Historier om bioenergi Skulachev Vladimir Petrovich

Hvor og hvordan dannes ATP?

Hvor og hvordan dannes ATP?

Det første system, for hvilket mekanismen for ATP-dannelse blev belyst, var glykolyse, en hjælpetype energiforsyning, der tænder under forhold med iltmangel. Under glykolysen deles glukosemolekylet i to, og de resulterende fragmenter oxideres til mælkesyre.

En sådan oxidation er forbundet med tilsætningen af ​​phosphorsyre til hvert af fragmenterne af glucosemolekylet, det vil sige med deres phosphorylering. Den efterfølgende overførsel af fosfatrester fra glucosefragmenter til ADP producerer ATP.

Mekanismen for ATP-dannelse under intracellulær respiration og fotosyntese forblev fuldstændig uklar i lang tid. Det var kun kendt, at de enzymer, der katalyserer disse processer, er indbygget i biologiske membraner - de tyndeste film (omkring en milliontedel af en centimeter tykke) bestående af proteiner og fosforylerede fedtlignende stoffer - fosfolipider.

Membraner er den vigtigste strukturelle komponent i enhver levende celle. Cellens ydre membran adskiller protoplasmaet fra miljøet omkring cellen. Cellekernen er omgivet af to membraner, der danner kernemembranen - en barriere mellem kernens indre indhold (nukleoplasma) og resten af ​​cellen (cytoplasma). Ud over kernen findes flere strukturer omgivet af membraner i dyre- og planteceller. Dette er det endoplasmatiske retikulum - et system af små rør og flade tanke, hvis vægge er dannet af membraner. Disse er endelig mitokondrier - sfæriske eller aflange vesikler mindre end kernen, men større end komponenterne i det endoplasmatiske retikulum. Diameteren af ​​mitokondrierne er normalt omkring en mikron, selvom mitokondrier nogle gange danner forgrenede og retikulerede strukturer med en længde på titusinder af mikron.

I grønne planters celler findes udover kernen, endoplasmatisk reticulum og mitokondrier også kloroplaster - membranvesikler større end mitokondrier.

Hver af disse strukturer udfører sin egen specifikke biologiske funktion. Således er kernen sædet for DNA. Her foregår de processer, der ligger til grund for cellens genetiske funktion, og en kompleks kæde af processer begynder, der i sidste ende fører til proteinsyntese. Denne syntese afsluttes i de mindste granula - ribosomer, hvoraf de fleste er forbundet med det endoplasmatiske retikulum. I mitokondrier forekommer oxidative reaktioner, hvis helhed kaldes intracellulær respiration. Kloroplaster er ansvarlige for fotosyntesen.

Bakterieceller er enklere. Normalt har de kun to membraner - ydre og indre. En bakterie er som en pose i en pose, eller rettere sagt, et meget lille hætteglas med dobbeltvæg. Der er ingen kerne, ingen mitokondrier, ingen kloroplaster.

Der er en hypotese om, at mitokondrier og kloroplaster stammer fra bakterier fanget af en celle fra et større og højt organiseret væsen. Faktisk ligner mitokondriers og kloroplasters biokemi på mange måder bakteriers. Morfologisk ligner mitokondrier og kloroplaster også bakterier i en vis forstand: de er omgivet af to membraner. I alle tre tilfælde: i bakterier, mitokondrier og kloroplaster sker ATP-syntese i den indre membran.

I lang tid troede man, at dannelsen af ​​ATP under respiration og fotosyntese forløber på samme måde som den allerede kendte energiomdannelse under glykolyse (phosphorylering af det spaltede stof, dets oxidation og overførsel af fosforsyreresten til ADP). Men alle forsøg på eksperimentelt at bevise denne ordning endte i fiasko.

Det vigtigste molekyle i vores krop med hensyn til energiproduktion er uden tvivl ATP (adenosintrifosfat: et adenylnukleotid, der indeholder tre fosforsyrerester og produceret i mitokondrier).

Faktisk lagrer og bruger hver celle i vores krop energi til biokemiske reaktioner gennem ATP, så ATP kan betragtes som den universelle valuta for biologisk energi. Alle levende væsener har brug for en kontinuerlig energiforsyning for at understøtte syntesen af ​​protein og DNA, metabolisme og transport af forskellige ioner og molekyler og for at opretholde organismens vitale aktivitet. Muskelfibre under styrketræning kræver også let tilgængelig energi. Som allerede nævnt er energi til alle disse processer leveret af ATP. Men for at danne ATP kræver vores celler råmaterialer. Folk får denne råvare gennem kalorier gennem oxidation af den mad, de spiser. For at producere energi skal denne mad først omdannes til et let anvendeligt molekyle, ATP.

Før det bruges, skal ATP-molekylet gennemgå flere faser.

Først adskiller et særligt coenzym en af ​​de tre fosfater (hver indeholder ti kalorier energi), som frigiver en stor mængde energi og danner reaktionsproduktet adenosindiphosphat (ADP). Hvis der kræves mere energi, adskilles den næste fosfatgruppe og danner adenosinmonophosphat (AMP).

ATP + H2O → ADP + H3PO4 + energi
ATP + H 2 O → AMP + H 4 P 2 O 7 + energi

Når hurtig energiproduktion ikke er påkrævet, sker den omvendte reaktion - ved hjælp af ADP, phosphagen og glykogen bliver fosfatgruppen igen knyttet til molekylet, hvorved ATP dannes. Denne proces omfatter overførsel af frie fosfater til andre stoffer indeholdt i musklerne, som omfatter og. Samtidig tages glukose fra glykogenlagrene og nedbrydes.

Energien afledt af denne glukose hjælper med at omdanne glukosen tilbage til dens oprindelige form, hvorefter de frie fosfater kan genbindes til ADP for at danne nyt ATP. Når cyklussen er afsluttet, er den nyoprettede ATP klar til næste brug.

I det væsentlige fungerer ATP som et molekylært batteri, der lagrer energi, når det ikke er nødvendigt, og frigiver det, når det er nødvendigt. Faktisk er ATP som et fuldt genopladeligt batteri.

Struktur af ATP

ATP-molekylet består af tre komponenter:

• Ribose (det samme sukker med fem kulstofatomer, som danner rygraden i DNA)
• Adenin (forbundne kulstof- og nitrogenatomer)
• Trifosfat

Ribosemolekylet er placeret i midten af ​​ATP-molekylet, hvis kant tjener som base for adenosin.
En kæde af tre fosfater er placeret på den anden side af ribosemolekylet. ATP mætter de lange, tynde fibre, der indeholder proteinet myosin, som danner rygraden i vores muskelceller.

ATP-bevarelse

Den gennemsnitlige voksne menneskekrop bruger omkring 200-300 mol ATP dagligt (mol er en kemisk betegnelse for mængden af ​​et stof i et system, der indeholder lige så mange elementære partikler, som der er kulstofatomer i 0,012 kg af kulstof-12 isotopen) . Den samlede mængde ATP i kroppen på et givet tidspunkt er 0,1 mol. Det betyder, at ATP skal genbruges 2000-3000 gange i løbet af dagen. ATP kan ikke lagres, så niveauet af dets syntese svarer næsten til forbrugsniveauet.

ATP systemer

På grund af vigtigheden af ​​ATP fra et energimæssigt synspunkt, og også på grund af dets brede anvendelse, har kroppen forskellige måder at producere ATP på. Det er tre forskellige biokemiske systemer. Lad os overveje dem i rækkefølge:

Når musklerne har en kort, men intens aktivitetsperiode (ca. 8-10 sekunder), bruges det fosfagene system - ATP kombineres med kreatinfosfat. Fosphagen systemet sørger for, at en lille mængde ATP konstant cirkulerer i vores muskelceller.

Muskelceller indeholder også et højenergifosfat, kreatinfosfat, som bruges til at genoprette ATP-niveauer efter kortvarig, højintensiv aktivitet. Enzymet kreatinkinase fjerner fosfatgruppen fra kreatinfosfat og overfører det hurtigt til ADP for at danne ATP. Så muskelcellen omdanner ATP til ADP, og phosphagen genopretter hurtigt ADP til ATP. Kreatinfosfatniveauet begynder at falde efter kun 10 sekunders højintensiv aktivitet, og energiniveauet falder. Et eksempel på arbejdet med det fosfagene system er for eksempel en 100 meter sprint.

Glykogen- og mælkesyresystemet giver energi til kroppen i et langsommere tempo end phosphagen-systemet, selvom det virker relativt hurtigt og giver nok ATP til omkring 90 sekunders højintensiv aktivitet. I dette system dannes mælkesyre fra glukose i muskelceller som følge af anaerob metabolisme.

I betragtning af at kroppen ikke bruger ilt i anaerobe tilstand, giver dette system kortvarig energi uden at aktivere det cardio-respiratoriske system på samme måde som det aerobe system, men med tidsbesparelser. Desuden, når musklerne arbejder hurtigt i anaerob tilstand, trækker de sig kraftigt sammen, de afbryder ilttilførslen, da karrene er komprimeret.

Dette system omtales nogle gange som anaerob respiration, og 400 meter spurten er et godt eksempel.

Hvis fysisk aktivitet varer mere end en minuts ånd, indgår det aerobe system i arbejdet, og musklerne modtager først ATP fra, derefter fra fedtstoffer og til sidst fra aminosyrer (). Protein bruges til energi hovedsageligt under sulttilstande (slankekure i nogle tilfælde).

