2020_Spring_Bis2A_Facciotti_Lecture_12 - علم الأحياء

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.

أهداف التعلم المرتبطة بـ 2020_Spring_Bis2A_Facciotti_Lecture_12

حدد تفاعل الأكسدة والاختزال وحدد تفاعلات الأكسدة والاختزال البيولوجية الشائعة.
إعطاء الأكسدة والاختزالتفاعلتحديد عامل الاختزال ،مؤكسدوكيلات،مركبالتي تتأكسد ، وتقل الأنواع. حدد نوع الإلكترون(ق) "يبدأ"في،وإلى أي الأنواع "يذهب".
اكتب معادلة كيميائية مركبة عند إعطائك تفاعلين أنصاف اختزال.
احسب Δه0’لمنحتفاعل الأكسدة والاختزال باستخدام المعادلة Δه0’ = ه0’(مؤكسد) - إي0’(مختزل)
توقع ما إذا كان النقل الاتجاهي للإلكترونات بين نوعين كيميائيين مروعًا أو طاردًا للطاقة من خلال تطبيق مفهوم إمكانية الأكسدة والاختزال علىمتاحالبيانات.
اربط نوعيًا الاختلاف في إمكانات الأكسدة والاختزال مع دلتا المقابلة من المحتوى الحراري لجيبس.
حدد كل متغير ودوره في المعادلة: ΔG0’= -nFΔE0’.
تحويل بين ΔG0’ و ΔE0’ لمنحتفاعل الأكسدة والاختزال باستخدام المعادلة ΔG0’ = -nFΔE0’.
أخبر قصة طاقة عن تفاعل الأكسدة والاختزاليستخدمحامل الإلكترون NAD + / NADH كالركيزة الثانية في العام البسيطتفاعلمخطط:AH + NAD + -> A + NADH.
حدد NAD + من بنيته الجزيئية وحدد المجموعة الوظيفية المشاركة في وظيفتها كعامل مؤكسد أو مختزل.
قم بإنشاء حجة ديناميكية حرارية لكيفية التحلل المائي لـ ATPيقترنلقيادة ردود الفعل endergonic.
اشرح أهمية مساهمة الماء في تحديد السلبية ΔG0’ من التحلل المائي لرابطة فسفوهيدريد في ATP.

التمثيل الغذائي في BIS2A

يمثل التمثيل الغذائي الخلوي ما يقرب من ثلث منهج BIS2A. سوف تتعلم عن التفاعلات الكيميائية الشائعةترتبطمع تحول اللبنات الجزيئية للحياة وحول الأنماط الأساسية المختلفة لنقل الطاقة التي ستواجهها غالبًا في علم الأحياء. ستصبح قصة الطاقة ونماذج تحدي التصميم المقدمة سابقًا ذات أهمية متزايدة في هذه الوحدات القليلة التالية وما بعدها.

ماذا تعلمنا؟ كيف سترتبط بعملية التمثيل الغذائي؟

لقد ركزنا على تحديد الخصائص الكيميائية للمجموعات الوظيفية البيولوجية الشائعة. بينما نغوص في عملية التمثيل الغذائي ، سيساعدك هذا على التعرف على الطبيعة الكيميائية / تفاعل المركبات التي لم ترها من قبل وأحيانًا حتى التنبؤ بها.
لقد تدربنا على التعرف على الجزيئات وتصنيفها إلى أربع مجموعات وظيفية رئيسية. سيساعدك هذا بينما نناقش كيفية بناء هذه الجزيئات وتفكيكها.
لقد تعلمنا بعض الديناميكا الحرارية الأساسية. يمنحنا هذا مجموعة مشتركة من المفاهيم التي يمكن من خلالها مناقشة ما إذا كان من المحتمل حدوث تفاعل أو عملية كيميائية حيوية ، وإذا كان الأمر كذلك ، في أي اتجاه ومدى السرعة. سيكون هذا أمرًا بالغ الأهمية لأننا نفكر في بعض التفاعلات الرئيسية التي تحدث في عملية التمثيل الغذائي.
لقد تعلمنا وتدربنا على عنوان قصة الطاقة. سيسمح لنا ذلك بدراسة التفاعلات الكيميائية الحيوية الجديدة ومناقشتها بلغة ونهج مشتركين ومتسقينأييعزز أيضًا الدروس التي تعلمناها عن الديناميكا الحرارية.

نظرة عامة على هذا القسم

سوف نقدم مفهومًا مهمًا يسمى تخفيضالقدره وسوف تحصلفرصة استخدام برج الأكسدة والاختزال. هناك أيضًا مناقشة حول كيمياء الأكسدة والاختزال في دليل المناقشة الخاص بك. استخدم كلا المصدرين.
سنقدم لاعبين رئيسيين في التمثيل الغذائي ، ATP و NADH. نتوقع منك التعرف على هياكلها إذا تم عرضها في الامتحان.
سنغطي مسار التمثيل الغذائي تحلل السكر. ضع في اعتبارك أننا نريدك أن تنظر إلى أي رد فعل وتخبرنا بقصة طاقة عن هذا التفاعل. يجب ألا تحاول حفظ هذه المسارات (على الرغم من أنها ستساعدك على تذكر بعض الأشياء ذات الصورة الكبيرة - سنؤكد عليها). غالبًا ما نعطيك المسار كشخصية في الامتحانات. ينتج تحلل السكر 2 ATP عبر عملية تسمى الفسفرة على مستوى الركيزة ، 2 NADH و 2 من مركبات البيروفات.
سنستخدم تفاعلات دورة TCA لإنشاء أمثلة متعددة لقصص الطاقة. ستنتج دورة TCA أيضًا المزيد من ATP و NADH وأكسدة الجلوكوز إلى CO₂.
سننظر في مسار بديل لمسار دورة TCA ، التخمير. هنا ، ولأول مرة ، سنرى استخدام NADH كمتفاعل في تفاعل أيضي.
سوف نتبع NADH حتى نهاية رحلتها ، حيث تتبرع بإلكتروناتها إلى سلسلة نقل الإلكترون (ETC). في هذه الوحدة ، سوف تحتاج إلى استخدام برج الأكسدة والاختزال. ينتج ETC تدرج بروتون. لا يوجد ATPيتم إنشاؤه مباشرةفي هذه العملية. ومع ذلك ، فإن التدرج البروتونيثم يتم استخدامهبواسطة الخلية لتشغيل إنزيم يسمى سينسيز ATP ، والذييحفزرد فعل ADP + Pi -> ATP. ينتج عن هذه الطريقة في إنتاج ATP (تسمى الفسفرة المؤكسدة) إنتاج المزيد من ATP أكثر من إنتاجه من خلال الفسفرة على مستوى الركيزة.
وأخيرًا ، سوف نمر بعملية التمثيل الضوئي.

