У кишечной палочки атф синтезируется
Обновлено: 18.04.2024
Механизмы образования АТФ в хлоропластах
• Пластиды, окруженные мембраной, являются органеллами растительных клеток и могут развиваться в хлоропласты и другие специализированные формы.
Пластиды представляют собой органеллы, окруженные мембраной. Они присутствуют только в клетках растений. В растениях содержатся уникальные органеллы, называемые пластидами). В пластидах протекают многие основные метаболические реакции растительных клеток.
Пластиды подразделяются на несколько высокоспециализированных типов, но во всех происходит несколько общих обменных процессов. Они представляют собой органеллы, в которых синтезируются жирные кислоты, многие аминокислоты, а также пурины и пиримидины. В противоположность этому, в клетках животных те же самые реакции происходят в цитозоле.
Пластиды окружены двумя мембранами, внутренней и наружной, которые тесно примыкают друг к другу. Как и у митохондрий, они разделены межмембранным пространством. Внутри пластид находится строма, окруженная внутренней мембраной. Так же как и матрикс митохондрий, строма содержит ДНК, РНК и много белков, в том числе ферменты и рибосомы.
Строма отличается от матрикса митохондрий тем, что содержит окруженные мембранами диски, называемые тилакоидами. В мембране тилакоидов находятся энергетические системы органеллы.
Все типы пластид образовались из общей органеллы — предшественника — пропластиды. Размер пропластид меньше, чем у дифференцированных пластид, у них отсутствуют внутренние мембраны, и они не выполняют специализированных функций. При дифференцировке растительной клетки в определенный тип, происходит дифференцировка пропластид, и они приобретают функции, свойственные этому типу клеток. Таким образом, тип, который приобретает пластида, зависит от типа клеток.
Хлоропласта представляют собой пластиды, обеспечивающие растениям возможность синтезировать АТФ с использованием системы, в которой вместо химического распада глюкозы донором электронов служат молекулы хлорофилла, активированные солнечным светом. При наличии света хлоропласта развиваются в тех частях растения, которые освещены в наибольшей степени, например в листьях, где и происходит фотосинтез.
У растений, произрастающих в темноте, хлоропласта не образуются, однако вместо этого в листьях развиваются пластиды другого типа. В семенах и клубнях находится еще один тип пластид — амилопласты, образующие крахмал, который откладывается в строме в виде гранул. Некоторые типы пластид содержат ферменты, катализирующие синтез небольших молекул. В хромопластах образуются и запасаются пигменты, называемые каротиноидами, красного, оранжевого или желтого цвета, которые обусловливают окраску некоторых цветков и плодов.
В процессе развития или под действием сигналов, поступающих из окружающей среды, один тип дифференцированных пластид может превращаться в другой, например когда в процессе созревания томатов они меняют окраску с зеленой на красную или когда в листопад зеленые листья становятся красными, оранжевыми или желтыми. При этих превращениях, которые регулируются экспрессией ядерных генов, пластиды теряют хлорофилл и тилакоидные мембраны и начинают синтезировать каротиноиды.
Схема фотосинтеза
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Механизмы образования АТФ в митохондриях
Все живые клетки обладают способностью превращать энергию окружающей среды в общий интермедиат — АТФ.
Клетка получает энергию за счет пищи, которую она усваивает из окружающей среды. Затем эта энергия должна быть превращена в форму, которую можно распределять по клетке. Общее решение этого вопроса (не только для митохондрий, но и для прокариотических клеток, также превращающих энергию) состоит в запасании энергии в форме универсального вещества, которое можно использовать в любой момент и в любом месте клетки.
Различные типы клеток отличаются деталями энергетической системы, однако общим свойством, характерным для всех клеток, является их способность превращать энергию окружающей среды в АТФ, который представляет собой общую молекулу, при необходимости обеспечивающую энергией отдельные химические реакции.
АТФ образуется двумя путями: в цитозоле и в митохондриях. Первый путь реализуется в цитозоле эукариотических клеток и у бактерий. При этом в результате гликолиза происходит распад глюкозы с образованием пирувата и образуются две молекулы АТФ. Эта реакция может происходить в анаэробных условиях (в отсутствие кислорода).
Второй путь является основным источником создания энергетических запасов и осуществляется в митохондриях эукариотических клеток. Процесс, при котором в митохондриях образуется АТФ, называется окислительным фосфорилированием и осуществляется с участием электрон-транспортной цепи. Пируват, высвобождающийся при гликолизе, поступает в матрикс (люмен) митохондрии, где он распадается и, реагируя с коэнзимом А, образует ацетил-КоА.