Under aerob respiration er ATP-produktionen den langsomste, men der er nok energi til at understøtte fysisk aktivitet i flere timer. Dette skyldes, at glukose under aerob respiration nedbrydes til kuldioxid og vand uden at blive modvirket af mælkesyre i glykogen-mælkesyresystemet. Glykogen (en lagret form for glukose) under aerob respiration kommer fra tre kilder:

1. Optagelsen af ​​glukose fra mad i mave-tarmkanalen, som gennem kredsløbet kommer ind i musklerne.
2. Resterende glukose i musklerne
3. Nedbrydningen af ​​leverglykogen til glukose, som kommer ind i musklerne gennem kredsløbet.

Konklusion

Hvis du nogensinde har undret dig over, hvor vi får energien til at udføre en række aktiviteter under forskellige forhold, er svaret - mest fra ATP. Dette komplekse molekyle hjælper med at omdanne forskellige fødevarekomponenter til let brugbar energi.

Uden ATP ville vores krop simpelthen ikke kunne fungere. ATP's rolle i energiproduktionen er således mangefacetteret, men samtidig enkel.

Send dit gode arbejde i videnbasen er enkel. Brug formularen nedenfor

Studerende, kandidatstuderende, unge forskere, der bruger videnbasen i deres studier og arbejde, vil være dig meget taknemmelig.

opslået på http://www.allbest.ru/

• Introduktion
• 1.1 ATP's kemiske egenskaber
• 1.2 Fysiske egenskaber ved ATP
• 2.1
• 3.1 Rolle i buret
• 3.2 Rolle i enzymernes arbejde
• 3.4 Andre funktioner i ATP
• Konklusion
• Bibliografisk liste

Liste over symboler

ATP - adenosintrifosfat

ADP - adenosindiphosphat

AMP - adenosinmonofosfat

RNA - ribonukleinsyre

DNA - deoxyribonukleinsyre

NAD - nikotinamid adenindinukleotid

PVC - pyrodruesyre

G-6-F - phosphoglucose-isomerase

F-6-F - fructose-6-phosphat

TPP - thiaminpyrophosphat

FAD - phenyladenindinukleotid

Fn - ubegrænset fosfat

G - entropi

RNR - ribonukleotidreduktase

Introduktion

Den vigtigste energikilde for alle levende væsener, der bor på vores planet, er sollysets energi, som kun bruges direkte af cellerne i grønne planter, alger, grønne og lilla bakterier. I disse celler dannes organiske stoffer (kulhydrater, fedtstoffer, proteiner, nukleinsyrer osv.) ud fra kuldioxid og vand under fotosyntesen. Ved at spise planter modtager dyr organisk stof i færdig form. Den energi, der er lagret i disse stoffer, passerer med dem ind i cellerne i heterotrofe organismer.

I cellerne i dyreorganismer omdannes energien af ​​organiske forbindelser under deres oxidation til energien fra ATP. (Den samtidig frigivne kuldioxid og vand bruges igen af ​​autotrofe organismer til fotosynteseprocesser.) På grund af energien fra ATP udføres alle livsprocesser: biosyntesen af ​​organiske forbindelser, bevægelse, vækst, celledeling mv. .

Emnet om dannelse og brug af ATP i kroppen er ikke nyt i lang tid, men sjældent, hvor du vil finde en fuldstændig gennemgang af begge i én kilde og endnu sjældnere en analyse af begge disse processer på én gang og i forskellige organismer.

I denne henseende er relevansen af ​​vores arbejde blevet en grundig undersøgelse af dannelsen og brugen af ​​ATP i levende organismer, fordi. dette emne studeres ikke på det rigtige niveau i den populærvidenskabelige litteratur.

Målet med vores arbejde var:

· undersøgelse af mekanismerne for dannelse og måder at bruge ATP på i kroppen af ​​dyr og mennesker.

Vi fik følgende opgaver:

· At studere den kemiske natur og egenskaber af ATP;

· Analysere veje for ATP-dannelse i levende organismer;

· Overvej måder at bruge ATP på i levende organismer;

Overvej betydningen af ​​ATP for mennesker og dyr.

Kapitel 1. ATP's kemiske karakter og egenskaber

1.1 ATP's kemiske egenskaber

Adenosintrifosfat er et nukleotid, der spiller en yderst vigtig rolle i udvekslingen af ​​energi og stoffer i organismer; Først og fremmest er forbindelsen kendt som en universel energikilde til alle biokemiske processer, der forekommer i levende systemer. ATP blev opdaget i 1929 af Karl Lohmann, og i 1941 viste Fritz Lipmann, at ATP er den vigtigste energibærer i cellen.

Systematisk navn på ATP:

9-i-D-ribofuranosyladenin-5"-triphosphat, eller

9-i-D-ribofuranosyl-6-amino-purin-5"-triphosphat.

Kemisk er ATP trifosfatesteren af ​​adenosin, som er et derivat af adenin og ribose.

Purin-nitrogenbasen - adenin - er forbundet med en nN-glykosidbinding til riboses 1 "kulstof. Tre molekyler af fosforsyre er sekventielt knyttet til 5" kulstof af ribose, angivet med henholdsvis bogstaverne: b, c og d .

Med hensyn til struktur ligner ATP adenin-nukleotidet, der er en del af RNA, kun i stedet for én fosforsyre indeholder ATP tre fosforsyrerester. Celler er ikke i stand til at indeholde syrer i mærkbare mængder, men kun deres salte. Derfor kommer fosforsyre ind i ATP som en rest (i stedet for syrens OH-gruppe er der et negativt ladet oxygenatom).

Under påvirkning af enzymer hydrolyseres ATP-molekylet let, det vil sige, at det vedhæfter et vandmolekyle og nedbrydes til dannelse af adenosindiphosphorsyre (ADP):

ATP + H2O ADP + H3PO4.

Spaltning af en anden phosphorsyrerest konverterer ADP til adenosinmonophosphorsyre AMP:

ADP + H2O AMP + H3PO4.

Disse reaktioner er reversible, det vil sige, at AMP kan omdannes til ADP og derefter til ATP, hvorved der akkumuleres energi. Ødelæggelsen af ​​en konventionel peptidbinding frigiver kun 12 kJ/mol energi. Og bindingerne, der binder fosforsyrerester, er højenergiske (de kaldes også makroerge): når hver af dem ødelægges, frigives 40 kJ / mol energi. Derfor spiller ATP en central rolle i celler som en universel biologisk energiakkumulator. ATP-molekyler syntetiseres i mitokondrier og kloroplaster (kun en lille mængde af dem syntetiseres i cytoplasmaet), og derefter kommer de ind i cellens forskellige organeller og giver energi til alle livsprocesser.

På grund af energien fra ATP opstår celledeling, aktiv overførsel af stoffer gennem cellemembraner, vedligeholdelse af membranens elektriske potentiale i processen med transmission af nerveimpulser samt biosyntesen af ​​makromolekylære forbindelser og fysisk arbejde.

Med en øget belastning (f.eks. i sprint) arbejder musklerne udelukkende på grund af tilførslen af ​​ATP. I muskelceller er denne reserve nok til flere dusin sammentrækninger, og derefter skal mængden af ​​ATP genopfyldes. Syntesen af ​​ATP fra ADP og AMP sker på grund af den energi, der frigives under nedbrydningen af ​​kulhydrater, lipider og andre stoffer. En stor mængde ATP bruges også på udførelsen af ​​mentalt arbejde. Af denne grund kræver mentalarbejdere en øget mængde glukose, hvis nedbrydning sikrer syntesen af ​​ATP.

1.2 Fysiske egenskaber ved ATP

ATP består af adenosin og ribose – og tre fosfatgrupper. ATP er meget opløseligt i vand og ret stabilt i opløsninger ved pH 6,8-7,4, men hydrolyserer hurtigt ved ekstrem pH. Derfor opbevares ATP bedst i vandfri salte.

ATP er et ustabilt molekyle. I upufret vand hydrolyseres det til ADP og fosfat. Dette skyldes, at styrken af ​​bindingerne mellem fosfatgrupperne i ATP er mindre end styrken af ​​hydrogenbindingerne (hydreringsbindinger) mellem dets produkter (ADP + fosfat) og vand. Så hvis ATP og ADP er i kemisk ligevægt i vand, vil næsten alt ATP i sidste ende blive omdannet til ADP. Et system, der er langt fra ligevægt, indeholder Gibbs frie energi og er i stand til at udføre arbejde. Levende celler opretholder forholdet mellem ATP og ADP på ​​et punkt ti størrelsesordener fra ligevægt, med en ATP-koncentration tusind gange højere end ADP-koncentrationen. Dette skift fra ligevægtspositionen betyder, at ATP-hydrolyse i cellen frigiver en stor mængde fri energi.

De to højenergi-phosphatbindinger (dem, der forbinder tilstødende fosfater) i et ATP-molekyle er ansvarlige for det høje energiindhold i det molekyle. Den energi, der er lagret i ATP, kan frigives fra hydrolyse. Beliggende længst fra ribosesukkeret har z-phosphatgruppen en højere hydrolyseenergi end enten β- eller β-phosphat. Bindinger dannet efter hydrolyse eller phosphorylering af en ATP-rest har lavere energi end andre ATP-bindinger. Under enzymkatalyseret ATP-hydrolyse eller ATP-phosphorylering kan tilgængelig fri energi bruges af levende systemer til at udføre arbejde.

Ethvert ustabilt system af potentielt reaktive molekyler kan potentielt tjene som en måde at lagre fri energi på, hvis cellerne har holdt deres koncentration langt fra ligevægtspunktet for reaktionen. Men som det er tilfældet med de fleste polymere biomolekyler, skyldes nedbrydningen af ​​RNA, DNA og ATP til simple monomerer både frigivelse af energi og entropi, en stigning i hensynet, både i standardkoncentrationer og også i de koncentrationer, hvor det sker i cellen.

