Inligting

13.1: Energie en ATP - Biologie

13.1: Energie en ATP - Biologie


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.

Leerdoelwitte

  • Beskryf die verskillende tipes energie.
  • Beskryf die struktuur en funksie van ATP.

Om fotosintese en aërobiese sellulêre respirasie te verstaan, berus op die grondbeginsels van energie. Energy word gedefinieer as die vermoë om werk te doen, en daar is verskeie tipes energie (Figuur (PageIndex{1})). Kinetiese energie is die energie van beweging. Voorbeelde hiervan is 'n bal wat teen 'n heuwel afrol, hitte -energie en ligenergie. Hitte energie is tegnies energie wat tussen stelsels oorgedra word sonder om werk te doen. Hoe hoër die temperatuur, hoe vinniger beweeg molekules in materie. Potensiële energie is die energie wat materie besit, maar tans nie gebruik word nie. Byvoorbeeld, 'n bal wat bo-op die heuwel sit wat nog nie teen die heuwel afgerol het nie, besit potensiële energie. Chemiese energie is 'n voorbeeld van potensiële energie wat in molekules gestoor word. As molekules wat hoër energie en minder stabiel is, reageer om produkte te vorm wat laer energie en meer stabiel is, word hierdie gestoorde energie vrygestel.

Figuur (PageIndex{1}): Water wat aan die bokant van 'n dam gestoor word, het potensiële energie (links). Water wat teen 'n helling afstorm, het kinetiese energie (regs). Beeld deur OpenStax (CC-BY). Toegang gratis by openstax.org.

Adenosine trifosfaat (ATP) word beskou as die energie -geldeenheid van die sel omdat dit bruikbare energie verskaf. Struktureel lyk ATP soos 'n gemodifiseerde nukleotied (die boustene van DNA en RNA). Dit bestaan ​​spesifiek uit adenien-, ribose- en drie fosfaatgroepe (Figuur ( PageIndex {2} )). Die bindings tussen die fosfaatgroepe is onstabiel. As hierdie bindings verbreek word, word meer stabiele bindings op hul plek gevorm, wat energie vrystel. Fosforilering verwys na die toevoeging van 'n fosfaatgroep (PO43-) na 'n molekule. Dit verwys egter dikwels spesifiek na die sintetisering van ATP deur 'n fosfaatgroep by te voeg adenosien difosfaat (ADP).

Figuur (PageIndex{2}): Met energie-invoer kan adenosientrifosfaat (ATP) gesintetiseer word uit adenosiendifosfaat (ADP) en 'n fosfaatgroep. ATP kan dan afgebreek word om bruikbare energie aan die sel te verskaf. Beeld deur OpenStax (CC-BY). Gratis toegang by openstax.org.


13.1: Energie en ATP - Biologie

Glikolise is die proses waardeur glukose in tien ensiematiese stappe omgeskakel word na pyruvat. Hierdie proses is katabolies, dit wil sê, dit behels die afbreek van 'n molekule in kleiner stukke, en soos tipies vir kataboliese prosesse, lei dit tot die netto produksie van ATP. Daar word nie baie ATP in glikolise geproduseer nie: net twee molekules ATP word geproduseer per molekule glukose-insette. Baie meer ATP word geproduseer in die Krebs-siklusstappe wat ons oor 'n paar dae sal bestudeer. Maar aangesien pyruvat 'n noodsaaklike beginpunt in die siklus is, lei die proses wat ons hier beskryf, die weg na die energieryke proses.

Pyruvat is ook 'n voorloper van vetsure en ander metaboliete, dus die omskakeling van glukose na pyruvat het betekenis in hierdie verband, sowel as die rol daarvan in die opwekking van energie. Verder produseer die proses twee molekules verminderde NAD per insetglukosemolekule, so daar is verminderende krag sowel as energie wat in hierdie stappe gegenereer word.

Glikolise bevat 'n paar fosforileringstappe, wat energie benodig. Die pad van glukose na pyruvat is dus nie afdraand nie; sommige stappe vereis ATP, terwyl ander ATP vrystel. Die netto resultaat is egter die vrystelling van twee molekules ATP per glukose:
Glukose + 2 ADP + 2 NAD + + 2P i -& gt 2 Pyruvat + 2 ATP + 2 NADH + 2H + + 2H 2 O
Die onderstaande tabel is 'n opsomming van die betrokke reaksies. Let daarop dat 'n sentrale stap in die proses, die wat deur aldolase gekataliseer word, die omskakeling van 'n 6-koolstof bisfosforyleerde suiker in twee 3-koolstof gefosforyleerde suikers behels. Dit is 'n tipiese kataboliese reaksie vir sakkariede. In die tabel verwys "EC-nommer" na die ensiemkommissiekode vir die ensiem "Resolusie" verwys na die hoogste (of byna die hoogste) resolusiestruktuur beskikbaar vir die betrokke proteïen "PDB-kode, jr" verwys na die Proteïendatabank toetredingskode vir daardie struktuur met die hoogste resolusie, en die jaar waarin daardie struktuur ingedien is.

