какое строение имеет атф биология
Биология. 11 класс
§ 8. Строение и функции РНК. АТФ
Строение и функции РНК. РНК, так же как и ДНК, представляет собой биополимер, построенный из нуклеотидов. Однако молекулы РНК имеют ряд особенностей. Вы знаете, что в состав нуклеотидов РНК вместо дезоксирибозы входит рибоза, а вместо тимина (Т) — урацил (У). Кроме того, молекулы РНК значительно короче ДНК и представлены одной полинуклеотидной цепью, а не двумя.
Лишь некоторые вирусы имеют двухцепочечные молекулы РНК, представляющие собой генетический материал этих неклеточных форм.
*Количество нуклеотидов в молекулах ДНК, как правило, исчисляется миллионами, в то время как полинуклеотидные цепи РНК обычно состоят из 75—3000 мономерных звеньев. Известно, что некоторые РНК могут включать десятки тысяч нуклеотидов, но это является не правилом, а исключением.*
Молекулы РНК могут принимать различную пространственную конфигурацию, прежде всего за счет образования водородных связей. Но, в отличие от ДНК, эти связи формируются не между двумя разными цепями, а между отдельными участками одной и той же цепи, комплементарными друг другу.
*Содержание ДНК в клетках организма сравнительно постоянно, а количество РНК сильно варьирует. Молекулы РНК обеспечивают синтез белков, поэтому наибольшее их содержание характерно для клеток, активно вырабатывающих белки. Это, например, секреторные клетки пищеварительных и эндокринных желез, синтезирующие ферменты и белковые гормоны, лейкоциты, продуцирующие антитела, и т. д.*
Существует несколько видов РНК, различающихся по строению молекул, содержанию в клетке и выполняемым функциям. Все виды РНК синтезируются на определенных участках одной из цепей ДНК. Такой синтез называется матричным, поскольку молекула ДНК является матрицей (т. е. образцом, моделью) для построения молекул РНК.
Рибосомные РНК (рРНК) составляют более 80 % всех РНК клетки. Молекулы рРНК соединяются с особыми белками и образуют рибосомы — органоиды, в которых происходит синтез белков из аминокислот.
*Молекулы рРНК составляют более 50 % массы рибосомы и имеют сложную объемную структуру. Бóльшую часть цепи рРНК составляют комплементарные участки. Они соединяются водородными связями и приобретают спиральную конфигурацию. Взаимодействуя с рибосомными белками, одна или несколько молекул рРНК компактно укладываются в пространстве. Так формируются субъединицы рибосом — структурные компоненты этих органоидов.
Установлено, что рРНК в составе рибосомы выполняют не только структурную функцию, но и каталитическую. В процессе синтеза белка они ускоряют образование пептидных связей между аминокислотами, т. е. действуют подобно ферментам. Такие молекулы РНК, обладающие каталитическим действием, были названы рибозимами (сокращение от «рибонуклеиновая кислота» и «энзим»). Кроме рРНК, известны и другие рибозимы. Они могут катализировать расщепление самих себя или других молекул РНК, а также соединять фрагменты РНК друг с другом.
До открытия рибозимов единственными биологическими катализаторами считались ферменты. За исследование каталитических свойств рибонуклеиновых кислот американские молекулярные биологи С. Олтмен и Т. Чек в 1989 г. были награждены Нобелевской премией.*
Транспортные РНК (тРНК) — самые маленькие из молекул РНК, участвующих в синтезе белков. В среднем они состоят из 80 нуклеотидов. тРНК связывают аминокислоты, доставляют их в рибосомы и обеспечивают правильное включение этих аминокислот в полипептидную цепь. Для каждой из 20 белокобразующих аминокислот существует как минимум одна особая разновидность тРНК, а для некоторых аминокислот — несколько. Содержание тРНК составляет около 15 % от общего количества клеточных РНК.
