Jednou z nejdůležitějších molekul v celé biologii
je pravděpodobně ATP.
ATP znamená adenosintrifosfát.
Což zní velice líbivě.
Ale vše, co si musíte pamatovat, nebo kdykoliv uvidíte ATP
v nějaké biochemické reakci,
něco v tvém mozku by ti mělo říct, hej, řešíme tu biologickou energii.
Nebo jiný způsob, jak přemýšlet o ATP, je "měna" biologické energie.
Takže, jak může být ATP měnou energie?
ATP ukládá energii ve svých vazbách.
A za chvilku vysvětlím, co to znamená.
Ještě předtím, než se naučíme, jak adenosinová skupina nebo
trifosfátová skupina vypadá,
můžete si představit ATP sestavené
z molekuly, která se nazývá – vyberu na to pěknou barvu –
adenosin.
K němu jsou připojeny tři fosfáty.
Tři fosfáty jsou k němu připojeny tímto způsobem.
A toto je ATP.
Adenosintrifosfát.
Předpona tri- znamená tři fosfátové skupiny.
Když nyní vezmete adenosintrifosfát
a hydrolyzujete tuto vazbu, což znamená, že musí být
přítomna voda.
Dáme nějakou vodu sem.
Řekněme, že mám H2O.
Pak se jedna z těchto fosfátových skupin odpojí.
V podstatě se část vody připojí k fosfátové skupině,
pak se její zbývající část připojí k této
fosfátové skupině přímo zde.
Ukážu vám to trochu podrobněji.
Chci vám ale nejdřív ukázat tento velký obrázek.
Co nám zůstalo je adenosin,
který má připojeny dva fosfáty.
A tomu se říká adenosindifosfát nebo ADP.
Předtím jsme měli trifosfát, což znamená tři fosfáty.
Teď máme difosfát, adenosintrifosfát,
tak namísto tri- tu napíšeme jen di-,
což znamená, že máte dvě fosfátové skupiny.
A tak ATP bylo hydrolyzováno nebo jinak řečeno máme odpojenou
jednu z těchto fosfátových skupin.
Tak nám teď zůstalo ADP
a samotná fosfátová skupina přímo zde.
A – a toto je klíč ke všemu, o čem tu mluvíme,
když se zaobíráme ATP –
a máte nějakou energii.
Proto nazývám ATP měnou biologické energie.
Je to tak, že když máte ATP, tak pomocí nějaké
chemické reakce odstraníte tento fosfát přímo zde.
Vyrobí se tím energie.
Tato energie může být použita prostě k výrobě tepla
nebo byste mohli spojit tuto reakci s dalšími reakcemi,
které vyžadují energii.
A pak tyto reakce budou moci proběhnout.
Tak, nakreslím tyto kruhy.
Adenosin a fosfáty.
A opravdu, toto je vše, co potřebujete vědět.
To, co jsem vám tu ukázal, je opravdu vše,
co potřebujete vědět k funkčnímu uvažování o tom,
jak ATP funguje ve většině biologických systémů.
Je možné jít též z opačné strany.
Pokud máte energii a chcete vytvořit ATP,
reakce proběhne tímto způsobem.
Energie plus fosfátové skupiny plus ADP
a máme zpět ATP.
Tak je uchovávána energie.
Takže tato strana rovnice je uchovaná energie
a tato strana rovnice je použitá energie.
To je opravdu vše, no, 95 % toho,
co potřebujete vědět, abyste skutečně pochopili funkci ATP
v biologických systémech.
Je to jen uchovávání energie v ATP.
Odštěpením fosfátu se energie uvolní.
A pokud chcete z ADP a fosfátu zpět k ATP,
musíte znovu použít energii.
Takže ATP slouží jako zdroj energie.
Pokud máte ADP a chcete ATP, musíte použít energii.
Zatím jsem jen nakreslil kruh s písmenem A
a řekl jsem, že je to adenosin.
Ale někdy si myslím, že je přínosné vidět,
jak ta molekula ve skutečnosti vypadá.
Tak jsem toto zkopíroval z Wikipedie.
Důvod, proč jsem vám to nechtěl ukázat na začátku, je,
že to vypadá velmi komplikovaně.
Naopak - představa, že ATP je měna energie
je myslím docela jednoduchá.
Když máte tři fosfáty, jeden fosfát můžete odštěpit
a výsledkem bude energie vkládaná do systému.