Standardmængden af ​​frigivet energi som følge af ATP-hydrolyse kan beregnes ud fra ændringer i energi, der ikke er relateret til naturlige (standard)forhold, derefter den korrigerede biologiske koncentration. Nettoændringen i termisk energi (enthalpi) ved standard temperatur og tryk for nedbrydning af ATP til ADP og uorganiske fosfater er 20,5 kJ/mol, med en fri energiændring på 3,4 kJ/mol. Energi frigives ved at spalte fosfat eller pyrophosphat fra ATP til statsstandarden 1 M er:

ATP + H 2 O > ADP + P I DG? = - 30,5 kJ/mol (-7,3 kcal/mol)

ATP + H 2 O > AMP + PP i DG? = - 45,6 kJ/mol (-10,9 kcal/mol)

Disse værdier kan bruges til at beregne ændringen i energi under fysiologiske forhold og cellulær ATP/ADP. En mere repræsentativ betydning, kaldet energiladning, virker dog ofte. Der er givet værdier for Gibbs frie energi. Disse reaktioner afhænger af en række faktorer, herunder samlet ionstyrke og tilstedeværelsen af ​​jordalkalimetaller såsom Mg 2 + og Ca 2 + ioner. Under normale forhold er DG omkring -57 kJ/mol (-14 kcal/mol).

protein biologisk batterienergi

kapitel 2

I kroppen syntetiseres ATP ved phosphorylering af ADP:

ADP + H3PO4+ energi> ATP + H2O.

Fosforylering af ADP er mulig på to måder: substratphosphorylering og oxidativ fosforylering (ved at bruge energien fra oxiderende stoffer). Størstedelen af ​​ATP dannes på mitokondrielle membraner under oxidativ phosphorylering af H-afhængig ATP-syntase. Substratphosphorylering af ATP kræver ikke deltagelse af membranenzymer; det sker i processen med glykolyse eller ved at overføre en fosfatgruppe fra andre makroerge forbindelser.

Reaktionerne af ADP-phosphorylering og den efterfølgende brug af ATP som energikilde danner en cyklisk proces, der er essensen af ​​energimetabolisme.

I kroppen er ATP et af de hyppigst opdaterede stoffer. Så hos mennesker er levetiden for et ATP-molekyle mindre end 1 minut. I løbet af dagen gennemgår et ATP-molekyle i gennemsnit 2000-3000 resyntesecyklusser (menneskekroppen syntetiserer omkring 40 kg ATP om dagen), det vil sige, at der praktisk talt ikke er nogen ATP-reserve i kroppen, og for et normalt liv er det nødvendigt for konstant at syntetisere nye ATP-molekyler.

Oxidativ phosphorylering -

Men oftest bruges kulhydrater som substrat. Så hjerneceller er ikke i stand til at bruge noget andet substrat til ernæring, undtagen kulhydrater.

Præ-komplekse kulhydrater nedbrydes til simple kulhydrater op til dannelsen af ​​glukose. Glucose er et universelt substrat i processen med cellulær respiration. Glucoseoxidation er opdelt i 3 trin:

1. glykolyse;

2. oxidativ decarboxylering og Krebs-cyklussen;

3. oxidativ phosphorylering.

I dette tilfælde er glykolyse en fælles fase for aerob og anaerob respiration.

2 .1.1 ChikoLiz- en enzymatisk proces med sekventiel nedbrydning af glucose i celler, ledsaget af syntesen af ​​ATP. Glykolyse under aerobe forhold fører til dannelse af pyrodruesyre (pyruvat), glykolyse under anaerobe forhold fører til dannelse af mælkesyre (laktat). Glykolyse er hovedvejen for glucosekatabolisme hos dyr.

Den glykolytiske vej består af 10 på hinanden følgende reaktioner, som hver katalyseres af et separat enzym.

Glykolyseprocessen kan betinget opdeles i to faser. Det første trin, der fortsætter med energiforbruget af 2 ATP-molekyler, er opsplitning af et glukosemolekyle i 2 molekyler glyceraldehyd-3-phosphat. På det andet trin forekommer NAD-afhængig oxidation af glyceraldehyd-3-phosphat, ledsaget af ATP-syntese. I sig selv er glykolyse en fuldstændig anaerob proces, det vil sige, at den ikke kræver tilstedeværelse af ilt for at reaktionerne kan forekomme.

Glykolyse er en af ​​de ældste metaboliske processer kendt i næsten alle levende organismer. Formentlig optrådte glykolyse for mere end 3,5 milliarder år siden i primære prokaryoter.

Resultatet af glykolyse er omdannelsen af ​​et molekyle glucose til to molekyler pyrodruesyre (PVA) og dannelsen af ​​to reducerende ækvivalenter i form af coenzymet NAD H.

Den komplette ligning for glykolyse er:

C6H12O6 + 2NAD + + 2ADP + 2P n \u003d 2NAD H + 2PVC + 2ATP + 2H2O + 2H+.

I fravær eller mangel på ilt i cellen gennemgår pyrodruesyre reduktion til mælkesyre, så vil den generelle glykolyseligning være som følger:

C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2P n \u003d 2 lactat + 2ATP + 2H 2 O.

Under den anaerobe nedbrydning af et glucosemolekyle er det samlede netto-ATP-udbytte således to molekyler opnået i reaktionerne af ADP-substratphosphorylering.

I aerobe organismer gennemgår slutprodukterne af glykolysen yderligere transformationer i biokemiske cyklusser relateret til cellulær respiration. Som et resultat heraf, efter fuldstændig oxidation af alle metabolitter af et glukosemolekyle i det sidste trin af cellulær respiration - oxidativ fosforylering, der forekommer på mitokondriel respirationskæde i nærvær af oxygen - syntetiseres yderligere 34 eller 36 ATP-molekyler for hver glukose molekyle.

Den første reaktion af glykolysen er phosphoryleringen af ​​et glukosemolekyle, som sker med deltagelse af det vævsspecifikke hexokinase-enzym med energiforbruget af 1 ATP-molekyle; den aktive form af glucose dannes - glucose-6-phosphat (G-6-F):

For at reaktionen kan forløbe, er tilstedeværelsen af ​​Mg 2+ ioner i mediet nødvendig, som ATP-molekylekomplekset binder til. Denne reaktion er irreversibel og er den første nøgle reaktion glykolyse.

Fosforylering af glucose har to mål: For det første, fordi plasmamembranen, som er permeabel for et neutralt glucosemolekyle, ikke tillader negativt ladede G-6-P molekyler at passere igennem, er fosforyleret glucose låst inde i cellen. For det andet omdannes glucose under phosphorylering til en aktiv form, der kan deltage i biokemiske reaktioner og indgå i metaboliske cyklusser.

Hexokinases hepatiske isoenzym - glucokinase - er vigtigt i reguleringen af ​​blodsukkerniveauet.

I næste reaktion ( 2 ) af enzymet phosphoglucoisomerase omdannes G-6-P til fructose-6-phosphat (F-6-F):

Der kræves ikke energi til denne reaktion, og reaktionen er fuldstændig reversibel. På dette stadium kan fructose også inkluderes i processen med glykolyse ved fosforylering.

Derefter følger to reaktioner næsten umiddelbart efter hinanden: irreversibel phosphorylering af fructose-6-phosphat ( 3 ) og reversibel aldolspaltning af det resulterende fructose-1,6-bisphosphat (F-1,6-bF) i to trioser ( 4 ).

Fosforylering af F-6-F udføres af phosphofructokinase med energiforbrug fra et andet ATP-molekyle; dette er den anden nøgle reaktion glykolyse, dens regulering bestemmer intensiteten af ​​glykolysen som helhed.

Aldol-spaltning F-1,6-bF forekommer under virkningen af ​​fructose-1,6-bisphosphat aldolase:

Som et resultat af den fjerde reaktion, dihydroxyacetonephosphat og glyceraldehyd-3-phosphat, og den første er næsten umiddelbart under handling phosphotriose-isomerase går til den anden 5 ), som er involveret i yderligere transformationer:

Hvert molekyle af glyceraldehydphosphat oxideres af NAD+ i nærværelse af dehydrogenaser glyceraldehydphosphat Før 1,3- disphosphoglyce- rata (6 ):

Kommer fra 1,3-diphosphoglycerat, der indeholder en makroergisk binding i 1 position, overfører phosphoglyceratkinase-enzymet en phosphorsyrerest til ADP-molekylet (reaktion 7 ) - der dannes et ATP-molekyle:

Dette er den første reaktion af substratphosphorylering. Fra dette øjeblik ophører processen med nedbrydning af glukose med at være urentabel med hensyn til energi, da energiomkostningerne for det første trin kompenseres: 2 ATP-molekyler syntetiseres (én for hvert 1,3-diphosphoglycerat) i stedet for de to brugt i reaktioner 1 og 3 . For at denne reaktion kan forekomme, kræves tilstedeværelsen af ​​ADP i cytosolen, det vil sige med et overskud af ATP i cellen (og mangel på ADP), falder dens hastighed. Da ATP, som ikke metaboliseres, ikke aflejres i cellen, men blot ødelægges, er denne reaktion en vigtig regulator af glykolysen.

Derefter sekventielt: phosphoglycerol mutase dannes 2-phospho- glycerat (8 ):

Enolase former phosphoenolpyruvat (9 ):

Og endelig sker den anden reaktion af substratphosphorylering af ADP med dannelsen af ​​enolformen af ​​pyruvat og ATP ( 10 ):

Reaktionen forløber under påvirkning af pyruvatkinase. Dette er den sidste nøglereaktion af glykolysen. Isomerisering af enolformen af ​​pyruvat til pyruvat sker ikke-enzymatisk.