После этого, при участии цикла лимонной кислоты с освобождением атомов водорода, ацетильный остаток ацетил-КоА распадается, образуя двуокись углерода. Восстановление переносчика НАД+ в НАДН происходит при участии атомов водорода, и затем при окислении НАДН высвобождаются протон и электрон. Из матрикса ионы водорода (протоны) переносятся через мембрану в межмембранное пространство, а электроны перемещаются вдоль мембраны с участием нескольких транспортных белков. В результате по обе стороны мембраны создается градиент концентрации протонов.
Под действием этого градиента протоны переносятся через мембрану в обратном направлении. Это осуществляется при участии большого белкового комплекса АТФ-синтазы, которая и образует АТФ из АДФ и неорганического фосфата. Этот процесс носит название хемиосмос.
Митохондрии часто называют энергетическими центрами (эукариотических) клеток; они снабжают клетку энергией, необходимой для осуществления метаболических процессов и структурных изменений. Точнее говоря, они превращают энергию, поступающую из внешней среды в формы, которые могут быть использованы клеткой. Постоянство структуры и функции митохондрий у всех клеток эукариот убеждает в том, что эндосимбиоз, в результате которого они возникли, должен был произойти на самом начальном этапе эволюции эукариот.
АТФ образуется при хемиосмосе с участием системы протонного транспорта.
Видео урок цикл Кребса
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Разработка предназначена для подготовки учащихся одиннадцатых классов к единому государственному экзамену по биологии. А так же может быть использована на уроках биологии учителями-предметниками для закрепления материала. Задания даны в виде тестов. Выполняя данные тесты, можно добиться успешной подготовки к сдаче ЕГЭ.
Верны ли следующие суждения
А. Делением размножаются только клетки, но не органоиды.
Б. Клетки размножаются делением. а вирусы нет.
1. Верно только А
2. Верно только Б
3. Верны обе формулировки
4. Обе формулировки не верны
А. При дигибидном скрещивании у гибридов каждая пара признаков наследуется независимо от других и дает с ними разные сочетания.
Б. Это закон чистоты гамет: в каждую гамету попадает только одна аллель из пары аллелей данного гена родительской особи.
Б. Пары альтернативных признаков не смешиваются и при образовании гамет по одному переходят в них в чистом виде.
А. Результатами эволюции можно считать разнообразие организмов и их приспособленность к условиям окружающей среды.
Б. Результатами эволюции считаются изоляция, борьба за существование и возникновение мутаций.
А. Наследственная изменчивость служит материалом для естественного отбора.
Б. Наследственная изменчивость способствует сохранению в популяции наиболее приспособленных особей
А. Многие белки выполняют каталитическую функцию.
Б. Некоторые гормоны имеют белковую природу.
Упрощение в строении животных, связанные с паразитическим образом жизни, относят к биологическому регрессу.
Б. Возникновение класса Насекомые, сопровождающееся повышением нового уровня их организации, - пример ароморфоза.
А. Генетический код триплетен – один триплет всегда кодирует только одну аминокислоту.
Б. Генетический код однозначен – в молекуле нуклеиновой кислоты одна аминокислота кодируется сочетанием трех последовательно расположенных нуклидов.
А. В результате митоза из одной диплоидной клетки образуется 4 гоплоидные.
Б. Редукция числа хромосом происходит в анафазе I.
А. Мутационная изменчивость носит случайный характер.
А. Митоз обеспечивает рост организма, регенерацию, лежит в основе бесполого размножения.
Б. Мейоз обеспечивает образование гамет, увеличивает генетическое разнообразие и лежит в основе комбинативной изменчивости.
Верны ли следующие суждения о фотосинтезе?
А. В световой фазе фотосинтеза происходит синтез Атор, образуются атомы водорода и молекулярный кислород.
Б. Световая фаза фотосинтеза происходит в строме хлоропласта.
Верны ли следующие суждения о химическом составе клетки?
А. Цинк относится к микроэлементам
Б. В состав хлорофилла входит железо.
Верны ли следующие суждения о строении и функциях органоидов?
А. Лизосомы относятся у двумембранным органоидам.
Б. У кишечной палочки АТФ синтезируются не в митохондриях.
Верны ли следующие суждения об обмене веществ?
А. Второй этап катаболизма – неполное окисление или бескислородный – протекает в цитоплазме..
Б. В результате гликолиза из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы АТФ.
Верны ли следующие суждения об особенностях ферментов?
А. Ферменты – это специфические белки, которые присутствуют во всех живых организмах и играют роль биологических катализаторов.
Б. Ферменты в отличие от химических катализаторов способны катализировать несколько различных реакций.