تفاعلات الأكسدة والاختزال

في هذه الفئة ، معظم تفاعلات الأكسدة / الاختزال التي نناقشها تحدث في المسارات الأيضية (مجموعات متصلة من التفاعلات الأيضية) حيث تستهلك الخلية المركباتمكسورةإلى أجزاء أصغر ثم يعاد تجميعها في جزيئات أكبر.

لنبدأ ببعض ردود الفعل العامة

ينتج عن نقل الإلكترونات بين مركبين فقدان أحد هذين المركبين إلكترونًا ومركبًا واحدًا يكتسب إلكترونًا. على سبيل المثال ، انظر إلى الشكل أدناه. إذا استخدمنا نموذج تقييم قصة الطاقة لإلقاء نظرة على التفاعل الكلي ، فيمكننا مقارنة الخصائص السابقة واللاحقة للمواد المتفاعلة والمنتجات. ماذا يحدث للمادة (الأشياء) قبل وبعد التفاعل؟ مجمعيبدأمحايدة ويصبح مشحونًا بشكل إيجابي. يبدأ المركب B كمحايد ويصبح سالبًا. لأن الإلكتروناتسالبة الشحنة، يمكننا متابعة حركة الإلكترونات من المركب أ إلى ب بالنظر إلى التغير في الشحنة.يخسرإلكترون (يصبح موجب الشحنة) ، ونقول أن أ قد يتأكسد. أكسدةيرتبطمع خسارةإلكترون(س). يكتسب B الإلكترون (يصبح سالبًا) ، ونقول أن B قد انخفض. تخفيضيرتبطمع اكتساب الإلكترونات. نحن نعلم أيضًا ، منذ حدوث شيء ما ، يجب أن تكون الطاقة موجودةتم نقلهو / أو أعيد تنظيمها في هذه العملية وسننظر في ذلك قريبًا.

بعبارة أخرى ، عندما يكون الإلكترون(س)ضائع، أوالجزيءمؤكسد، الإلكترون(ق) يجب بعد ذلكتم الاجتياز بنجاحلجزيء آخر. نقول أن الجزيء الذي يكتسب الإلكترون يصبح انخفاض. *** تفاعلات الأكسدة والاختزالنكونيقترن دائما. سوياهذه التفاعلات المزدوجةمن المعروفك تفاعل الأكسدة والاختزال (وتسمى أيضًا تفاعل أحمر / ثور). ****

فيBis2Aنتوقع منك التعرف على هذه المصطلحات. حاول أن تتعلمها وتعلم كيفية استخدامها في أسرع وقت ممكن- نحنسيستخدم المصطلحات بشكل متكرر ولن يتوفر له الوقت لتعريفها في كل مرة.

تذكر التعاريف:

رد الفعل النصف

لإضفاء الطابع الرسمي على فهمنا المشترك لتفاعلات الأحمر / الثور ، نقدم مفهوم نصف رد الفعل. يتطلب تفاعل أحمر / ثور كامل تفاعلين نصفين. يمكننا التفكير في كل نصف تفاعل على أنه وصف لما يحدث لأحد الجزيئين المتورطين في تفاعل الأحمر / الثور الكامل. نوضح هذا أدناه. في هذا المثال ، يتأكسد المركب AH بواسطة المركب B⁺؛ تتحرك الإلكترونات من AH إلى B.⁺ لتوليد أ⁺ و BH. يمكن لكل رد فعلفكرمن نصف تفاعلات: حيث يتأكسد AH وتفاعل ثان حيث B⁺ يتم تخفيضه إلى BH. هذان رد الفعلمأخوذة في عين الأعتبارمقرون، وهو مصطلح يوضح أن هذين التفاعلين يحدثان معًا في نفس الوقت.

إمكانية التخفيض

من خلال الاتفاقية نقوم بتحليل ووصف تفاعلات الأحمر / الثوربالنسبة إلىإمكانات التخفيض، وهو مصطلح يصف كميًا "قدرة" المركب على اكتساب الإلكترونات. هذه القيمة لإمكانية الخفضيتم تحديدتجريبيا ولكن لالغرض مننفترض في هذه الدورة التدريبية أن القارئ سيقبل أن القيم المبلغ عنها صحيحة بشكل معقول. يمكننا تجسيد إمكانات الاختزال بقول ذلكهو ذات الصلةإلى القوة التي يمكن للمركب من خلالها "جذب" أو "سحب" أو "التقاط" الإلكترونات.ليس من المستغرب هذايرتبط بالسلبية الكهربية ولكنه لا يتطابق معها.

ما هي هذه الخاصية الجوهرية لجذب الإلكترونات؟

المركبات المختلفة ، بناءً على بنيتها وتكوينها الذري ، لها عوامل جذب جوهرية ومميزة للإلكترونات.هذه الجودة تسمىإمكانية التخفيض أو E0’وهي كمية نسبية (نسبة إلى بعض "اساسي" تفاعل). إذا كان لمركب الاختبار "جاذبية" أقوى للإلكترونات من المعيار (إذا تنافس الاثنان ، فإن مركب الاختبار "يأخذ" الإلكترونات من المركب القياسي) ، فإننا نقول إن مركب الاختبار لديه إمكانية تخفيض موجبة يكون حجمها متناسبًا إلى أي مدى "يريد" إلكترونات أكثر من المركب القياسي. القوة النسبية للمركب مقارنة بالمعياريقاسوتم الإبلاغ عنها بوحدات من فولت (V)(يكتب أحيانًا على هيئة إلكترون فولت أو eV) أو مللي فولت(بالسيارات). المركب المرجعي في معظم أبراج الثور الأحمر هو H₂.