Siden starten F-1,6-bF kun reaktioner fortsætter med frigivelse af energi 7 og 10 , hvor substratphosphorylering af ADP forekommer.

Regulering glykolyse

Skelne mellem lokal og generel regulering.

Lokal regulering udføres ved at ændre aktiviteten af ​​enzymer under påvirkning af forskellige metabolitter inde i cellen.

Reguleringen af ​​glykolyse som helhed, umiddelbart for hele organismen, sker under påvirkning af hormoner, som, påvirkning gennem molekyler af sekundære budbringere, ændrer intracellulær metabolisme.

Insulin spiller en vigtig rolle i at stimulere glykolyse. Glukagon og adrenalin er de vigtigste hormonelle hæmmere af glykolyse.

Insulin stimulerer glykolyse gennem:

aktivering af hexokinasereaktionen;

stimulering af phosphofructokinase;

stimulering af pyruvatkinase.

Andre hormoner påvirker også glykolysen. For eksempel hæmmer somatotropin glykolyseenzymer, og skjoldbruskkirtelhormoner er stimulerende.

Glykolyse reguleres gennem flere nøgletrin. Reaktioner katalyseret af hexokinase ( 1 ), phosphofructokinase ( 3 ) og pyruvatkinase ( 10 ) er karakteriseret ved et signifikant fald i fri energi og er praktisk talt irreversible, hvilket gør det muligt for dem at være effektive punkter til regulering af glykolyse.

Glykolyse er en katabolisk vej af usædvanlig betydning. Det giver energi til cellulære reaktioner, herunder proteinsyntese. Mellemprodukter af glykolyse bruges til syntese af fedtstoffer. Pyruvat kan også bruges til at syntetisere alanin, aspartat og andre forbindelser. Takket være glykolyse begrænser mitokondriel ydeevne og ilttilgængelighed ikke muskelkraft under kortvarige ekstreme belastninger.

2.1.2 Oxidativ decarboxylering - oxidationen af ​​pyruvat til acetyl-CoA sker med deltagelse af en række enzymer og coenzymer, strukturelt forenet i et multienzymsystem kaldet "pyruvatdehydrogenasekompleks".

På trin I af denne proces mister pyruvat sin carboxylgruppe som et resultat af interaktion med thiaminpyrophosphat (TPP) som en del af det aktive center af pyruvatdehydrogenaseenzymet (E 1). I trin II oxideres hydroxyethylgruppen i E 1 -TPF-CHOH-CH 3 komplekset til dannelse af en acetylgruppe, som samtidigt overføres til liponsyreamidet (coenzymet) forbundet med enzymet dihydrolipoylacetyltransferase (E 2). Dette enzym katalyserer trin III - overførslen af ​​acetylgruppen til coenzymet CoA (HS-KoA) med dannelsen af ​​slutproduktet acetyl-CoA, som er en højenergisk (makroerg) forbindelse.

I trin IV regenereres den oxiderede form af lipoamid fra det reducerede dihydrolipoamid-E2-kompleks. Med deltagelse af enzymet dihydrolipoyldehydrogenase (E 3) overføres hydrogenatomer fra de reducerede sulfhydrylgrupper i dihydrolipoamid til FAD, der fungerer som en protesegruppe af dette enzym og er stærkt forbundet med det. På trin V overfører den reducerede FADH 2 dihydro-lipoyl dehydrogenase hydrogen til coenzymet NAD med dannelsen af ​​NADH + H +.

Processen med oxidativ decarboxylering af pyruvat forekommer i mitokondriematrixen. Det involverer (som en del af et komplekst multienzymkompleks) 3 enzymer (pyruvatdehydrogenase, dihydrolipoylacetyltransferase, dihydrolipoyldehydrogenase) og 5 coenzymer (TPF, lipoinsyreamid, coenzym A, FAD og NAD), hvoraf tre er relativt stærkt forbundet med enzymer (TPF-E 1 , lipoamid-E 2 og FAD-E 3), og to er let dissocierede (HS-KoA og NAD).

Ris. 1 Virkningsmekanismen for pyruvatdehydrogenasekomplekset

E1 - pyruvatdehydrogenase; E2 - di-hydrolipoylacetyltransfsraz; E3 - dihydrolipoyldehydrogenase; tallene i cirklerne angiver trinene i processen.

Alle disse enzymer, som har en underenhedsstruktur, og coenzymer er organiseret i et enkelt kompleks. Derfor er mellemprodukter i stand til hurtigt at interagere med hinanden. Det er blevet vist, at polypeptidkæderne af dihydrolipoyl-acetyltransferase-underenheder, der udgør komplekset, så at sige danner kernen af ​​komplekset, omkring hvilken pyruvatdehydrogenase og dihydrolipoyldehydrogenase er placeret. Det er almindeligt accepteret, at det native enzymkompleks dannes ved selvsamling.

Den samlede reaktion katalyseret af pyruvatdehydrogenasekomplekset kan repræsenteres som følger:

Pyruvat + NAD + + HS-KoA -\u003e Acetyl-CoA + NADH + H + + CO 2.

Reaktionen er ledsaget af et signifikant fald i standardfri energi og er praktisk talt irreversibel.

Acetyl-CoA dannet i processen med oxidativ decarboxylering undergår yderligere oxidation med dannelse af CO 2 og H 2 O. Fuldstændig oxidation af acetyl-CoA sker i tricarboxylsyrecyklussen (Krebs cyklus). Denne proces, ligesom den oxidative decarboxylering af pyruvat, forekommer i mitokondrier af celler.

2 .1.3 CyklustricarbonsurT (cyklus Crebsa, citertny cyklus) er den centrale del af den generelle katabolismevej, en cyklisk biokemisk aerob proces, hvorunder omdannelsen af ​​to- og trekulstofforbindelser, der dannes som mellemprodukter i levende organismer under nedbrydningen af ​​kulhydrater, fedtstoffer og proteiner, til CO 2 opstår. I dette tilfælde sendes det frigivne brint til vævets respirationskæde, hvor det yderligere oxideres til vand, idet det tager en direkte del i syntesen af ​​den universelle energikilde - ATP.

Krebs-cyklussen er et nøgletrin i respirationen af ​​alle celler, der bruger ilt, krydsfeltet mellem mange metaboliske veje i kroppen. Ud over en væsentlig energirolle spiller kredsløbet også en væsentlig plastisk funktion, det vil sige, at den er en vigtig kilde til forstadiemolekyler, hvorfra der i løbet af andre biokemiske transformationer så vigtige forbindelser for cellens liv som f.eks. aminosyrer, kulhydrater, fedtsyrer osv. syntetiseres.

Forvandlingens cyklus citronsyrer i levende celler blev opdaget og undersøgt af den tyske biokemiker Sir Hans Krebs, for dette arbejde blev han (sammen med F. Lipman) tildelt Nobelprisen (1953).

I eukaryoter forekommer alle reaktioner i Krebs-cyklussen inde i mitokondrier, og de enzymer, der katalyserer dem, bortset fra én, er i en fri tilstand i mitokondriematrixen, med undtagelse af succinatdehydrogenase, som er lokaliseret på den indre mitokondriemembran, integreres i lipid-dobbeltlaget. Hos prokaryoter foregår cyklussens reaktioner i cytoplasmaet.

Den generelle ligning for en omdrejning af Krebs-cyklussen er:

Acetyl-CoA > 2CO 2 + CoA + 8e?

Regulering cyklus-en:

Krebs-cyklussen reguleres "i henhold til den negative feedback-mekanisme", i nærværelse af et stort antal substrater (acetyl-CoA, oxaloacetat), cyklussen fungerer aktivt, og med et overskud af reaktionsprodukter (NAD, ATP) er det hæmmet. Regulering udføres også ved hjælp af hormoner, hovedkilden til acetyl-CoA er glucose, derfor bidrager hormoner, der fremmer den aerobe nedbrydning af glucose, til Krebs-cyklussen. Disse hormoner er:

Insulin

adrenalin.

Glucagon stimulerer glukosesyntesen og hæmmer reaktionerne i Krebs-cyklussen.

Som regel afbrydes Krebs-cyklussens arbejde ikke på grund af anaplerotiske reaktioner, der genopbygger cyklussen med substrater:

Pyruvat + CO 2 + ATP = Oxaloacetat (substrat af Krebs-cyklussen) + ADP + Fn.

Arbejde ATP syntase

Processen med oxidativ phosphorylering udføres af det femte kompleks af den mitokondrielle respiratoriske kæde - Proton ATP-syntase, bestående af 9 underenheder af 5 typer:

3 underenheder (d,e,f) bidrager til integriteten af ​​ATP-syntase

· Underenheden er den grundlæggende funktionelle enhed. Den har 3 konformationer:

L-konformation - binder ADP og fosfat (de kommer ind i mitokondrierne fra cytoplasmaet ved hjælp af specielle bærere)

T-konformation - fosfat bindes til ADP og ATP dannes

O-konformation - ATP splittes fra b-underenheden og går over til b-underenheden.

For at en underenhed kan ændre konformation, er der brug for en brintproton, da konformationen ændres 3 gange, er der brug for 3 brintprotoner. Protoner pumpes fra mitokondriernes intermembranrum under påvirkning af et elektrokemisk potentiale.

