UNIVERZITET U NIŠU
Prirodno-matematički fakultet
Predmet:
TERMODINAMIKA BIOLOŠKIH SISTEMA
SEMINARSKI RAD
ATP KAO IZVOR ENERGIJE U BIOHEMIJSKIM
PROCESIMA
Profesor
:
Studenti:
Dr Jasmina Jeknić-Dugić Dimitrijević Irena 75
Radenković Milena 72
Petrović Dejan 93
Januar 2013.
Uvod
Sve biosintetičke aktivnosti, kao i mnoge druge aktivnosti ćelije, zahtevaju energiju.
Za većinu ćelijskih aktivnosti izvor energije je
adenozin-trifosfat ili ATP
. Molekul ATP-a se
sastoji od adenina, riboze i tri fosfatne grupe. Ove tri fosfatne grupe, sa jakim negativnim
nabojem, međusobno su vezane za dve kovalentne, visokoenergetske veze koje, kada se
hidrolizuju, oslobađaju relativno veliku količinu energije. Ovo predstavlja važno svojstvo
ATP-a.
Slika 1. (Struktura molekula ATP)
ATP je glavni energetski molekul u živim sistemima. Učestvuje u različitim
hemijskim procesima, od
hemijske biosinteze
do
kretanja cilija
,
kontrakcije mišica
,
aktivnog transporta
molekula kroz ćelijsku membranu ili širenja
električnog impulsa kroz
nervno vlakno
.
1
Mitohondrije
Mitohondrije su membranske organele prisutne u ćelijama skoro svih eukariotskih
organizama. Mitohondrije su zaodenute
dvema membranama
, spoljašnjom, glatkom koja je
u dodiru sa citoplazmom, i unutrašnjom, nabranom koja ograničava unutrašnjost
mitohondrija. Između ove dve membrane nalazi se intermembranozni prostor. Unutrašnjost
mitohondrija ispunjena je
matriksom
. Tipična eukariotska ćelija sadrži oko 2000
mitohondrija.
Spoljašnja mitohondrijalna membrana
određuje oblik ove organele i zahvaljujući
prisustvu velikog kanalskog proteina
porin
ona je propustljiva za određene molekule.
Unutrašnja mitohondrijalna membrana
ima nekoliko puta veću površinu od
spoljašnje membrane. Svoju površinu znatno uvećava naborima ili kristama orijentisanih ka
centru organele. Kriste mogu varirati po broju, veličini i obliku. Na kristama se nalaze
partikule koje su kratkim drškama pričvršćene za njih. Ove partikule sadrže
ATP-sintaze
,
enzimski kompleks koji učestvuje u sintezi ATP-a.
Matriks
ispunjava unutrašnjost mitohondrija i predstavlja mešavinu nekoliko stotina
enzima koji konvertuju produkte metabolizma ugljenih-hidrata, lipida i proteina kroz Krebsov
ciklus do ugljen-dioksida i vode uz oslobađanje energije u obliku molekula ATP-a. Prilikom
ovog procesa elektroni se prenose duž
respiratornog elektronskog lanca
i dolazi do sinteze
visokoenergetskog fosfatnog jedinjenja, ATP-a (oksidativna-fosforilacija).
Slika 2. (Izgled mitohonddrje)
Svi procesi koji se odvijaju u ćeliji, bilo da su procesi sinteze ili razgradnje, u nekoj od
svojih faza zahtevaju utrošak energije. Hidrolizom ATP-a (adenozin-trifosfata) obezbeđuje se
hemijska energija neophodna za te procese. Od ATP-a se odvaja jedna fosfatna grupa pri
čemu nastaje adenozin-difosfat - ADP. Vremenom se ATP troši i mora biti sintetisan novi
molekul ATP-a. Upravo to obnavljenje ATP-a koje je od suštinskog zanačaja za život ćelije
odigrava se u mitohonrijama.
3
Slika 3. (Nastanak ADM od ATP)
Postoje ćelije sa jednom mitohondrijom i ćelije sa više hiljada mitohondrija. Broj
zavisi od funkcije ćelije. Ukoliko je uloga ćelije prenos nervnih impulsa tu će biti manji broj
mitohondrija nego u mišićnim ćelijama, kojima treba mnogo energije. Zreli eritrociti ih uopšte
ne sadrže, dok metabolički aktivne ćelije, kao npr. ćelije jetre imaju između 1000 i 2000
mitohondrija. Mitohondrije su ustvari organele koje se ponašaju kao digestivni sistem koji
uzima hranljive materije, razlaže ih i oslobađa energiju za ćeliju. Ovaj proces stvaranja
energije poznat je kao
ćelijsko disanje
.
Ćelijsko disanje
Ćelijsko disanje
je katabolički proces u kome se organske materije oksiduju, pri čemu
kao krajnji proizvodi te oksidacije nastaju ugljen-dioksid, voda i energija u obliku molekula
ATP-a. Zbirno jednačina ćelijskog disanja je:
C
6
H
12
O
6
+ 6 O
2
= 6CO
2
+ 6H
2
O + ATP ( energija)
ΔG = -2872 kJ/mol glukoze
Ova velika količina energije se oslobađa u malim porcijama a ne odjednom.
Slika 4. ( Nastanak H2O i oslobađanje
energije)
4
Proces ćelijskog disanja može se podeliti na sledeće faze:
pripremna faza
oksidativna razgradnja šećera ili masti (lipida)
transport elektrona
sinteza ATP-a.
Pripremna faza
Ogleda se u:
razgradnji složenih organskih jedinjenja na prostije
; npr. polisaharidi se
razgrađuju na monosaharide (npr. kod životinja glikogen, a kod biljaka skrob se razgrađuju na
molekule glikoze), a lipidi na glicerin i masne kiseline.
fosforilaciji jedinjenja
koja se tako obogate energijom (povisi im se
energetski nivo) čime se omogućava početak glikolize.
Glikoza se u ovoj fazi prvo prevodi u fruktozu koja se zatim fosforiluje, tako što primi
fosfatnu grupu (P) bogatu energijom i oslobođenu razlaganjem ATP-a:
ATP => ADP + P
Razgradnja ugljenih hidrata (šećera) odvija se u dve faze: glikolizu i Krebsov ciklus.
Oksidativna razgradnja šećera
Glikoliza
Dešava se u citoplazmi ćelije
u odsustvu kiseonika
pa se naziva i anaerobnom fazom
disanja. Sastoji se u razlaganju
fruktoze
(ima 6 C atoma) do 2 molekula pirogrožđane kiseline
(3C atoma). Pri tome se oslobađa energija u obliku
ATP
i
redukovanog koenzima NADH
+
+H
+
.
Slika 7. (Šematski prikaz glikolize)
6