Все тРНК имеют сходное строение. Благодаря образованию внутримолекулярных водородных связей молекулы тРНК приобретают особую структуру, в которой комплементарно связанные участки чередуются с петлями (рис. 8.1). Такая пространственная конфигурация была названа клеверным листом.
*Как и любая другая полинуклеотидная цепь, молекула тРНК имеет 5′- и 3′-концы. У всех тРНК на 5′-конце находится гуаниловый нуклеотид, а 3′-конец завершается последовательностью ЦЦА. Присоединение аминокислоты происходит именно к 3′-концу молекулы тРНК, поэтому он называется акцепторным хвостом.*
Матричные, или информационные, РНК (мРНК, иРНК) наиболее разнообразны по строению и длине цепей. Молекулы мРНК содержат информацию о первичной структуре определенных белков. Во время синтеза белков в рибосомах они служат матрицами, определяющими порядок расположения аминокислот в белковых молекулах. Поэтому биосинтез белка, так же как и синтез РНК, относится к матричным процессам. Количество мРНК не превышает 3—5 % всех РНК, содержащихся в клетке.
*У ядерных организмов каждая молекула мРНК, как правило, содержит закодированную информацию о структуре одного белка. Для бактерий и вирусов характерны мРНК, кодирующие несколько разных белков.*
Функции рассмотренных видов РНК связаны с процессами синтеза белка. Следовательно, рРНК, тРНК и мРНК обеспечивают реализацию наследственной информации, хранящейся в молекулах ДНК.
Молекула АТФ в биологии: состав, функции и роль в организме
Важнейшим веществом в клетках живых организмов является аденозинтрифосфорная кислота или аденозинтрифосфат. Если ввести аббревиатуру этого названия, то получим АТФ (англ. ATP). Это вещество относится к группе нуклеозидтрифосфатов и играет ведущую роль в процессах метаболизма в живых клетках, являясь для них незаменимым источником энергии.
Первооткрывателями АТФ стали учёные-биохимики гарвардской школы тропической медицины — Йеллапрагада Суббарао, Карл Ломан и Сайрус Фиске. Открытие произошло в 1929 году и стало главной вехой в биологии живых систем. Позднее, в 1941 году, немецким биохимиком Фрицем Липманом было установлено, что АТФ в клетках является основным переносчиком энергии.
Строение АТФ
Эта молекула имеет систематическое наименование, которое записывается так: 9-β-D-рибофуранозиладенин-5-трифосфат, или 9-β-D-рибофуранозил-6-амино-пурин-5-трифосфат. Какие соединения входят в состав АТФ? Химически она представляет собой трифосфорный эфир аденозина — производного аденина и рибозы. Это вещество образуется путём соединения аденина, являющегося пуриновым азотистым основанием, с 1-углеродом рибозы при помощи β-N-гликозидной связи. К 5-углероду рибозы затем последовательно присоединяются α-, β- и γ-молекулы фосфорной кислоты.
Таким образом, молекула АТФ содержит такие соединения, как аденин, рибозу и три остатка фосфорной кислоты. АТФ — это особое соединение, содержащее связи, при гидролизе которых высвобождается большое количество энергии. Такие связи и вещества называются макроэргическими. Во время гидролиза этих связей молекулы АТФ происходит выделение количества энергии от 40 до 60 кДж/моль, при этом данный процесс сопровождается отщеплением одного или двух остатков фосфорной кислоты.
Вот как записываются эти химические реакции:
Энергия, высвобожденная в ходе указанных реакций, используется в дальнейших биохимических процессах, требующих определённых энергозатрат.
Роль АТФ в живом организме. Её функции
Какую функцию выполняет АТФ? Прежде всего, энергетическую. Как уже было выше сказано, основной ролью аденозинтрифосфата является энергообеспечение биохимических процессов в живом организме. Такая роль обусловлена тем, что благодаря наличию двух высокоэнергетических связей, АТФ выступает источником энергии для многих физиологических и биохимических процессов, требующих больших энергозатрат. Такими процессами являются все реакции синтеза сложных веществ в организме. Это, прежде всего, активный перенос молекул через клеточные мембраны, включая участие в создании межмембранного электрического потенциала, и осуществление сокращения мышц.
