Безспорно една от най-важните молекули в цялата
биология е АТФ.
АТФ, което е съкращение на аденозин трифосфат.
Това звучи много сложно,
но всичко, което трябва да запомните и всеки път, виждайки АТФ
да се появява в дадена биохимична реакция,
нещо вътре в мозъка ви трябва да казва "Хей, става дума за
биологична енергия."
Друг начин за възприятие на АТФ е като единица - поставям
това в кавички - за биологична енергия.
Е, как точно е единица за енергия?
АТФ складира енергия във връзките си.
Ще обясня какво значи това след малко.
И преди да научим как изглежда аденозинната група или
3-фосфатната група, имайте ми малко
вяра, и си представете, че АТФ е направен
от нещо, наречено - само да избера хубав цвят -
аденозинна група.
И към тази група има прикачени 3 фосфата.
Не може, ще си представите вие.
Има 3 фосфата, закачени към групата просто така.
Това е АТФ.
Aденозин трифосфат.
три- означава 3 фосфатни групи.
Ако вземем аденозин трифосфат и хидролизираме
връзките му, което значи да го поставим някъде в
присъствието на вода
Нека добавя малко вода тук.
Нека кажем, че тук има Н2О.
Тогава една от тези фосфатни групи ще се отдели.
Естествено част от водата се свързва с фосфатната група
и част от нея се свързва с тази
фосфатна група ето тук.
Сега ще ви покажа това малко по-подробно.
Но най-напред искам да ви покажа голямата картина.
Това, което е останало е аденозинна група, която сега съдържа
два фосфата.
Това съединение се нарича аденозин дифосфат, или АДФ.
Преди имахме трифосфат, което означава три фосфата.
Сега имаме дифосфат, аденозин трифосфат, така че
вместо "три-", тук пишем само "ди-"
Което означава, че налице са две фосфатни групи.
И така, АТФ се хидролизира, или отделя се
една от фосфатните групи.
Останали са АДФ и после една допълнителна
фосфатна група тук.
И... и тук се крие отговорът за всичко, което обсъждаме,
когато споменаваме АТФ-и
налице е малко енергия.
Когато говоря за АТФ като фактор за разпространение на
биологична енергия, имам предвид това.
Че ако имаме АТФ, и трябва, чрез
химична реакция, да отделим този фосфат тук.
Това ще произведе енергия.
Тази енергия може да бъде използвана само за основно загряване.
Или тази реакция може да се съчетае с други реакции,
за протичането на които е нужна енергия.
След това тези реакции ще могат до продължат да протичат.
И така, изобразяваме тези кръгове.
Аденозин и фосфатите.
И наистина, това е всичко, което е нужно да се знае.
Това, с което ви запознахме до тук, е всичко
необходимо да се знае, за да помислим как на практика АТФ действа
в повечето биологични системи. Можем и
по друг начин да погледнем нещата.
Ако имаме енергия, и искаме да произведем АТФ,
реакцията ще протече по следния начин.
Енергия плюс една фосфатна група, плюс малко АДФ...
Можем да се върнем на АТФ.
И така, това е запзаената енергия.
От тази страна на уравнението е запазената енергия.
А от тази страна е иползваната енергия.
И това, всъщност е почти всичко-95 % от това, което
трябва да знаем, за да разберем реално функцията на АТФ
в биологичните системи. Става дума за запазване на енергия, когато
говорим за наличието на такава в АТФ.
Когато се отделя един фосфат, той произвежда енергия.
И после ако искаме да се върнем от АДФ, един фосфат се връща
в АТФ, отново трябва да се използва енергия.
АТФ в същността си е източник на енергия.
Ако имаме АДФ и искаме АТФ, трябва да употребим енергия.
До тук изобразихме кръг с буквата А
и казахме, че това е аденозин.
Но понякога е добре да видим
как изглежда молекулата в действителност.
Копирах тази схема от Уикипедия.
Причината да не ви покажа това в началото е
фактът, че изглежда доста сложно.
Докато истинската причина АТФ да се крие в разпространението
на енергия, е определено ясна.
Когато присъстват три фосфата, един от тях може да се отдели.
Резултатът от това се състои в присъствието на енергия
в системата.
Или пък, ако искаме да прикрепим този фосфат
трябва ни малко повече енергия.
Това е основен принцип при АТФ.
Но това е истинската му структура.
Но дори и тук, можем да го раздробим и да видим, че в действителност
не изглежда никак зле.