Ensieme in die glikolitiese pad

Ensiem
Reaktante
Produkte E.C.
nommer
Reso-
lus
PDB -kode,
jr
Kofaktore,
ondergrondse
#aa/
su
#so
Heksokinase
gluk
gluk-6-P
2.7.1.1
1.9 & Aring
1CZA 1999
ATP, Mg 2+
917
1,2
Fosfoglukomutase
gluk-1-P
gluk-6-P
5.4.2.8
1.75Å
1K2Y 2001
Zn 2+
463
1
Fosfoglukose
isomerase
gluk-6-P
fruc-6-P
5.3.1.9
1.62
1IAT 2001

557 2
Fosfofruktokinase
fruc-6-P
fruc 1,6-bisP
2.7.1.11
2.4 & Aring
1PFK 1988
ATP, Mg 2+
320
4
Aldolase
fruc-1,6-bisP
glyc3-P, DHA-P
4.1.2.13
1.67 & Aring
1ADO 1996

363
4
Triosefosfaat
isomerase
DHA-P
glik3-P
5.3.1.1
1.9 & Aring
1 YPI 1991

247
4
Glyceraldehied-3-P dehidrogenase
glyc3-P
1,3-bisP glya
1.2.1.12
1.8 & Aring
1GD1 1987
NAD, P.
344
4
Fosfogliseraat
kinase
1,3-bisP glya
3-P-glya
2.7.2.3
1.6 & Aring
16 PK 1998
ATP, Mg 2+
415
1
Fosfoglyseraat mutase
3-P-glya
2-P-glya
5.4.2.1
1.25Å
1E58 2000
249 1-4
Enolase
2-P-glia
P-enolpyr
4.2.1.11
1.8 & Aring
1ONE 1995
Mg 2+
436
2
Pyruvaat kinase
P-enolpyr
pyr
2.7.1.40
1.8Å
1E0T 2000
ATP, Mg 2+
470
4

Afkorting
Betekenis
su
subeenheid (monomeer)
gluk
glukose
fruc
fruktose
Bl
fosfaat, fosfaat
glik
gliseraldehied
DHA
dihidroksiesetoon
glya
gliseraat
pyr
piruvaat
ATP
adenosientrifosfaat
NAD
nikotinamied adenien dinukleotied

Sommige van die ensieme het name wat kenmerkend is van die omgekeerde reaksies, nie die reaksies soos hier geskryf nie, naamlik fosfoglyceraatkinase en pyruvatkinase.

Om regtig 'n idee te kry van wat in hierdie reaksies gebeur, moet u kyk na die strukture van die klein molekules wat by elk van hierdie stappe betrokke is. Hierdie grafika is geneem van 'n webwerf by die Universiteit van Texas:

Glikolise is kenmerkend van kataboliese weë vir suikers deurdat dit 'n 6- (of, in ander gevalle, 5-) koolstofsuiker in twee ongeveer ewe groot dele afbreek. Die werklike koolstof-koolstofbindingsbreek vind plaas by die aldolase-stap, die ander stappe behels fosforilerings, defosforilerings en redoksreaksies. Die ensiem ribulose bisfosfaat carboxylase / oxygenase (RuBisCO) is deel van 'n analoog pad. Dit ontwrig 'n koolstof-koolstofbinding in 'n dubbel gefosforyleerde suiker (soortgelyk aan fruktose 1,6-bisfosfaat in glikolise) om óf 'n drie-koolstof suiker en 'n tweekoolstof verbinding of twee drie-koolstof suikers te produseer:
ribulose 1,5-bisfosfaat + O2 -& gt 2-fosfoglikolaat + 3-fosfogliseraat + 2 H +
ribulose 1,5-bisfosfaat + CO2 + H2 O -> 2 3-fosfogliseraat + 2H +
Die eerste van hierdie reaksies is deel van fotorespirasie, dit wil sê die verbruik van suurstof in fotosintetiese blare. Die tweede stel eintlik-dit wil sê, uit die lug of water-anorganiese koolstof in die vorm van koolstofdioksied of bikarbonaat reg. Dit is die belangrikste bron waardeur koolstof in molekulêre geraamtes opgeneem word. Ons sal hierdie reaksies in meer besonderhede in hoofstuk 15 bestudeer, maar ons let nou op die ooreenkoms in terme van die lot van suikerbisfosfaat met die wat in die aldolase -reaksie voorkom.

Waarom dit belangrik is

  1. Energie in die vorm van ATP word dit as brandstof vir baie ander reaksies gebruik.
  2. Vermindering van krag in die vorm van NADH is dit nodig vir oksidasie-reduksie reaksies.
  3. Pyruvate, wat 'n belangrike beginpunt is vir beide die Krebs -siklus en vir lipiedbiosintese.