· b-underenhed transporterer ATP til membranbæreren, som "smider" ATP ud i cytoplasmaet. Til gengæld transporterer den samme bærer ADP fra cytoplasmaet. På mitokondriers indre membran er der også en fosfatbærer fra cytoplasmaet til mitokondriet, men dens drift kræver en brintproton. Sådanne bærere kaldes translokaser.

i alt Afslut

Til syntesen af ​​1 ATP-molekyle er der brug for 3 protoner.

Inhibitorer oxidativ fosforylering

Inhibitorer blokerer V-komplekset:

Oligomycin - blokerer protonkanalerne i ATP-syntase.

Atractylosid, cyclophyllin - blokerer translokaser.

Afkoblinger oxidativ fosforylering

Afkoblinger- lipofile stoffer, der er i stand til at acceptere protoner og transportere dem gennem mitokondriers indre membran, uden om V-komplekset (dets protonkanal). Afbrydere:

· Naturlig- produkter af lipidperoxidation, langkædede fedtsyrer; store doser af skjoldbruskkirtelhormoner.

· kunstig- dinitrophenol, ether, vitamin K-derivater, anæstetika.

2.2 Substratfosforylering

Substr-en Andetphosphoryl og ing ( biokemisk), syntesen af ​​energirige fosforforbindelser på grund af energien fra redoxreaktioner af glycolyse (katalyseret af pog enolase) og under oxidationen af ​​a-ketoglutarsyre i tricarboxylsyrecyklussen (under påvirkning af a-ketoglutarat) dehydrogenase og succinatethiokinase). For bakterier er tilfælde af S. beskrevet f. under oxidation af pyrodruesyre.S. f., i modsætning til phosphorylering i elektrontransportkæden, hæmmes ikke af "afkobling" af giftstoffer (f.eks. dinitrophenol) og er ikke forbundet med fiksering af enzymer i mitokondriemembraner. Bidraget fra S. f. til cellepuljen af ​​ATP under aerobe forhold er meget mindre end bidraget fra phosphorylering til elektrontransportkæden.

Kapitel 3

3.1 Rolle i buret

ATP's hovedrolle i kroppen er forbundet med at levere energi til adskillige biokemiske reaktioner. Da ATP er bærer af to højenergibindinger, tjener ATP som en direkte energikilde for mange energiforbrugende biokemiske og fysiologiske processer. Alle disse er reaktioner af syntesen af ​​komplekse stoffer i kroppen: implementeringen af ​​den aktive overførsel af molekyler gennem biologiske membraner, herunder til skabelse af et transmembran elektrisk potentiale; implementering af muskelsammentrækning.

Som du ved, i bioenergetik af levende organismer er to hovedpunkter vigtige:

a) kemisk energi lagres gennem dannelsen af ​​ATP, koblet med eksergoniske kataboliske reaktioner af oxidation af organiske substrater;

b) kemisk energi udnyttes ved at spalte ATP, forbundet med endergoniske reaktioner af anabolisme og andre processer, der kræver energi.

Spørgsmålet opstår, hvorfor ATP-molekylet passer til sin centrale rolle i bioenergetik. For at løse det, overvej strukturen af ​​ATP Struktur ATP - (på pH 7,0 tetracharge anion) .

ATP er en termodynamisk ustabil forbindelse. Ustabiliteten af ​​ATP bestemmes for det første af elektrostatisk frastødning i området af en klynge af negative ladninger af samme navn, hvilket fører til en spænding af hele molekylet, men den stærkeste binding er P - O - P, og for det andet, ved en bestemt resonans. I overensstemmelse med sidstnævnte faktor er der konkurrence mellem fosforatomer om de enlige mobile elektroner i oxygenatomet placeret mellem dem, da hvert fosforatom har en delvis positiv ladning på grund af den betydelige elektronacceptoreffekt af P=O og P - O- grupper. Således er muligheden for eksistensen af ​​ATP bestemt af tilstedeværelsen af ​​en tilstrækkelig mængde kemisk energi i molekylet, som gør det muligt at kompensere for disse fysisk-kemiske belastninger. ATP-molekylet har to phosphoanhydrid (pyrophosphat) bindinger, hvis hydrolyse er ledsaget af et signifikant fald i fri energi (ved pH 7,0 og 37 o C).

ATP + H 2 O \u003d ADP + H 3 RO 4 G0I \u003d - 31,0 kJ / mol.

ADP + H 2 O \u003d AMP + H 3 RO 4 G0I \u003d - 31,9 kJ / mol.

Et af de centrale problemer ved bioenergetik er biosyntesen af ​​ATP, som i dyrelivet sker ved ADP-phosphorylering.

Fosforylering af ADP er en endergonisk proces og kræver en energikilde. Som tidligere nævnt dominerer to sådanne energikilder i naturen - solenergi og den kemiske energi af reducerede organiske forbindelser. Grønne planter og nogle mikroorganismer er i stand til at omdanne energien fra absorberede lyskvanter til kemisk energi, som bruges på ADP-phosphorylering i lysstadiet af fotosyntesen. Denne proces med ATP-regenerering kaldes fotosyntetisk phosphorylering. Omdannelsen af ​​oxidationsenergien af ​​organiske forbindelser til makroenergetiske bindinger af ATP under aerobe forhold sker hovedsageligt gennem oxidativ phosphorylering. Den frie energi, der kræves til dannelsen af ​​ATP, genereres i den respiratoriske oxidative kæde af mitochodrier.

En anden type ATP-syntese er kendt, kaldet substratphosphorylering. I modsætning til oxidativ phosphorylering forbundet med elektronoverførsel er donoren af ​​den aktiverede phosphorylgruppe (-PO3 H2), som er nødvendig for ATP-regenerering, mellemprodukterne af glykolyseprocesserne og tricarboxylsyrecyklussen. I alle disse tilfælde fører oxidative processer til dannelsen af ​​højenergiforbindelser: 1,3 - diphosphoglycerat (glykolyse), succinyl - CoA (tricarboxylsyrecyklus), som med deltagelse af passende enzymer er i stand til at folirere ADP og danne ATP. Energitransformation på substratniveau er den eneste måde for ATP-syntese i anaerobe organismer. Denne proces med ATP-syntese giver dig mulighed for at opretholde intensivt arbejde med skeletmuskler i perioder med iltsult. Det skal huskes, at det er den eneste måde til ATP-syntese i modne erytrocytter uden mitokondrier.

Adenylnukleotid spiller en særlig vigtig rolle i cellebioenergetik, hvortil to phosphorsyrerester er knyttet. Dette stof kaldes adenosintrifosfat (ATP). I de kemiske bindinger mellem resterne af fosforsyre i ATP-molekylet oplagres energi, som frigives, når den organiske phosphorit spaltes:

ATP \u003d ADP + P + E,

hvor F er et enzym, E er en frigørende energi. I denne reaktion dannes adenosin-phosphorsyre (ADP) - resten af ​​ATP-molekylet og organisk fosfat. Alle celler bruger energien fra ATP til processer med biosyntese, bevægelse, produktion af varme, nerveimpulser, luminescens (for eksempel selvlysende bakterier), det vil sige til alle livsprocesser.

ATP er en universel biologisk energiakkumulator. Den lysenergi, der er indeholdt i den mad, der indtages, lagres i ATP-molekyler.

Tilførslen af ​​ATP i cellen er lille. Så i en muskel er ATP-reserven nok til 20-30 sammentrækninger. Med øget, men kortvarigt arbejde, arbejder musklerne udelukkende på grund af spaltningen af ​​ATP indeholdt i dem. Efter endt arbejde trækker en person vejret tungt - i denne periode sker nedbrydningen af ​​kulhydrater og andre stoffer (energi akkumuleres), og forsyningen af ​​ATP i cellerne genoprettes.

Også kendt er ATP's rolle som neurotransmitter i synapser.

3.2 Rolle i enzymernes arbejde

En levende celle er et kemisk system langt fra ligevægt: Et levende systems tilgang til ligevægt betyder trods alt dets henfald og død. Produktet af hvert enzym opbruges normalt hurtigt, da det bruges som et substrat af et andet enzym i den metaboliske vej. Endnu vigtigere er et stort antal enzymatiske reaktioner forbundet med nedbrydningen af ​​ATP til ADP og uorganisk fosfat. For at dette er muligt, skal puljen af ​​ATP til gengæld holdes på et niveau langt fra ligevægt, således at forholdet mellem koncentrationen af ​​ATP og koncentrationen af ​​dets hydrolyseprodukter er højt. ATP-puljen spiller således rollen som en "akkumulator", der opretholder en konstant overførsel af energi og atomer i cellen langs de metaboliske veje bestemt af tilstedeværelsen af ​​enzymer.

Så lad os overveje processen med ATP-hydrolyse og dens virkning på enzymernes arbejde. Forestil dig en typisk biosyntetisk proces, hvor to monomerer - A og B - skal kombineres med hinanden i en dehydreringsreaktion (det kaldes også kondensering), ledsaget af frigivelse af vand:

A - H + B - OH - AB + H2O

Den omvendte reaktion, som kaldes hydrolyse, hvor et vandmolekyle nedbryder en kovalent bundet A-B-forbindelse, vil næsten altid være energetisk gunstig. Dette sker for eksempel under den hydrolytiske spaltning af proteiner, nukleinsyrer og polysaccharider til underenheder.

Den generelle strategi, hvorved cellen A-B dannes med A-N og B-OH, omfatter en flertrinssekvens af reaktioner, som et resultat af hvilken der er en energetisk ugunstig syntese af de ønskede forbindelser med en afbalanceret gunstig reaktion.

Svarer ATP-hydrolyse til en stor negativ værdi? G, derfor spiller ATP-hydrolyse ofte rollen som en energetisk gunstig reaktion, på grund af hvilken intracellulære biosyntesereaktioner udføres.

