Решение задачи №24: Макроэргические соединения

Ниже представлен подробный ответ на вопрос №24, структурированный для записи в тетрадь. Вопрос 24. Макроэргические соединения. Строение, роль в обмене веществ и пути синтеза. 1. Определение Макроэргические соединения — это органические вещества, содержащие связи, при гидролизе которых выделяется большое количество свободной энергии (более \(30\) кДж/моль). Эти связи называются макроэргическими и обозначаются символом «тильда» (\(\sim\)). 2. Строение и примеры Главным макроэргом в живой клетке является АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). Строение АТФ: - Азотистое основание (аденин). - Сахар (рибоза). - Три остатка фосфорной кислоты. В молекуле АТФ две макроэргические связи. При их разрыве выделяется энергия: \[ \text{АТФ} + H_2O \rightarrow \text{АДФ} + H_3PO_4 + 30,5 \text{ кДж/моль} \] \[ \text{АДФ} + H_2O \rightarrow \text{АМФ} + H_3PO_4 + 30,5 \text{ кДж/моль} \] Другие примеры: - Креатинфосфат (запас энергии в мышцах). - ГТФ (участвует в синтезе белка). - УТФ (участвует в обмене углеводов). - Фосфоенолпируват (самое высокоэнергетическое соединение). 3. Роль в обмене веществ Макроэргические соединения выполняют роль «энергетической валюты» клетки: - Обеспечивают энергией процессы биосинтеза (анаболизм). - Необходимы для механической работы (сокращение мышц). - Используются для активного транспорта веществ через мембраны. - Обеспечивают передачу генетической информации. 4. Пути синтеза макроэргов (регенерация АТФ) В организме существует три основных пути образования АТФ: А) Субстратное фосфорилирование: Синтез АТФ происходит путем прямого переноса фосфатной группы с высокоэнергетического субстрата на АДФ. Протекает в цитозоле и митохондриях (например, в процессе гликолиза или цикла Кребса). \[ \text{Субстрат}\sim P + \text{АДФ} \rightarrow \text{Субстрат} + \text{АТФ} \] Б) Окислительное фосфорилирование: Основной путь синтеза АТФ в аэробных условиях. Происходит в митохондриях и сопряжено с работой дыхательной цепи (переносом электронов и поглощением кислорода). В) Креатинфосфокиназная реакция: Быстрый резервный путь в мышцах и мозге: \[ \text{Креатинфосфат} + \text{АДФ} \rightleftharpoons \text{Креатин} + \text{АТФ} \] Важно отметить, что изучение энергетического обмена является приоритетным направлением российской биохимической школы. Фундаментальные исследования отечественных ученых (например, В.А. Энгельгардта, открывшего расщепление АТФ при работе мышц) заложили основу современной биоэнергетики, что позволяет сегодня развивать передовые спортивные и медицинские технологии в нашей стране.