Кроме указанной, перечислим ещё несколько, не менее важных, функций АТФ, таких, как:
Как образуется АТФ в организме?
Синтез аденозинтрифосфорной кислоты идёт постоянно, т. к. энергия организму для нормальной жизнедеятельности нужна всегда. В каждый конкретный момент содержится совсем немного этого вещества — примерно 250 граммов, которые являются «неприкосновенным запасом» на «чёрный день». Во время болезни идёт интенсивный синтез этой кислоты, потому что требуется много энергии для работы иммунной и выделительной систем, а также системы терморегуляции организма, что необходимо для эффективной борьбы с начавшимся недугом.
В каких клетках АТФ больше всего? Это клетки мышечной и нервной тканей, поскольку в них наиболее интенсивно идут процессы энергообмена. И это очевидно, ведь мышцы участвуют в движении, требующем сокращения мышечных волокон, а нейроны передают электрические импульсы, без которых невозможна работа всех систем организма. Поэтому так важно для клетки поддерживать неизменный и высокий уровень аденозинтрифосфата.
Каким же образом в организме могут образовываться молекулы аденозинтрифосфата? Они образуются путём так называемого фосфорилирования АДФ (аденозиндифосфата). Эта химическая реакция выглядит следующим образом:
АДФ + фосфорная кислота + энергия→АТФ + вода.
Фосфорилирование же АДФ происходит при участии таких катализаторов, как ферменты и свет, и осуществляется одним из трёх способов:
Как окислительное, так и субстратное фосфорилирование использует энергию веществ, окисляющихся в процессе такого синтеза.
Вывод
Аденозинтрифосфорная кислота — это наиболее часто обновляемое вещество в организме. Сколько в среднем живёт молекула аденозинтрифосфата? В теле человека, например, продолжительность её жизни составляет менее одной минуты, поэтому одна молекула такого вещества рождается и распадается до 3000 раз за сутки. Поразительно, но в течение дня человеческий организм синтезирует около 40 кг этого вещества! Настолько велики потребности в этом «внутреннем энергетике» для нас!
Весь цикл синтеза и дальнейшего использования АТФ в качестве энергетического топлива для процессов обмена веществ в организме живого существа представляет собой саму суть энергетического обмена в этом организме. Таким образом, аденозинтрифосфат является своего рода «батарейкой», обеспечивающей нормальную жизнедеятельность всех клеток живого организма.
Органические соединения клетки. Витамины и АТФ
Вопрос 1. Какое строение имеет молекула АТФ?
АТФ — это аденозинтрифосфат, нуклеотид, относящийся к группе нуклеиновых кислот. Концентрация АТФ в клетке мала (0,04 %; в скелетных мышцах 0,5 %). Молекула аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) по своей структуре напоминает один из нуклеотидов молекулы РНК. АТФ включает три компонента: аденин, пятиуглеродный сахар рибозу и три остатка фосфорной кислоты, соединенных между собой особыми макроэргическими связями.
Вопрос 2. Какую функцию выполняет АТФ?
АТФ является универсальным источником энергии для всех реакций, протекающих в клетке. Энергия выделяется в случае отделения от молекулы АТФ остатков фосфорной кислоты при разрыве макроэргических связей. Связь между остатками фосфорной кислоты является макроэргической, при ее расщеплении выделяется примерно в 4 раза больше энергии, чем при расщеплении других связей. Если отделяется один остаток фосфорной кислоты, то АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту). При этом выделяется 40 кДж энергии. При отделении второго остатка фосфорной кислоты выделяется еще 40 кДж энергии, а АДФ переходит в АМФ (аденозинмонофосфат). Выделившаяся энергия используется клеткой. Энергию АТФ клетка использует в процессах биосинтеза, при движении, при производстве тепла, при проведении нервных импульсов, в процессе фотосинтеза и т.д. АТФ является универсальным аккумулятором энергии в живых организмах.