På vej fra A - H og B - OH-A - B forbundet med ATP-hydrolyse, omdanner hydrolyseenergien først B - OH til et højenergimellemprodukt, som derefter reagerer direkte med A - H og danner A - B. en simpel mekanisme for denne proces inkluderer overførsel af fosfat fra ATP til B - OH med dannelsen af ​​B - ORO 3 eller B - O - R, og i dette tilfælde sker den totale reaktion kun i to trin:

1) B - OH + ATP - B - C - R + ADP

2) A - N + B - O - R - A - B + R

Da mellemproduktet B - O - P, dannet under reaktionen, ødelægges igen, kan de overordnede reaktioner beskrives ved hjælp af følgende ligninger:

3) A-N + B - OH - A - B og ATP - ADP + R

Den første, energetisk ugunstige reaktion, er mulig, fordi den er forbundet med den anden, energetisk gunstige reaktion (ATP-hydrolyse). Et eksempel på relaterede biosyntetiske reaktioner af denne type kan være syntesen af ​​aminosyren glutamin.

G-værdien af ​​ATP-hydrolyse til ADP og uorganisk fosfat afhænger af koncentrationen af ​​alle reaktanter og ligger normalt for cellebetingelser i området fra - 11 til - 13 kcal / mol. ATP-hydrolysereaktionen kan endelig bruges til at udføre en termodynamisk ugunstig reaktion med en G-værdi på ca. +10 kcal/mol, naturligvis i nærværelse af en passende reaktionssekvens. Men for mange biosyntetiske reaktioner, endda ? G = -13 kcal/mol. I disse og andre tilfælde ændres vejen for ATP-hydrolyse på en sådan måde, at AMP og PP (pyrophosphat) først dannes. I det næste trin undergår pyrophosphatet også hydrolyse; den samlede frie energiændring af hele processen er cirka - 26 kcal/mol.

Hvordan bruges energien fra pyrophosphathydrolyse i biosyntetiske reaktioner? En af måderne kan demonstreres ved eksemplet med ovenstående syntese af forbindelser A - B med A - H og B - OH. Ved hjælp af det passende enzym kan B - OH reagere med ATP og blive til en højenergiforbindelse B - O - R - R. Nu består reaktionen af ​​tre trin:

1) B - OH + ATP - B - C - R - R + AMP

2) A - N + B - O - R - R - A - B + PP

3) PP + H2O - 2P

Den samlede reaktion kan repræsenteres som følger:

A - H + B - OH - A - B og ATP + H2O - AMP + 2P

Da enzymet altid fremskynder reaktionen katalyseret af det både i fremadgående og i modsat retning, kan forbindelsen A - B nedbrydes ved at reagere med pyrophosphat (omvendt reaktion af trin 2). Imidlertid bidrager den energetisk gunstige reaktion af pyrophosphathydrolyse (trin 3) til at opretholde stabiliteten af ​​forbindelse A-B ved at holde pyrophosphatkoncentrationen meget lav (dette forhindrer den omvendte reaktion til trin 2). Energien fra pyrophosphathydrolyse sikrer således, at reaktionen skrider fremad. Et eksempel på en vigtig biosyntetisk reaktion af denne type er syntesen af ​​polynukleotider.

3.3 Rolle i syntesen af ​​DNA og RNA og proteiner

I alle kendte organismer syntetiseres deoxyribonukleotider, der udgør DNA, ved virkningen af ​​ribonukleotidreduktase (RNR) enzymer på de tilsvarende ribonukleotider. Disse enzymer reducerer sukkerresten fra ribose til deoxyribose ved at fjerne oxygen fra 2" hydroxylgrupper, substrater af ribonukleosid-diphosphater og produkter af deoxyribonukleosid-diphosphater. Alle reduktase-enzymer bruger en fælles sulfhydrylradikalmekanisme afhængig af reaktive cysteinrester, som er oxiderede rester, at danne disulfidbindinger i løbet af reaktionen PHP-enzymet bearbejdes ved reaktion med thioredoxin eller glutaredoxin.

Regulering af PHP og relaterede enzymer opretholder en balance i forhold til hinanden. En meget lav koncentration hæmmer DNA-syntese og DNA-reparation og er dødelig for cellen, mens et unormalt forhold er mutagent på grund af en stigning i sandsynligheden for DNA-polymerase-inkorporering under DNA-syntese.

Ved syntesen af ​​RNA-nukleinsyrer er adenosin afledt af ATP et af fire nukleotider, der er inkorporeret direkte i RNA-molekyler af RNA-polymerase. Energi, denne polymerisering sker med eliminering af pyrophosphat (to fosfatgrupper). Denne proces ligner DNA-biosyntese, bortset fra at ATP reduceres til deoxyribonukleotidet dATP før det inkorporeres i DNA.

V syntese egern. Aminoacyl-tRNA-syntetaser bruger ATP-enzymer som en energikilde til at binde et tRNA-molekyle til dets specifikke aminosyre, og danner et aminoacyl-tRNA klar til translation til ribosomer. Energi bliver tilgængelig som et resultat af ATP-hydrolyse af adenosinmonophosphat (AMP) for at fjerne to fosfatgrupper.

ATP bruges til mange cellulære funktioner, herunder transportarbejdet med at flytte stoffer over cellemembraner. Det bruges også til mekanisk arbejde, der leverer den nødvendige energi til muskelsammentrækning. Det leverer energi ikke kun til hjertemusklen (til blodcirkulationen) og skeletmuskulaturen (for eksempel til kroppens bruttobevægelser), men også til kromosomerne og flagellerne, så de kan udføre deres mange funktioner. ATP's store rolle er i kemisk arbejde, der giver den nødvendige energi til syntesen af ​​de flere tusinde typer makromolekyler, som en celle har brug for for at eksistere.

ATP bruges også som tænd-sluk-knap både til at styre kemiske reaktioner og til at sende information. Formen på de proteinkæder, der producerer byggestenene og andre strukturer, der bruges i livet, bestemmes hovedsageligt af svage kemiske bindinger, der let nedbrydes og omstruktureres. Disse kredsløb kan forkorte, forlænge og ændre form som svar på energiinput eller -output. Ændringer i kæderne ændrer proteinets form og kan også ændre dets funktion eller få det til at blive aktivt eller inaktivt.

ATP-molekyler kan binde sig til en del af et proteinmolekyle, hvilket får en anden del af det samme molekyle til at glide eller bevæge sig lidt, hvilket får det til at ændre sin konformation, hvilket inaktiverer molekylerne. Når først ATP er fjernet, får det proteinet til at vende tilbage til sin oprindelige form, og det er således funktionelt igen.

Cyklussen kan gentages, så længe molekylet vender tilbage, og fungerer effektivt som både switch og switch. Både tilsætning af phosphor (phosphorylering) og fjernelse af phosphor fra et protein (dephosphorylering) kan fungere som enten en tænd- eller slukkontakt.

3.4 Andre funktioner i ATP

Rolle v stofskifte, syntese og aktiv transportere

Således overfører ATP energi mellem rumligt adskilte metaboliske reaktioner. ATP er hovedkilden til energi til de fleste cellulære funktioner. Dette omfatter syntesen af ​​makromolekyler, herunder DNA og RNA, og proteiner. ATP spiller også en vigtig rolle i transporten af ​​makromolekyler over cellemembraner, såsom exocytose og endocytose.

Rolle v struktur celler og bevægelse

ATP er involveret i at opretholde den cellulære struktur ved at lette samling og adskillelse af cytoskeletale elementer. På grund af denne proces er ATP påkrævet til sammentrækning af actinfilamenter, og myosin er påkrævet for muskelsammentrækning. Denne sidste proces er et af de grundlæggende energikrav til dyr og er afgørende for bevægelse og åndedræt.

Rolle v signal systemer

Iekstracellulærtsignalsystemer

ATP er også et signalmolekyle. ATP, ADP eller adenosin genkendes som purinerge receptorer. Purinoreceptorer kan være de mest udbredte receptorer i pattedyrsvæv.

Hos mennesker er denne signalerende rolle vigtig i både det centrale og perifere nervesystem. Aktivitet afhænger af frigivelsen af ​​ATP fra synapser, axoner og glia purinergic aktiverer membranreceptorer

Iintracellulærtsignalsystemer

ATP er kritisk i signaltransduktionsprocesser. Det bruges af kinaser som en kilde til fosfatgrupper i deres fosfatoverførselsreaktioner. Kinaser på substrater såsom proteiner eller membranlipider er en almindelig signalform. Fosforylering af et protein med en kinase kan aktivere denne kaskade, såsom den mitogenaktiverede proteinkinasekaskade.

ATP bruges også af adenylatcyclase og omdannes til et andet messenger-molekyle AMP, som er involveret i at udløse calciumsignaler til at frigive calcium fra intracellulære depoter. [38] Denne bølgeform er særlig vigtig i hjernens funktion, selvom den er involveret i reguleringen af ​​adskillige andre cellulære processer.

Konklusion

1. Adenosintrifosfat - et nukleotid, der spiller en yderst vigtig rolle i metabolismen af ​​energi og stoffer i organismer; Først og fremmest er forbindelsen kendt som en universel energikilde til alle biokemiske processer, der forekommer i levende systemer. Kemisk er ATP trifosfatesteren af ​​adenosin, som er et derivat af adenin og ribose. Med hensyn til struktur ligner ATP adenin-nukleotidet, der er en del af RNA, kun i stedet for én fosforsyre indeholder ATP tre fosforsyrerester. Celler er ikke i stand til at indeholde syrer i mærkbare mængder, men kun deres salte. Derfor kommer fosforsyre ind i ATP som en rest (i stedet for syrens OH-gruppe er der et negativt ladet oxygenatom).

