Основным способом получения АТФ в клетке является окислительное фосфорилирование , протекающее в структурах внутренней мембраны митохондрий. При этом энергия атомов водорода молекул НАДН и ФАДН 2 , образованных в гликолизе, ЦТК, окислении жирных кислот,в ходе окислительно-восстановительных процессов преобразуется в энергию связей АТФ.

Однако также есть другой способ фосфорилирования АДФ до АТФ – субстратное фосфорилирование . Этот способ связан спередачей энергии макроэргической связи какого-либо вещества (субстрата) на АДФ. К таким веществам относятся:

1. метаболиты гликолиза (1,3-дифосфоглицерат ,фосфоенолпируват ),

   метаболиты цикла трикарбоновых кислот (сукцинил-КоА ) и

   креатинфосфат .

Пируват окисляется до ацетил-КоА.

Пировиноградная кислота (ПК, пируват) является продуктом окисления глюкозы и некоторых аминокислот. Ее судьба различна в зависимости от доступности кислорода в клетке. Ванаэробных условиях она восстанавливается домолочной кислоты . Ваэробных условиях пируват симпортом с ионами Н + , движущимися по протонному градиенту, проникает в митохондрии. Здесь происходит его превращение в ацетил-коэнзим А (ацетил-КоА ) с помощьюпируватдегидрогеназного мульферментного комплекса.

Пируватдегидрогеназный мульферментный комплекс

Суммарное уравнение окисления пировиноградной кислоты

Пируватдегидрогеназный мульферментный комплекс расположен в матриксе митохондрий эукариотов. Состоит у человека из96 субъединиц , организовавнных в три функциональных белка. Гигантское образование, имеет50 нм в диаметре, что впять раз!!! больше, чемрибосома .

Процесс проходит пять последовательных реакций, в которых принмает участие 5 коферментов:

Пируватдегидрогеназа (Е 1 , ПК-дегидрогеназа), коферментом служиттиаминдифосфат (ТДФ), катализирует 1-ю реакцию.

Дигидролипоил трансацетилаза (в русскоязычной литературе встречаются названия -дигидролипоат-ацетилтрансфераза илипоамид редуктаза трансацетилаза (Е 2), кофермент -липоевая кислота , катализирует 2-ю и 3-ю реакции.

Дигидролипоил дегидрогеназа (дигидролипоат-дегидрогеназа) (Е 3), кофермент –ФАД , катализирует 4-ю и 5-ю реакции.

Помимо указанных коферментов, которые прочно связаны с соответствующими ферментами, в работе комплекса принимают участие коэнзим А иНАД .

Суть первых трех реакций сводится к декарбоксилированию пирувата (катализируется пируватдегидрогеназой, Е 1), окислению пирувата до ацетила и переносу ацетила на коэнзим А (катализируетсядигидролипоил трансацетилазой , Е 2).

Реакции синтеза ацетил-sКоА

Оставшиеся 2 реакции необходимы для окисления дигидролипоата обратно в липоат с образованием ФАДН 2 и восстановления НАДН (катализируютсядигидролипоил дегидрогеназой , Е 3).

Реакции образования надн Регуляция пируватдегидрогеназного комплекса

Регулируемым ферментом ПВК-дегидрогеназного комплекса является первый фермент – пируватдегидрогеназа (Е 1). Этому служат два вспомогательных фермента –киназа ифосфатаза, обеспечивая еефосфорилирования идефосфорилирования .

Киназа активируется при избытке конечного продукта биологического окисленияАТФ и продуктов ПВК-дегидрогеназного комплекса –НАДН иацетил-КоА . Активная киназа фосфорилирует пируватдегидрогеназу и инактивирует ее.

Фермент фосфатаза , активируясь ионамикальция или гормономинсулином , дефосфорилирует и активирует пируватдегидрогеназу.

