Източникът на енергия в клетките е веществото аденозин трифосфат (АТФ), което, ако е необходимо, се разгражда до аденозин фосфат (АДФ):

ATP → ADP + енергия.

При интензивно натоварване наличният ATP резерв се изразходва само за 2 секунди. Въпреки това, ATP непрекъснато се възстановява от ADP, което позволява на мускулите да продължат да работят. Има три основни системи за възстановяване на АТФ: фосфат, кислород и лактат.

Фосфатна система

Фосфатната система освобождава енергия възможно най-бързо, така че е важна, когато се изискват бързи усилия, като спринтьори, футболисти, висок и дълъг скок, боксьори и тенисисти.

Във фосфатната система възстановяването на АТФ става благодарение на креатин фосфат (CrP), чиито резерви са налични директно в мускулите:

KrP + ADP → ATP + креатин.

Фосфатната система не използва кислород и не произвежда млечна киселина.

Фосфатната система работи само за кратко време - при максимално натоварване общият запас от ATP и CrP се изчерпва за 10 секунди. След завършване на натоварването, запасите от ATP и CrP в мускулите се възстановяват със 70% след 30 секунди и напълно след 3-5 минути. Това трябва да се има предвид при изпълнение на упражнения за скорост и сила. Ако усилието продължи повече от 10 секунди или паузите между усилията са твърде кратки, лактатната система се включва.

Кислородна система

Кислородната или аеробна система е важна за атлетите за издръжливост, защото може да поддържа дългосрочно физическо представяне.

Ефективността на кислородната система зависи от способността на тялото да транспортира кислород до мускулите. Чрез обучение може да се увеличи с 50%.

В кислородната система енергията се генерира главно от окисляването на въглехидрати и мазнини. Въглехидратите се консумират първи, защото те изискват по-малко кислород и имат по-висока скорост на освобождаване на енергия. Запасите от въглехидрати в организма обаче са ограничени. След изчерпването им се добавят мазнини - интензивността на работа намалява.

Съотношението на използваните мазнини и въглехидрати зависи от интензивността на упражнението: колкото по-висока е интензивността, толкова по-голям е делът на въглехидратите. Тренираните спортисти използват повече мазнини и по-малко въглехидрати в сравнение с нетренираните, тоест използват наличните енергийни резерви по-икономично.

Окисляването на мазнините се извършва съгласно уравнението:

Мазнини + кислород + ADP → ATP + въглероден диоксид + вода.

Разграждането на въглехидратите става на два етапа:

Глюкоза + ADP → ATP + млечна киселина.

Млечна киселина + кислород + ADP → ATP + въглероден диоксид + вода.

Кислородът е необходим само във втората стъпка: ако има достатъчно, млечната киселина не се натрупва в мускулите.

Лактатна система

При натоварвания с висока интензивност кислородът, доставян на мускулите, не е достатъчен за пълното окисляване на въглехидратите. Получената млечна киселина няма време да се консумира и се натрупва в работещите мускули. Това води до усещане за умора и болезненост в работещите мускули и намалява способността за издържане на натоварването.

В началото на всяко упражнение (с максимално усилие - през първите 2 минути) и с рязко увеличаване на натоварването (по време на удари, завършващи хвърляния, при изкачвания) възниква недостиг на кислород в мускулите, тъй като сърцето, белите дробове и кръвоносните съдове нямат време да се включат напълно в работата. През този период енергията се осигурява от лактатната система, с производството на млечна киселина. За да избегнете натрупването на големи количества млечна киселина в началото на тренировката, трябва да направите лека загрявка.

Когато бъде превишен определен праг на интензивност, тялото преминава към напълно анаеробно захранване с енергия, което използва само въглехидрати. Поради нарастващата мускулна умора, способността за издържане на натоварване се изчерпва за секунди или минути, в зависимост от интензивността и нивото на тренировка.