Die tien ensiematiese stappe

    Heksokinase dra die γ-fosforylgroep van ATP oor na die suurstofatoom by C-6 van glukose, wat glukose 6-fosfaat en ADP produseer. Dit is 'n geval waar die koppeling tussen ATP-hidrolise en 'n energie-vereiste reaksie baie naby is, omdat die fosfaat direk vanaf ATP na die ontvangermolekule, in hierdie geval glukose, oorgedra word. Die meeste ensieme wat 'n reaksie van hierdie soort uitvoer, het die woord "kinase" aan die einde van hul naam.
    Die reaksie wat deur heksokinase gekataliseer word, word energiek bevoordeel:
    ΔG 0

-5,33 kcal/mol, dus by 310K (menslike liggaamstemperatuur)
Keq = exp (-ΔG 0 /RT)
= exp(5,33 kcal/mol / [(1,987 * 10-3 kcal./mol-deg) * 310deg)]
= exp (5.33/(1.987*0.31)) = 5700, so onder toestande van voldoende ATP sal die ewewig beslis die produk (glukose 6-fosfaat) bo glukose bevoordeel.

Die reaksiemeganisme wat deur fosfogliseraatmutase gekataliseer word, behels die vorming van 2,3-bisfosfogliseraat via verbygaande fosforilering van 'n histidienresidu van die ensiem. 2,3BPG kan egter versprei van fosfoglyceraatmutase, maar laat die ensiem in 'n onbruikbare toestand bly. Selle produseer meer as 2,3 BPG (met behulp van die ensiem bisfosfoglyseraatmutase) om 2,3 BPG terug te keer na fosfoglyseraatmutase, sodat die reaksie voltooi kan word.

Die lot van pyruvat

As suurstof volop is, word pyruvat gewoonlik omgeskakel na asetielkoënsiem A, en dit dien as 'n ingangspunt in die siklus van trikarboksielsuur (sitroensuur of Krebs). Met suurstof beskikbaar, word die NADH wat in die gliseraldehied 3-fosfaat dehidrogenase stap geproduseer is, heroksideer na NAD met gepaardgaande vrystelling van energie. Ons sal dit volgende week breedvoerig bespreek. Maar as suurstof skaars is, oorheers 'n ander pad bekend as fermentasie, waarin piruvaat na laktaat omgeskakel word.
Die ensiem wat hierdie omskakeling kataliseer, laktaatdehidrogenase, is 'n tetramere, NAD-afhanklike ensiem met 'n molekulêre massa van ongeveer 35kDA per subeenheid-dit wil sê, dit is duidelik soortgelyk aan gliseraldehied 3-fosfaat dehidrogenase. Dit kataliseer die reaksie
piruvaat + NADH + H + <-> laktaat + NAD
dus is die naam afgelei van die omgekeerde reaksie. 'N Alternatiewe naam vir hierdie ensiem is "pyruvatreduktase". Dit is 'n sinkafhanklike ensiem, en verskeie strukture is daarvoor bepaal.
In die afwesigheid van suurstof in gis, word 'n ander pad gevolg.

Vrye energie in glikolise

Ondersoek noukeurig fig. 11.12 in Horton. Die punt is dat, hoewel die standaard vrye energie wat verband hou met die verskillende reaksies in glikolise baie wissel, die ware vrye energie veranderinge monotonies negatief en taamlik klein is, aangesien ons van glukose na pyruvat gaan. In die besonder is daar eintlik net drie stappe in die proses wat effektief onomkeerbaar is: die eerste, derde en laaste stappe, dws die heksokinase-, fosfofruktokinase- en piruvaatkinase-stappe. Al die ander het & DeltaG -waardes naby nul. Die enigste stappe wat dus onomkeerbaar is, is dié wat die vorming of breek van hoë-energie fosfaatbindings behels. Die verskil tussen vrye energie en standaard vrye energie is een wat ons in die vorige hoofstuk beklemtoon het. In hierdie geval dryf die relatiewe oorvloed van die verskillende metaboliete betrokke by glikolise die reaksies waarvan die & DeltaG o 'waardes positief na regs is.

Regulering van glikolise

Dit bring 'n verwante punt na vore: onomkeerbare reaksies is geneig om die reaksies te wees waarvoor beheermeganismes ter sprake kom. Horton bied 'n beskrywing van heksose vervoerders, wat proteïene is wat betrokke is by die verskuiwing van heksose van een sel na 'n ander. Daar is ook beheermeganismes wat werk deur inhibisie van spesifieke ensieme in die pad. In glikolise is die ensieme waarop inhiberende kontroles uitgeoefen word, die drie kinase -stappe wat hierbo bespreek is.


Daar is drie produkte wat ek voorstel wat mitochondria membraanvette insluit. Hierdie produkte word almal vervaardig deur Researched Nutritionals. Hierdie produkte is NT Factor Energy, ATP Fuel en ATP 360. Elkeen van hierdie produkte bevat soorte vette wat bewys word dat dit die mitochondriemembrane herstel en ondersteun. Dit bevat ook verskillende mikrovoedingstowwe wat die mitochondria -funksie ondersteun.

