2.9: Глюкоза і АТФ

Last updated
Save as PDF

Page ID: 56741

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Ф-Д_9КД1ДД ДЕ 298С98Ф19БК 641Д0ФДДДД2ФБЦФД 2Е9А9А5Е4А25592Е6813+зображення_крихіткий+зображення_крихіткий.jpg

Потрібно багато енергії?

Бігти марафон, напевно. Звідки береться ця додаткова енергія? Вуглеводне навантаження - це стратегія, яка використовується спортсменами на витривалість для максимального накопичення енергії у вигляді глікогену в м'язах. Глікоген утворює енергетичний запас, який можна швидко мобілізувати для задоволення раптової потреби в глюкозі, яка потім перетворюється в АТФ через процес клітинного дихання.

Глюкоза і АТФ

Енергонесучі молекули

Ви знаєте, що риба, яку ви їли на обід, містила молекули білка. Але чи знаєте ви, що атоми цього білка могли легко сформувати колір у оці бабки, серце водяної блохи та хвистоподібний хвіст Евглени, перш ніж вони вдарять вашу тарілку як гладкий риб'ячий м'яз? Їжа складається з органічних (вуглецевмісних) молекул, які зберігають енергію в хімічних зв'язках між своїми атомами. Організми використовують атоми харчових молекул для побудови більших органічних молекул, включаючи білки, ДНК та жири (ліпіди), і використовують енергію в їжі для живлення життєвих процесів. Розбиваючи зв'язки в молекулах їжі, клітини виділяють енергію для побудови нових сполук. Хоча деяка енергія розсіюється як тепло при кожній передачі енергії, значна частина її зберігається в новостворених молекулах. Хімічні зв'язки в органічних молекулах є резервуаром енергії, використовуваної для їх виготовлення. Підживлюючись енергією молекул їжі, клітини можуть поєднувати і рекомбінувати елементи життя, утворюючи тисячі різних молекул. Як енергія (незважаючи на деякі втрати), так і матеріали (незважаючи на реорганізацію) переходять від виробника до споживача - можливо, від водорослевих хвостів, до водяних блошиних сердець, до кольорів очей бабки, до риб'ячих м'язів, до вас!

Процес фотосинтезу, який зазвичай починає потік енергії через життя, використовує багато різних видів енергонесучих молекул для перетворення енергії сонячного світла в хімічну енергію і побудови їжі. Деякі молекули носія утримують енергію ненадовго, швидко перекладаючи її, як гарячу картоплю, на інші молекули. Ця стратегія дозволяє виділяти енергію в невеликих контрольованих кількостях. Приклад починається з хлорофілу, зеленого пігменту, присутнього в більшості рослин, який допомагає перетворити сонячну енергію в хімічну енергію. Коли молекула хлорофілу поглинає світлову енергію, електрони збуджуються і «стрибають» на більш високий енергетичний рівень. Потім збуджені електрони підстрибують до серії молекул носіїв, втрачаючи трохи енергії на кожному кроці. Велика частина «втраченої» енергії забезпечує деяку дрібну клітинну задачу, наприклад, переміщення іонів через мембрану або створення іншої молекули. Ще один короткочасний енергоносій, важливий для фотосинтезу, NADPH, тримає хімічну енергію трохи довше, але незабаром «витрачає» її, щоб допомогти побудувати цукор.

Дві найважливіші енергонесучі молекули - глюкоза та аденозинтрифосфат, які зазвичай називають АТФ. Це майже універсальні види палива у всьому живому світі і обидва є ключовими гравцями у фотосинтезі, як показано нижче.

Глюкоза

Молекула глюкози, яка має хімічну формулу C ₆ H ₁₂ O ₆, несе в собі пакет хімічної енергії саме потрібного розміру для транспортування і поглинання клітинами. У вашому організмі глюкоза - це «доставляється» форма енергії, яка переноситься у вашій крові через капіляри до кожної з ваших 100 трильйонів клітин. Глюкоза також є вуглеводом, що виробляється фотосинтезом, і як такий є майже універсальною їжею для життя.