Ефектът на млечната киселина върху производителността

Увеличаването на концентрацията на млечна киселина в мускулите има няколко последствия, които трябва да се вземат предвид по време на тренировка:

• Координацията на движенията е нарушена, което прави обучението по техника неефективно.
• В мускулната тъкан възникват микроразкъсвания, което увеличава риска от нараняване.
• Образуването на креатин фосфат се забавя, което намалява ефективността на спринтовата тренировка (тренировка по фосфатна система).
• Способността на клетките да окисляват мазнините намалява, което значително усложнява енергийното снабдяване на мускулите след изчерпване на въглехидратните резерви.

В състояние на покой на тялото са необходими около 25 минути, за да неутрализира половината от млечната киселина, натрупана в резултат на максимални силови усилия; 95% от млечната киселина се неутрализира за 75 минути. Ако вместо пасивна почивка се извърши леко охлаждане, например джогинг, тогава млечната киселина се отстранява от кръвта и мускулите много по-бързо.

Високите концентрации на млечна киселина могат да причинят увреждане на стените на мускулните клетки, което води до промени в състава на кръвта. Може да отнеме от 24 до 96 часа, за да се нормализира кръвната Ви картина. През този период обучението трябва да е леко; Интензивните тренировки ще забавят значително възстановителните процеси.

Твърде високата честота на интензивни упражнения, без достатъчно паузи за почивка, води до намаляване на производителността и впоследствие до претрениране.

Енергийни резерви

Енергийните фосфати (ATP и KrP) се изразходват в рамките на 8-10 секунди от максималната работа. Въглехидратите (захари и нишестета) се съхраняват в черния дроб и мускулите под формата на гликоген. Като правило те са достатъчни за 60-90 минути интензивна работа.

Запасите от мазнини в тялото са практически неизчерпаеми. Делът на мастната маса при мъжете е 10-20%; за жени - 20-30%. При добре тренирани атлети за издръжливост процентът на телесните мазнини може да варира от изключително нисък до относително висок (4-13%).

Въз основа на книгата Heart Rate, Lactate and Endurance Training от Peter Jansen.

ОТГОВОР:Клетката е елементарна структурна, функционална и генетична единица на живите същества. Клетката е елементарна единица на живо развитие. Клетката е способна на саморегулация, самообновяване и самовъзпроизвеждане.

12. Общата маса на митохондриите по отношение на масата на клетките на различни органи на плъхове е: в панкреаса - 7,9%, в черния дроб - 18,4%, в сърцето - 35,8%. Защо клетките на тези органи имат различно митохондриално съдържание?

ОТГОВОР:Митохондриите са енергийните станции на клетката - в тях се синтезират АТФ молекули. Сърдечният мускул се нуждае от много енергия, за да работи, така че неговите клетки имат най-голям брой митохондрии. В черния дроб има повече, отколкото в панкреаса, защото има по-интензивен метаболизъм.

Как се използва енергията, съхранявана в АТФ?

ОТГОВОР: АТФ е универсален източник на енергия в клетките на всички живи организми. Енергията на АТФ се изразходва за синтез и транспорт на вещества, за възпроизвеждане на клетките, за мускулна контракция, за провеждане на импулси, т.е. върху жизнената дейност на клетките, тъканите, органите и целия организъм.

Какви свойства на ДНК потвърждават, че тя е носител на генетична информация?

ОТГОВОР: Способност за репликация (самоудвояване), комплементарност на две вериги, способност за транскрибиране.

Опишете молекулярната структура на външната плазмена мембрана на животински клетки.

ОТГОВОР: Плазмената мембрана се образува от два слоя липиди. Протеиновите молекули могат да проникнат през плазмената мембрана или да бъдат разположени на нейната външна или вътрешна повърхност. Въглехидратите могат да бъдат прикрепени към протеини отвън, образувайки гликокалис.

По какви характеристики живите организми се различават от неживите?

ОТГОВОР:Признаци на живите същества: метаболизъм и преобразуване на енергията, наследственост и изменчивост, приспособимост към условията на живот, раздразнителност, размножаване, растеж и развитие, саморегулация и др.

Какви признаци са характерни за вирусите?

Какво значение имаше създаването на клетъчната теория за формирането на научен мироглед?

ОТГОВОР:Клетъчната теория обосновава връзката на живите организми, техния общ произход и обобщава знанията за клетката като единица на структурата и жизнената дейност на живите организми.

Как се различава ДНК молекулата от иРНК?