Казахме "аденозин".
Нека изобразим аденозинната група.
Имаме аденозин.
Това тук е аденозин.
Ето тази част от молекулата тук.
Тя е аденозин.
Тези от вас, които са обърнали повече внимание на
някои от другите клипове, може би разпознават, че това е част
от аденозина-и така, това се нарича аденозин, но тази част
тук, е аденин.
Това е същият аденин, който изгражда нуклеотидите, които
са "гръбнакът" на ДНК.
И така, някои от тези молекули в биологичните системи имат повече
от една употреба.
Това е същият аденин, за който говорим,
комбинирайки аденин и гуанин.
Това е пурин.
Ето ги и пиримидините, но няма да навлизам
в повече подробности.
Това е същата молекула.
Ето къде е интересното.
Това, което изгражда ДНК, е и част от
структурата на тези молекули, които произвеждат енергия.
Аденинът изгражда част от аденозина в АТФ.
Следва другата част тук, която е рибоза.
Може би я разпознавате от молекулата на РНК, рибонуклеиновата киселина.
Това е така, защото рибозата играе
съществена роля тук.
Но нека не задълбаваме толкова.
Рибозата е захарид, който съдържа пет въглеродни атома.
Когато не се виждат в молекулата, се има предвид
че точките изобразяват въглерода.
И ето, един въглерод има тук, два въглерода,
три въглерода, четири въглерода, пет въглерода.
Това е добре да се знае.
Добре е да се знае, че те споделят части от
молекулите си с ДНК.
Това са познати изграждащи части, които виждаме
отново и отново.
Искам да подчертая, че като знаем тези факти
и ги помним, това несъмнено ще ни помогне да разберем
АТФ като съединение, което
движи биологичните реакции.
Тук изобразихме три фосфатни групи, а това
е молекулната им структура.
Ето как Луис изобразява тази структура.
Това е една фосфатна група.
Тук е втората фосфатна група.
А тук е третата фосфатна група.
Ето така.
Когато за пръв път научих това, първият ми въпрос беше: "Добре, мога
да приема това като скок с вяра; че ако отделим една от тези
фосфатни групи, или ако тази връзка се хидролизира,
това освобождава енергия по някакъв начин.
И след това продължих и отговорих на всички въпроси,
на които нямах отговор.
Но защо се освобождава енергия?
Каква е тази връзка, която освобождава енергия?
Помним, че всички връзки представляват електрони, които са част
от различни атоми.
И ето го най-добрият начин, по който това може да се представи.
Електроните, които се предават през тази връзка,
или електронът, който се споделя през връзката,
идва от фосфата.
Сега няма да чертая Менделеевата таблица.
Но знаем, че фосфатната група има пет електрона за отделяне.
Тя е с по-ниска електроотрицателност от кислорода, така че кислородът някак
ще погълне електрона.
Но този електрон е в малко неудобство.
Две са причините за това неудобство.
Той е в състояние на висока енергия.
Една от причините се крие в това, че
тук са всички тези атоми кислород с отрицателен заряд.
С други думи, те някак си се отблъскват един друг.
И тези електрони във връзката наистина не могат
да се доближат до ядрото.
Те ще преминат в един вид състояние на ниска енергия.
Всичко това е повече от аналогично от действителността.
Знаем, че електроните могат да станат доста сложни.
А съществува и цял един механичен свят.
Но ето един хубав начин да се мисли по тоя въпрос.
Това, че тези молекули искат да са на разстояние една от друга.
Като се вземат предвид тези връзки, електронът в тях е
в състояние на висока енергия.
Той е по-далеч от ядрата на тези два атома
от мястото, на което може би иска да бъде.
И когато тази фосфатна група се отдели,
изведнъж тези електрони могат да се окажат
в състояние на по-ниска енергия.
Това произвежда енергия.
И тази енергия тук, винаги е-всъщност във всяка
химична реакция, за която се казва, че се произвежда енергия,
това става винаги чрез електрони, които преминават в състояние на по-ниска енергия.
Ето затова става въпрос.
По-натаък, в бъдещи клипове, когато се занимаваме с клетъчно
дишане и глюколиза и подобни явления, когато и да покажем
енергията, тя идва от електроните, които излизат
от възбудено състояние в повече на брой невъзбудени състояния.
И в този процес те произвеждат енергия.