О СУТИ РАБОТ ГЕОРГИЯ ПЕТРАКОВИЧА ДОЛЖЕН ЗНАТЬ КАЖДЫЙ! ТЕРМОЯДЕР В КЛЕТКЕ Приведу полностью интервью с Георгием Петраковичем, опубликованное в журнале "Чудеса и приключения" № 12 за 1996 г., стр. 6-9. Специальный корреспондент журнала Вл. Иванов встретился с действительным членом Русского физического общества, врачом-хирургом Георгием Николаевичем Петраковичем, опубликовавшим сенсационные работы о термоядерных реакциях, происходящих в живых организмах, и превращениях в них химических элементов. Это намного фантастичнее самых смелых опытов алхимиков. Беседа посвящена подлинному чуду эволюции, главному из чудес живой природы. Мы не во всем согласны с автором смелой гипотезы. В частности, будучи материалистом, он, как нам кажется, исключает духовное начало из тех процессов, где оно, по всей видимости, должно присутствовать. Но все же гипотеза Г. Петраковича заинтересовала нас, потому что она пересекается с работами академика В. Казначеева о "холодном термояде" в живой клетке. Одновременно гипотеза перекидывает мостик к понятию ноосферы. В. Вернадского, указывая на источник, непрерывно подпитывающий ноосферу энергией. Гипотеза интересна и тем, что прокладывает научные пути к объяснению ряда загадочных явлений, таких как ясновидение, левитация, иридодиагностика и других. Мы просим извинить нас за некоторую ученую сложность беседы для неподготовленного читателя. Сам материал, к сожалению, по характеру своему не может быть подвержен значительному упрощению. КОРРЕСПОНДЕНТ. Сначала суть, соль чуда, несовместимого, казалось бы, с представлениями о живых организмах... Что за странная сила действует в нас, в клетках нашего тела? Все напоминает детективную историю. Сила эта была известна, если можно так выразиться, в другом качестве. Она действовала инкогнито, как бы под маской. Про нее говорили и писали так: ионы водорода. Вы поняли и назвали ее иначе: протоны. Это те же ионы водорода, голые ядра его атомов, заряженные положительно, но это одновременно и элементарные частицы. Биофизики не заметили, что Янус двулик. Не так ли? Можно об этом подробнее? Г.Н. ПЕТРАКОВИЧ. Живая клетка получает энергию в результате обычных химических реакций. Так считала наука о клеточной биоэнергетике. Как всегда, в реакциях принимают участие электроны, именно их переходы обеспечивают химическую связь. В мельчайших "пузырьках" неправильной формы - митохондриях клетки - происходит окисление с участием электронов. Это постулат биоэнергетики. Вот как представляет этот постулат ведущий биоэнергетик страны академик РАН В.П. Скулачев: "Чтобы поставить эксперимент по использованию ядерной энергии, природе пришлось создать человека. Что же касается внутриклеточных механизмов энергетики, то они извлекают энергию исключительно из электронных превращений, хотя энергетический эффект здесь неизмеримо мал по сравнению с термоядерными процессами." "Исключительно из электронных превращений..." Это заблуждение! Электронные превращения - это химия, и только. Именно термоядерные реакции лежат в основе клеточной биоэнергетики, и именно протон, он же ион водорода - тяжелая заряженная элементарная частница - является главным участником всех этих реакций. Хотя, разумеется, и электрон принимает определенное, и даже важное участие в этом процессе, но в иной роли, совершенно отличной от роли, предписанной ему учеными специалистами. И что самое удивительное: чтобы доказать все это, не надо, оказывается, проводить какие-либо сложные изыскания, исследования. Все лежит на поверхности, все представлено в тех же самых неоспоримых фактах, наблюдениях, которые сами же ученые и добыли своими тяжкими трудами. Надо лишь непредвзято и углубленно поразмышлять над этими фактами. Вот неоспоримый факт: известно, что протоны "выбрасываются" из митохондрий (термин широко используется специалистами, и в нем звучит пренебрежение к этим трудягам-частицам, словно речь идет об отходах, "мусоре") в пространство клетки (цитоплазму). Протоны движутся в нем однонаправлено, то есть никогда не возвращаются назад, в отличие от броуновского движения в клетке всех других ионов. И движутся они в цитоплазме с огромной скоростью, превышающей скорость движения любых других ионов во много тысяч раз, Ученые никак не комментируют это наблюдение, а задуматься над ним следовало бы серьезно. Если протоны, эти заряженные элементарные частицы, движутся в пространстве клетки с такой огромной скоростью и "целенаправленно", значит, в клетке есть какой-то механизм их ускорения. Несомненно, механизм ускорения находится в митохондрий, откуда изначально с огромной скоростью и "выбрасываются" протоны, но вот какого он характера... Тяжелые заряженные элементарные частицы, протоны, могут ускоряться только в высокочастотном переменном электромагнитном поле - в синхрофазотроне, например. Итак, молекулярный синхрофазотрон в митохондрий? как ни покажется странным, да: сверхминиатюрный природный синхрофазотрон находится именно в крохотном внутриклеточном образовании, в митохондрий! Протоны, попав в высокочастотное переменное электромагнитное поле, на все время пребывания в этом поле утрачивают свойства химического элемента водорода, но зато проявляют свойства тяжелых заряженных элементарных частиц." По этой причине в пробирке нельзя в полной мере повторить те процессы, которые постоянно происходят в живой клетке. Например, в пробирке исследователя протоны участвуют в окислении, а в клетке, хотя в ней и происходит свободно-радикальное окисление, перекиси не образуются. Клеточное электромагнитное поле "выносит" протоны из живой клетки, не давая им возможности вступать в реакцию с кислородом. Между тем ученые руководствуются именно "пробирочным" опытом, когда исследуют процессы в живой клетке. Ускоренные в поле протоны легко ионизируют атомы и молекулы, "выбивая" из них электроны. При этом молекулы, становясь свободными радикалами, приобретают высокую активность, а ионизированные атомы (натрия, калия, кальция, магния и других элементов) образуют в мембранах клетки электрические и осмотические потенциалы (но уже вторичного, зависимого от протонов, порядка). КОРРЕСПОНДЕНТ. Самое время обратить внимание наших читателей на то, что невидимая глазу живая клетка сложнее любой гигантской установки, а происходящее в ней не поддается пока даже приблизительному воспроизведению. Быть может, галактики - в другом масштабе, разумеется, - простейшие объекты Вселенной, точно так же, как клетки - элементарные объекты растения или животного. Быть может, уровни наших знаний о клетках и галактиках примерно эквивалентны. Но самое поразительное, что термояду Солнца и других звезд соответствует холодный термояд живой клетки или, точнее, отдельных ее участков. Аналогия полная. Все знают о горячем термояде звезд. Но о холодном термояде живых клеток можете рассказать только вы. Г.