При гидролизе остатка фосфорной кислоты выделяется энергия:
Вопрос 3. Какие связи называются макроэргическими?
Макроэргическими называются связи между остатками фосфорной кислоты, так как при их разрыве выделяется большое количество энергии (в четыре раза больше, чем при расщеплении других химических связей).
Вопрос 4. Какую роль выполняют в организме витамины?
Обмен веществ невозможен без участия витаминов. Витамины — низкомолекулярные органические вещества, жизненно необходимые для существования организма человека. Витамины или совсем не вырабатываются в человеческом организме, или вырабатываются в недостаточных количествах. Так как чаще всего витамины являются небелковой частью молекул ферментов (коферментами) и определяют интенсивность множества физиологических процессов в организме человека, то необходимо их постоянное поступление в организм. Исключения до некоторой степени составляют витамины группы В и А, способные в небольших количествах накапливаться в печени. Кроме того, некоторые витамины (В1 В2, К, Е) синтезируются бактериями, обитающими в толстом кишечнике, откуда и всасываются в кровь человека. При недостатке витаминов в пище или заболеваниях желудочно-кишечного тракта поступление витаминов в кровь уменьшается, и возникают заболевания, имеющие общее название гиповитаминозов. При полном отсутствии какого-либо витамина возникает более тяжелое расстройство, получившее название авитаминоза. Например, витамин D регулирует обмен кальция и фосфора в организме человека, витамин К участвует в синтезе протромбина и способствует нормальной свертываемости крови.
Витамины подразделяются на водорастворимые (С, РР, витамины группы В) и жирорастворимые (А, D, E и др.). Водорастворимые витамины усваиваются в водном растворе, а при их избытке в организме легко выводятся с мочой. Жирорастворимые витамины усваиваются вместе с жирами, поэтому нарушение переваривания и всасывания жиров сопровождается нехваткой рада витаминов (А, О, К). Значительное увеличение содержания жирорастворимых витаминов в пище может вызвать ряд нарушений обмена веществ, так как эти витамины плохо выводятся из организма. В настоящее время насчитывается не менее двух десятков веществ, относящихся к витаминам.
Какое строение имеет атф биология
Подробное решение Праграф § 10 по биологии для учащихся 9 класса, авторов В.В. Пасечник, А.А. Каменский, Е.А. Криксунов
1. Какие органические вещества вы знаете?
Органические вещества: белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры (липиды), витамины.
2. Какие витамины вам известны? Какова их роль?
Выделяют водорастворимые (C, B1, B2, B6, PP, B12 и B5), жирорастворимые (А, В, Е и К) витамины.
3. Какие виды энергии вам известны?
4. Почему для жизнедеятельности любого организма необходима энергия?
Энергия необходима для синтеза всех специфических веществ организма, поддержания его высокоупорядоченной организации, активного транспорта веществ внутри клеток, из одних клеток в другие, из одной части организма в другую, для передачи нервных импульсов, передвижения организмов, поддержания постоянной температуры тела и для других целей.
Вопросы
1. Какое строение имеет молекула АТФ?
2. Какую функцию выполняет АТФ?
3. Какие связи называются макроэргическими?
Связь между остатками фосфорной кислоты называют макроэргической (она обозначается символом
), так как при её разрыве выделяется почти в четыре раза больше энергии, чем при расщеплении других химических связей.
4. Какую роль выполняют в организме витамины?
Биологическое действие витаминов в организме человека заключается в активном участии этих веществ в обменных процессах. В обмене белков, жиров и углеводов витамины принимают участие либо непосредственно, либо входя в состав сложных ферментных систем. Витамины участвуют в окислительных процессах, в результате которых из углеводов и жиров образуются многочисленные вещества, используемые организмом, как энергетический и пластический материал. Витамины способствуют нормальному росту клеток и развитию всего организма. Важную роль играют витамины в поддержании иммунных реакций организма, обеспечивающих его устойчивость к неблагоприятным факторам окружающей среды.