NT Factor Energy en ATP Fuel sluit 'n eie mengsel van fosfatidielserien en fospatidielcholien in wat deur 'n ander maatskappy genaamd NT Factor gemaak word. In studies met mense wat moegheid rapporteer, is getoon dat NT Factor in beide hierdie produkte energie op twee maande met gemiddeld 40% verbeter. ATP Fuel bevat Co Q10, maar NT Factor Energy nie. Co Q10 Moet nie kan gebruik word in Babesia -behandelings wat atovaqone (Mepron en Malarone) insluit, omdat dit inmeng met hul vermoë om hierdie kiem dood te maak.

ATP 360 gebruik nie NT Factor as sy vetbron nie. In plaas daarvan bevat Researched Nutritionals sy eie fosfolipiedformule en afleweringstelsel. ATP 360 bevat wel bestanddele wat getoon word om die massa van die mitochondria te verhoog. Laastens bevat ATP 360 ook Co Q10. In ongepubliseerde studies deur Researched Nutritionals word bewys dat ATP 30 en ATP Fuel ook goed werk om energie te verbeter. ATP 360 is makliker om te neem, want dit verg een keer per dag dosis.

Voorgestelde dosering

Kies een van die produkte hieronder gebaseer op die inligting hierbo. Moenie twee of meer van hierdie produkte gelyktydig gebruik nie.

  • NT Factor Energy neem 2 pille 3 keer per dag vir 2 maande, verminder dan na 1 pil 3 keer per dag vir 4 maande.
  • ATP -brandstof neem 5 pille 2 keer per dag vir 6 maande.
  • ATP 360 neem 3 pille 1 keer per dag vir 6 maande.

NT Factor Energy is die enigste produk wat geneem kan word as 'n persoon op atovaqone is wat in Mepron en Malarone voorkom, wat gebruik word om Babesia te behandel.


13.1: Energie en ATP - Biologie

Fotosintese vind binne plaas chloroplaste.


Dit is organelle omring deur 2 membrane, genoem an koevert .


Chloroplaste kom in mesofilselle in blare voor:

- Palisade mesofil selle bevat die meeste chloroplaste.
- Sponsagtige mesofil selle en Bewaak selle bevat ook chloroplaste.

Die membrane in 'n chloroplast word genoem lamelle , en dit is hier waar die ligafhanklik
reaksies vind plaas. Die membrane bevat chlorofielmolekules, gerangskik in groepe wat genoem word fotostelsels . Daar is twee soorte fotosisterne, PSI en PSII, wat elkeen effens verskillende soorte chlorofil bevat.

Daar is geslote ruimtes tussen pare membrane, wat vloeistofgevulde sakke vorm thylakoids. Dit is betrokke by fotofosforylering - die vorming van ATP deur energie uit lig te gebruik. Thylakoïede word gereeld in stapels gerangskik grana (enkelvoud: granum),

Stroma en ligonafhanklike reaksies

Die 'agtergrondmateriaal' van die chloroplast word die genoem stroma, en dit is waar die lig-onafhanklik reaksies vind plaas.

Chloroplaste bevat dikwels styselkorrels en lipied druppels. Dit is stowwe met energiebevattende stowwe wat in die chloroplast gemaak is, maar nie onmiddellik deur die sel of ander dele van die plant benodig word nie.


Bespreking

Aangesien die verbindings tussen verskillende selkompartemente en die maniere van korporasie tussen verskillende metaboliese weë in eukariotiese organismes baie kan wees, is hul koolstof- en energiemetabolisme kompleks en fassinerend [29, 34, 35, 37,38,39]. Onlangse resultate het getoon dat diatome hul fotosintetiese doeltreffendheid optimaliseer deur uitgebreide interaksies tussen plastiede en mitochondria [41]. Boonop het verskeie studies ook die sinergistiese fotosintese en glukosemetabolisme in sekere mikroalge -spesies onder mixotrofiese verbouing opgemerk, maar die koolstof- en energiemetaboliese meganisme daarvan word tans swak verstaan ​​[7, 9, 11]. Die huidige studie bied 'n interaksiescenario tussen fotosintese en glukosemetabolisme in C. zofingiensis onder mixotrofiese verbouing, waarin die bykomende organiese koolstofbron die RuBisCO-vaste CO kan vervang2 vir die organiese koolstofmetabolisme in die chloroplast, en bied voldoende voorlopers vir die benutting van ligenergie. Dus, eerder as CO2 fiksasie, het fotosintese hoofsaaklik gebruik geword vir ligenergiefiksasie in mixotrofie. Dit was soortgelyk met vorige resultate in sianobakterieë, waar die skrywers aangedui het dat die fotosisteme hoofsaaklik gebruik word vir die vermindering van ekwivalente en energievoorrade met beperkte CO2 fiksasie tydens mixotrofiese groei [42]. As gevolg hiervan is die fotosintesesnelheidsbeperkende ensiem, RuBisCO, oorgeslaan in mixotrofie, wat die energieverspilling van fotosintese kan verminder terwyl dit die doeltreffende gebruik van ligte energie en selgroei bevorder. En soortgelyke resultate dat mixotrofie 'n hoër groeikoers as die som van foto-outotrofie en heterotrofie kan verleen, is ook in ander mikroalgespesies aangemeld [7, 43].