ОТГОВОР: ДНК има структура на двойна спирала, а РНК има единична верига от нуклеотиди; ДНК съдържа захарта дезоксирибоза и нуклеотиди с азотната основа тимин, а РНК съдържа захарта рибоза и нуклеотиди с азотната основа урацил.

Защо бактериите не могат да бъдат класифицирани като еукариоти?

ОТГОВОР:Те нямат ядро, митохондрии, комплекс на Голджи или ER, отделени от цитоплазмата; не се характеризират с митоза, мейоза или оплождане. Наследствена информация под формата на кръгова ДНК молекула.

Метаболизъм и енергия

При кои метаболитни реакции водата е изходен материал за синтеза на въглехидрати?

ОТГОВОР:фотосинтеза.

Какъв вид енергия консумират хетеротрофните живи организми?

ОТГОВОР:Енергия на окисление на органични вещества.

Какъв вид енергия консумират автотрофните организми?

ОТГОВОР:Фототрофи - светлинна енергия, хемотрофи - енергия на окисление на неорганични вещества.

По време на коя фаза на фотосинтезата се извършва синтеза на АТФ?

ОТГОВОР:В светлата фаза.

Какво вещество служи като източник на кислород по време на фотосинтеза?

ОТГОВОР:Вода (в резултат на фотолиза - разлагане под въздействието на светлина в светлинната фаза се отделя кислород).

Защо хетеротрофните организми не могат сами да създават органична материя?

ОТГОВОР:Техните клетки нямат хлоропласти или хлорофил.

ОСНОВНИ ПРОЦЕСИ, ЗА КОИТО СЕ ИЗПОЛЗВА АТФ ЕНЕРГИЯТА:

1. Синтез на различни вещества.

2. Активен транспорт (пренасяне на вещества през мембрана срещу градиента на тяхната концентрация). 30% от общото количество консумиран АТФ се отчита от Na +,K + -ATPase.

3. Механично движение (мускулна работа).

СИНТЕЗ НА АТФ.

Във вътрешната мембрана на митохондриите има интегрален протеинов комплекс - H + -зависима АТФ синтаза seu H + -зависима АТФаза (две различни имена са свързани с пълната обратимост на катализираната реакция), който има значително молекулно тегло - повече от 500 kDa. Състои се от две субединици: F O и F 1.

F 1 е израстък с форма на гъба върху повърхността на матрицата на вътрешната митохондриална мембрана, докато F O прониква през тази мембрана. В дебелината на F O има протонен канал, който позволява на протоните да се връщат обратно в матрицата по техния концентрационен градиент.

F 1 е способен да свързва ADP и фосфат на повърхността си, за да образува АТФ - без консумация на енергия, но винаги в комбинация с ензима. Енергията е необходима само за освобождаване на АТФ от този комплекс. Тази енергия се освобождава в резултат на потока от протони през F O протонния канал.

В съединителя на дихателната верига абсолютно: Нито едно вещество не може да се окисли, без да се редуцира друго вещество.

Но по време на синтеза на АТФ, свързването е еднопосочно: окислението може да настъпи без фосфорилиране, но фосфорилирането никога не настъпва без окисление. Това означава, че системата MtO може да работи без синтез на АТФ, но АТФ не може да се синтезира, ако системата MtO не работи.

СПЕЦИФИЧНИ ИНХИБИТОРИ НА ТЪКАННОТО ДИШАНЕ

Те включват вещества, които спират функционирането на един или друг комплекс от дихателната верига.

Инхибиторът на комплекс I е растителната отрова ротенон. Някои народи са го използвали за риболов в миналото.

Инхибиторите на комплекс IV са цианид, въглероден окис CO и сероводород H2S.