مناقشة ملحوظة محتملة نقطة

أعد الصياغة بنفسك: كيف تصف أو تفكر في الفرق بين مفهوم الكهربية وإمكانية الأحمر / الثور؟

برج الثور الأحمر

يمكن لجميع أنواع المركبات المشاركة باللون الأحمر /

ثور

تفاعلات. طور العلماء أداة رسومية لجدولة تفاعلات نصف الأحمر / الثور بناءً على E.₀^' القيم ولمساعدتنا على التنبؤ باتجاه تدفق الإلكترون بين المتبرعين والمقبلين للإلكترون المحتملين. يعتمد ما إذا كان مركب معين يمكن أن يعمل كمتبرع للإلكترون (مختزل) أو متقبل للإلكترون (مؤكسد) بشكل حاسم على المركب الآخر الذي يتفاعل معه. عادةً ما يصنف برج الإلكترون مجموعة متنوعة من المركبات الشائعة (تفاعلاتها النصفية) من معظم E سالب₀^'، المركبات التي تتخلص بسهولة من الإلكترونات ، إلى الموجبة E الأكثر₀^'والمركبات الأكثر احتمالاً لقبول الإلكترونات. بالإضافة إلى ذلك ، كل رد فعل نصف

هو مكتوب

بالاتفاق مع الشكل المؤكسد على اليسار / متبوعًا بالصيغة المختصرة على يمين الشرطة المائلة.
على سبيل المثال ، نكتب نصف رد الفعل لتقليل NAD + إلى NADH:
NAD⁺/ NADH. يسرد البرج أدناه أيضًا عدد الإلكترونات التي

يتم نقلها

في كل رد فعل. على سبيل المثال ، الحد من NAD⁺ ل NADH يتضمن إلكترونين ، مكتوبين في الجدول كـ 2e^-.

يظهر برج إلكتروني كيميائي حيوي

أدناه.

شكل مؤكسد	انخفاضشكل	ن(إلكترونات)	Eo´ (فولت)
PS1 * (ثور)	PS1 * (أحمر)	-	-1.20
أسيتات + كو₂	البيروفات	2	-0.7
فيفيروكسين (ثور) النسخة 1	فيفيروكسين (أحمر) النسخة 1	1	-0.7
سكسينات + كو₂+ 2 ح⁺	أ- كيتوجلوتارات + H.₂ا	2	-0.67
PSII * (ثور)	PSII * (أحمر)	-	-0.67
P840 * (ثور)	PS840 * (أحمر)	-	-0.67
خلات	أسيتالدهيد	2	-0.6
الجلسرات -3 ف	جليسيرالدهيد -3 ف + ح₂ا	2	-0.55
ا₂	ا₂^-	1	-0.45
فيلفيروكسين (ثور) الإصدار 2	فيفيروكسين (أحمر) الإصدار 2	1	-0.43
كو₂	الجلوكوز	24	-0.43
كو₂	فورمات	2	-0.42
2 ح+	ح₂	2	-0.42 (في [H⁺] = 10^-7;الرقم الهيدروجيني = 7) ملاحظة: في [H.⁺] = 1;الرقم الهيدروجيني = 0إن قيمة Eo للهيدروجين تساوي صفرًا. سترى هذا في فصل الكيمياء.
ألفا كيتوجلوتارات + كو₂+ 2 ح⁺	متساوي السيترات	2	-0.38
أسيتو أسيتات	ب-هيدروكسي بوتيرات	2	-0.35
سيستين	سيستين	2	-0.34
بيروفات + كو₂	مالات	2	-0.33
NAD⁺+ 2 ح⁺	NADH + H⁺	2	-0.32
NADP⁺+ 2 ح⁺	NADPH + H⁺	2	-0.32
مجمع أنا FMN (مرتبط بالإنزيم)	FMNH₂	2	-0.3
ليبويكحامض،(ثور)	حمض ليبويك (أحمر)	2	-0.29
1.3 بيسفوسفوجليسيرات + 2 ح⁺	غليسرالدهيد-3-ف + ف_أنا	2	-0.29
الجلوتاثيون (الثور)	الجلوتاثيون (أحمر)	2	-0.23
موضة عابرة⁺ (مجاني) + 2H⁺	FADH₂	2	-0.22
أسيتالدهيد + 2 ح⁺	الإيثانول	2	-0.2
بيروفات + 2 ح⁺	اللاكتات	2	-0.19
أوكسالاسيتات + 2 ح⁺	مالات	2	-0.17
ألفا كيتوجلوتارات + NH₄+	الغلوتامات	2	-0.14
موضة عابرة⁺ + 2 ح⁺ (مقيد)	FADH₂(مقيد)	2	0.003-0.09
الميثيلين الأزرق ، (ثور)	الميثيلينأزرق،(أحمر)	2	0.01
فومارات + 2 ح⁺	سكسينات	2	0.03
CoQ (يوبيكوينون - UQ + H.⁺)	UQH.	1	0.031
جامعة قطر +2 ح⁺	UQH₂	2	0.06
حمض ديهيدرواسكوربيك	حمض الاسكوربيك	2	0.06
بلاستوكينون. (ثور)	بلاستوكينون. (أحمر)	-	0.08
يوبيكوينون. (ثور)	يوبيكوينون. (أحمر)	2	0.1
المجمع الثالث السيتوكروم ب₂؛ Fe³⁺	السيتوكروم ب₂؛ Fe²⁺	1	0.12
Fe³⁺(الرقم الهيدروجيني = 7)	Fe²⁺(الرقم الهيدروجيني = 7)	1	0.20
المجمع الثالث السيتوكروم ج₁؛ Fe³⁺	السيتوكروم ج₁؛ Fe²⁺	1	0.22
السيتوكروم ج ؛ Fe³⁺	السيتوكروم ج ؛ Fe²⁺	1	0.25
المجمع الرابع السيتوكرومأ؛Fe³⁺	السيتوكرومأ؛Fe²⁺	1	0.29
1/2 س₂ + ح₂ا	ح₂ا₂	2	0.3
P840^ع(ثور)	PS840^ع(أحمر)	-	0.33
المجمع الرابع السيتوكروم أ₃؛ Fe³⁺	السيتوكروم أ₃؛ Fe²⁺	1	0.35
فيريسيانيد	فيروسيانيد	2	0.36
السيتوكروم و ؛ Fe³⁺	السيتوكروم و ؛ Fe²⁺	1	0.37
PSI^ع(ثور)	PSI^ع(أحمر)	.	0.37
نترات	النتريت	1	0.42
Fe³⁺(الرقم الهيدروجيني = 2)	Fe²⁺(الرقم الهيدروجيني = 2)	1	0.77
1/2 س₂ + 2 ح⁺	ح₂ا	2	0.816
PSII^ع(ثور)	PSII^ع(أحمر)	-	1.10
* متحمسولاية،بعد امتصاص فوتون من الضوء GS Ground State ،حالةقبل امتصاص فوتون من الضوء PS1: نظام ضوئي أكسجين I P840: مركز تفاعل بكتيري يحتوي على جرثومي كلوروفيل (غير مؤكسد) PSII: نظام ضوئي أكسجين II

فيديو على برج الإلكترون

للحصول على فيديو قصير حول كيفية استخدام برج الإلكترون باللون الأحمر /ثورمشاكلانقر هنا أو أدناه. هذا الفيديو من صنع د. إيسلون لطلاب Bis2A. (هذا هوالى حد كبيرغنيا بالمعلومات.)

ما هي العلاقة بين ΔE0' و ΔG?