Glukose en sy metaboliese tussenprodukte en ATP is aangebied in beide fotosintese en glukosemetabolisme, wat ook as reguleerders in baie biologiese prosesse kan funksioneer, en wat fotosintese en glukosemetabolisme in mixotrofie kan koördineer. Daar is berig dat chloroplast-afgeleide koolhidrate sellulêre metabolisme kan reguleer [34]. Byvoorbeeld, triose fosfate kan die uitdrukkingsveranderinge van sitosoliese transkripsiefaktore veroorsaak, en daar is gerapporteer dat organiese koolstowwe die terugvoer van fotosintese reguleer [44]. Daarbenewens het bewyse getoon dat regulering na translasie die Calvyn-siklusensieme in mikroalgale spesies kan beïnvloed [45]. Afgesien van die regulasies van organiese koolstowwe oor fotosintese, is die regulering van fotosintese oor glukose -opname ook in die huidige studie gerapporteer. Daarbenewens is gerapporteer dat sitraatsintase, 'n sleutelensiem van TCA-siklus, gereguleer word deur die verhouding van ATP / ADP [46]. Aangesien fotoreaksie ATP vir selmetabolisme kan bied, was dit nie moeilik om die afregulering van die TCA -siklus in mixotrofie te verstaan ​​nie. Oor die algemeen is die onderlinge regulering van fotosintese en glukosemetabolisme 'n komplekse proses. Die mixotrofiese metaboliese meganisme wat in hierdie studie voorgestel word, is die resultaat van hul samewerking.

Vorige navorsing het getoon dat, adg1-1/tpt-2, an Arabidopsis thaliana dubbele mutant wat benadeel is in akklimatisering tot hoë lig met 'n 80-90% inhibisie van ETR, kan gered word deur eksogene verskafde suikers (d.w.s. glukose en sukrose) [47, 48]. 'N scenario is voorgestel dat die gevoerde suikers na chloroplast vervoer sal word en vir anabolisme gebruik word. 'N Onlangse hersiening het egter daarop gewys dat hierdie scenario die veronderstelling sou meebring dat CO2 fiksasie deur die Calvin – Benson -siklus sou tot die minimum beperk word of selfs geblokkeer word deur suikervoeding, wat wag om eksperimenteel getoets te word [34]. Die huidige studie het getoon dat die tussenprodukte afkomstig van eksogene glukose die chloroplast direk sou binnegaan en RuBisCO-vaste CO sou vervang2 om koolstofbronne te verskaf vir chloroplast organiese koolstofmetabolisme in mixotrofie. Daarom het CO2 fiksasie is oorgeslaan, soos weerspieël deur 'n beduidende afregulering van geenuitdrukking. En hierdie resultate het eksperimenteel geverifieer dat die bogenoemde aanname geldig is in C. zofingiensis en verskaf 'n verwysing vir navorsing in plante [47]. Baie werke is gedoen op die direkte ingenieurswese van RuBisCO om CO te versnel2 fikseringstempo [49, 50]. Daar is voorheen berig dat onder huidige atmosferiese toestande, byna 30% van die koolhidrate wat deur C gevorm word3 fotosintese gaan verlore deur fotorespirasie [33, 51]. Fotorespirasie is egter onontbeerlik vir fotosintetiese organismes, aangesien hierdie pad deelneem aan fotobeskerming [32], aminosuurbiosintese [52] en die verwydering van giftige intermediêre metaboliete [53]. Daarom het die vermindering van fotorespirasie eerder as uitskakeling 'n aantreklike manier geword om fotosintetiese doeltreffendheid te verbeter [26, 33, 51, 54]. Onlangse werk het getoon dat die herontwerp van fotorespiratoriese weë biomassaproduksie in hoër plante aansienlik kan verhoog [55]. Die huidige studie was die eerste om aan te toon dat die oorskryding van RubisCO NPQ en fotorespirasie aansienlik kan verminder, en het 'n sterk bewys gelewer dat die verhoging van ligenergiefiksering nie net bereik kan word deur die direkte verhoging van CO2 fiksasie of deur fotorespirasie te wysig [55], maar ook deur die fotosintese-tempo-beperkende stappe oor te slaan. Gesamentlik het hierdie studie nie net die mixotrofiese metaboliese meganismes van C. zofingiensis, maar bied ook 'n teoretiese basis en nuwe idees vir toekomstige navorsing oor fotosintese en glukosemetabolisme, en bied 'n grondslag vir toekomstige industriële toepassings van mixotrofie.