ВЕЩЕСТВА, ПРЕКЪСВАЩИ ПРОЦЕСИТЕ НА ОКИСЛЕНИЕ И ФОСФОРИЛИРАНЕ

Те не спират окислителните процеси, но намаляват синтеза на АТФ. Дихателната верига работи, но АТФ се синтезира в по-малки количества от нормалното. Тогава енергията, получена при преноса на електрони по веригата на MtO, се освобождава под формата на топлина. Това състояние, когато настъпва окисляване на субстрати, но не настъпва фосфорилиране (образуването на АТФ от ADP и P), се нарича разединяване на окислението и фосфорилирането. Това състояние може да бъде причинено от действието на разединителни вещества:

2,4-динитрофенол,открит през 1944 г. от Липман, когато се въведе в тялото, той повишава телесната температура и намалява синтеза на АТФ. Това вещество, заедно с други, открити по-късно, се опитва да се използва за лечение на затлъстяване, но без успех.

Механизмът на действие на разединяващите вещества става ясен само от гледна точка на хемиосмотичната теория.

Разединителите са слаби киселини, разтворими в мазнини. В междумембранното пространство те свързват протони и след това дифундират в матрицата, като по този начин намаляват DmH +.

Подобен ефект имат йодсъдържащите хормони на щитовидната жлеза - тироксин и трийодтиронин.При състояния, придружени от хиперфункция на щитовидната жлеза (например болест на Грейвс), пациентите нямат достатъчно енергия от АТФ: те ядат много ( те се нуждаят от голямо количество субстрати за окисляване), но в същото време губят тегло По-голямата част от енергията се отделя като топлина.

Диаграмата на митохондриалната окислителна верига не разкрива механизма на образуване на АТФ чрез окислително фосфорилиране. Този механизъм се обяснява с хипотезата на П. Мичъл.

ТЕОРИЯТА НА ПИТЪР МИТЧЕЛ ЗА ДВОЙНОТО ОКИСЛЕНИЕ И ФОСФОРИЛИРАНЕ.

Известно е, че само малки незаредени молекули, както и хидрофобни молекули, могат свободно да проникнат през митохондриалната мембрана. Енергията, която се освобождава по време на преноса на електрони по веригата на MtO, води до прехвърляне на протони (H +) от митохондриалната матрица в междумембранното пространство. Следователно, върху вътрешната мембрана на митохондриите се образува градиент на протонни концентрации: има много H + в междумембранното пространство, но малко остава в матрицата. Образува се потенциална разлика от 0,14V - външната част на мембраната е положително заредена, а вътрешната - отрицателно. H+, натрупан в междумембранното пространство, се стреми да излезе обратно в матрицата по протежение на техния концентрационен градиент, но митохондриалната мембрана е непропусклива за тях. Единственият път обратно в матрицата за протоните е през протонния канал на ензима АТФ синтетаза, който е вграден във вътрешната мембрана на митохондриите. Тъй като протоните се движат през този канал в матрицата, тяхната енергия се използва от АТФ синтазата за синтезиране на АТФ. АТФ се синтезира в митохондриалната матрица.

След синтеза АТФ се прехвърля в цитоплазмата чрез улеснена дифузия по градиент на концентрация, тъй като основните процеси, при които се консумира АТФ, протичат в цитоплазмата.

Как се осъществява транспортирането на АТФ от митохондриите към цитоплазмата?

За тази цел се използва ATP-специфичен транспортен протеин - ATP/ADP транслоказа.Това е интегрален протеин, локализиран във вътрешната мембрана на митохондриите.

Във вътрешната мембрана на митохондриите има белтък-носител - АТФ/АТФ транслоказа, който има 2 свързващи центъра: от страната на матрицата за АТФ, от външната страна - за АДФ. Когато конформацията на ATP/ADP транслоказата се промени, ADP се прехвърля в матрицата и ATP се прехвърля в междумембранното пространство и след това в цитоплазмата, където се използва.

За образуването на АТФ неорганичният фосфат (P) трябва постоянно да влиза в матрицата. За тази цел вътрешната митохондриална мембрана има транспортна система, която осигурява трансфера на фосфат в матрицата, съчетан с трансфера на Н +. Това е протеин-носител, който има 2 свързващи центъра: за F и H +. P и H + се прехвърлят заедно от междумембранното пространство в матрицата.