2. I kroppen syntetiseres ATP ved ADP-phosphorylering:

ADP + H3PO4+ energi> ATP + H2O.

Fosforylering af ADP er mulig på to måder: substratphosphorylering og oxidativ fosforylering (ved at bruge energien fra oxiderende stoffer).

Oxidativ phosphorylering - en af ​​de vigtigste komponenter i cellulær respiration, hvilket fører til produktion af energi i form af ATP. Substraterne for oxidativ phosphorylering er nedbrydningsprodukterne af organiske forbindelser - proteiner, fedtstoffer og kulhydrater. Processen med oxidativ phosphorylering finder sted på mitokondriernes cristae.

Substr-en Andetphosphoryl og ing ( biokemisk), syntesen af ​​energirige fosforforbindelser på grund af energien fra redoxreaktioner af glykolyse og under oxidationen af ​​a-ketoglutarsyre i tricarboxylsyrecyklussen.

3. ATP's hovedrolle i kroppen er forbundet med at levere energi til adskillige biokemiske reaktioner. Da ATP er bærer af to højenergibindinger, tjener ATP som en direkte energikilde for mange energiforbrugende biokemiske og fysiologiske processer. I levende organismers bioenergetik er følgende vigtige: kemisk energi lagres gennem dannelsen af ​​ATP, koblet med eksergoniske kataboliske reaktioner af oxidation af organiske substrater; kemisk energi udnyttes ved at spalte ATP, forbundet med endergoniske reaktioner af anabolisme og andre processer, der kræver energiforbrug.

4. Ved en øget belastning (f.eks. ved sprint) arbejder musklerne udelukkende på grund af tilførslen af ​​ATP. I muskelceller er denne reserve nok til flere dusin sammentrækninger, og derefter skal mængden af ​​ATP genopfyldes. Syntesen af ​​ATP fra ADP og AMP sker på grund af den energi, der frigives under nedbrydningen af ​​kulhydrater, lipider og andre stoffer. En stor mængde ATP bruges også på udførelsen af ​​mentalt arbejde. Af denne grund kræver mentalarbejdere en øget mængde glukose, hvis nedbrydning sikrer syntesen af ​​ATP.

Ud over energi-ATP udfører den en række andre lige så vigtige funktioner i kroppen:

· Sammen med andre nukleosidtrifosfater er ATP startproduktet i syntesen af ​​nukleinsyrer.

Derudover spiller ATP en vigtig rolle i reguleringen af ​​mange biokemiske processer. Ved at være en allosterisk effektor af en række enzymer, øger eller undertrykker ATP deres aktivitet ved at slutte sig til deres regulatoriske centre.

· ATP er også en direkte forløber for syntesen af ​​cyklisk adenosinmonofosfat, en sekundær budbringer til transmission af et hormonsignal ind i cellen.

ATP's rolle som mediator i synapser er også kendt.

Bibliografisk liste

1. Lemeza, N.A. Biologimanual for ansøgere til universiteter / L.V. Kamlyuk N.D. Lisov. - Minsk: Unipress, 2011 - 624 s.

2. Lodish, H, Berk A, Matsudaira P, Kaiser CA, Krieger M, Scott MP, Zipursky SL, Darnell J. Molecular Cell Biology, 5. udg. - New York: W.H. Freeman, 2004.

3. Romanovsky, Yu.M. Molekylær energiomdannere af en levende celle. Proton ATP-syntase - en roterende molekylær motor / Yu.M. Romanovsky A.N. Tikhonov // UFN. - 2010. - T.180. - S.931 - 956.

4. Voet D, Voet JG. Biochemistry bind 1 3. udg. Wiley: Hoboken, NJ. - N-Y: W. H. Freeman and Company, 2002. - 487 rubler.

5. Generel kemi. Biofysisk kemi. Kemi af biogene elementer. M.: Højere skole, 1993

6. Vershubsky, A.V. Biofysik. / A.V. Vershubsky, V.I. Priklonsky, A.N. Tikhonov. - M: 471-481.

7. Alberts B. Cellens molekylære biologi i 3 bind. / Alberts B., Bray D., Lewis J. et al. M.: Mir, 1994.1558 s.

8. Nikolaev A.Ya. Biologisk kemi - M .: LLC "Medical Information Agency", 1998.

9. Berg, J. M. Biochemistry, international udgave. / Berg, J. M, Tymoczko, J. L, Stryer, L. - New York: W.H. Freeman, 2011; s 287.

10. Knorre D.G. Biologisk kemi: Proc. for kemisk, biol. Og honning. specialist. universiteter. - 3. udg., Rev. / Knorre D.G., Mysina S.D. - M.: Højere. skole, 2000. - 479 s.: ill.

11. Eliot, V. Biokemi og molekylærbiologi / V. Eliot, D. Eliot. - M.: Publishing House of the Research Institute of Biomedical Chemistry of the Russian Academy of Medical Sciences, OOO "Materik-alpha", 1999, - 372 s.

12. Shina CL, K., 7 Areieh, W. On the Energetics of ATP Hydrolysis in Solution. Journal of Physical Chemistry B,113 (47), (2009).

13. Berg, J. M. Biochemistry / J. M. Berg: J. L. Tymoczko, L. Stryer. - N-Y: W. H. Freeman and Company, 2002. - 1514 s.

Lignende dokumenter

organiske forbindelser i menneskekroppen. Struktur, funktioner og klassificering af proteiner. Nukleinsyrer (polynukleotider), strukturelle træk og egenskaber af RNA og DNA. Kulhydrater i naturen og den menneskelige krop. Lipider er fedtstoffer og fedtlignende stoffer.

abstrakt, tilføjet 09/06/2009


Processen med proteinsyntese og deres rolle i levende organismers liv. Funktioner og kemiske egenskaber af aminosyrer. Årsager til deres mangel i den menneskelige krop. Typer af fødevarer, der indeholder essentielle syrer. Aminosyrer syntetiseret i leveren.

præsentation, tilføjet 23.10.2014


Kulhydraters energi-, lagrings- og støtteopbyggende funktioner. Egenskaber af monosaccharider som den vigtigste energikilde i den menneskelige krop; glukose. De vigtigste repræsentanter for disaccharider; saccharose. Polysaccharider, stivelsesdannelse, kulhydratstofskifte.

rapport, tilføjet 30/04/2010


Metaboliske funktioner i kroppen: at forsyne organer og systemer med energi produceret under nedbrydningen af ​​næringsstoffer; omdanne fødevaremolekyler til byggesten; dannelsen af ​​nukleinsyrer, lipider, kulhydrater og andre komponenter.

abstrakt, tilføjet 01/20/2009


Proteiners, fedtstoffers og kulhydraters rolle og betydning for det normale forløb af alle vitale processer. Sammensætning, struktur og nøgleegenskaber for proteiner, fedtstoffer og kulhydrater, deres vigtigste opgaver og funktioner i kroppen. De vigtigste kilder til disse næringsstoffer.

præsentation, tilføjet 04/11/2013


Karakterisering af strukturen af ​​kolesterolmolekyler som en vigtig bestanddel af cellemembranen. Undersøgelse af mekanismerne for regulering af kolesterolmetabolisme i den menneskelige krop. Analyse af funktionerne i forekomsten af ​​overskydende lavdensitetslipoproteiner i blodbanen.

abstract, tilføjet 17/06/2012


Metabolisme af proteiner, lipider og kulhydrater. Typer af menneskelig ernæring: altædende, separat og kulhydratfattig ernæring, vegetarisme, raw food diæt. Proteiners rolle i stofskiftet. Mangel på fedt i kroppen. Ændringer i kroppen som følge af en ændring i kosttypen.

semesteropgave, tilføjet 02/02/2014


Overvejelse af jerns deltagelse i oxidative processer og i syntesen af ​​kollagen. Kendskab til vigtigheden af ​​hæmoglobin i bloddannelsesprocesserne. Svimmelhed, åndenød og stofskifteforstyrrelser som følge af jernmangel i menneskekroppen.

præsentation, tilføjet 02/08/2012


Egenskaber af fluor og jern. kroppens daglige behov. Funktioner af fluor i kroppen, påvirkning, dødelig dosis, interaktion med andre stoffer. Jern i den menneskelige krop, dens kilder. Konsekvenserne af jernmangel for kroppen og dens overflod.

præsentation, tilføjet 14/02/2017


Proteiner som fødekilder, deres vigtigste funktioner. Aminosyrer involveret i fremstillingen af ​​proteiner. Strukturen af ​​polypeptidkæden. Omdannelse af proteiner i kroppen. Komplette og ufuldstændige proteiner. Proteinstruktur, kemiske egenskaber, kvalitative reaktioner.

Adenosin triphosphorsyre-ATP- en obligatorisk energikomponent i enhver levende celle. ATP er også et nukleotid, der består af den nitrogenholdige base af adenin, sukkeret fra ribose og tre rester af fosforsyremolekylet. Dette er en ustabil struktur. I metaboliske processer spaltes fosforsyrerester sekventielt fra det ved at bryde den energirige, men skrøbelige binding mellem den anden og tredje fosforsyrerest. Frigørelsen af ​​et molekyle fosforsyre ledsages af frigivelsen af ​​omkring 40 kJ energi. I dette tilfælde går ATP over i adenosindiphosphorsyre (ADP), og ved yderligere spaltning af fosforsyreresten fra ADP dannes adenosinmonophosphorsyre (AMP).