يصبح السؤال الآن: كيف نعرف إن وجدمنحرد فعل الأحمر / الثور هو عفوي بقوة أم لا (طارد للطاقة أو مفاجيء) وبغض النظر عن الاتجاه ، ما هو فرق الطاقة الحرة؟ تكمن الإجابة في الاختلاف في إمكانات الاختزال للمركبين. الفرق في احتمال الاختزال للتفاعل أو E0 ' لرد الفعل ، هو الفرق بين E.₀^' ل مؤكسد (المركب الذي يحصل على الإلكترونات ويسبب أكسدة المركب الآخر) و مختزل (المركب الذي يفقد الإلكترونات). في المثال العام أدناه ، AH هو الاختزال و B⁺ هو المؤكسد. تتحرك الإلكترونات من AH إلى B.⁺. باستخدام حرف E.₀^' من -0.32 للمختزل و +0.82 للمؤكسد ، التغيير الكلي في E₀^' أو ΔE0 ' هو 1.14 فولت.

الشكل 3. تفاعل أحمر / ثور عام مع نصف تفاعل مكتوب بـتخفيضالإمكانات (E.₀^') من نصفي ردود الفعلمبين.

التغيير في ΔE₀^' يرتبط بالتغييرات في طاقة جيبس الحرة ، ΔG.بشكل عام أكبير ΔE₀^' يتناسب مع ΔG سالب كبير. ردود الفعل مفرطة وعفوية. لكي يكون التفاعل مفرط الطاقة ، يجب أن يكون للتفاعل تغير سلبي في الطاقة الحرة أو -ΔG، هذا سوف يتوافق مع الإيجابية ΔE₀^'.بمعنى آخر ، متىتتدفق الإلكترونات "منحدرًا" في تفاعل أحمر / ثور من مركب بقدرة اختزال أقل (أكثر سلبية) إلى مركب ثانٍ مع إمكانية اختزال أكبر (أكثر إيجابية) ، فإنها تطلق طاقة حرة. كلما زاد الجهد ، ه₀^'بين المكونين ، كلما زادت الطاقة المتاحة عند حدوث تدفق الإلكترون. في الواقع ، من الممكن تحديد كمية الطاقة المجانية المتاحة. يتم إعطاء العلاقة بواسطة معادلة Nernst:

الشكل 4. تتعلق معادلة نرنست بالطاقة الحرة لتفاعل أحمر / ثور مع الاختلاف في جهد الاختزال بين المنتجات المختزلة للتفاعل والمتفاعل المؤكسد.
الإسناد:مارك ت. فاكيوتي

أين:

نهو عدد مولات الإلكترونات المنقولة
F هو ثابت فاراداي البالغ 96.485 كيلو جول / فولت. أحيانا يكونمعطىبوحدات kcal / V وهي 23.062 kcal / V ، وهي كمية الطاقة (في kJ أو kcal) المنبعثة عندما يمر مول واحد من الإلكترونات من خلال انخفاض محتمل قدره 1فولت

ملحوظة:

ما يجب أن تلاحظه هو أن ΔG و E لهما علاقة عكسية: عندما تكون G موجبة ، تكون E سالبة وعندما تكون G سالبة ، تكون E موجبة. للحصول على مراجعة إضافية ، راجع مناقشة red / ox في دليل مناقشة Bis2A.

مقدمة عن ناقلات الطاقة المتنقلة

ملخص القسم

تتحرك الطاقة وينتقل داخل الخلية بعدة طرق. إحدى الآليات المهمة التي طورتها الطبيعة هي استخدام ناقلات الطاقة الجزيئية القابلة لإعادة التدوير. في حين أن هناك العديد من ناقلات الطاقة الرئيسية القابلة لإعادة التدوير ، فإنها تشترك جميعًا في بعض الميزات الوظيفية المشتركة:

خصائص ناقلات الطاقة الجزيئية الخلوية الرئيسية

نعتقد أن ناقلات الطاقة موجودة في "مجمعات"متوفرةناقلات. يمكن للمرء ، على سبيل المقارنة ، اعتبار ناقلات الطاقة المتنقلة هذه مماثلة لمركبات توصيل ناقلات الطرود - تمتلك الشركة "مجموعة" معينة منمتوفرةالمركبات في أي وقت لالتقاط وتسليم.
يمكن أن يوجد كل ناقل فردي في المجموعة في واحدة من عدة حالات متميزة: إنه كذلكإماتحمل "حمولة" من الطاقة ، حمولة جزئية ، أو "فارغة". الجزيء يمكن أن يتحول بين "محملة" وفارغة وبالتالي يمكنيمكن إعادة تدويرها. مرة أخرى عن طريق القياس ، يمكن أن تكون مركبات التوصيلإماحمل العبوات أو تكون فارغة والتبديل بين هذه الحالات.
التوازن أو النسبة في المجموعة بين الناقلات "المحملة" و "غير المحملة" مهمة للوظيفة الخلوية ،منظمبالخلية ، ويمكن أن تخبرنا في كثير من الأحيان بشيء عن حالة الخلية. وبالمثل ، تحتفظ خدمة نقل الطرود بعلامات تبويب وثيقة حول مدى امتلاء أو تفريغ سيارات التوصيل الخاصة بهم - إذا كانت ممتلئة جدًا ، فقد لا تكون هناك شاحنات "فارغة" كافية لالتقاط طرود جديدة ؛ إذا كانت فارغة جدًا ، يجب ألا تسير الأعمال على ما يرام أو يغلقونها. هناك توازن مناسب لمواقف مختلفة.

في هذه الدورة ، سوف ندرس نوعين رئيسيين من ناقلات الطاقة الجزيئية القابلة لإعادة التدوير: (1) نيوكليوتيدات الأدينين: نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD⁺)قريب قريب ، نيكوتيناميد فوسفات الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NADP⁺)، و فلافين أدينين ثنائي النوكليوتيد (FAD₂⁺) و (2) النوكليوتيدات أحادية وثنائية وثلاثي الفوسفات ، مع إيلاء اهتمام خاص ل ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP). هذين النوعين من الجزيئاتمشاركةفي مجموعة متنوعة من تفاعلات نقل الطاقة. نربط بشكل أساسي نيوكليوتيدات الأدينين بكيمياء الأحمر / الثور والنيوكليوتيدات ثلاثي الفوسفات مع عمليات نقل الطاقة المرتبطة بالتحلل المائي أو تكثيف الفوسفات غير العضوي.