Известни са някои вещества, които са способни да отделят процесите на окисление и фосфорилиране, като по този начин водят до намаляване на съотношението p/o. Те включват йодсъдържащи хормони на щитовидната жлеза (тироксин, трийодтиронин), както и някои ксенобиотици (например 2,4-динитрофенол). Такива вещества са известни като „ОТКРИВАЩИ ОТРОВИ“. Как действат веществата, които разделят окислението и фосфорилирането? Те могат да образуват свои собствени протонни канали във вътрешната митохондриална мембрана. Следователно част от протоните, вместо да се върнат обратно в матрицата през протонния канал на АТФ синтетазата, отиват там през каналите на разединяващите вещества. В резултат на това се произвежда по-малко АТФ и част от енергията се освобождава като топлина.

АВТОНОМНА САМОРЕГУЛИРАНЕ НА МИТОХОНДРИАЛНАТА ОКИСЛИТЕЛНА СИСТЕМА

Ако клетката на тялото е в покой, тогава се използва и натрупва малко АТФ. Поради това концентрацията на АДФ и Р намалява.При тези условия АТФ синтетазата вече не получава достатъчно фосфат и АДФ от цитоплазмата, за да синтезира АТФ. Неговата активност намалява и скоростта на движение на протоните от междумембранното пространство в матрицата през протонния канал на този ензим също намалява. Поради това върху вътрешната митохондриална мембрана остава висок градиент на протонни концентрации. При тези условия енергията на преноса на водород по митохондриалната окислителна верига вече не е достатъчна, за да изтласка H+ от матрицата в междумембранното пространство. Преносът на водород по веригата MtO се инхибира и окисляването на субстратите спира.

Метаболизмът в клетката се регулира от съотношението АТФ/АДФ. Това съотношение характеризира енергийния заряд на клетката.

Обикновено EZK = 0,85-0,90. Може да варира от 0 до 1. Високият EZK инхибира синтеза на АТФ и активира използването на АТФ (ATP-------> ADP + P)

БИОЛОГИЧНА РОЛЯ НА МИТОХОНДРИАЛНОТО ОКИСЛЕНИЕ

Основната му функция е да осигури на тялото енергийни резерви под формата на АТФ.

Митохондриите са тези, които доставят на клетката Опо-голямата част от АТФ, от който се нуждае.

На ден се синтезират до 62 кг АТФ, въпреки че в тялото никога няма повече от 30-40 грама от това вещество наведнъж. Тези. Има много бързо възстановяване на изразходваните АТФ молекули.

Продължение. Виж № 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005 г.

Уроци по биология в часовете по природни науки

Разширено планиране, 10 клас

Урок 19. Химическа структура и биологична роля на АТФ

Оборудване:таблици по обща биология, диаграма на структурата на молекулата на АТФ, диаграма на връзката между пластичния и енергийния метаболизъм.

I. Проверка на знанията

Провеждане на биологична диктовка „Органични съединения на живата материя“

Учителят чете резюметата под номера, учениците записват в тетрадките си номерата на онези резюмета, които отговарят на съдържанието на техния вариант.

Вариант 1 – протеини.
Вариант 2 – въглехидрати.
Вариант 3 – липиди.
Вариант 4 – нуклеинови киселини.

1. В чист вид те се състоят само от С, Н, О атоми.

2. В допълнение към C, H, O атоми, те съдържат N и обикновено S атоми.

3. В допълнение към C, H, O атоми, те съдържат N и P атоми.

4. Те имат относително малко молекулно тегло.

5. Молекулното тегло може да бъде от хиляди до няколко десетки и стотици хиляди далтона.

6. Най-големите органични съединения с молекулно тегло до няколко десетки и стотици милиони далтони.

7. Имат различно молекулно тегло – от много малко до много високо, в зависимост от това дали веществото е мономер или полимер.

8. Състои се от монозахариди.

9. Състои се от аминокиселини.

10. Състои се от нуклеотиди.

11. Те ​​са естери на висши мастни киселини.

12. Основна структурна единица: „азотна основа – пентоза – остатък от фосфорна киселина“.

13. Основна структурна единица: “аминокиселини”.

14. Основна структурна единица: “монозахарид”.

15. Основна структурна единица: “глицерол-мастна киселина”.

16. Полимерните молекули са изградени от еднакви мономери.

17. Полимерните молекули са изградени от подобни, но не съвсем идентични мономери.

18. Те не са полимери.