АТП

Молекули АТФ зберігають меншу кількість енергії, але кожен вивільняє потрібну кількість, щоб насправді зробити роботу всередині клітини. Білки м'язових клітин, наприклад, тягнуть один одного з енергією, що виділяється, коли зв'язки в АТФ розриваються (розглянуто нижче). Процес фотосинтезу також робить і використовує АТФ - для отримання енергії для побудови глюкози! АТФ, таким чином, є корисною формою енергії для ваших клітин. АТФ прийнято називати «енергетичною валютою» клітини.

Навіщо потрібна і глюкоза, і АТФ?

Чому рослини просто не роблять АТФ і не роблять з ним? Якби енергія була грошима, АТФ становила б чверть. Досить грошей на експлуатацію паркоміра або пральної машини. Глюкоза була б десятидоларовою купюрою - набагато легше носити з собою в гаманці, але занадто великий, щоб зробити фактичну роботу по оплаті паркування або прання. Подібно до того, як ми знаходимо кілька номіналів грошей корисними, організмам потрібно кілька «номіналів» енергії - менша кількість для роботи всередині клітин, і більша кількість для стабільного зберігання, транспортування та доставки до клітин. (Насправді молекула глюкози становила б близько 9,50 доларів, оскільки за належних умов для кожної молекули глюкози виробляється до 38 АТФ.)

Давайте докладніше розглянемо молекулу АТФ. Хоча він несе менше енергії, ніж глюкоза, його структура більш складна. «А» в АТФ відноситься до більшої частини молекули, аденозину, комбінації азотистої основи і п'ятивуглецевого цукру. «TP» вказує на три фосфати, пов'язані зв'язками, які утримують енергію, фактично використовувану клітинами. Зазвичай розривається лише крайня зв'язок, щоб вивільнити або витратити енергію на клітинну роботу.

Молекула АТФ, показана на малюнку нижче, схожа на акумуляторну батарею: її енергія може використовуватися клітиною, коли вона розпадається на АДФ (аденозиндифосфат) та фосфат, а потім «зношений акумулятор» ADP можна зарядити, використовуючи нову енергію для приєднання нового фосфату та відновлення АТФ. Матеріали підлягають вторинній переробці, але нагадаємо, що енергії немає!

Скільки енергії коштує робити роботу вашого організму? Одна клітина використовує близько 10 мільйонів молекул АТФ в секунду і переробляє всі свої молекули АТФ приблизно кожні 20-30 секунд.

Резюме

Глюкоза - це вуглевод, що виробляється фотосинтезом. Багата енергією глюкоза доставляється через вашу кров до кожної з ваших клітин.
АТФ - це корисна форма енергії для ваших клітин.

Рецензія

Той факт, що всі організми використовують схожі енергоносні молекули, показує один аспект грандіозного «Єдності Життя». Назвіть дві універсальні енергонесучі молекули і поясніть, чому більшості організмів потрібні обидва носії, а не лише один.
Одна клітина використовує близько 10 мільйонів молекул АТФ в секунду. Поясніть, як клітини використовують енергію та переробляють матеріали в АТФ.
АТФ і глюкоза - це обидві молекули, які організми використовують для отримання енергії. Вони схожі на бак автоцистерни, який доставляє газ на АЗС і бензобак, який утримує паливо для автомобіля. Яка молекула схожа на цистерну вантажівки, а яка схожа на бензобак автомобіля? Поясніть свою відповідь.

Зображення	Довідка	Атрибуції
	[Рисунок 1]	Ліцензія: CC BY-NC
	[Рисунок 2]	Кредит: Користувач: Нейротікер/Вікісховище Джерело: Commons.wikimedia.org/wiki/file:alpha-d-glucopyranose.svg Ліцензія: Громадське надбання
	[Рисунок 3]	Кредит: Лаура Герін, використовуючи структуру Користувач:Mysid/Вікісховище Джерело: Фонд CK-12 (структура доступна на Commons.wikimedia.org/wiki/file:ATP_Structure.svg) Ліцензія: CC BY-NC 3.0