Skematisk diagram af strukturen af ​​ATP og dets transformation til ADP ( T.A. Kozlova, V.S. Kutjmenko. Biologi i tabeller. M., 2000 )

Følgelig er ATP en slags energiakkumulator i cellen, som "aflades", når den spaltes. Nedbrydningen af ​​ATP sker under reaktionerne af syntese af proteiner, fedtstoffer, kulhydrater og andre vitale funktioner i celler. Disse reaktioner går med optagelsen af ​​energi, som udvindes under nedbrydningen af ​​stoffer.

ATP syntetiseres i mitokondrier i flere stadier. Den første er forberedende - forløber trinvist med involvering af specifikke enzymer i hvert trin. I dette tilfælde nedbrydes komplekse organiske forbindelser til monomerer: proteiner - til aminosyrer, kulhydrater - til glucose, nukleinsyrer - til nukleotider osv. Brydning af bindinger i disse stoffer er ledsaget af frigivelse af en lille mængde energi. De resulterende monomerer under påvirkning af andre enzymer kan undergå yderligere nedbrydning med dannelse af simplere stoffer op til kuldioxid og vand.

Ordning Syntese af ATP i cellens mitokondrier

FORKLARINGER TIL ORDNINGENS KONVERTERING AF STOFFER OG ENERGI I DISSIMILATIONSPROCESSEN

Fase I - forberedende: komplekse organiske stoffer under påvirkning af fordøjelsesenzymer nedbrydes til simple, mens kun termisk energi frigives.
Proteiner -> aminosyrer
Fedt- > glycerin og fedtsyrer
Stivelse ->glukose

Fase II - glykolyse (iltfri): udføres i hyaloplasmaet, ikke forbundet med membraner; det involverer enzymer; glukose nedbrydes:

I gærsvampe omdannes glukosemolekylet, uden deltagelse af oxygen, til ethylalkohol og kuldioxid (alkoholisk gæring):

I andre mikroorganismer kan glykolysen afsluttes med dannelse af acetone, eddikesyre osv. I alle tilfælde ledsages nedbrydningen af ​​et glukosemolekyle af dannelsen af ​​to ATP-molekyler. Under den iltfrie nedbrydning af glukose i form af en kemisk binding tilbageholdes 40 % af anergien i ATP-molekylet, og resten spredes i form af varme.

Trin III - hydrolyse (ilt): udføres i mitokondrier, forbundet med mitokondriematrixen og den indre membran, enzymer deltager i det, mælkesyre undergår spaltning: C3H6Oz + 3H20 --> 3CO2 + 12H. CO2 (kuldioxid) frigives fra mitokondrierne til miljøet. Hydrogenatomet er inkluderet i en kæde af reaktioner, hvis slutresultat er syntesen af ​​ATP. Disse reaktioner går i følgende rækkefølge:

1. Brintatomet H kommer ved hjælp af bærerenzymer ind i mitokondriernes indre membran, som danner cristae, hvor det oxideres: H-e--> H+

2. Brintproton H+(kation) bæres af bærere til den ydre overflade af membranen af ​​cristae. For protoner er denne membran uigennemtrængelig, så de akkumuleres i intermembranrummet og danner et protonreservoir.

3. Hydrogenelektroner e overføres til den indre overflade af cristae-membranen og binder sig straks til oxygen ved hjælp af oxidase-enzymet og danner et negativt ladet aktivt oxygen (anion): O2 + e--> O2-

4. Kationer og anioner på begge sider af membranen skaber et modsat ladet elektrisk felt, og når potentialforskellen når 200 mV, begynder protonkanalen at fungere. Det forekommer i enzymmolekylerne af ATP-syntetase, som er indlejret i den indre membran, der danner cristae.

5. Hydrogenprotoner gennem protonkanalen H+ skynde sig inde i mitokondrierne, hvilket skaber et højt niveau af energi, hvoraf det meste går til syntesen af ​​ATP fra ADP og P (ADP + P -\u003e ATP) og protoner H+ interagerer med aktivt oxygen, danner vand og molekylær 02:
(4Н++202- -->2Н20+02)

Således er O2, som kommer ind i mitokondrierne under organismens respiration, nødvendig for tilsætning af brintprotoner H. I dens fravær stopper hele processen i mitokondrierne, da elektrontransportkæden holder op med at fungere. Generel reaktion på trin III:

(2CsHbOz + 6Oz + 36ADP + 36F ---> 6C02 + 36ATP + + 42H20)

Som et resultat af nedbrydningen af ​​et glukosemolekyle dannes 38 ATP-molekyler: i trin II - 2 ATP og i trin III - 36 ATP. De resulterende ATP-molekyler går ud over mitokondrierne og deltager i alle celleprocesser, hvor der er behov for energi. Ved spaltning afgiver ATP energi (én fosfatbinding indeholder 40 kJ) og vender tilbage til mitokondrierne i form af ADP og F (fosfat).

Cyklisk adenosinmonofosfat (camf)- et ATP-derivat, der fungerer som en anden budbringer i kroppen, der bruges til intracellulær udbredelse af signaler fra visse hormoner (f.eks. glukagon eller adrenalin), som ikke kan passere gennem cellemembranen. Det omdanner en række inerte proteiner til enzymer (lejrafhængige proteinkinaser), under påvirkning af hvilke en række biokemiske processer forekommer. reaktioner (udførelse af en nerveimpuls).

cAMP-dannelsen stimuleres adrenalin.

Cyklisk guanosinmonofosfat (cGMP) er en cyklisk form af et nukleotid dannet af guanosintriphosphat (GTP) af enzymet guanylatcyclase. Uddannelse stimuleret acetylcholin.

· cGMP er involveret i reguleringen af ​​biokemiske processer i levende celler som en anden budbringer. Karakteristisk er mange af virkningerne af cGMP direkte modsatte af cAMP.

cGMP aktiverer G-kinase og phosphodiesterase, som hydrolyserer cAMP.

· cGMP deltager i reguleringen af ​​cellecyklussen. Valget af celle afhænger af forholdet mellem cAMP/cGMP: stop med at dividere (stop i G0-fasen) eller fortsæt ved at gå ind i G1-fasen.

cGMP stimulerer celleproliferation (deling), og cAMP hæmmer

Adenosintrifosfat (ATP)- et nukleotid dannet af en nitrogenholdig base adenin, ribose med fem kulstofsukker og tre fosforsyrerester. Fosfatgrupper i ATP-molekylet er indbyrdes forbundet højenergi (makroergisk) forbindelser. Bindingerne mellem fosfatgrupper er ikke særlig stærke, og når de går i stykker, frigives en stor mængde energi. Som et resultat af hydrolytisk spaltning af fosfatgruppen fra ATP dannes adenosindiphosphorsyre (ADP), og en del af energien frigives.

· Sammen med andre nukleosidtrifosfater er ATP startproduktet i syntesen af ​​nukleinsyrer.

· ATP spiller en vigtig rolle i reguleringen af ​​mange biokemiske processer. Ved at være en allosterisk effektor af en række enzymer, øger eller undertrykker ATP deres aktivitet ved at slutte sig til deres regulatoriske centre.

· ATP er også en direkte forløber for syntesen af ​​cyklisk adenosinmonofosfat, en sekundær budbringer til transmission af et hormonsignal ind i cellen.

ATP's rolle som mediator i synapser og signaleringsmiddel i andre intercellulære interaktioner er også kendt

Adenosindiphosphat (ADP)- et nukleotid altså fra adenin, ribose og to phosphorsyrerester. ADP er involveret i energimetabolisme i alle levende organismer, ATP dannes af det ved phosphorylering:

ADP + H3PO4 + energi → ATP + H2O.

Den cykliske phosphorylering af ADP og den efterfølgende brug af ATP som energikilde danner en proces, der er essensen af ​​energimetabolisme (katabolisme).

FAD - flavin adenin dinukleotid- et coenzym, der deltager i mange redox biokemiske processer. FAD findes i to former - oxideret og reduceret, dens biokemiske funktion består som regel i overgangen mellem disse former.

Nikotinamid adenindinukleotid (NAD) - dinukleotid, består af to nukleotider forbundet med deres fosfatgrupper. Et af nukleotiderne indeholder adenin som en nitrogenholdig base, det andet indeholder nikotinamid. Nikotinamidadenindinukleotid findes i to former: oxideret (NAD) og reduceret (NADH).

· I stofskiftet er NAD involveret i redoxreaktioner, der overfører elektroner fra en reaktion til en anden. I celler er NAD således i to funktionelle tilstande: dens oxiderede form, NAD+, er et oxidationsmiddel og tager elektroner fra et andet molekyle og reduceres til NADH, som derefter tjener som et reduktionsmiddel og donerer elektroner.

· 1. Metabolisme af proteiner, fedtstoffer og kulhydrater. Da NAD og NADP tjener som coenzymer for de fleste dehydrogenaser, er de involveret i reaktionerne

i syntese og oxidation af fedtsyrer,

i syntesen af ​​kolesterol

udveksling af glutaminsyre og andre aminosyrer,

kulhydratmetabolisme: pentosephosphatvej, glykolyse,

oxidativ decarboxylering af pyrodruesyre,

tricarboxylsyrecyklus.

· 2. NADH udfører en regulerende funktion, da det er en hæmmer af nogle oxidationsreaktioner, for eksempel i tricarboxylsyrecyklussen.

· 3. Beskyttelse af arvelig information - NAD er et substrat for poly-ADP-ribosylering i processen med tværbinding af kromosombrud og DNA-reparation, hvilket bremser nekrobiose og apoptose af celler.

· 4. Beskyttelse mod frie radikaler - NADPH er en nødvendig komponent i cellens antioxidantsystem.