19. Изпълняват почти изключително енергийни, строителни и складови функции, а в някои случаи и защитни.

20. Освен енергийна и строителна те изпълняват каталитична, сигнална, транспортна, двигателна и защитна функции;

21. Те ​​съхраняват и предават наследствените свойства на клетката и организма.

Опция 1 – 2; 5; 9; 13; 17; 20.
Вариант 2 – 1; 7; 8; 14; 16; 19.
Вариант 3 – 1; 4; 11; 15; 18; 19.
Вариант 4– 3; 6; 10; 12; 17; 21.

II. Учене на нов материал

1. Структура на аденозинтрифосфорната киселина

Освен протеини, нуклеинови киселини, мазнини и въглехидрати, в живата материя се синтезират голям брой други органични съединения. Сред тях важна роля играе биоенергетиката на клетката. аденозин трифосфорна киселина (АТФ).АТФ се намира във всички растителни и животински клетки. В клетките аденозинтрифосфорната киселина най-често присъства под формата на соли, т.нар аденозин трифосфати. Количеството на АТФ варира и е средно 0,04% (средно в една клетка има около 1 милиард молекули АТФ). Най-голямо количество АТФ се съдържа в скелетните мускули (0,2–0,5%).

Молекулата на АТФ се състои от азотна основа - аденин, пентоза - рибоза и три остатъка от фосфорна киселина, т.е. АТФ е специален аденилов нуклеотид. За разлика от други нуклеотиди, АТФ съдържа не един, а три остатъка от фосфорна киселина. АТФ се отнася до макроергични вещества - вещества, съдържащи голямо количество енергия във връзките си.

Пространствен модел (А) и структурна формула (Б) на молекулата на АТФ

Остатъкът от фосфорна киселина се отцепва от АТФ под действието на ензими ATPase. АТФ има силна тенденция да отделя крайната си фосфатна група:

ATP 4– + H 2 O ––> ADP 3– + 30,5 kJ + Fn,

защото това води до изчезване на енергийно неизгодното електростатично отблъскване между съседни отрицателни заряди. Полученият фосфат се стабилизира поради образуването на енергийно благоприятни водородни връзки с водата. Разпределението на заряда в системата ADP + Fn става по-стабилно, отколкото в ATP. Тази реакция освобождава 30,5 kJ (разкъсването на нормална ковалентна връзка освобождава 12 kJ).

За да се подчертае високата енергийна „цена“ на връзката фосфор-кислород в АТФ, тя обикновено се означава със знака ~ и се нарича макроенергийна връзка. Когато се отстрани една молекула фосфорна киселина, АТФ се превръща в АДФ (аденозин дифосфорна киселина), а ако се отстранят две молекули фосфорна киселина, АТФ се превръща в АМФ (аденозин монофосфорна киселина). Разцепването на третия фосфат е придружено от освобождаването на само 13,8 kJ, така че в молекулата на АТФ има само две действителни високоенергийни връзки.

2. Образуване на АТФ в клетката

Запасът от АТФ в клетката е малък. Например, запасите от АТФ в мускула са достатъчни за 20-30 контракции. Но един мускул може да работи с часове и да предизвика хиляди контракции. Следователно, заедно с разграждането на АТФ до АДФ, в клетката трябва непрекъснато да се извършва обратен синтез. Има няколко пътя за синтез на АТФ в клетките. Нека ги опознаем.

1. Анаеробно фосфорилиране.Фосфорилирането е процесът на синтез на АТФ от АДФ и фосфат с ниско молекулно тегло (Pn). В този случай говорим за безкислородни процеси на окисляване на органични вещества (например гликолизата е процесът на безкислородно окисление на глюкозата до пирогроздена киселина). Приблизително 40% от енергията, освободена по време на тези процеси (около 200 kJ/mol глюкоза), се изразходва за синтез на АТФ, а останалата част се разсейва като топлина:

C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2Pn ––> 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 4H.

2. Окислително фосфорилиранее процесът на синтез на АТФ, използвайки енергията на окисление на органични вещества с кислород. Този процес е открит в началото на 30-те години на миналия век. ХХ век В.А. Енгелхард. В митохондриите протичат кислородни процеси на окисляване на органични вещества. Приблизително 55% от освободената в този случай енергия (около 2600 kJ/mol глюкоза) се превръща в енергията на химичните връзки на АТФ, а 45% се разсейва като топлина.

