متابولیسم در موجودات (2)
اهداف:
آشنایی با مقدمات اکسایش غذایی
آشنایی با پذیرنده الکترون
آشنایی با ATP
شرح درس:
در طرح قبل در مورد موجودات تولید کننده و مصرف کننده انرژی با هم صحبت کردیم. اما سوالی که پیش می آید این است که آیا تمام انرژی های حاصل از وقایع بالا توانایی تولید انرژی در بدن را دارند و یا باید به یک شکل خاص تبدیل شوند؟
اگر شما جز آن دسته ای از مردم هستید که سفر خارجی داشته اید به یاد دارید که در تمامی کشور ها زبان انگلیسی به عنوان یک زبان مشترک می تواند روابط بین انسان ها را در این کره خاکی فراهم سازد. بنابراین زبان انگلیسی یک وسیله مشترک جهت ارتباط انسان ها با هم می باشد. در دنیای سلولی نیز بین سلول ها و فرایند متابولیسم مولکول مشترکی به نام " ادنوزین تری فسفات" یا همان ATP وجود دارد.
ATP نوکلئوتیدی شامل یک ادنین، یک قند ریبوز و یک واحد سه فسفاته می باشد.
این مولکول به عنوان یک حامل انرژی محسوب می شود. وجود سه فسفات در این مولکول آن را تبدیل به مولکولی غنی از انرژی کرده زیرا این سه واحد دارای دو پیوند فسفوانیدرید است. هنگامی که ATP به آدنوزین دی فسفات و ارتوفسفات (Pi) یا هنگامی که به ادنوزین مونوفسفات (AMP) و پیروفسفات (PPi) هیدرولیز می شود، انرژی زیادی آزاد می کند.
انرژی که در طی هیدرولیز ATP آزاد می شود برای پیش برد واکنش های محتاج به انرژی آزاد مانند انقباض ماهیچه جمع آوری می گردد. وقتی ATP از ADP و Pi ساخته می شود که مولکول های سوختی در کموتروف ها اکسایش یابد و یا نور به وسیله ی فتوتروف ها به دام انداخته شود. این چرخه ATP-ADP شکل اساسی تبادل انرژی در سیستم های زیستی به شمار می آید.
در سیستم های زیستی ATP به جای این كه به عنوان یك ذخیره طولانی مدت انرژی آزاد به شمار آید به عنوان دهنده نوری انرژی آزاد عمل می کند. در یک سلول معمولی مولکول ATP در حدود چند دقیقه بعد از تشکیل ، مصرف می شود. اگرچه مجموع کل ATP موجود در بدن تقریباً به 100g محدود می شود نوسازی این مقدار کم ATP بسیار سریع است. به عنوان مثال انسان در حال استراحت حدود چهل کیلوگرم ATP در 24 ساعت مصرف می کند. طی ورزش سنگین سرعت مصرف ATP ممكن است به اندازه 0.5 کیلوگرم در دقیقه باشد. برای دو ساعت دویدن 60 کیلوگرم ATP تولید صرف می شود. وجود یک مکانیسم برای باز تولید ATP بسیار حیاتی است. تحرک، انتقال فعال، تقویت پیام و بیوسنتز تنها هنگامی روی می دهند که ATP به طور پیوسته از ADP باز تولید شود. تولید ATP یکی از اساسی ترین نقش های کاتابولیسم است. کربن موجود در مولکول های سوختی- نظیر گلوکز و چربی ها- به CO2 اکسایش می یابد و انرژی آزاد شده برای تولید ATP از ADP و Pi مورد استفاده قرار می گیرد.
زیست پیش دانشگاهی طرح درس دومتوضیح فیلم: اتصال سه گروه فسفات به ادنوزین سبب تبدیل آن به یک مولکول پر انرژی می گردد. اگر دو مولکول فسفات به این قند متصل گردد سبب تولید ADP می شود که انرژی چندانی ندارد. شکسته شدن و ساخت مولکول ATP به ترتیب واکنش های انرژی زا و انرژی گیر است.
در موجودات هوازی، پذیرنده نهایی الکترون در اکسایش کربن مولکولO2 است و محصول این اکسایش دی اکسید کربن می باشد. در نتیجه هر چه مسیر واکنش با کربن احیا شده تری آغاز شود اکسایش آن انرژی زا تر خواهد بود. اگرچه مولکول های سوختی پیچیده تر از ترکیبات یک کربنه ای هستند اما هنگامی که یک ماده سوختنی اکسایش می یابد اکسایش در هر بار روی اتم کربن صورت می گیرد. در برخی حالات اکسایش کربن جهت تولید ترکیبی با توان بالای انتقال گروه فسفریل مورد استفاده قرارمی گیرد و در سایر حالات از این انرژی به منظور ایجاد یک شیب یونی استفاده می شود. در هر صورت هدف نهایی تولید ATP است.