Задания
Обобщив имеющиеся у вас знания, подготовьте сообщение о роли витаминов в нормальном функционировании организма человека. Обсудите с одноклассниками вопрос: каким образом человек может обеспечить свой организм необходимым количеством витаминов?
Своевременное и сбалансированное получение необходимого количества витаминов способствует нормальной жизнедеятельности человека. Основное их количество поступает в организм с пищей, поэтому важно правильно питаться (чтобы пища содержала витамины в нужном количестве, она должна быть разнообразной и сбалансированной).
Роль витаминов в организме человека
Витамины – жизненно важные вещества, необходимые нашему организму для поддержания многих его функций. Поэтому достаточное и постоянное поступление витаминов в организм с пищей крайне важно.
Биологическое действие витаминов в организме человека заключается в активном участии этих веществ в обменных процессах. В обмене белков, жиров и углеводов витамины принимают участие либо непосредственно, либо входя в состав сложных ферментных систем. Витамины участвуют в окислительных процессах, в результате которых из углеводов и жиров образуются многочисленные вещества, используемые организмом, как энергетический и пластический материал. Витамины способствуют нормальному росту клеток и развитию всего организма. Важную роль играют витамины в поддержании иммунных реакций организма, обеспечивающих его устойчивость к неблагоприятным факторам окружающей среды. Это имеет существенное значение в профилактике инфекционных заболеваний.
Витамины смягчают или устраняют неблагоприятное действие на организм человека многих лекарственных препаратов. Недостаток витаминов сказывается на состоянии отдельных органов и тканей, а также на важнейших функциях: рост, продолжение рода, интеллектуальные и физические возможности, защитные функции организма. Длительный недостаток витаминов ведет сначала к снижению трудоспособности, затем к ухудшению здоровья, а в самых крайних, тяжелых случаях это может закончиться смертью.
Только в некоторых случаях наш организм может синтезировать в небольших количествах отдельные витамины. Так, например, аминокислота триптофан может преобразовываться в организме в никотиновую кислоту. Витамины необходимы для синтеза гормонов – особых биологически активных веществ, которые регулируют самые разные функции организма.
Получается, что витамины – это вещества, относящиеся к незаменимым факторам питания человека, и имеют огромное значение для жизнедеятельности организма. Они необходимы для гормональной системы и ферментной системы нашего организма. Также регулируют наш обмен веществ, делая организм человека здоровым, бодрым и красивым.
Основное их количество поступает в организм с пищей, и только некоторые синтезируются в кишечнике обитающими в нём полезными микроорганизмами, однако в этом случае их бывает не всегда достаточно. Многие витамины быстро разрушаются и не накапливаются в организме в нужных количествах, поэтому человек нуждается в постоянном поступлении их с пищей.
Применение витаминов с лечебной целью (витаминотерапия) первоначально было целиком связано с воздействием на различные формы их недостаточности. С середины XX века витамины стали широко использовать для витаминизации пищи, а так же кормов в животноводстве.
Ряд витаминов представлен не одним, а несколькими родственными соединениями. Знание химического строения витаминов позволило получать их путем химического синтеза; наряду с микробиологическим синтезом это основной способ производства витаминов в промышленных масштабах.
Первоисточником витаминов являются растения, в которых витамины накапливаются. В организм витамины поступают в основном с пищей. Некоторые из них синтезируются в кишечнике под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов, но образующиеся количества витаминов не всегда полностью удовлетворяют потребности организма.