Окислителното фосфорилиране е много по-ефективно от анаеробния синтез: ако по време на процеса на гликолиза се синтезират само 2 ATP молекули по време на разграждането на глюкозна молекула, тогава по време на окислителното фосфорилиране се образуват 36 ATP молекули.

3. Фотофосфорилиране– процесът на синтез на АТФ с помощта на енергията на слънчевата светлина. Този път на синтез на АТФ е характерен само за клетки, способни на фотосинтеза (зелени растения, цианобактерии). Енергията на слънчевите светлинни кванти се използва от фотосинтетиците по време на светлинната фаза на фотосинтезата за синтеза на АТФ.

3. Биологично значение на АТФ

АТФ е в центъра на метаболитните процеси в клетката, като е връзка между реакциите на биологичния синтез и разпадането. Ролята на АТФ в клетката може да се сравни с ролята на батерия, тъй като по време на хидролизата на АТФ се освобождава енергията, необходима за различни жизнени процеси („разреждане“), а в процеса на фосфорилиране („зареждане“) АТФ отново натрупва енергия.

Благодарение на енергията, освободена по време на хидролизата на АТФ, протичат почти всички жизненоважни процеси в клетката и тялото: предаване на нервни импулси, биосинтеза на вещества, мускулни контракции, транспорт на вещества и др.

III. Затвърдяване на знанията

Решаване на биологични проблеми

Задача 1. Когато бягаме бързо, дишаме бързо и се получава повишено изпотяване. Обяснете тези явления.

Проблем 2. Защо замръзналите хора започват да тъпчат и да скачат в студа?

Задача 3. В известната творба на И. Илф и Е. Петров "Дванадесетте стола" сред много полезни съвети можете да намерите следното: "Дишай дълбоко, ти си развълнуван." Опитайте се да обосновете този съвет от гледна точка на енергийните процеси, протичащи в тялото.

IV. Домашна работа

Започнете да се подготвяте за теста и тествайте (диктувайте тестовите въпроси - вижте урок 21).

Урок 20. Обобщаване на знанията в раздела „Химическа организация на живота“

Оборудване:таблици по обща биология.

I. Обобщаване на знанията по раздела

Студентите работят с въпроси (индивидуално), последвани от проверка и дискусия

1. Дайте примери за органични съединения, които включват въглерод, сяра, фосфор, азот, желязо, манган.

2. Как можете да различите жива клетка от мъртва въз основа на нейния йонен състав?

3. Какви вещества се намират в клетката в неразтворен вид? Какви органи и тъкани съдържат?

4. Дайте примери за макроелементи, включени в активните центрове на ензимите.

5. Какви хормони съдържат микроелементи?

6. Каква е ролята на халогените в човешкото тяло?

7. По какво се различават протеините от изкуствените полимери?

8. По какво се различават пептидите от протеините?

9. Какво е името на протеина, който изгражда хемоглобина? От колко субединици се състои?

10. Какво е рибонуклеаза? Колко аминокиселини съдържа? Кога е синтезиран изкуствено?

11. Защо скоростта на химичните реакции без ензими е ниска?

12. Какви вещества се транспортират от протеини през клетъчната мембрана?

13. По какво се различават антителата от антигените? Съдържат ли ваксините антитела?

14. На какви вещества се разграждат протеините в тялото? Колко енергия се освобождава? Къде и как се неутрализира амонякът?

15. Дайте пример за пептидни хормони: как те участват в регулирането на клетъчния метаболизъм?

16. Каква е структурата на захарта, с която пием чай? Кои други три синонима на това вещество знаете?

17. Защо мазнините в млякото не се събират на повърхността, а по-скоро под формата на суспензия?

18. Каква е масата на ДНК в ядрото на соматичните и зародишните клетки?

19. Колко АТФ се използва от човек на ден?

20. Какви протеини използват хората, за да правят дрехи?

Първична структура на панкреасната рибонуклеаза (124 аминокиселини)

II. Домашна работа.

Продължете подготовката за теста и теста в раздела „Химическа организация на живота“.