Pokud chcete připojit fosfát,
je nutné použít energii.
To je jen základní princip ATP.
Ale toto je její skutečná struktura.
Ale i zde si to můžeme rozdělit a podívat se, že to není tak složité.
Řekli jsme adenosin.
Označím adenosinovou skupinu.
Máme adenosin.
Tady to je adenosin.
Přímo tady ta část molekuly.
To je adenosin.
A ti z vás, kteří opravdu dávali pozor
na některých z jiných videí, můžete poznat, že tato část
adenosinu – tak tomu se říká adenosin, ale tato část přímo zde – je adenin.
Což je ten samý adenin, který tvoří nukleotidy,
které jsou základním stavebním prvkem DNA.
Takže některé z těchto molekul mají v biologických systémech
více než jedno použití.
Toto je ten samý adenin, jako když mluvíme o adeninu a guaninu.
Toto je purin.
A také jsou pyrimidiny, ale nebudu zabíhat
do podrobností.
Ale toto je stejná molekula.
Takže to je prostě zajímavost.
Ta samá věc, co tvoří DNA, je také součástí toho,
co tvoří molekuly této energetické "měny".
Takže adenin je součástí adenosinu v ATP.
A pak tato další část zde je ribosa.
Tu také můžete nalézt v RNA, kyselině ribonukleové.
To protože ribosa se účastní celého děje.
Ale nepůjdu do podrobností.
Ribosa je sacharid jen s pěti uhlíky.
Když nenakreslí celou molekulu, to, co tu je naznačeno,
je uhlík.
Takže toto je jeden uhlík přímo zde, dva uhlíky,
tři uhlíky, čtyři uhlíky, pět uhlíků.
A je to prostě dobré vědět.
Je dobré vědět, že mají stejné části molekul jako DNA.
A jsou to známé stavební kameny, které vidíme znovu a znovu.
Ale já chci zdůraznit, že tato vědomost vám
v žádném případě nepomůže pochopit základní funkci ATP,
což je pohánění biologických reakcí.
Potom jsem tu nakreslil tři fosfátové skupiny
a tohle je jejich skutečná molekulární struktura.
Jejich Lewisův vzorec přímo zde.
Toto je jedna fosfátová skupina.
Toto je druhá fosfátová skupina.
A toto je třetí fosfátová skupina.
Přesně takto.
Když jsem se to poprvé učil, moje první otázka byla -
můžu tomu věřit, že když se odpojí jedna z těchto fosfátových skupin
nebo když se tato vazba hydrolyzuje,
nějak se přitom uvolní energie.
A pak jsem pokračoval a odpověděl na všechny otázky,
na které jsem musel odpovědět.
Proč se při tom uvolňuje energie?
Co je na té vazbě zvláštního, že uvolňuje energii?
Pamatujte si, všechny vazby jsou tvořeny elektrony, které jsou sdíleny
mezi různými atomy.
A nejlepší způsob, jak si to představit, je právě tady.
Tyto elektrony, které jsou sdíleny přímo přes tuto vazbu,
nebo tento elektron, který je sdílen přímo přes tuto vazbu,
pochází z fosfátu.
Teď nebudu kreslit periodickou tabulku.
Ale víte, že fosfát má ke sdílení pět elektronů.
Je méně elektronegativní než kyslík, takže si kyslík svým způsobem
přivlastní ten elektron.
Ale tento elektron je velmi nestálý.
Je několik důvodů, proč je nestálý.
Je ve stavu, kde má hodně energie.
Jedním z důvodů je, že tu jsou všechny tyto
záporně nabité kyslíky.
Takže se tak nějak chtějí odtlačit jeden od druhého.
Takže se tyto elektrony v této vazbě opravdu nemohou jaksi přiblížit k jádru.
A dostanou se do stavu s nižší energií.
Toto vše je spíše analogie než realita.
Všichni víme, že elektrony mohou být docela komplikované.
Navíc je tu celý svět kvantové mechaniky.
Ale je to dobrý způsob, jak si to představit,
že se tyto molekuly chtějí dostat od sebe.
Ale máme tyto vazby, takže tento elektron je ve stavu s vysokou energií.
Je dále od jader těchto dvou atomů, než by si přál.
A když odpojíte tuto fosfátovou skupinu,
náhle mohou tyto elektrony přejít do stavu
s nízkou energií.
A to vytváří energii.