Н. ПЕТРАКОВИЧ. Попробуем представить самые важные события на этом уровне. Являясь тяжелой заряженной элементарной частицей, масса которой превышает массу электрона в 1840 раз, протон входит в состав всех без исключения ядер атомов. Будучи ускоренным в высокочастотном переменном электромагнитном поле и находясь с этими ядрами в одном поле, он способен передать им свою кинетическую энергию, являясь наилучшим переносчиком энергии от ускорителя к потребителю - атому. Взаимодействуя в клетке с ядрами атомов-мишеней, он передает им по частям - путем упругих столкновений - приобретенную им при ускорении кинетическую энергию. А потеряв эту энергию, в итоге захватывается ядром ближайшего атома (неупругое столкновение) и входит составной частью в это ядро. А это и есть путь к превращению элементов. В ответ на полученную при упругом столкновении с протоном энергию из возбужденного ядра атома-мишени выбрасывается свой квант энергии, свойственный лишь ядру этого конкретного атома, со своей длиной и частотой волны. Если такие взаимодействия протонов происходят со многими ядрами атомов, составляющих, например, какую-либо молекулу; то происходит выброс уже целой группы таких специфических квантов в определенном спектре частот. Иммунологи считают, что тканевая несовместимость в живом организме проявляется уже на молекулярном уровне. По-видимому, отличие в живом организме "своей" белковой молекулы от "чужой" при их абсолютной химической одинаковости происходит по этим самым специфическим частотам и спектрам, на которые по-разному реагируют "сторожевые" клетки организма - лейкоциты. КОРРЕСПОНДЕНТ. Интересный попутный результат вашей протонно-ядерной теории! Еще интересней процесс, о котором мечтали алхимики. Физики указали на возможность получения новых элементов в реакторах, но это очень сложно и дорого для большинства веществ. Несколько слов - о том же на уровне клетки... Г.Н. ПЕТРАКОВИЧ. Захват потерявшего кинетическую энергию протона ядром атома-мишени изменяет атомное число этого атома, т.е. атом-"захватчик" способен при этом изменить свою ядерную структуру и стать не только изотопом данного химического элемента, но и вообще, учитывая возможность многократного "захвата" протонов, занять иное, чем прежде, место в таблице Менделеева: и в ряде случаев - даже не самое ближайшее к прежнему. По существуречь идет о ядерном синтезе в живой клетке. Надо сказать, такие идеи уже будоражили умы людей: уже были публикации о работах французского ученого Л. Керврана, обнаружившего такую ядерную трансформацию при исследовании кур-несушек. Правда, Л. Кервран считал, что этот ядерный синтез калия с протоном, с последующим получением кальция, осуществляется с помощью ферментативных реакций. Но, исходя из сказанного выше, проще этот процесс представить как следствие межядерных взаимодействий. Справедливости ради следует сказать, что М.В. Волькенштейн вообще считает опыты Л. Керврана первоапрельской шуткой веселых американских ученых коллег. Первая мысль о возможности ядерного синтеза в живом организме высказана в одном из фантастических рассказов Айзека Азимова. Так или иначе, отдавая должное и тому, и другому, и третьему, можно заключить, что согласно излагаемой гипотезе, межядерные взаимодействия в живой клетке вполне возможны. И не будет в том помехой кулоновский барьер: природа сумела обойти этот барьер без высоких энергий и температур, мягко и нежно, КОРРЕСПОНДЕНТ. Вы считаете, что в живой клетке возникает вихревое электромагнитное поле. Оно удерживает протоны как бы в своей сетке и разгоняет их, ускоряет. Поле это излучают, генерируют электроны атомов железа. Есть группы из четырех таких атомов. Они называются у специалистов так: гемы. Железо в них двух- и трехвалентно. И обе эти формы обмениваются электронами, перескоки которых и порождают поле. Частота его невероятно велика, по вашей оценке 1028 герц. Она намного превосходит частоту видимого света, порождаемого обычно тоже перескоками электронов с одного атомного уровня на другой. Не считаете ли вы, что эта оценка частоты поля в клетке вами очень завышена? Г.Н. ПЕТРАКОВИЧ. Отнюдь нет. КОРРЕСПОНДЕНТ. Ваш ответ мне понятен. Ведь именно очень высокие частоты и соответствующие им малые длины волн связаны с большой энергией квантов. Так, ультрафиолет с его короткими волнами действует сильнее, чем обычные лучи света. Для разгона протонов нужны очень _ короткие волны. Возможны ли проверки самой схемы ускорения протонов и частоты внутриклеточного поля? Г.Н. ПЕТРАКОВИЧ. Итак, открытие: в митохондриях клеток генерируется сверхвысокочастотный, сверхкоротковолновый переменный электрический ток и по законам физики, соответственно ему - сверхкоротковолновое и сверхвысокочастотное переменное электромагнитное поле. Самое коротковолновое и самое высокочастотное из всех переменных электромагнитных полей в природе. Еще не созданы приборы, которыми можно было бы измерить такую высокую частоту и такую короткую волну, поэтому таких полей пока для нас как бы вовсе не существует. И открытия пока что не существует... Тем не менее вновь обратимся к законам физики. По этим законам точечные переменные электромагнитные поля самостоятельно не существуют, они мгновенно, со скоростью света сливаются между собой путем синхронизации и резонанса, значительно увеличивающим напряжение такого поля. Сливаются точечные электромагнитные поля, образуемые в электромагнитике перемещающимися электронами, далее сливаются все поля уже митохондрии. Образуется объединенное сверхвысокочастотное, сверхкоротковолновое переменное поле для всей митохондрии. В этом поле и удерживаются протоны. Но митохондрии в одной клетке не две и не три - в каждой клетке их насчитывается десятки, сотни, а в некоторых - даже тысячи, и в каждой из них образуется это сверхкоротковолновое поле; и эти поля устремляются к слиянию между собой, все с той же синхронизацией и эффектом резонанса, но уже во всем пространстве клетки - в цитоплазме. Вот это стремление переменного электромагнитного поля митохондрии к слиянию с другими такими же полями в цитоплазме есть та самая "тягловая сила", та энергия, что с ускорением "выбрасывает" протоны из митохондрии в пространство клетки. Так срабатывает внут-римитохондриальный "синхрофазотрон". Следует помнить, что протоны движутся к ядрам атомов-мишеней в клетке в значительно усиленном поле - настолько коротковолновом, что оно легко, как по волноводу, пройдет между ближайшими атомами даже в металлической решетке. Это поле легко "пронесет" с собой протон, размеры которого в сотню тысяч раз меньше любого атома, и настолько высокочастотно, что оно нисколько не потеряет при этом своей энергии. Такое обладающее сверхпроницаемостью поле возбудит и те протоны, которые входят в состав ядра атома-мишени. И главное - это поле приблизит к ним "налетающий" протон настолько, что позволит этому "налетающему" отдать ядру часть своей кинетической энергии. Самое большое количество энергии выделяется при альфа-распаде. При этом из ядра с огромной скоростью выбрасываются альфа-частицы, представляющие собой прочно связанные два протона и два нейтрона (то есть ядра атомов гелия). В отличие от ядерного взрыва при "холодном термояде" в зоне реакции не происходит накопления критической массы. Распад или синтез могут немедленно прекратиться. Не наблюдается радиации, поскольку альфа-частицы вне электромагнитного поля немедленно превращаются в атомы гелия, а протоны - в молекулярный водород, воду или перекиси. В то же время организм способен сам себе путем "холодного термояда" создавать необходимые ему химические элементы из других химических элементов, нейтрализовать вредные для него вещества. В зоне свершения "холодного термояда" формируются голо