Урок 21. Пробен урок по раздела „Химическа организация на живота“

I. Провеждане на устно изпитване по въпроси

1. Елементарен състав на клетката.

2. Характеристика на органогенните елементи.

3. Строеж на водната молекула. Водородното свързване и неговото значение в „химията“ на живота.

4. Свойства и биологични функции на водата.

5. Хидрофилни и хидрофобни вещества.

6. Катиони и тяхното биологично значение.

7. Аниони и тяхното биологично значение.

8. Полимери. Биологични полимери. Разлики между периодични и непериодични полимери.

9. Свойства на липидите, техните биологични функции.

10. Групи въглехидрати, разграничени по структурни особености.

11. Биологични функции на въглехидратите.

12. Елементарен състав на белтъците. Аминокиселини. Образуване на пептиди.

13. Първична, вторична, третична и кватернерна структура на белтъците.

14. Биологична функция на белтъците.

15. Разлики между ензими и небиологични катализатори.

16. Структура на ензимите. Коензими.

17. Механизъм на действие на ензимите.

18. Нуклеинови киселини. Нуклеотиди и тяхната структура. Образуване на полинуклеотиди.

19. Правила на Е. Чаргаф. Принципът на допълване.

20. Образуване на двуверижна ДНК молекула и нейната спирализация.

21. Класове клетъчна РНК и техните функции.

22. Разлики между ДНК и РНК.

23. ДНК репликация. Транскрипция.

24. Строеж и биологична роля на АТФ.

25. Образуване на АТФ в клетката.

II. Домашна работа

Продължете да се подготвяте за теста в раздела „Химическа организация на живота“.

Урок 22. Пробен урок по раздела „Химическа организация на живота“

I. Провеждане на писмен тест

Опция 1

1. Има три вида аминокиселини - A, B, C. Колко варианта на полипептидни вериги, състоящи се от пет аминокиселини, могат да бъдат изградени. Моля, посочете тези опции. Ще имат ли тези полипептиди същите свойства? Защо?

2. Всички живи същества се състоят главно от въглеродни съединения, а въглеродният аналог, силиций, чието съдържание в земната кора е 300 пъти по-голямо от въглерода, се намира само в много малко организми. Обяснете този факт от гледна точка на структурата и свойствата на атомите на тези елементи.

3. ATP молекули, белязани с радиоактивен 32P в последния, трети остатък от фосфорна киселина, бяха въведени в една клетка, а ATP молекули, белязани с 32P в първия остатък, най-близо до рибозата, бяха въведени в другата клетка. След 5 минути съдържанието на неорганичен фосфатен йон, белязан с 32P, се измерва и в двете клетки. Къде ще бъде значително по-висока?

4. Изследванията показват, че 34% от общия брой нуклеотиди на тази иРНК е гуанин, 18% е урацил, 28% е цитозин и 20% е аденин. Определете процентния състав на азотните основи на двойноверижната ДНК, на която посочената иРНК е копие.

Вариант 2

1. Мазнините представляват „първия резерв“ в енергийния метаболизъм и се използват, когато резервът от въглехидрати е изчерпан. Но в скелетните мускули, в присъствието на глюкоза и мастни киселини, последните се използват в по-голяма степен. Протеините винаги се използват като източник на енергия само в краен случай, когато тялото гладува. Обяснете тези факти.

2. Йони на тежки метали (живак, олово и др.) и арсен лесно се свързват със сулфидни групи протеини. Познавайки свойствата на сулфидите на тези метали, обяснете какво ще се случи с протеина, когато се комбинира с тези метали. Защо тежките метали са отрови за тялото?

3. При реакцията на окисляване на вещество А във вещество В се отделя 60 kJ енергия. Колко ATP молекули могат да бъдат максимално синтезирани в тази реакция? Как ще се използва останалата енергия?

4. Проучванията показват, че 27% от общия брой нуклеотиди на тази иРНК е гуанин, 15% е урацил, 18% е цитозин и 40% е аденин. Определете процентния състав на азотните основи на двойноверижната ДНК, на която посочената иРНК е копие.

Следва продължение