Ако съм в самолет или скачам от самолет, аз имам
мноог потенциална енергия точно когато
скачам от самолета.
Това може да се счита за възбудено състояние.
А когато си седя на дивана и гледам футбол,
имам много по-малко потенциална енергия, така че това е
невъзбудено състояние.
Можело е да възпроизведа много енергия,
падайки на дивана си.
Но не знам.
Аналогиите ми винаги се провалят в даден момент.
Сега, последният въпрос, който искам да разгледам пред вас е как точно
протича тази реакция.
Засега бихте могли да спрете този клип и вече
можете да считате АТФ като съединение, което се използва в 95% от биологията,
и най-вече колежанският курс по биология.
Но бих искал да разберете как всъщност
протича тази реакция.
За да го направя, това, което ще приложа е копиране
и поставяне на части от тази схема.
Вече казахме, че този приятел тук
ще се отдели от АТФ.
Така че, това е фосфатната група, която се отделя.
И следва останалото.
Тук имаме АДФ като останала част.
Ето го АДФ.
Дори не е нужно да копирам и поставям всичко това.
Можем просто да приемем че това е аденозинната група.
Точно така.
Вече казахме, че всичко това се хидролизира
отделя се и това произвежда енергия.
Но това което искам да направя всъщност
е да ви покажа механизма.
Малко нагледен механизъм за това как
всъщност става всичко.
Така. Казахме, че тази реакция протича в наличието на вода.
Нека тук изобразим водата.
Имаме кислород и водород.
Тук имаме още един атом водород.
Ето това там е вода.
И така, хидролизата просто е реакция, при която казваме, че
тоя приятел тук, иска да се свърже с нещо или
иска да сподели електроните на някой друг.
Така че може би този водород тук отива там долу и споделя
електрона си с този кислород тук.
И после този фосфор, той има един излишен електрон,
който иска да отдаде.
Спомняме си, че има има пет-валентни електрона; иска да ги сподели
с кислорода.
Има един, два, три, четири, които в този момент се отделят.
И така, ако този водород отиде при този приятел, остава
тази синя ОН-група тук.
а този приятел може да отдели
един от излишните фосфорови електрони.
Поучаваме ОН по този начин.
това е всъщност процесът, който протича.
Може да се случи и обратното.
Можеше да отделя това тук.
Можеше цялото нещо да го отцепя тук.
Така тоя приятел щеше да запази кислорода
и водорода щеше да отиде при него.
Тогава тоя приятел щеше да вземе ОН-груата.
Би могло да стане с разменен ред.
И така щеше да е добре.
Още нещо искам да подчертая.
Това е малко по-сложно.
Дори се чудех дали искам да го правя.
Цялата причина, поради която можем да имаме състояние на по-ниска енергия
се крие в това, че веднъж отделени-нека сега
слезем тук-е защото казах, хей, този електрон е по-щастлив,
когато е-да кажем този електрон, който е част от този
фосфор е по-щастлив сега.
Той е в състояние на по-ниска енергия, защото
не се разширява.
Не е длъжен да си прекарва времето между този приятел и онзи приятел
защото тази молекула и тази молекула искат да се отделят,
понеже имат отрицателен заряд.
Това отчасти е причината.
Другата причина защо, и ще говорим за това
малко по-подробно когато учим малко повече органична химия,
е тази, че тук има повече резонанс.
Повече резонансни структури и резонансни конфигурации.
Всичко това означава, че тези електрони, и тези допълнителни
електрони тук, те могат някак да се движат между
различните атоми. А това създава дори по-голяма стабилност.
И ако си представим, че този кислород тук има
един електрон в повече.
Така че този допълнителен електрон там, може да дойде тук долу
и да сформира двойна връзка с фосфора.
Тогава този електрон тук може да скочи обратно към
онзи кислород.
И после това може да се случи от тази страна и от онази страна.
Няма да се впускам в подробности, но това е още една причина
за по-голямата стабилност.
Ако сте запознати с органичната химия,
можете повече да се насладите на това.
Но няма да задълбаваме повече.
Най-важното, което трябва да запомним за АТФ, е това, че
когато една фосфатна група се отдели, тя произвежда
енергия, която управлява всички видове биологични функции,
като растеж и движение, движение на мускулите, съкращение
на мускулите, електрически импулси
в нервите на мозъка.
Така че това е главната батерия или производител на енергия
в биологичните системи. Това е основното, което
трябва да се запомни за АТФ.