граммы, отражающие взаимодействия протонов с ядрами атомов-мишеней. В конечном итоге эти голограммы в неискаженном виде выносятся электромагнитными полями в ноосферу и становятся основой энергоинформационного поля ноосферы. Человек способен произвольно, с помощью электромагнитных линз, роль которых в живом организме выполняют молекулы-пьезокристаллы, фокусировать энергию протонов, и особенно альфа-частиц, в мощные пучки. При этом демонстрируя потрясающие воображение феномены: поднятие и передвижение неимоверных тяжестей, хождение по раскаленным камням и углям, левитацию, телепортацию, телекинез и многое другое. Не может такого быть, чтобы в мире все исчезало бесследно, наоборот, следует думать, что существует некий всемирный "банк", всемирное биополе, с которым сливались и сливаются поля всех живших и живущих на Земле. Это биополе может быть представлено сверхмощным, сверхвысокочастотным, сверхкоротковолновым и сверхпроникающим переменным электромагнитным полем вокруг Земли (и тем самым - вокруг и через нас). В этом поле в идеальном порядке удерживаются ядерные заряды протонных голографических "фильмов" о каждом из нас - о людях, о бактериях и слонах, о червяках, о траве, планктоне, саксауле, живших когда-то и живущих ныне. Живущие ныне и поддерживают энергией своего поля это биополе. Но только редкие единицы имеют доступ к его информационным сокровищам. Это память планеты, ее биосферы. Непознанное еще всемирное биополе обладает колоссальной, если не беспредельной, энергией, все мы купаемся в океане этой энергии, но не чувствуем ее, как не чувствуем окружающий нас воздух, и потому не чувствуем, что она вокруг нас есть... Роль ее будет возрастать. Это наш резерв, наша поддержка. КОРРЕСПОНДЕНТ. Само по себе это поле планеты, однако, не заменит рабочие руки и творческий ум. Оно лишь создает предпосылки для проявления человеческих способностей. Г.Н. ПЕТРАКОВИЧ. Еще один аспект темы. Наши глаза, если и не зеркало души, то прозрачные их среды -зрачок и радужка - все же являются экранами для постоянно исходящего из нас топографического "кино". Через зрачки пролетают "цельные" голограммы, а в радужках протоны, несущие в себе значительный заряд кинетической энергии, непрерывно возбуждают молекулы в глыбках пигмента. Они будут возбуждать их до тех пор, пока в клетках, "пославших" к этим молекулам свои протоны, будет все в порядке. Погибнут клетки, еще что-то случится с ними, с органом - тотчас изменится структура в глыбках пигментов. Это четко зафиксируют опытные иридодиагносты: они уже точно - по проекциям в радужке - знают, какой орган заболел и даже чем. Ранняя и точная диагностика! Некоторые медики не очень благосклонно относятся к своим коллегам-иридодиагностам, считая их чуть ли не шарлатанами. Напрасно! Иридодиагностике, как простому, общедоступному, дешевому, легко переводимому на математический язык, а главное - точному и раннему методу диагностики различных болезней уже в ближайшем будущем светит "зеленый свет". Единственным недостатком метода было отсутствие теоретической базы. Фундамент ее изложен выше. КОРРЕСПОНДЕНТ. Думаю, для наших читателей нужно бы пояснить процесс образования голограмм каждого индивида. Вы это сделаете лучше меня. Г.Н. ПЕТРАКОВИЧ. Представим себе взаимодействия ускоренных протонов с какой-либо крупной объемной (трехмерной) молекулой в клетке, происходящие очень быстро. На такие взаимодействия с ядрами атомов-мишеней, составляющих эту крупную молекулу, будет израсходовано множество протонов, что оставит, в свою очередь, в пучке протонов тоже объемный, но "негативный" след в виде вакуума, "дырок". Этот след и будет самой настоящей голограммой, воплотившей в себе и сохранившей часть прореагировавшей с протонами структуры самой молекулы. Серия голограмм (что и происходит "в натуре") отобразит и сохранит не только физический "облик" молекулы, но и порядок физических и химических превращений отдельных ее частей и всей молекулы в целом за определенный промежуток времени. Такие голограммы, сливаясь в более крупные объемные изображения, могут отобразить жизненный цикл всей клетки, множества соседних клеток, органов и частей тела - всего тела. Есть еще одно следствие. Вот оно. В живой природе, независимо от сознания, мы общаемся прежде всего полями. При таком общении, войдя в резонанс с другими полями, мы рискуем утратить, частично или полностью, свою индивидуальную частоту (как и чистоту), и если в общении с зеленой природой это означает "раствориться в природе", то в общении с людьми, особенно с теми, кто обладает сильным полем, это значит частично или полностью утратить свою индивидуальность - стать "зомби" (по Тодору Дичеву). Технических аппаратов "зомбирования" по программе нет и вряд ли они когда-либо будут созданы, но воздействия одного человека на другого в этом плане вполне возможны, хотя, с позиций морали, недопустимы. Оберегая себя, над этим следует задуматься, особенно когда дело касается шумных коллективных действий, в которых всегда преобладает не разум и даже не истинное чувство, но фанатизм - печальное дитя злонамеренного резонанса. Поток протонов может только увеличиваться за счет слияния с другими потоками, но никак, в противовес, например, электронному потоку, не смешиваться - и тогда он может нести в себе полную информацию уже о целых органах и тканях, в том числе - и о таком специфическом органе, как мозг. По-видимому, мы мыслим программами, и эти голограммы способны передавать потоком протонов через взгляд - тому доказательство не только "выразительность" нашего взгляда, но и то, что животные способны усваивать наши голограммы. В подтверждение этому можно сослаться на опыты известного дрессировщика В.Л. Дурова, в которых принимал участие и академик В.М. Бехтерев. В этих опытах собакам специальной комиссией сиюминутно придумывались какие-либо посильные им задания, В.Л. Дуров тут же "гипнотическим взглядом" передавал собакам эти задания (при этом, как он говорил, он сам как бы становился "собакой" и вместе с ними мысленно выполнял задания), и собаки в точности выполняли все предписания комиссии. Кстати, и фотографирование галлюцинаций можно связать с голографическим мышлением и передачей образов потоком протонов через взгляд. Очень важный момент: несущие информацию протоны своей энергией "метят" белковые молекулы своего тела, при этом каждая "меченая" молекула приобретает свой собственный спектр, и этим спектром она отличается от точно такой же по химическому составу молекулы, но принадлежащей "чужому" телу. Принцип несовпадения (или совпадения) по спектру молекул белка лежит в основе иммунных реакций организма, воспаления, а также тканевой несовместимости, о чем мы уже упоминали. Механизм обоняния тоже построен на принципе спектрального анализа возбужденных протонами молекул. Но в этом случае протонами облучаются все находящиеся во вдыхаемом через нос воздухе молекулы вещества с мгновенным анализом их спектра (механизм очень близок к механизму цветоощущения). Но есть "работа", которую выполняет только высокочастотное переменное электромагнитное поле - это работа "второго", или "периферического", сердца, о котором в свое время много писали, но механизм которого еще никто не раскрыл. Это особая тема для разговора. Продолжение следует...