Верны ли следующие суждения о приспособленности организмов?
А. К этиологическим приспособлениям относятся, н/п иглы ежа, дикобраза, колючки кактуса, акации, барбариса, которые защищают животных от врагов или препятствуют поеданию растений травоядными животными.
Б. Японские макаки зимой при наступлении холодов спускаются с гор к термальным источникам и подолгу греются в теплой воде – это пример физиологической адаптации.
Верны ли следующие суждения о происхождении жизни?
А. Невозможность самозарождения была доказана опытами Ф. Реди, Л. Пастера и др.
Б. Доказательствами инопланетного происхождения жизни служат НЛО, наскальные изображения летательных аппаратов
А. Молекулы ДНК, находящиеся в митохондриях и хлоропластах, не являются хранителями наследственной информации.
Б. Мутации, возникающие в молекулах ДНК, передаются на и-РНК в соответствии с правилами комплементарности.
А. Плазматическая мембрана состоит из лидидного бислоя и встроенных белков.
Б. Мембранные белки выполняют транспортные, рецепторные и другие функции.
А. В разных фазах мейоза клетка может нести диплоидный или гаплоидный набор хромосом.
Б. В течении всего митоза клетка кожи человека всегда диплоидна.
Верны ли следующие суждения:
№2: Верны обе формулировки
№3: Верно только А (борьба за существование и мутации – это факторы эволюции, а не результат)
№4 верно А (Б – неверно, т.к. сохранению в популяции наиболее приспособленных особей способствует естественный отбор, а наследственная изменчивость представляет собой материал для отбора).
№5 верны оба суждения
№6 Верно Б (А – неверно, т.к. упрощение в строении животных, связанное с паразитическим образом жизни, относят к дегенерации. А дегенерация, как и ароморфоз и идиоадаптация, тоже относится к биологическому процессу.
№7 Оба суждения неверны. А – генетический под триптолетен, т.е. в молекуле НК одна аминокислота кодируется сочетанием 3-х последовательно расположенных нуклеотидов.
Б – генетический код однозначен, т.е. один триплет (кодон) всегда кодирует только одну А.К.
Строение и функционирование F1F0-АТФ-синтазы
Основная масса энергии в клетках эукариот и почти всех прокариот запасается в процессе окислительного фосфорилирования в форме АТФ. Этот многоступенчатый процесс происходит в мембранах.
В организме человека весом около 70 кг за 75 лет при сидячем образе жизни нарабатывается 2 млн кг АТФ. В клетках эукариот синтез АТФ, который является одним из наиболее распространенных ферментативных биологических процессов, происходит в специальных органеллах, называемых митохондриями.
Образование АТФ в клетке катализируется ферментом F1F0-АГФ-синтазой, который представляет собой необычный молекулярный мотор, использующий энергию электрохимического градиента протонов (трансмембранный протонный градиент) для синтеза АТФ. Электрохимический градиент протонов создается комплексами, переносящими электроны в ходе окислительного фосфорилирования.
Он определяется двумя показателями: мембранным потенциалом и разностью концентраций протонов по сторонам мембраны митохондрий.
Общая структура F1F0-АТФ-синтазы во всех клетках одинакова, хотя состав субъединиц может различаться. Простейшая форма F1F0-АТФ синтазы цитоплазматической мембраны бактериальной клетки состоит из восьми типов субъединиц и обладает молекулярной массой 530 кДа.
Состав ее может быть выражен стехиометрической формулой а3 b3 γ δ ε a b2 с10-14. В митохондриях фермент содержит 7-9 дополнительных регуляторных субъединиц, которые немного увеличивают его молекулярную массу. АТФ-синтаза состоит из двух доменов:
• связанный с мембраной домен F0 (ab2c10-14 у бактерий), который участвует в транслокации протонов в направлении электрохимического градиента, и
• глобулярный домен F1(а3 β3 γ δ ε у бактерий), содержащий каталитические сайты, ответственные за синтез АТФ. (Изолированный F1 домен обладает способностью к гидролизу АТФ.)
Субъединицы с домена F0 образуют кольцо, которое взаимодействует с субъединицей а. Субъединица у формирует центральный выступ ротора, который связан с основанием кольца с и входит в каталитический домен F1. Этот домен состоит из трех а и трех b субъединиц, которые расположены попеременно и образуют структуру гексагонального цилиндра вокруг субъединицы у.
Выступающая ножка статора состоит из субъединиц b2δ, причем субъединица δ связана с доменом F1, а b2 с доменом F0 митохондриальной мембраны и с субъединицей а.
