعة. القاموس الموسوعي
- (ماكرو + عمل إرغون يوناني، عمل؛ مرادف للمركبات عالية الطاقة) مركبات عضوية، يصاحب انهيارها إطلاق كمية كبيرة من الطاقة الحرة؛ في م.س. يقوم بتجميع الطاقة التي يستهلكها الجسم في... ... قاموس طبي كبير
- (من الماكرو اليوناني + نشاط الإرغون، عمل) مع جميع أنواع استقلاب الطاقة، يتم تخزين الطاقة في الخلية الحية على شكل مركبات عالية الطاقة، وهي مركبات تحتوي على روابط كيميائية غنية بالطاقة. إلى مركبات عالية الطاقة ... ... بدايات العلوم الطبيعية الحديثة
مركبات ماكرورجيك- مركبات عالية الطاقة، مركبات عضوية، يؤدي تحللها المائي إلى إطلاق كمية كبيرة من الطاقة المستخدمة للقيام بوظائف الجسم المختلفة. مكانة رائدة بين M. s. يحتله الأدينوزين ثلاثي الفوسفات و... ... القاموس الموسوعي البيطري