Продолжение. См. № 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005

Уроки биологии в классах естественно-научного профиля

Расширенное планирование, 10 класс

Урок 19. Химическое строение и биологическая роль АТФ

Оборудование: таблицы по общей биологии, схема строения молекулы АТФ, схема взаимосвязи пластического и энергетического обменов.

I. Проверка знаний

Проведение биологического диктанта «Органические соединения живой материи»

Учитель читает тезисы под номерами, учащиеся записывают в тетрадь номера тех тезисов, которые подходят по содержанию их варианту.

Вариант 1 – белки.
Вариант 2 – углеводы.
Вариант 3 – липиды.
Вариант 4 – нуклеиновые кислоты.

1. В чистом виде состоят только из атомов С, Н, О.

2. Кроме атомов С, Н, О содержат атомы N и обычно S.

3. Кроме атомов С, Н, О содержат атомы N и Р.

4. Обладают относительно небольшой молекулярной массой.

5. Молекулярная масса может быть от тысяч до нескольких десятков и сотен тысяч дальтон.

6. Наиболее крупные органические соединения с молекулярной массой до нескольких десятков и сотен миллионов дальтон.

7. Обладают различными молекулярными массами – от очень небольшой до весьма высокой, в зависимости от того, является ли вещество мономером или полимером.

8. Состоят из моносахаридов.

9. Состоят из аминокислот.

10. Состоят из нуклеотидов.

11. Являются сложными эфирами высших жирных кислот.

12. Основная структурная единица: «азотистое основание–пентоза–остаток фосфорной кислоты».

13. Основная структурная единица: «аминокислот».

14. Основная структурная единица: «моносахарид».

15. Основная структурная единица: «глицерин–жирная кислота».

16. Молекулы полимеров построены из одинаковых мономеров.

17. Молекулы полимеров построены из сходных, но не вполне одинаковых мономеров.

18. Не являются полимерами.

19. Выполняют почти исключительно энергетическую, строительную и запасающую функции, в некоторых случаях – защитную.

20. Помимо энергетической и строительной выполняют каталитическую, сигнальную, транспортную, двигательную и защитную функции;

21. Осуществляют хранение и передачу наследственных свойств клетки и организма.

Вариант 1 – 2; 5; 9; 13; 17; 20.
Вариант 2 – 1; 7; 8; 14; 16; 19.
Вариант 3 – 1; 4; 11; 15; 18; 19.
Вариант 4 – 3; 6; 10; 12; 17; 21.

II. Изучение нового материала

1. Строение аденозинтрифосфорной кислоты

Кроме белков, нуклеиновых кислот, жиров и углеводов в живом веществе синтезируется большое количество других органических соединений. Среди них важнуую роль в биоэнергетике клетки играет аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). АТФ содержится во всех клетках растений и животных. В клетках чаще всего аденозинтрифосфорная кислота присутствует в виде солей, называемых аденозинтрифосфатами . Количество АТФ колеблется и в среднем составляет 0,04% (в клетке в среднем находится около 1 млрд молекул АТФ). Наибольшее количество АТФ содержится в скелетных мышцах (0,2–0,5%).

Молекула АТФ состоит из азотистого основания – аденина, пентозы – рибозы и трех остатков фосфорной кислоты, т.е. АТФ – особый адениловый нуклеотид. В отличие от других нуклеотидов АТФ содержит не один, а три остатка фосфорной кислоты. АТФ относится к макроэргическим веществам – веществам, содержащим в своих связях большое количество энергии.

Пространственная модель (А) и структурная формула (Б) молекулы АТФ

Из состава АТФ под действием ферментов АТФаз отщепляется остаток фосфорной кислоты. АТФ имеет устойчивую тенденцию к отделению своей концевой фосфатной группы:

АТФ 4– + Н 2 О ––> АДФ 3– + 30,5 кДж + Фн,

т.к. это приводит к исчезновению энергетически невыгодного электростатического отталкивания между соседними отрицательными зарядами. Образовавшийся фосфат стабилизируется за счет образования энергетически выгодных водородных связей с водой. Распределение заряда в системе АДФ + Фн становится более устойчивым, чем в АТФ. В результате этой реакции высвобождается 30,5 кДж (при разрыве обычной ковалентной связи высвобождается 12 кДж).

Для того, чтобы подчеркнуть высокую энергетическую «стоимость» фосфорно-кислородной связи в АТФ, ее принято обозначать знаком ~ и называть макроэнергетической связью. При отщеплении одной молекулы фосфорной кислоты АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорная кислота), а если отщепляются две молекулы фосфорной кислоты, то АТФ переходит в АМФ (аденозинмонофосфорная кислота). Отщепление третьего фосфата сопровождается выделением всего 13,8 кДж, так что собственно макроэргических связей в молекуле АТФ только две.

2. Образование АТФ в клетке

Запас АТФ в клетке невелик. Например, в мышце запасов АТФ хватает на 20–30 сокращений. Но ведь мышца способна работать часами и производить тысячи сокращений. Поэтому наряду с распадом АТФ до АДФ в клетке должен непрерывно идти обратный синтез. Существует несколько путей синтеза АТФ в клетках. Познакомимся с ними.

1. Анаэробное фосфорилирование. Фосфорилированием называют процесс синтеза АТФ из АДФ и низкомолекулярного фосфата (Фн). В данном случае речь идет о бескислородных процессах окисления органических веществ (например, гликолиз – процесс бескислородного окисления глюкозы до пировиноградной кислоты). Примерно 40% выделяемой в ходе этих процессов энергии (около 200 кДж/моль глюкозы), расходуется на синтез АТФ, а остальная часть рассеивается в виде тепла:

С 6 Н 12 О 6 + 2АДФ + 2Фн ––> 2С 3 Н 4 O 3 + 2АТФ + 4Н.