Каким образом F1F0-АТФ-синтаза использует энергию трансмембранного протонового градиента для синтеза АТФ? Предложенная модель постулирует существование следующих основных этапов:
• субъединицы а и с контролируют транспорт протонов таким образом, что с-кольцо вращается по отношению к субъединице а. Иными словами, энергия электрохимического градиента протонов расходуется на механическое вращение субъединиц с;
• у-субъединица центрального выступа вращается вместе с с-кольцом, при этом трансмембранная движущая сила протонов передается на расстояние 100 А домен F1; и
• механическая энергия вращения используется для высвобождения АТФ, синтез которого катализируется b-субъединицами домена F1.
Поэтому вращение с-кольца и центральной у-субъединицы относительно субдомена а3 b3 играет существенную роль в сопряжении трансмембранной движущей силы протонов с образованием и выходом АТФ. Поскольку каждая с-субъединица несет один протон, то при полном обороте с-кольца (в зависимости от типа АТФазы) транспортируются 10-14 протонов, и на одну молекулу образующегося АТФ транспортируются около четырех протонов.
F1F0-АТФ-синтаза превращает электрохимическую энергию в механическую и снова в химическую, почти со 100%-ной эффективностью. Синтез АТФ может проходить с максимальной скоростью порядка 100 с-1, и уровень АТФ в клетке может достигать миллимолярных концентраций.
У некоторых бактерий F1F0-АТФ-синтаза работает в обратном направлении, и энергия, высвобождающаяся за счет гидролиза АТФ, расходуется на выход протонов из клетки и на создание их градиента по сторонам цитоплазматической мембраны. Затем энергия протонного градиента используется для транспорта в клетку метаболитов, например лактозы.
Схематическое изображение комплекса F1F0-АТФ-синтазы Е. coli и часть кристаллической структуры дрожжевого фермента.
Изображение кристаллической структуры дрожжевого фермента построено на основании Protein Data Bank file 1Q01.
Показано предполагаемое положение мембраны.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Сегодня внедряемся в научные изыскания. Статья будет сложной для прочтения. Я максимально упрощала материал, но проще - некуда. На написание меня как всегда "вдохновила" всеобщая бесконечная жалоба - "слабость, ничего не помогает, ваших капельниц, таблеток хватило на 2 недели. ". Сегодня рассмотрим самый сложный случай дефицита Энергии - дисфункция Митохондрий. Это еще малоизученная и сложная часть медицинской науки. Дисфункция митохондрий может быть врожденная и в нашем (рассматриваемом случае) - приобретенная.
Энергия в нашем организме представлена в следующем виде - молекула АТФ.
АТФ-аденозинтрифосфат, является основным источником энергии для клеток в частности и организма в целом. Представляет собой - эфир аденозина (пурин). Кроме того, является источником синтеза нуклеиновых кислот, для образования структуры ДНК!(наш генетический код)и посредником передачи в клетку гормонально сигнала! Вывод: нехватка АТФ - чревата извращение/недостатком гормонального ответа и не только. АТФ образуется в митохондриях (это маленькие структурные компоненты любой клетки, митохондрия имеет собственную ДНК!, как и ядро клетки. это высокоорганизованная структура ). Вот почему заболевания с нарушением синтеза АТФ - называются митохондриальные дисфункции.
В сутки в организме образуется 40 кг АТФ. Органы с максимальной выработкой АТФ: мозг 22%, печень 22%, мышцы 22 %, сердце 9%, жировая ткань всего - 4%, заметьте - ЩЖ с в этот перечень даже не вошла. Мозг и печень лидеры !
Теперь о самом процессе образования энергии. Смотрим на картинку.
Процесс образования энергии можно разделить на 3 этапа.
1 этап - это получение более простых молекул( в цикл образования энергии) из углеводов(У), жиров(Ж) и белков пищи(Б). Углеводы расщепляются до моносахаров(глюкоза,фруктоза), жиры до жирных кислот, белки до аминокислот. "Расщепление" Б,Ж,У происходит как к кислородной среде(аэробной), так и в бескислородной(анаэробной) среде. Это крайне важно! Так как из анаэробного гликолиза 1 молекулы глюкозы образуется - 2 молекулы АТФ, из аэробного (кислородного) гликолиза 1 молекулы глюкозы - образуются 36 молекул АТФ, из аэробного окисления 1 молекулы жирной кислоты - 146 молекул АТФ, ( жиры и белки в бескислородной среде вообще не расщепляются!, вывод - например, при нелеченной анемии(дефицитО2) снижение веса почти невозможно). Так, и усвоение 1 молекулы глюкозы требует 6 молекул О2, а 1 молекулы жирных кислот -23 молекулы О2. Вывод - жиры основной источник энергии, и всем нужен О2.