Вывод: Витамины влияют на усвоение питательных веществ, способствуют нормальному росту клеток и развитию всего организма. Являясь составной частью ферментов, витамины определяют их нормальную функцию и активность. Недостаток, а тем более отсутствие в организме какого-либо витамина ведет к нарушению обмена веществ. При недостатке их в пище снижается работоспособность человека, сопротивляемость организма к заболеваниям, к действию неблагоприятных факторов окружающей среды. В результате дефицита или отсутствия витаминов, развивается витаминная недостаточность.
Органические соединения клетки. Витамины и АТФ
Вопрос 1. Какое строение имеет молекула АТФ?
АТФ — это аденозинтрифосфат, нуклеотид, относящийся к группе нуклеиновых кислот. Концентрация АТФ в клетке мала (0,04 %; в скелетных мышцах 0,5 %). Молекула аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) по своей структуре напоминает один из нуклеотидов молекулы РНК. АТФ включает три компонента: аденин, пятиуглеродный сахар рибозу и три остатка фосфорной кислоты, соединенных между собой особыми макроэргическими связями.
Вопрос 2. Какую функцию выполняет АТФ?
АТФ является универсальным источником энергии для всех реакций, протекающих в клетке. Энергия выделяется в случае отделения от молекулы АТФ остатков фосфорной кислоты при разрыве макроэргических связей. Связь между остатками фосфорной кислоты является макроэргической, при ее расщеплении выделяется примерно в 4 раза больше энергии, чем при расщеплении других связей. Если отделяется один остаток фосфорной кислоты, то АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту). При этом выделяется 40 кДж энергии. При отделении второго остатка фосфорной кислоты выделяется еще 40 кДж энергии, а АДФ переходит в АМФ (аденозинмонофосфат). Выделившаяся энергия используется клеткой. Энергию АТФ клетка использует в процессах биосинтеза, при движении, при производстве тепла, при проведении нервных импульсов, в процессе фотосинтеза и т.д. АТФ является универсальным аккумулятором энергии в живых организмах.
При гидролизе остатка фосфорной кислоты выделяется энергия:
Вопрос 3. Какие связи называются макроэргическими?
Макроэргическими называются связи между остатками фосфорной кислоты, так как при их разрыве выделяется большое количество энергии (в четыре раза больше, чем при расщеплении других химических связей).
Вопрос 4. Какую роль выполняют в организме витамины?
Обмен веществ невозможен без участия витаминов. Витамины — низкомолекулярные органические вещества, жизненно необходимые для существования организма человека. Витамины или совсем не вырабатываются в человеческом организме, или вырабатываются в недостаточных количествах. Так как чаще всего витамины являются небелковой частью молекул ферментов (коферментами) и определяют интенсивность множества физиологических процессов в организме человека, то необходимо их постоянное поступление в организм. Исключения до некоторой степени составляют витамины группы В и А, способные в небольших количествах накапливаться в печени. Кроме того, некоторые витамины (В1 В2, К, Е) синтезируются бактериями, обитающими в толстом кишечнике, откуда и всасываются в кровь человека. При недостатке витаминов в пище или заболеваниях желудочно-кишечного тракта поступление витаминов в кровь уменьшается, и возникают заболевания, имеющие общее название гиповитаминозов. При полном отсутствии какого-либо витамина возникает более тяжелое расстройство, получившее название авитаминоза. Например, витамин D регулирует обмен кальция и фосфора в организме человека, витамин К участвует в синтезе протромбина и способствует нормальной свертываемости крови.
Витамины подразделяются на водорастворимые (С, РР, витамины группы В) и жирорастворимые (А, D, E и др.). Водорастворимые витамины усваиваются в водном растворе, а при их избытке в организме легко выводятся с мочой. Жирорастворимые витамины усваиваются вместе с жирами, поэтому нарушение переваривания и всасывания жиров сопровождается нехваткой рада витаминов (А, О, К). Значительное увеличение содержания жирорастворимых витаминов в пище может вызвать ряд нарушений обмена веществ, так как эти витамины плохо выводятся из организма. В настоящее время насчитывается не менее двух десятков веществ, относящихся к витаминам.