Sinergie tussen (13) C-metaboliese vloedanalise en vloedbalansanalise om metaboliese aanpassing by anaerobiose by E. coli te verstaan

Genoomgebaseerde Flux Balance Analysis (FBA) en steady-state isotopic-labelling-based Metabolic Flux Analysis (MFA) is komplimentêre benaderings tot die voorspelling en meting van die werking en regulering van metaboliese netwerke. Hier is genoom-afgeleide modelle van Escherichia coli (E. coli) metabolisme gebruik vir FBA en C³C-MFA ontledings van aërobiese en anaërobiese groei van wild-tipe E. coli (K-12 MG1655) selle. Gevalideerde MFA-vloedkaarte toon dat die fraksie van onderhoud-ATP-verbruik in totale ATP-produksie ongeveer 14% hoër is onder anaërobiese (51.1%) as aërobiese toestande (37.2%). FBA het onthul dat 'n verhoogde ATP -gebruik deur ATP -sintase verbruik word om protone uit fermentasie af te skei. Daar word getoon dat die TCA -siklus onvolledig is in aërobies groeiende selle en dat submaksimale groei te wyte is aan beperkte oksidatiewe fosforilering. 'N FBA was suksesvol in die voorspelling van produksekresiesnelhede in aërobiese kultuur as die meting van glukose en suurstofopname beperk word, maar die mees voorspelde waardes van interne vloeistowwe wat verkry word deur die haalbare ruimte te neem, verskil aansienlik van MFA-afgeleide vloei.


Biochemie. 5de uitgawe.

Figuur

Die vloei van ione deur 'n enkele membraankanaal (kanale word in rooi in die illustrasie aan die linkerkant getoon) kan opgespoor word deur die pleisterklem-tegniek, wat stroomveranderinge aanteken soos die kanaal tussen die oop en geslote toestande beweeg. [(links) (meer. )

Die lipied -tweelaag van biologiese membrane, soos bespreek in Hoofstuk 12, is intrinsiek ondeurdringbaar vir ione en polêre molekules. Deurlaatbaarheid word verleen deur twee klasse membraanproteïene, pompe en kanale. Pompe gebruik 'n bron van vrye energie soos ATP of lig om die termodinamies opdraande vervoer van ione of molekules aan te dryf. Pompaksie is 'n voorbeeld van aktiewe vervoer. Kanale, daarenteen, stel ione in staat om vinnig in 'n afdraande rigting deur membrane te vloei. Kanaalaksie illustreer passiewe vervoer, of Gefasiliteerde diffusie.

Pompe is energie-omskakelaars deurdat hulle een vorm van vrye energie in 'n ander omskakel. Twee tipes ATP-gedrewe pompe, P-tipe ATPases en die ATP-bindende kassetpompe, ondergaan konformasieveranderinge op ATP-binding en hidrolise wat veroorsaak dat 'n gebonde ioon oor die membraan vervoer word. Fosforilering en defosforilering van beide die Ca 2+ -ATPase en die Na + -K + -ATPase pompe, wat verteenwoordigend is van P-tipe ATPase, is gekoppel aan veranderinge in oriëntasie en affiniteit van hul ioonbindingsplekke.

'N Ander meganisme vir aktiewe vervoer, een wat die gradiënt van 'n ioon gebruik om die aktiewe vervoer van 'n ander te dryf, sal geïllustreer word deur die natrium -xx2014 -kalsiumwisselaar. Hierdie pomp speel 'n belangrike rol in die ekstrudering van Ca 2+ uit selle.

Ons begin ons ondersoek na kanale met die asetielcholien reseptor, 'n kanaal wat die oordrag van senuwee seine oor sinapse bemiddel, die funksionele aansluitings tussen neurone. Die asetielcholienreseptor is a ligand-gated kanaal deurdat die kanaal oopmaak in reaksie op die binding van asetielcholien (Figuur 13.1). Daarteenoor word die natrium- en kaliumkanale, wat aksiepotensiale in neuron -aksonmembrane bemiddel, geopen deur membraan -depolarisasie eerder as deur die binding van 'n allosteriese effektor. Hierdie kanale is spanningshek. Hierdie kanale is ook van belang omdat hulle vinnig en behendig onderskei tussen baie soortgelyke ione (bv. Na + en K +). Die vloei van ione deur 'n enkele kanaal in 'n membraan kan maklik opgespoor word deur die patch-clamp tegniek.

Figuur 13.1

Asetielcholienreseptore. 'N Elektronmikrografie toon die dig verpakte asetielcholienreseptore ingebed in 'n postsinaptiese membraan. [Met vergunning van dr. John Heuser en dr. Shelly Salpeter.]

Die hoofstuk word afgesluit met 'n blik op 'n ander soort kanaal — die sel-tot-sel kanaal, of gaping aansluiting. Hierdie kanale laat die vervoer van ione en metaboliete tussen selle toe.