2. Окислительное фосфорилирование – это процесс синтеза АТФ за счет энергии окисления органических веществ кислородом. Этот процесс был открыт в начале 1930-х гг. XX в. В.А. Энгельгардтом. Кислородные процессы окисления органических веществ протекают в митохондриях. Примерно 55% выделяющейся при этом энергии (около 2600 кДж/моль глюкозы) превращается в энергию химических связей АТФ, а 45% рассеивается в виде тепла.

Окислительное фосфорилирование значительно эффективнее анаэробных синтезов: если в процессе гликолиза при распаде молекулы глюкозы синтезируется всего 2 молекулы АТФ, то в ходе окислительного фосфорилирования образуется 36 молекул АТФ.

3. Фотофосфорилирование – процесс синтеза АТФ за счет энергии солнечного света. Этот путь синтеза АТФ характерен только для клеток, способных к фотосинтезу (зеленые растения, цианобактерии). Энергия квантов солнечного света используется фотосинтетиками в световую фазу фотосинтеза для синтеза АТФ.

3. Биологическое значение АТФ

АТФ находится в центре обменных процессов в клетке, являясь связующим звеном между реакциями биологического синтеза и распада. Роль АТФ в клетке можно сравнить с ролью аккумулятора, так как в ходе гидролиза АТФ выделяется энергия, необходимая для различных процессов жизнедеятельности («разрядка»), а в процессе фосфорилирования («зарядка») АТФ вновь аккумулирует в себе энергию.

За счет выделяющейся при гидролизе АТФ энергии происходят почти все процессы жизнедеятельности в клетке и организме: передача нервных импульсов, биосинтез веществ, мышечные сокращения, транспорт веществ и др.

III. Закрепление знаний

Решение биологических задач

Задача 1. При быстром беге мы часто дышим, происходит усиленное потоотделение. Объясните эти явления.

Задача 2. Почему на морозе замерзающие люди начинают притопывать и подпрыгивать?

Задача 3. В известном произведении И.Ильфа и Е.Петрова «Двенадцать стульев» среди многих полезных советов можно найти и такой: «Дышите глубже, вы взволнованы». Попробуйте обосновать этот совет с точки зрения происходящих в организме энергетических процессов.

IV. Домашнее задание

Начать подготовку к зачету и контрольной работе (продиктовать вопросы зачета – см. урок 21).

Урок 20. Обобщение знаний по разделу «Химическая организация жизни»

Оборудование: таблицы по общей биологии.

I. Обобщение знаний раздела

Работа учащихся с вопросами (индивидуально) с последующими проверкой и обсуждением

1. Приведите примеры органических соединений, в состав которых входят углерод, сера, фосфор, азот, железо, марганец.

2. Как по ионному составу можно отличить живую клетку от мертвой?

3. Какие вещества находятся в клетке в нерастворенном виде? В какие органы и ткани они входят?

4. Приведите примеры макроэлементов, входящих в активные центры ферментов.

5. Какие гормоны содержат микроэлементы?

6. Какова роль галогенов в организме человека?

7. Чем белки отличаются от искусственных полимеров?

8. Чем отличаются пептиды от белков?

9. Как называется белок, входящий в состав гемоглобина? Из скольких субъединиц он состоит?

10. Что такое рибонуклеаза? Сколько аминокислот входит в ее состав? Когда она была синтезирована искусственно?

11. Почему скорость химических реакций без ферментов мала?

12. Какие вещества транспортируются белками через клеточную мембрану?

13. Чем отличаются антитела от антигенов? Содержат ли вакцины антитела?

14. На какие вещества распадаются белки в организме? Сколько энергии выделяется при этом? Где и как обезвреживается аммиак?

15. Приведите пример пептидных гормонов: как они участвуют в регуляции клеточного метаболизма?

16. Какова структура сахара, с которым мы пьем чай? Какие еще три синонима этого вещества вы знаете?

17. Почему жир в молоке не собирается на поверхности, а находится в виде суспензии?

18. Какова масса ДНК в ядре соматической и половой клеток?

19. Какое количество АТФ используется человеком в сутки?

20. Из каких белков люди изготавливают одежду?

Первичная структура панкреатической рибонуклеазы (124 аминокислоты)

II. Домашнее задание.

Продолжить подготовку к зачету и контрольной работе по разделу «Химическая организация жизни».

Урок 21. Зачетный урок по разделу «Химическая организация жизни»

I. Проведение устного зачета по вопросам

1. Элементарный состав клетки.

2. Характеристика органогенных элементов.

3. Структура молекулы воды. Водородная связь и ее значение в «химии» жизни.

4. Свойства и биологические функции воды.

5. Гидрофильные и гидрофобные вещества.

6. Катионы и их биологическое значение.

7. Анионы и их биологическое значение.

8. Полимеры. Биологические полимеры. Отличия периодических и непериодических полимеров.

9. Свойства липидов, их биологические функции.

10. Группы углеводов, выделяемые по особенностям строения.

11. Биологические функции углеводов.

12. Элементарный состав белков. Аминокислоты. Образование пептидов.

13. Первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры белков.

14. Биологические функция белков.

15. Отличия ферментов от небиологических катализаторов.

16. Строение ферментов. Коферменты.

17. Механизм действия ферментов.

18. Нуклеиновые кислоты. Нуклеотиды и их строение. Образование полинуклеотидов.

19. Правила Э.Чаргаффа. Принцип комплементарности.

20. Образование двухцепочечной молекулы ДНК и ее спирализация.

21. Классы клеточной РНК и их функции.

22. Отличия ДНК и РНК.

23. Репликация ДНК. Транскрипция.

24. Строение и биологическая роль АТФ.

25. Образование АТФ в клетке.

II. Домашнее задание

Продолжить подготовку к контрольной работе по разделу «Химическая организация жизни».

Урок 22. Контрольный урок по разделу «Химическая организация жизни»

I. Проведение письменной контрольной работы

Вариант 1

1. Имеются три вида аминокислот – А, В, С. Сколько вариантов полипептидных цепей, состоящих из пяти аминокислот, можно построить. Укажите эти варианты. Будут ли эти полипептиды обладать одинаковыми свойствами? Почему?