أحمر / ثورحاملات الكيمياء والإلكترون

تؤدي أكسدة أو إزالة إلكترون من جزيء (سواء كان مصحوبًا بإزالة بروتون مصاحب أم لا) إلى تغيير في الطاقة الحرة لذلك الجزيء - تغيرت المادة والطاقة الداخلية والإنتروبيا. وبالمثل ، يؤدي اختزال الجزيء أيضًا إلى تغيير طاقته الحرة. حجم التغيير في الطاقة الحرة واتجاهها (موجب أو سلبي) لتفاعل أحمر / ثور تملي عفوية التفاعل ومقدار الطاقة التي تنقلها. في الأنظمة البيولوجية ، حيث يحدث قدر كبير من نقل الطاقة عبر تفاعلات الأحمر / الثور ، من المهم فهم كيفية حدوث هذه التفاعلاتبوساطةوالنظر في الأفكار أو الفرضيات لسبب ردود الفعل هذهبوساطةفي معظم الأحيان من قبل عائلة صغيرة من ناقلات الإلكترون.

ملاحظة: تحدي التصميم

تعد المشكلة التي تم التلميح إليها في سؤال المناقشة السابق مكانًا رائعًا لتقديم نموذج تقييم تحدي التصميم. إذا كنت تتذكر ، فإن الخطوة الأولى من نموذج التقييم تطلب منك تحديد مشكلة أو سؤال. هنا ، دعنا نتخيل أن هناك مشكلة في تحديد أي من شركات الإلكترون المحمولة أدناه ساعدت الطبيعة في حلها.

*** تذكر أن التطور لا يمثل حلولًا للمهندس المتقدم للمشكلات ، ولكن في وقت لاحق ، يمكننا استخدام خيالنا ومنطقنا لاستنتاج أن ما نراه محفوظًا بالانتقاء الطبيعي يوفر ميزة انتقائية ، لأن الابتكار الطبيعي "حل" مشكلة هذا النجاح المحدود. ***

تحدي التصميم لناقلات الأحمر / الثور

ما كانت مشكلة(ق) أن تطور ناقلات الإلكترون المتنقلة ساعد في حلها؟
تطلب منك الخطوة التالية من تحدي التصميم تحديد معايير الحلول الناجحة. ما هي معايير النجاح في المشكلة التي حددتها؟
تطلب منك الخطوة 3 في تحدي التصميم تحديد الحلول. حسنًا ، لقد حددت الطبيعة بعضًا لنا - نأخذ في الاعتبار ثلاثة في القراءة أدناه. يبدو أن الطبيعة سعيدة بوجود حلول متعددة لهذه المشكلة.
تطلب منك الخطوة قبل الأخيرة من نموذج تقييم تحدي التصميم اختبار الحلول المقترحة وفقًا لمعايير النجاح. هذا يجب أن يجعلك تفكر / تناقش سبب وجود العديد من ناقلات الإلكترون المختلفة. هل هناك معايير مختلفة للنجاح؟ هل كل منهما يحل مشاكل مختلفة قليلاً؟ ماذا تعتقد؟ كن على اطلاع بينما نمر بعملية التمثيل الغذائي بحثًا عن أدلة.

NAD+/ ح و FADH / ح2

في الأنظمة الحية ، تعمل فئة صغيرة من المركبات كمكوكات إلكترونية: فهي تربط الإلكترونات وتحملها بين المركبات في مسارات أيضية مختلفة. حوامل الإلكترون الرئيسية التي سننظر فيها مشتقة من مجموعة فيتامين ب والنيوكليوتيدات. يمكن أن تتقلص هذه المركبات (أي أنها تقبل الإلكترونات) أو تتأكسد (تفقد الإلكترونات) اعتمادًا على إمكانات الاختزال لمتبرع أو متقبل للإلكترون محتمل أنها قد تنقل الإلكترونات إلى ومن عند. نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD⁺) (نعرض الهيكل أدناه) مشتق من فيتامين ب₃النياسين. NAD⁺ هو الشكل المؤكسد للجزيء ؛ NADH هو الشكل المختزل للجزيء بعد أن يقبل إلكترونين وبروتون (وهما معًا ما يعادل ذرة هيدروجين مع إلكترون إضافي).

نتوقع منك حفظ شكلي NAD⁺/ NADH ، تعرف على الشكليتأكسدوالتييتم تقليله، وتكون قادرة على التعرف على أي شكل على الفور في تفاعل كيميائي.

NAD⁺ يمكن أن يقبل الإلكترونات من جزيء عضوي وفقًا للمعادلة العامة:

وهنا بعض مراجعة المفردات: عند الإلكتروناتتم اضافتهمإلى مركب ، نقولالمجمع كانانخفاض. مركب يقلل (يتبرع بالإلكترونات) لآخريسمىأ الحد من وكيل. في المعادلة أعلاه ، RH هو عامل مختزل ، و NAD⁺ يصبح مختزلًا إلى NADH. عندما تترك الإلكترونات مركبًا ، يتأكسد. مركب يؤكسد آخريسمىا عامل مؤكسد. في المعادلة أعلاه ، NAD⁺ هو عامل مؤكسد ، ويتأكسد RHإلى R. بعبارة أخرى ، يتأكسد عامل الاختزال ويتم تقليل العامل المؤكسد.

تحتاج إلى الحصول على هذا! سنقوم (أ) باختبار قدرتك على القيام بذلك تحديدًا (كأسئلة "سهلة") ، و (ب) سنستخدم المصطلحاتمع توقع ذلكأنت تعرف ما تعنيه ويمكنك ربطها بالتفاعلات البيوكيميائية بشكل صحيح (في الفصل وفي الاختبارات).

ستواجه أيضًا نوعًا آخر من NAD⁺، NADP⁺. إنه مشابه جدًا من الناحية الهيكلية لـ NAD⁺، لكنها تحتوي على مجموعة فوسفات إضافية وتلعب دورًا مهمًا في التفاعلات الابتنائية ، مثل التمثيل الضوئي. حامل إلكترون آخر قائم على النوكليوتيدات ستواجهه أيضًا في هذه الدورة التدريبية وما بعدها ، وهو فلافين أدينين ثنائي النوكليوتيد (FAD⁺) ، مشتق من فيتامين ب₂، ويسمى أيضًا الريبوفلافين. شكله المصغر هو FADH₂. تعلم كيفية التعرف على هذه الجزيئات كحاملات للإلكترون.

شكل 1. الشكل المؤكسد لحامل الإلكترون (NAD⁺)معروضعلى اليسار ، والصيغة المختصرة (NADH)معروضعلى اليمين. تحتوي القاعدة النيتروجينية في NADH على أيون هيدروجين واحد وإلكترونين أكثر من NAD⁺.

تستخدم الخلية NAD + "لسحب" الإلكترونات من المركبات و "حملها" إلى مواقع أخرى داخل الخلية ؛هكذانسميها حامل الإلكترون. العديد من عمليات التمثيل الغذائي التي سنناقشهاهذهفئة تنطوي على NAD(ص)⁺/ H مركبات. على سبيل المثال ، في شكله المؤكسد ، NAD⁺ يستخدم كمتفاعل في تحلل السكر ودورة TCA ، بينما في شكله المختزل (NADH) ، فهو متفاعل في تفاعلات التخمير وسلاسل نقل الإلكترون (ETC). سنناقش كل من هذه العمليات في وحدات لاحقة.

قصة طاقة لتفاعل أحمر / ثور

***كقاعدةالإبهام ، عندما نرى NAD + / H كمفاعل أو منتج ، فإننا نعلم أننا ننظر إلى تفاعل أحمر / ثور. ***

عندما يكون NADH منتجًا و NAD⁺ متفاعل ، ونحن نعلم أن NAD⁺ قد انخفض (تشكيل NADH) ؛وبالتالي، يجب أن يكون المتفاعل الآخر هو المتبرع للإلكترون وأصبح مؤكسدًا. والعكس صحيح أيضا. إذا أصبح NADH NAD⁺، ثم يجب أن يكون المتفاعل الآخر قد اكتسب الإلكترون من NADH وأصبح مختزلًا.

الشكل 2. يوضح هذا التفاعل تحويل البيروفات إلى حمض اللاكتيك إلى جانب تحويل NADH إلى NAD⁺. المصدر: https://en.wikibooks.org/wiki/Structural_Biochemistry/Enzyme/sequential_reactions

في الشكل أعلاه ، نرى البيروفات يصبح حمض اللاكتيك ، إلى جانب تحويل NADH إلى NAD⁺. LDH يحفز هذا التفاعل. باستخدام "قاعدة التجربة" أعلاه ، نصنف رد الفعل هذا على أنه تفاعل أحمر / ثور. NADH هو الشكل المصغر لحامل الإلكترون ، ويتم تحويل NADH إلى NAD⁺. ينتج عن هذا النصف من التفاعلأكسدة الإلكترونالناقل. يتم تحويل البيروفات إلى حمض اللاكتيك في هذا التفاعل. كلا السكرياتسالبة الشحنة، لذلك سيكون من الصعب معرفة المركب الأقل انخفاضًا باستخدام شحنات المركبات. ومع ذلك ، فإننا نعلم أن البيروفات قد تم تقليله لتكوين حمض اللاكتيك ، لأنيقترن هذا التحويللأكسدة NADH إلى NAD⁺. ولكن كيف يمكننا معرفة أن حمض اللاكتيك أقل من البيروفات؟ الجواب هو النظر إلى روابط الكربون والهيدروجين في كلا المركبين. عندما تنتقل الإلكترونات ، فإنهاغالبا ما تكون مصحوبةبواسطة ذرة الهيدروجين. يحتوي البيروفاتما مجموعهثلاثة روابط C-H ، بينما يحتوي حمض اللاكتيك على أربع روابط C-H. عندما نقارن هذين المركبين في الحالات السابقة واللاحقة ، نرى أن حمض اللاكتيك يحتوي على رابطة C-H أخرى ؛ لذلك ، يتم تقليل حمض اللاكتيك أكثر من البيروفات. هذا صحيح بالنسبة للمركبات المتعددة. على سبيل المثال ، في الشكل أدناه ، يجب أن تكون قادرًا على ترتيب المركبات من الأكثر إلى الأقل مخفضة باستخدام روابط C-H كدليل لك.

الشكل 3. أعلاه هي سلسلة من المركبات مما يمكنيتم ترتيبهاأو إعادة تنظيمها من الأكثر إلى الأقل انخفاضًا. قارن عدد روابط C-H في كل مركب. لا يحتوي ثاني أكسيد الكربون على روابط C-H وهو أكثر أشكال الكربون المؤكسدة التي سنناقشها في هذه الفئة. إجابة:الالأكثر اختزالًا هو الميثان (المركب 3) ، ثم الميثانول (4) ، والفورمالديهايد (1) ، وحمض الكربوكسيل (2) ، وأخيراً ثاني أكسيد الكربون (5).

الشكل 4. يظهر رد الفعل هذا تحويل G3P ، NAD⁺، و ص_أنافي NADH و 1،3-BPG. هذا رد الفعلمحفزًاعن طريق نازعة هيدروجين الغليسيرالدهيد -3 فوسفات.

قصة الطاقة لرد الفعلمحفزًابواسطة نازعة هيدروجين غليسرالديهيد -3 فوسفات:

دعنا نصنع قصة طاقة للتفاعل أعلاه.

أولاً ، دعونا نصنف المتفاعلات والمنتجات. المواد المتفاعلة هي glyceraldehyde-3-phosphate (مركب كربون) ، P_أنا (الفوسفات غير العضوي) و NAD⁺. تدخل هذه المواد المتفاعلة الثلاثة تفاعلًا كيميائيًا لإنتاج منتجين ، NADH و 1،3-بيسفوسفوجليسيرات. إذا نظرت عن كثب ، يمكنك أن ترى أن 1،3-BPG تحتوي على اثنين من الفوسفات. هذا مهم لأن التفاعل الكيميائي يجب ألا يفقد كتلة بين بدايته ونهايته. هناك نوعان من الفوسفات في المواد المتفاعلة ، لذلك يجب أن يكون هناك نوعان من الفوسفات في المنتجات (حفظ الكتلة!). يمكنك مضاعفة التحقق منإمساك الدفاترمن الكتلة لجميع الذرات الأخرى. يجب أيضًا جدولة بشكل صحيح. إنزيم يسمى نازع الهيدروجين glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenas الذي يحفز هذا التفاعل. التغيير القياسي للطاقة الحرة لهذا التفاعل هو 6.3 كيلو جول / مول ، لذلك في ظل الظروف القياسية ، يمكننا القول أن الطاقة الحرة للمنتجات أعلى من تلك الخاصة بالمواد المتفاعلة وأن هذا التفاعل ليس تلقائيًا في ظل الظروف القياسية.

ماذا يمكننا أن نقول عن رد الفعل هذا عندمامحفزًاعن طريق نازعة هيدروجين الغليسيرالديهيد -3 فوسفات؟

هذا رد فعل أحمر / ثور. نحن نعلم ذلك لأننا أنتجنا ناقل إلكترون مخفض (NADH) كمنتج و NAD⁺ متفاعل. من أين أتى الإلكترون ليصنع NADH؟ يجب أن يكون الإلكترون قد أتى من المتفاعل الآخر (مركب الكربون).

ATP

مركب كيميائي مهم هو الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP). يتمثل الدور الخلوي الرئيسي لـ ATP في كونه جهاز نقل طاقة "قصير المدى" للخلية. تفاعلات التحلل المائي التي تحرر واحدًا أو أكثر من فوسفات ATP هي تفاعلات طاردة للطاقة والعديد والعديد من البروتينات الخلوية قد تطورت لتتفاعل مع ATP بطرق تساعد على تسهيل نقل الطاقة من التحلل المائي إلى عدد لا يحصى من الوظائف الخلوية الأخرى. بهذه الطريقة ، يُطلق على ATP غالبًا "عملة الطاقة" للخلية: فهي تمتلك قيمًا ثابتة بشكل معقول من الطاقة لنقلها إلى نفسها أو منها ويمكنها تبادل تلك الطاقة بين العديد من المتبرعين والمقبلين المحتملين. سنرى العديد من الأمثلة على ATP "أثناء العمل" في الخلية ، لذا ابحث عنها. كما تراهم ، حاول أن تفكر فيهم كأمثلة وظيفية لاستخدامات الطبيعة لـ ATPيمكنكتوقعلنرى في رد فعل أو سياق آخر.

هيكل ووظيفة ATP

فيقلب ATP هو النيوكليوتيدات المسمى Adenosine monophosphate (AMP). مثل النيوكليوتيدات الأخرى ،يتكون AMPمن قاعدة نيتروجينية (جزيء أدينين) مرتبطة بجزيء ريبوز ومجموعة فوسفات واحدة. تؤدي إضافة مجموعة فوسفات ثانية إلى هذا الجزيء الأساسي إلى تكوين ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP) ؛ تشكل إضافة مجموعة فوسفات ثالثة أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP).

شكل 1. يحتوي ATP (أدينوسين ثلاثي الفوسفات) على ثلاث مجموعات فوسفات يمكنها ذلكيتم إزالتهعن طريق التحلل المائي لتشكيل ADP (ثنائي فوسفات الأدينوزين) أو AMP (أحادي فوسفات الأدينوزين).

ال الفسفرة (أو تكثيف مجموعات الفوسفات على AMP) هو عملية مفعمة بالحيوية.على النقيض من ذلك ، فإنالتحلل المائي لمجموعة واحدة أو مجموعتين من الفوسفات من ATP ، وهي عملية تسمى نزع الفسفرة، هو طاقة. لماذا ا؟ لنتذكر أن المصطلحين endergonic و exergonic يشيران إلى علامة الاختلاف في الطاقة الحرة للتفاعل بين المنتجات والمواد المتفاعلة ، ΔG. نحن هنا نخصص صراحة اتجاهًا للتفاعل ، إما تجاه الفسفرة أو نزع الفسفرة للنيوكليوتيدات. في تفاعل الفسفرة ، المتفاعلات هي النيوكليوتيدات والفوسفات غير العضوي بينما المنتجات عبارة عن نيوكليوتيدات فسفرة وماء. في تفاعل نزع الفسفرة / التحلل المائي ، تكون المواد المتفاعلة عبارة عن نيوكليوتيدات فسفرة وماء بينما المنتجات عبارة عن فوسفات غير عضوي ونيوكليوتيد مطروحًا منه فوسفات واحد.

نظرًا لأن طاقة جيبس الحرة هي وظيفة حالة ، فلا يهم كيف يحدث التفاعل ؛ ما عليك سوى التفكير في حالات البداية والنهاية. كمثال ، دعنا نفحص التحلل المائي لـ ATP. تتميز المواد المتفاعلة ATP والماء بتركيبتها الذرية وأنواع الروابط بين الذرات المكونة لها. يمكننا ربط بعض الطاقة المجانية بكل من الروابط والتكوينات الممكنة لها — وبالمثل بالنسبة للمنتجات. إذا فحصنا التفاعل من وجهة نظر المنتجات والمواد المتفاعلة وسألنا "كيف يمكننا إعادة تجميع الذرات والروابط في المواد المتفاعلة للحصول على النواتج؟" ، نجد أنه يجب كسر رابطة الفوسفوهيدريد بين الأكسجين والفوسفور في يجب كسر رابطة ATP ، وهي رابطة بين الأكسجين والهيدروجين في الماء ، ويجب إنشاء رابطة بين OH (التي جاءت من انقسام الماء) والفوسفور (من PO3-2 المحررة) ، ويجب أن تكون الرابطة تشكلت بين H (المشتق من انقسام الماء) والأكسجين الطرفي على النيوكليوتيدات الفسفورية. إن مجموع الطاقات المرتبطة بكل عمليات إعادة ترتيب الروابط (بما في ذلك تلك المرتبطة مباشرة بالمياه) هي التي تجعل هذا التفاعل مفرطًا. يمكننا إجراء تحليل مماثل مع رد الفعل العكسي.

هل هناك شيء خاص حول الروابط المحددة التي تدخل في هذه الجزيئات؟ تم عمل الكثير في نصوص مختلفة حول أنواع الروابط بين فوسفات ATP. بالتأكيد ، تساعد خصائص الروابط في ATP في تحديد الطاقة والتفاعلية الحرة للجزيء. ومع ذلك ، في حين أنه من المناسب تطبيق مفاهيم مثل كثافة الشحنة وتوافر هياكل الرنين على هذه المناقشة ، فإن خبب هذه المصطلحات كـ "تفسير" دون فهم شامل لكيفية تأثير هذه العوامل على الطاقة الحرة للمتفاعلات هو نوع خاص من التلويح باليد الذي لا يجب أن ننخرط فيه. لم يكن لدى معظم طلاب BIS2A أي كيمياء جامعية وأولئك الذين من غير المحتمل أن يكونوا قد ناقشوا هذه المصطلحات بأي طريقة ذات معنى. لذا ، فإن شرح العملية باستخدام الأفكار المذكورة أعلاه يعطي فقط إحساسًا زائفًا بالفهم ، ويعطي بعض الصفات الغامضة لـ ATP وروابطه "الخاصة" التي لا توجد ، ويصرف الانتباه عن النقطة الحقيقية: تفاعل التحلل المائي هو طاقة مفرطة بسبب خواص ATP و أيضًا بسبب الخواص الكيميائية للماء وخواص نواتج التفاعل. بالنسبة لهذه الفئة ، يكفي أن نعرف أن الكيميائيين الفيزيائيين المتخصصين لا يزالون يدرسون عملية التحلل المائي لـ ATP في المحلول وفي سياق البروتينات وأنهم ما زالوا يحاولون حساب المكونات الأساسية للحرارة والانتروبيا للطاقات الحرة للمكونات. سنحتاج فقط إلى قبول درجة معينة من الجهل الكيميائي الميكانيكي والاكتفاء بوصف الخصائص الديناميكية الحرارية الإجمالية. هذا الأخير كافٍ تمامًا لإجراء مناقشات عميقة حول البيولوجيا ذات الصلة.