  • 13.1. Die vervoer van molekules oor 'n membraan kan aktief of passief wees
  • 13.2. 'N Familie membraanproteïene gebruik ATP -hidrolise om ione oor die membraan te pomp
  • 13.3. Multidrugweerstand en sistiese fibrose beklemtoon 'n gesin van membraanproteïene met ATP-bindende kassetdomeine
  • 13.4. Sekondêre vervoerders gebruik een konsentrasiegradiënt om die vorming van 'n ander aan te dryf
  • 13.5. Spesifieke kanale kan ione vinnig oor membrane vervoer
  • 13.6. Gapingsaansluitings laat ione en klein molekules tussen kommunikasie -selle vloei
  • Opsomming
  • Probleme
  • Geselekteerde lesings

Volgens ooreenkoms met die uitgewer is hierdie boek toeganklik deur die soekfunksie, maar kan nie deurblaai word nie.


ATP -struktuur

Soos aangedui deur die molekulêre naam, bestaan ​​adenosientrifosfaat uit drie fosfaatgroepe (tri-voorvoegsel voor fosfaat) wat aan adenosien gekoppel is. Adenosien word gemaak deur die 9' -stikstofatoom van die purienbasis -adenien aan die 1' -koolstof van die pentose suiker ribose te heg. Die fosfaatgroepe is verbind verbind en suurstof van 'n fosfaat na die 5' -koolstof van die ribose. Vanaf die groep wat die naaste aan die ribosesuiker is, word die fosfaatgroepe alfa (α), beta (β) en gamma (γ) genoem. Die verwydering van 'n fosfaatgroep lei tot adenosinedifosfaat (ADP) en die verwydering van twee groepe produseer adenosienmonofosfaat (AMP).


13.1: Energie en ATP - Biologie

Neurale beheer begin die vorming van aktien-myosien-kruisbruggies, wat lei tot die verkorting van sarkomeer wat betrokke is by spiersametrekking. Hierdie kontraksies strek vanaf die spiervesel deur bindweefsel om bene te trek, wat skeletale beweging veroorsaak. Die trek wat deur 'n spier uitgeoefen word, word spanning genoem. Die hoeveelheid krag wat deur hierdie spanning geskep word, kan verskil, wat dieselfde spiere in staat stel om baie ligte voorwerpe en baie swaar voorwerpe te beweeg. In individuele spiervesels hang die hoeveelheid spanning wat geproduseer word hoofsaaklik af van die hoeveelheid kruisbrûe wat gevorm word, wat deur die deursnee-area van die spiervesel en die frekwensie van neurale stimulasie beïnvloed word.

Spierspanning: Spierspanning word geproduseer wanneer die maksimum hoeveelheid kruisbrûe gevorm word, hetsy binne 'n spier met 'n groot deursnee of wanneer die maksimum aantal spiervesels gestimuleer word. Spiertonus is oorblywende spierspanning wat passiewe strekking tydens die rusfase weerstaan.

Dwarsbrûe en spanning

Die aantal kruisbrue wat tussen aktien en myosien gevorm word, bepaal die hoeveelheid spanning wat 'n spiervesel kan veroorsaak. Kruisbrûe kan slegs vorm waar dik en dun filamente oorvleuel, wat myosien toelaat om aan aktien te bind. As meer kruisbruggies gevorm word, trek meer myosien aktien aan en word meer spanning veroorsaak.

Maksimum spanning vind plaas wanneer dik en dun filamente tot die grootste mate binne 'n sarkomeer oorvleuel. As 'n sarkomeer in rus verby 'n ideale ruslengte gestrek word, oorvleuel dik en dun filamente nie in die grootste mate nie, sodat minder kruisbrûe kan vorm. Dit lei tot minder myosienkoppe wat aktien aantrek en minder spierspanning. Soos 'n sarkomeer verkort word, verminder die sone van oorvleueling namate die dun filamente die H-sone bereik, wat uit miosiensterte bestaan. Omdat myosienkoppe kruisbruggies vorm, bind aktien nie aan myosien in hierdie sone nie, wat die spanning wat deur die myofiber veroorsaak word, verminder. As die sarkomeer nog meer verkort word, begin dun filamente met mekaar oorvleuel, wat die vorming van kruisbrug nog verder verminder en selfs minder spanning veroorsaak. Omgekeerd, as die sarkomeer tot die punt gestrek word waar dik en dun filamente glad nie oorvleuel nie, word geen kruisbrûe gevorm nie en geen spanning word gevorm nie. Hierdie hoeveelheid rek kom gewoonlik nie voor omdat bykomstige proteïene, interne sensoriese senuwees en bindweefsel teen uiterste rek is nie.

Die primêre veranderlike bepalende kragproduksie is die aantal myofibers (lang spierselle) in die spier wat 'n aksiepotensiaal ontvang van die neuron wat die vesel beheer. Wanneer byvoorbeeld die biseps gebruik word om 'n potlood op te tel, dui die motoriese korteks van die brein slegs 'n paar neurone van die biseps aan sodat slegs 'n paar miofibers reageer. By werweldiere reageer elke myofiber volledig as dit gestimuleer word. Aan die ander kant, wanneer 'n klavier opgetel word, sein die motoriese korteks al die neurone in die biseps sodat elke miofiber deelneem. Dit is naby die maksimum krag wat die spier kan produseer. Soos hierbo genoem, kan die verhoging van die frekwensie van aksiepotensiale (die aantal seine per sekonde) die krag 'n bietjie meer verhoog omdat die tropomyosien oorstroom word met kalsium.


13.1: Energie en ATP - Biologie

Waarom die liggaam kos nodig het

Jou metabolisme is die versameling chemiese reaksies wat in jou selle plaasvind om lewe te onderhou. Sommige van hierdie reaksies gebruik gestoorde energie om dinge op te bou, wat ons anabolisme noem, terwyl ander reaksies dinge afbreek en energie vrystel wat vir toekomstige gebruik gestoor kan word, en dit word katabolisme genoem. Stel jou voor dat die hamburger wat jy vir aandete eet, gemaak van proteïene, vette en koolhidrate, 'n versameling lego -blokke van verskillende kleure en vorms is. Dit het baie energie geverg om die blokke in die komplekse struktuur te organiseer, en om die blokke uitmekaar te breek, laat daardie energie vry en maak die blokke vry sodat hulle weer in nuwe dinge opgebou kan word. Jou liggaam doen presies dit as jy jou kos eet. Hier is 'n kort videolesing wat hierdie konsep opsom.

Lewende dinge verdeel die drie hoofkategorieë voedsel (proteïene, vette en koolhidrate) in hul samestellende dele, die individuele legoblokke, om twee redes. 1) Sodra die voedselatome en groepe atome (molekules) afgebreek is, kan dit weer opgebou word in die spesifieke dinge wat die organisme benodig, soos been, spiere, vel, hare, vere, pels, bas, blare, ens. 2) Deur die voedselmolekules af te breek, word die energie vrygestel wat dit bymekaar gehou het, en die vrygestelde energie word tydelik deur die sel gestoor vir die herbou proses. Elkeen van hierdie voedselsoorte vereis 'n ander afbreekproses, en ons sal later daarna kyk, maar die doel is dieselfde – neem die energie wat daardie voedselmolekules bymekaar gehou het en stel dit vry sodat dit gestoor kan word in 'n vorm wat die sel later kan gebruik om te bou wat dit nodig het. Die sel het 'n spesiale soort molekule vir die stoor van daardie energie, en dit word ATP genoem.

ATP (Adenosine trifosfaat) is 'n belangrike molekule wat in alle lewende dinge voorkom. Beskou dit as die 'energie -geldeenheid' van die sel. As 'n sel energie moet spandeer om 'n taak uit te voer, verdeel die ATP-molekule een van sy drie fosfate en word ADP (Adenosien di-fosfaat) + fosfaat. Die energie wat die fosfaatmolekule bevat, word nou vrygestel en beskikbaar om werk vir die sel te doen. Wanneer die sel ekstra energie het (wat verkry word uit die afbreek van voedsel wat verbruik is of, in die geval van plante, gemaak deur fotosintese), stoor dit daardie energie deur 'n vrye fosfaatmolekule weer aan ADP te heg en dit weer in ATP te verander. Die ATP-molekule is net soos 'n herlaaibare battery. As dit volledig gelaai is, is dit ATP. As dit afloop, is dit ADP. Die battery word egter nie weggegooi wanneer dit leeg is nie – dit word net weer opgelaai.

Hier is hoe dit chemies lyk. Elke fosfaat is 'n PO4 (suurstof het 'n lading van -2 en daar is 4 daarvan, vir 'n totaal van -8, en P het 'n lading van +5, dus is die netto lading op die fosfaatgroep -3. Indien vrye H -atome, wat +1, word bygevoeg by die O-atome wat nie aan twee dinge gebind is nie, dan is die netto lading nul.)

Daar is tye dat die sel nog meer energie nodig het, en dit skei nog 'n fosfaat af, so dit gaan van ADP, adenoside di-fosfaat, na AMP, adenosien monofosfaat.

ATP ß à ADP + P + energie ß à AMP + P + energie

There are other energy storage molecules in the cell, like NAD and FAD, but the ATP system is the most common, and the most important. Think of the others as different brands of rechargable batteries that do the same job. Next, we’ll explore some of the pathways that the body uses to break down foods of different types.

What about oxygen? Why do we need that? What happens if you put a glass over a candle? You starve the fire of oxygen, and the flame flickers out. If a metabolic reaction is aerobic, it requires oxygen. Buy why? Here's an analogy. Think about lighting a campfire. What do you need? You need fuel (the wood), you need heat (it's harder to light a fire when it's cold), and you need oxygen (because another word for burning is "oxidizing" and, as you might guess, it can only occur in the presence of oxygen). Oxidizing something causes it to lose electrons, which means that energy (the electrons) is released when you oxidize, or burn, a fuel. Your food is your fuel. You burn the fuel for energy. You need the oxygen to burn the fuel. This happens in the mitochondria.


Kyk die video: What is ATP? (Oktober 2022).