2. Все живое в основном состоит из соединений углерода, а аналог углерода – кремний, содержание которого в земной коре в 300 раз больше, чем углерода, встречается лишь в очень немногих организмах. Объясните этот факт с точки зрения строения и свойств атомов этих элементов.

3. В одну клетку ввели молекулы АТФ, меченные радиоактивным 32Р по последнему, третьему остатку фосфорной кислоты, а в другую – молекулы АТФ, меченные 32Р по первому, ближайшему к рибозе остатку. Через 5 минут в обеих клетках померили содержание неорганического фосфат-иона, меченного 32Р. Где оно окажется значительно выше?

4. Исследования показали, что 34% общего числа нуклеотидов данной иРНК приходится на гуанин, 18% – на урацил, 28% – на цитозин и 20% – на аденин. Определите процентный состав азотистых оснований двухцепочечной ДНК, слепком с которой является указанная иРНК.

Вариант 2

1. Жиры составляют «первый резерв» в энергетическом обмене и используются, когда исчерпан резерв углеводов. Однако в скелетных мышцах при наличии глюкозы и жирных кислот в большей степени используются последние. Белки же в качестве источника энергии всегда используются лишь в крайнем случае, при голодании организма. Объясните эти факты.

2. Ионы тяжелых металлов (ртути, свинца и др.) и мышьяка легко связываются сульфидными группировками белков. Зная свойства сульфидов этих металлов, объясните, что произойдет с белком при соединении с этими металлами. Почему тяжелые металлы являются ядами для организма?

3. В реакции окисления вещества А в вещество В освобождается 60 кДж энергии. Сколько молекул АТФ может быть максимально синтезировано в этой реакции? Как будет израсходована остальная энергия?

4. Исследования показали, что 27% общего числа нуклеотидов данной иРНК приходится на гуанин, 15% – на урацил, 18% – на цитозин и 40% – на аденин. Определите процентный состав азотистых оснований двухцепочечной ДНК, слепком с которой является указанная иРНК.

Продолжение следует

text_fields

text_fields

arrow_upward

Извлечение энергии из питательных веществ - углеводов, белков, жиров происходит, в основном, внутри клетки. В ней все углеводы представлены глюкозой, белки - аминокислотами, жиры - жирными кислотами. В клетке глюкоза под влиянием энзимов цитоплазмы превращается в пировиноградную кислоту (в ходе анаэробного гликолиза) (рис. 1.6).

Рис. 1.6 Образование АТФ при полном окислении глюкозы

В ходе этих превращений из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы АТФ (не считая 2 молекул АТФ, фосфорилирующих субстрат). Превращение пирувата в 2 молекулы ацетилкоэнзима А (АцКоА) способствует образованию еще 6 молекул АТФ. И, наконец, АцКоА поступает в митохондрии и, окисляясь в них до СО 2 и Н 2 О, образует еще 24 молекулы АТФ. Но не только пировиноградная кислота, а и жирные кислоты и большинство аминокислот превращаются в цитоплазме в АцКоА и также поступают в матрике митохондрий. В цикле Кребса АцКоА расщепляется до атомов водорода и окиси углерода. Окись углерода диффундирует из митохондрий, и далее из клетки. Атомы водорода соединяются с окисленным никотинамидадениндинуклеотидом (НАД+), формируя восстановленный НАД (НАДН), и с окисленным никотинамидаде-ниндинуклеотид фосфатом (НАДФ), формируя восстановленный НАДФН, а затем переносятся молекулами - переносчиками водорода от НАДН и НАДФН на систему ферментов внутренней митохондриальной мембраны.

В результате НАДН и НАДФН отдают один протон и два электрона в электротранспортную цепь, образуемую этими ферментами (рис.1.7).

Рис.1.7 Взаимоотношения расщепления пищевых веществ и электрон-транспортной системы в клетке

В ходе передачи электронов в цепи переносчиков возрастают окислительно-восстановительные потенциалы - от отрицательных значений до потенциала восстановления О 2 . Эта разница окислительно-восстановительных потенциалов и образует ту движущую силу, которая приводит к синтезу АТФ. Описанный перенос электронов и протонов от НАДН и НАДФН по цепи транспорта электронов называется окислительным фосфорилированием. Согласно хемиосмотической теории, объясняющей механизм образования энергии при окислительном фосфорилировании, в ходе передачи электронов по электронно-транспортной цепи, пара электронов три раза пересекает внутреннюю мембрану митохондрий, каждый раз перенося два протона наружу (рис. 1.8).

Рис. 1.8 Хемиосмотический механизм окислительного фосфорилирования во внутренней мембране митоходрий.

В результате возникает высокая концентрация протонов снаружи мембраны, и низкая - в матриксе митохондрий и, как следствие, разница в электрическом потенциале между наружным (имеющим положительный заряд) и внутренним (накапливающим отрицательный заряд) слоем мембраны. Оба эти фактора (электрическое поле и разность концентраций) формируют электрохимический трансмембранный протонный градиент, благодаря которому протоны начинают возвращаться назад через мембрану. Это обратное движение протонов осуществляется через мембранный белок, к которому присоединяется АТФ-синтетаза, расположенная на внутренней (матричной) стороне мембраны. Взаимодействие мембранного белка с АТФ-синтетазой активирует ее и сопровождается синтезом АТФ из аденозин-дифосфорной (АДФ) и фосфорной кислот (Фн). Следовательно, поток протонов через мембрану активирует реакцию:

АДФ + Фн —> АТФ + Н 2 О

Энергия протонного градиента также обеспечивает транспорт ионов кальция и натрия через мембрану митохондрий, восстановление в них НАДФ+ с помощью НАДН, образование тепла. Молекулы АТФ, образовавшиеся в ходе гликолиза и окислительного фосфорилирования используются клеткой для обеспечения энергией почти всех внутриклеточных метаболических реакций.

Рис. 1.9 Схема молекулы АТФ. Стрелками показаны Тpuфocфam Высокоэнергетические связи.

Макроэргические фосфатные связи молекулы АТФ очень нестойки и концевые фосфатные группы легко отщепляются от АТФ, освобождая энергию (7-10 ккал/моль АТФ) (рис. 1.9).

Энергия передается переносом отщепившихся, богатых энергией фосфатных групп на различные субстраты, ферменты, активируя их, расходуется на мышечное сокращение и т.п.

Энергетическая фосфогенная система

text_fields

text_fields

arrow_upward

Энергия макроэргических связей молекулы АТФ является универсальной формой запаса свободной энергии в организме. Вместе с тем, количество АТФ, хранимое внутри клетки невелико. Оно обеспечивает ее работу лишь в течение нескольких секунд. Это обстоятельство привело к формированию чувствительных механизмов, регулирующих энергетический обмен в скелетной, сердечной и нервных клетках. В этих тканях присутствуют органические фосфатные соединения, накапливающие энергию в форме фосфатных связей и представляющие собой источник этих богатых энергией фосфатных групп для синтеза АТФ. Органические фосфатные соединения получили название фосфагенов. Наиболее важным из них у человека является креатинфосфат (КФ). При его расщеплении высвобождается энергия до 10 ккал/моль, используемая для ресинтеза АТФ. Снижение содержания АТФ в этих тканях ведет к распаду КФ, а увеличение концентрации АТФ - к его ресинтезу. Так, в скелетной мышце концентрация КФ в 3-5 раз больше, чем АТФ. Гидролиз КФ (на креатин и фосфат) под влиянием фермента креатинкиназы обеспечивает ресинтез АТФ, являющейся источником энергии для мышечного сокращения:

Освободившийся креатин вновь используется клеткой для аккумуляции энергии в креатинфосфате. Этот эффект сохраняет концентрацию АТФ в клетке на относительно постоянном уровне. Поэтому фосфокреатин клеток скелетной мышцы и ее АТФ составляют, так называемую, энергетическую фосфогенную систему. Энергия фосфогенной системы используется для обеспечения «рывковой» мышечной активности, продолжительностью до 10-15 секунд, т.е. максимальной мышечной мощности, достаточной для бега на 100-метровую дистанцию.

Энергообеспечивающая система "гликоген-молочная кислота"

text_fields

text_fields

arrow_upward

Продолжающаяся более 10-15 секунд мышечная работа на максимально высоком уровне в следующие 30-40 секунд обеспечивается энергией анаэробного гликолиза, т.е. превращением молекулы глюкозы из расщепляющегося углеводного депо - гликогена печени и мышц до молочной кислоты. При анаэробном гликолизе молекулы АТФ образуются почти в 2,5 раза быстрее, чем при аэробном окислении в митохондриях. Таким образом, фосфогенная система и анаэробное расщепление гликогена до молочной кислоты (система гликоген - молочная кислота) обеспечивают человеку возможность мышечной рывковой работы значительного объема (в спорте - бег на короткие дистанции, подъем тяжестей, ныряние и т.д.) Более продолжительная мышечная работа человека требует усиления окислительного фосфорилирования в митохондриях, обеспечивающего, как было показано выше, основную часть ресинтеза АТФ.

Способы получения энергии в клетке

В клетке существуют четыре основных процесса, обеспечивающих высвобождение энергии из химических связей при окислении веществ и ее запасание:

1. Гликолиз (2 этап биологического окисления) – окисление молекулы глюкозы до двух молекул пировиноградной кислоты, при этом образуется 2 молекулы АТФ и НАДН . Далее пировиноградная кислота в аэробных условиях превращается в ацетил-SКоА, в анаэробных условиях – в молочную кислоту.

2. β-Окисление жирных кислот (2 этап биологического окисления) – окисление жирных кислот до ацетил-SКоА, здесь образуются молекулы НАДН и ФАДН 2 . Молекулы АТФ "в чистом виде" не появляются.

3. Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК , 3 этап биологического окисления) – окисление ацетильной группы (в составе ацетил-SКоА) или иных кетокислот до углекислого газа. Реакции полного цикла сопровождаются образованием 1 молекулы ГТФ (что эквивалентно одной АТФ), 3 молекул НАДН и 1 молекулы ФАДН 2 .

4. Окислительное фосфорилирование (3 этап биологического окисления) – окисляются НАДН и ФАДН 2 , полученные в реакциях катаболизма глюкозы, аминокислот и жирных кислот. При этом ферменты дыхательной цепи на внутренней мембране митохондрий обеспечивают образование большей части клеточного АТФ .

Два способа синтеза АТФ

В клетке постоянно происходит использование всех нуклеозидтри фосфатов (АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ, ТТФ) как донора энергии. При этом АТФ является универсальным макроэргом, участвующим практически во всех сторонах метаболизма и деятельности клетки. И именно за счет АТФ обеспечивается фосфорилирование нуклеотидов ГМФ и ГДФ , ЦДФ, УМФ и УДФ , ТМФ и ТДФ до нуклеозидтри фосфатов.

1. Основным способом получения АТФ в клетке является окислительное фосфорилирование , протекающее в структурах внутренней мембраны митохондрий. При этом энергия атомов водорода молекул НАДН и ФАДН 2 , образованных в гликолизе и ЦТК, при окислении жирных кислот и аминокислот, преобразуется в энергию связей АТФ.

2. Однако также есть другой способ фосфорилирования АДФ до АТФ – субстратное фосфорилирование. Этот способ связан с передачей макроэргического фосфата или энергии макроэргической связи какого-либо вещества (субстрата) на АДФ. К таким веществам относятся метаболиты гликолиза (1,3-дифосфоглицериновая кислота , фосфоенолпируват ), цикла трикарбоновых кислот (сукцинил-SКоА ) и резервный макроэрг креатинфосфат . Энергия гидролиза их макроэргической связи выше, чем 7,3 ккал/моль в АТФ, и роль указанных веществ сводится к использованию этой энергии для фосфорилирования молекулы АДФ до АТФ.

Классификация макроэргов

Макроэргические соединения классифицируются по типу связи , несущей дополнительную энергию:

1. Фосфоангидридная связь. Такую связь имеют все нуклеотиды: нуклеозидтрифосфаты (АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ, ТТФ) и нуклеозиддифосфаты (АДФ, ГДФ, ЦДФ, УДФ, ТДФ).