2 этапом - образуется из всех молекул У, Ж, Б - АцетилКоА - промежуточный метаболит. Суть этого этапа, что кол-во выработанного АцетилКоА зависит от уровня многих витаминов и микроэлементов (витамина С, группы В, цинка, меди, железа и др). Почему так важно для образования энергии - восполнение дефицита этих элементов!
3 этап - этот самый АцетилКоА поступает в 2 основных биохимических пути выработки АТФ - это цикл Кребса( лимонной кислоты) и цикл окислительного фосфорилирования ( передачи электронов, "дыхательная цепь";), происходит образование НАД- и НАДН+. Связь между этими двумя б/х циклами - и "есть узкое горлышко", "слабое место" в образовании АТФ. И зависит от рН среды клетки - при развитии в/клеточной гипоксии = в/клеточного ацидоза и ухудшается процесс образования АТФ - организм захлебывается в избытке НАДН, а НАДН сопряжен с "утечкой кислорода из клетки"( механизм не буду расшифровывать) и образованием активных(агрессивных) форм кислорода ( свободных радикалов) - а это повреждающие агенты для клетки при образовании в избыточном количестве.
Метаболический ацидоз - это следствие первичного дефицита О2 в организме (сам ацидоз становится причиной вторичного дефицита О2-утечки кислорода). Ацидоз выражается накоплением промежуточного продукта обмена - лактата, избытком Н+(иона водорода), митохондрии "начинают задыхаться и стареть и гибнуть"! А в месте со старением митохондрий - стареет организм, вот почему так молодеют некоторые заболевания - раньше развиваются атеросклероз, б-нь Альцгеймера, сахарный диабет (да-да , это митохондриальное заболевание), рак, артериальная гипертензия, АИТ, синдром хр усталости, даже НЯК и болезнь Крона (как одна из теорий) и др.
Как цикл лимонной кислоты (цикл Кребса) , например, связан с ожирением? - активное поступления с пищей жирных кислот- приводят к истощению транспортных карнитиновых (всем известен для сравнения Карнитин для спорт -питания) систем( переносчиков жирных кислот, их и так немного) и снижения активности работы "дыхательной цепи" , снижается чувствительность тканей к инсулину- развивается многим известная инсулинорезистентость! Исход - метаболическая печалька - метаболический синдром.
Соответственно: причинами снижения синтеза АТФ прежде всего являются дефицит О2!(как бывает в больших городах, где мало зелени. загазованность - продукт сгорания бензина это не О2-а СО2 . люди не выходят из помещений, мало двигаются - "мелкие сосуды закрыты для доступа О2", причинами могут быть болезни органов дыхания и сердечно-сосудистые патологии), ацидоз = "закисление организма" (накопление лактата, избыток Н+), полидефицит витаминов и микроэлементов для улучшения усвоения Ж, Б, У. Для лечение дефицита О2 даже был придуман аппарат - в основе которого интервальная гипоксическая тренировка. Это новая эра в лечении многих патологий.
Как же заподозрить митохондриальные проблемы? Они сложны как для понятия, так и для диагностики.
Из "простых анализов", которые можно набрать любой лаборатории - снижение рН крови, О2, повышение: лактата, СРБ, фибриногена, холестерина, ЛПНП, триглицеридов, гомоцистеина, мочевой кислоты, (клинически - повышение Ад, учащение ЧСС в покое, одышка в покое), снижение ферритина, из редких - снижение глутатиона, витаминов крови, снижение Q10, нарушение в системе антиоксидантов (по крови).
Из более редких , но все же доступных анализов (более специфических) - органические кислоты мочи ( благодаря этому анализу можно определить примерно на каком уровне идет нарушение и чем его скорректировать).
Если патология так сложно выявляемая - "как это лечить?",- спросите вы
Прежде всего меняем образ жизни - улучшаем доставку О2!, бросаем курить! чаще дышим в парке и не только.. Лечим и приводим в ремиссию хронические дыхательные заболевания , восполняем дефицит витаминов и минералов!, добавляем антиоксиданты, сосудистые препараты(!) очень важно улучшить кровоток (слабость всегда сопровождается рассеянностью, снижением памяти и внимания, - правильно, максимальная сосудистая сеть в головном мозге!!), реже добавляем "энергетики" - янтарная кислота, Q10, карнитин, НАДН и др. Я не говорю здесь про врожденные митохондриальные дисфункции - это следствие генетической поломки,а мы говорим сейчас больше о приобретенных причинах. Будем ждать новых научных материалов по этой теме.
Читайте также: