13. Строение и функции АТФ. Другие нуклеозидтрифосфаты

1.

Строение и функции АТФ.
Другие нуклеозидтрифосфаты
(НТФ)
10 класс. Профильный уровень.

2.

Что такое АТФ?
АТФ (аденозинтрифосфат) — универсальное
энергетическое вещество всех живых клеток.
1. Накапливает энергию при фотосинтезе и
дыхании.
2. Отдаёт энергию при химических реакциях.
3. Молекула быстро восстанавливается.
Частота обновления: в активной клетке
одна молекула АТФ может распадаться и
восстанавливаться тысячи раз в день!

3.

АТФ (аденозинтрифосфат)
• Химическое название:
9-β-D-рибофуранозиладенин-5'-трифосфат.
АТФ синтезируется в результате энергетического обмена, при
окислении веществ выделяется энергия, которая запасается в
макроэргических связях.

4.

Строение молекулы АТФ
АТФ состоит из трёх частей:
В клетках встречаются два типа нуклеиновых
кислот: дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и
рибонуклеиновая (РНК).
Это самые высокомолекулярные вещества в
клетке, причём масса ДНК в несколько сот раз
больше массы РНК.
Нуклеиновые кислоты — это непериодические
полимеры, мономерами которых являются
нуклеотиды.

5.

Строение АТФ
Макроэргические связи
Аденин
Н 2С
Н
Рибоза
Н
Н
ОН
О-Р-О
О
ОН
ОН
ОН
~
Р-О
О
~
Р-О
О
ОН
ОН
• Аденин – азотистое основание (пурин)
• Рибоза – углевод (пентоза)
• Три фосфатные группы
Три остатка фосфорной
кислоты

6.

Макроэргическая связь – ковалентная химическая связь, гидролиз
которой сопровождается выделением большого количества энергии
(30-40 кДж/моль).
Макроэргические связи
Аденин
Н2С
Н
Рибоза
Н
Н
ОН
ОН
О-Р-О
О
ОН
ОН
ОН
~
Р-О
О
~
Р-О
О
ОН
Три остатка фосфорной
кислоты

7.

Нуклеотид состоит из остатка фосфорной кислоты,
углевода—моносахарида (рибозы в РНК или
дезоксирибозы в ДНК) и азотистого основания.
В нуклеиновых кислотах встречаются пять видов азотистых
оснований: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), тимин
(Т) и урацил (У).
В ДНК содержатся аденин, тимин, гуанин и цитозин, а в
РНК вместо тимина присутствует урацил, который по
своему строению и свойствам близок к тимину.

8.

Как работает АТФ?
При гидролизе (расщеплении) от АТФ отщепляется один фосфат:
АТФ + H₂O → АДФ + Фосфат + ЭНЕРГИЯ (30,6 кДж/моль)
Энергия используется на:
1.
Синтез веществ
2.
Деление клетки
3.
Передачу нервных импульсов
4.
Сокращение мышц

9.

Цикл превращений АТФ
Процесс повторяется:
АДФ + Фосфат +
Энергия → АТФ
Энергия поступает от:
Фотосинтеза (в
растениях)
Клеточного дыхания
(во всех клетках)
Это цикл: АТФ
АДФ

10.

Где синтезируется АТФ?
Основные места:
Митохондрии —
«электростанции клетки»
(дыхание)
Хлоропласты — в
растениях (фотосинтез)
Цитоплазма — на этапе
гликолиза
За сутки человек расходует
и восстанавливает свою
массу в АТФ!

11.

Почему связи в АТФ —
высокоэнергетические?
Причина — отталкивание одноимённых
зарядов:
1. Все фосфатные группы заряжены
отрицательно.
2. Они сильно отталкиваются друг от друга.
3. При разрыве связи — энергия выделяется.
Аналогия: сжатая пружина.

12.

Значение АТФ
Транспорт веществ
• активный транспорт ионов через
мембраны
• работа натрий-калиевого насоса
Механическая работа
• сокращение мышц
• движение жгутиков
• цитоплазматический ток

13.

Значение АТФ
Биосинтез
• репликация (удвоение) ДНК
• транскрипция РНК
• синтез белка, липидов,
полисахаридов
Синтез и распад АТФ в клетке
идет постоянно, время жизни
одной молекулы – менее
1 минуты, за сутки каждая
молекула АТФ распадается (и
тут же синтезируется) 2-3 тысячи
раз.

14.

НАДН и ФАДН₂
Это коферменты, которые восстанавливаются в ходе энергетического
обмена (гликолиз, цикл Кребса) и переносят электроны и протоны (в
форме атомов водорода).
• НАД⁺ (никотинамидадениндинуклеотид)
• ФАД (флавинадениндинуклеотид)
Функция:
• Перенос электронов и протонов (в форме атомов водорода)
к дыхательной цепи (электрон-транспортной цепи) внутренней
мембраны митохондрий.
НАДН/ФАДН₂ – это промежуточные высокоэнергетические соединения,
которые "заряжают" основную "батарею" клетки – протонный градиент
для синтеза АТФ.

15.

Другие
нуклеозидтрифосфаты
Цитидинтрифосфат
Уридинтрифосфат
ГТФ, ЦТФ, УТФ – это молекулы, сходные
по строению с АТФ, но содержащие
другое азотистое основание.
Гуанозинтрифосфат

16.

Другие
нуклеозидтрифосфаты
Нуклеозидтрифосфаты
Роли в клетке
ГТФ
(Гуанозинтрифосфат)
• Субстрат для синтеза РНК.
• Источник энергии в биохимических процессах.
• Регулятор активности белков.
ЦТФ
(Цитидинтрифосфат)
• Субстрат для синтеза РНК.
• Ключевой субстрат для синтеза фосфолипидов.
УТФ
(Уридинтрифосфат)
• Субстрат для синтеза РНК.
• Ключевая роль в углеводном обмене.
Все нуклеозидтрифосфаты являются макроэргическими соединениями и
потенциально могут служить источником энергии в клетке.

17.

ГТФ — «спутник» АТФ
ГТФ используется в:
1. Активации G-белков (передача
сигнала в клетку).
2. Синтезе белка на рибосомах
(движение тРНК).
3. Образовании микротрубочек.
Часто действует параллельно с АТФ.

18.

УТФ — помощник в запасании
энергии
УТФ нужен для:
Синтеза гликогена в печени
и мышцах.
Синтеза целлюлозы у
растений.
Превращения глюкозы в
активную форму.
Без УТФ невозможно
накапливать углеводы.

19.

ЦТФ — ключевой в построении
мембран
ЦТФ участвует в:
1. Синтезе фосфолипидов
(основа клеточных
мембран).
2. Образовании
липопротеинов.
3. Переносе жиров.
Особенно важен в печени
и нервных клетках.

20.

Подготовка к ЕГЭ
Задания с выбором одного верного ответа
1. Какое из перечисленных соединений
является универсальным источником энергии
для клеточных процессов?
а) АДФ
б) Глюкоза
Ответ: в) АТФ
в) АТФ
Пояснение: АТФ — основная "энергетическая валюта"
г) НАДФ
клетки. Энергия высвобождается при её гидролизе.

21.

Подготовка к ЕГЭ
2. Высокоэнергетические связи в молекуле
АТФ находятся между:
а) азотистым основанием и рибозой
б) остатками фосфорной кислоты
в) рибозой и первым фосфатом
г) аденином и первым фосфатом
Ответ: б) остатками фосфорной кислоты
Пояснение: Энергия хранится в связях между
фосфатными группами, особенно между второй и
третьей.

22.

Подготовка к ЕГЭ
3. Местом синтеза АТФ в клетке животных НЕ
является:
а) митохондрии
б) цитоплазма (на этапе гликолиза)
в) ядро
г) внутренние мембраны митохондрий (кристы)
Ответ: в) ядро
Пояснение: В ядре происходят процессы репликации и
транскрипции, но не синтез АТФ.

23.

Подготовка к ЕГЭ
Задания с развернутым ответом
4. Какова биологическая роль АТФ в
процессе активного транспорта веществ
через мембрану?
Ответ: АТФ обеспечивает энергию для работы белков переносчиков (например, Na⁺/ K⁺- АТ Фазы), которые переносят
ионы против градиента концентрации. При гидролизе АТФ
выделяется энергия, которая используется для изменения
формы белка и переноса ионов.