سندات "عالية الطاقة"

ماذا عن مصطلح "السندات عالية الطاقة" الذي كثيرًا ما نسمعه مرتبطًا بـ ATP؟ إذا لم يكن هناك شيء "خاص" بشأن الروابط في ATP ، فلماذا نسمع دائمًا مصطلح "روابط عالية الطاقة" المرتبطة بالجزيء؟ الجواب بسيط بشكل مخادع. في علم الأحياء ، يستخدم مصطلح "رابطة عالية الطاقة" لوصف تفاعل طارد للطاقة يتضمن التحلل المائي للرابطة المعنية والذي ينتج عنه تغير "كبير" سلبي في الطاقة الحرة. تذكر أن هذا التغيير في الطاقة الحرة لا يتعلق فقط بالرابطة المعنية بل يتعلق بمجموع كل عمليات إعادة ترتيب الروابط في التفاعل. ما الذي يشكل تغييرا كبيرا؟ إنها مهمة تعسفية إلى حد ما ترتبط عادةً بكمية من الطاقة المرتبطة بأنواع التفاعلات الابتنائية التي نلاحظها عادةً في علم الأحياء. إذا كان هناك شيء مميز حول الروابط في ATP ، فهو ليس مرتبطًا بشكل فريد بالطاقة الحرة للتحلل المائي ، حيث توجد الكثير من الروابط الأخرى التي ينتج عن التحلل المائي فيها اختلافات سلبية أكبر في الطاقة الحرة.

الشكل 2. يمكن مقارنة الطاقة الحرة للتحلل المائي لأنواع مختلفة من الروابط بتلك الموجودة في التحلل المائي لـ ATP. مصدر: http://bio.libretexts.org/Core/Biochemistry/Oxidation_and_Phosphorylation/ATP_and_Oxidative_Phosphorylation/Properties_of_ATP

الجدول 1. جدول الجزيئات الخلوية المُفسفرة الشائعة وطاقاتها الحرة للتحلل المائي.

رابط خارجي يناقش الطاقة اللازمة لاقتران التحلل المائي لـ ATP بتفاعلات أخرى

مناقشة ملحوظة محتملة نقطة

لقد قرأت للتو عن جزيئين مهمين: NADH / NAD + و ATP. في أي سياقات / عملية بيولوجية تتوقع أن ترى NADH / NAD +؟ ماذا عن ATP؟ هل يمكنك ذكر ما تعرفه حتى الآن عن العلاقة بين NADH / NAD + و ATP؟ توقف لحظة لتحديد أي فجوات في الفهم قد تكون لديك - ما هي الأسئلة التي تبقى لديك بعد قراءة النص؟ ساعد زملائك في طرح أسئلتهم / مناقشاتهم لتعزيز معرفتك!

ركوب الدراجات في أحواض ATP

تقديرات عدد جزيئات ATP في نطاق خلية بشرية نموذجية من ~ 3x10⁷ (~ 5x10^-17 moles ATP / cell) في خلية دم بيضاء حتى 5x10⁹ (~ 9x10^-15 moles ATP / cell) في خلية سرطانية نشطة. في حين أن هذه الأرقام قد تبدو كبيرة ومذهلة بالفعل ، ضع في اعتبارك أنه من المقدر أن يتحول هذا التجمع من ATP (يصبح ADP ثم يعود إلى ATP) 1.5 × في الدقيقة. يؤدي توسيع هذا التحليل إلى تقدير أن معدل الدوران اليومي هذا يعادل تقريبًا وزن جسم واحد من ATP يتم تدويره يوميًا.بمعنى ، إذا لم يحدث دوران / إعادة تدوير لـ ATP ، فسيحتاج جسم الإنسان إلى وزن واحد من ATP ليعمل ، ومن هنا وصفنا السابق لـ ATP بأنه جهاز نقل طاقة "قصير المدى" للخلية.

بينما يمكن إعادة تدوير مجموعة ATP / ADP ، يتم أيضًا نقل بعض الطاقة التي يتم نقلها في العديد من التحويلات بين ATP و ADP والجزيئات الحيوية الأخرى إلى البيئة. من أجل الحفاظ على مجمعات الطاقة الخلوية ، يجب أن تنتقل الطاقة من البيئة أيضًا. من اين تاتي هذه الطاقة؟ تعتمد الإجابة كثيرًا على مكان توفر الطاقة والآليات التي طورتها الطبيعة لنقل الطاقة من البيئة إلى الناقلات الجزيئية مثل ATP. ومع ذلك ، في جميع الحالات تقريبًا ، تطورت آلية النقل لتشمل شكلاً من أشكال كيمياء الأكسدة والاختزال.

في هذا والأقسام التالية ، نحن مهتمون بتعلم بعض الأمثلة الهامة لنقل الطاقة من البيئة ، والأنواع الرئيسية للكيمياء والتفاعلات البيولوجية المشاركة في هذه العملية ، والتفاعلات البيولوجية الرئيسية والمكونات الخلوية المرتبطة بتدفق الطاقة بين أجزاء مختلفة من نظام المعيشة. نحن نركز أولاً على التفاعلات المتضمنة في (إعادة) توليد ATP في الخلية (ليس تلك التي تشارك في تكوين النيوكليوتيدات بحد ذاتها بل تلك المرتبطة بنقل الفوسفات إلى AMP و ADP).

رابط الفيديو

لمنظور آخر - بما في ذلك الأماكن التي سترى ATP في Bis2a ، ألق نظرة على هذا الفيديو (10 دقائق) بالنقر هنا.

كيف تولد الخلايا ATP؟

ظهرت مجموعة متنوعة من الآليات على مدى 3.25 مليار سنة من التطور لإنشاء ATP من ADP و AMP. غالبية هذه الآليات عبارة عن تعديلات على موضوعين: التوليف المباشر لـ ATP أو التوليف غير المباشر لـ ATP بآليتين أساسيتين تعرفان على التوالي باسم سالفسفرة على مستوى الركيزة (SLP) و الفسفرة التأكسدية. تعتمد كلتا الآليتين على التفاعلات الكيميائية الحيوية التي تنقل الطاقة من بعض مصادر الطاقة إلى ADP أو AMP لتخليق ATP. هذه الموضوعات جوهرية ، لذا ستتم مناقشتها بالتفصيل في الوحدات القليلة القادمة.