Takže tato energie je vždy - ve skutečnosti v jakékoli
chemické reakci, kde se vytváří energie,
je to vždy z elektronů přecházejících do stavu o nízké energii.
A to je to, oč se tu jedná.
A v dalších videích o buněčném dýchání
a glykolýze a všem takovém, kdykoli ukážeme energii,
pochází ve skutečnosti z elektronů přecházejících z
z nestabilních stavů do stálejších.
A během tohoto procesu vytvářejí energii.
Když jsem v letadle nebo skáču z letadla,
mám hodně potenciální energie ve chvíli,
kdy z něj vyskakuju.
Na to můžete nahlížet jako na nestabilní stav.
Když sedím na pohovce a dívám se na fotbal,
mám o hodně méně potenciální energie, takže jsem v hodně stálém stavu.
Spadnutím na pohovku
jsem mohl vytvořit hodně energie.
Ale co už.
Mé analogie vždy selžou v nějakém místě.
Poslední věc, kterou tu chci probrat,
je jak přesně probíhá tato reakce.
Kdybyste teď vypli toto video,
již byste o ATP věděli to, jak je využíváno v 95 % biologie.
Ale chci, abyste pochopili,
jak tato reakce probíhá ve skutečnosti.
Abych to mohl udělat, zkopíruji
a vložím části z tohoto schématu.
Již jsem vám řekl, že tato část zde
se odpojí z ATP.
Je to fosfátová skupina, která se odpojí.
Pak je tu ten zbytek.
Zůstane ADP.
Takže tohle je ADP.
Nemusím ani kopírovat a vkládat všechno z tohoto schématu.
Prostě jen akceptujte, že tohle je adenosinová skupina.
Již jsme řekli, že toto se odloučí hydrolýzou
a to vytváří energii.
Ale chci vám ukázat ten mechanismus.
Trochu ve zkratce vysvětlený mechanismus
skutečného průběhu.
Řekl jsem, že se ta reakce děje za přítomnosti vody.
Takže tu nakreslím nějakou vodu.
Máme kyslík a vodík.
A pak máme další vodík.
Je tam voda.
Takže hydrolýza je reakce,
při níž chce tato část sdílet něčí elektrony.
Nejspíše tady tenhle vodík sestoupí a bude sdílet svůj elektron
s tady tímto kyslíkem.
A pak tenhle fosfor, má elektron navíc,
který potřebuje sdílet.
Pamatujte si, že má pět valenčních elektronů,
které chce sdílet s kyslíkem.
Právě teď má jeden, dva, tři, čtyři nasdílené.
Když tedy tenhle vodík zreaguje s tímto,
potom tu zůstane tohle modré OH.
A to může sdílet jeden elektron s tím,
který má fosfor navíc.
Takže přesně tak získá OH.
Tak to je to, co se děje ve skutečnosti.
Taky by to mohlo probíhat jinak.
Mohl jsem to tu rozštípnout.
Mohl jsem to tu celé rozštípnout.
A tak tahle část by si nechala kyslík
a vodík by šel k němu.
Pak by tahle část přijala OH.
Mohlo se to stát v kterémkoli pořadí.
Jakékoli pořadí by bylo v pořádku.
A je ještě jedna věc, kterou chci zmínit.
Je to trochu složitější.
Dokonce jsem přemýšlel, jestli to mám ukázat.
Důvod, proč jste v jakémsi stavu o nízké energii,
je, když se rozpadnete - vlastně pojďme sem dolů -
protože, jak jsem řekl, tenhle elektron je šťastnější,
když je - řekněme tento elektron, který byl součástí tohoto fosforu,
je teď šťastnější.
Je ve stavu o nízké energii,
protože není roztahován.
Nemusí trávit čas mezi tímto a tímto místem,
protože tyhle části molekuly se odpuzují, neboť mají záporné náboje.
To je část důvodu.
Další důvod proč, a budeme o to mluvit detailněji,
až se budeme učit více o organické chemii,
je, že to má větší rezonanci.
Více rezonančních struktur nebo rezonančních konfigurací.
A to všechno znamená, že tyhle elektrony,
tyto elektrony navíc, se mohou pohybovat mezi různými atomy.
To je dělá dokonce více stabilními.
Když si představíte, že tenhle kyslík přímo zde má elektron navíc.
Ten by mohl sestoupit sem dolů
a potom vytvořit dvojnou vazbu s fosforem.
Pak tenhle elektron zde může skočit zpět nahoru k tomu kyslíku.
To by se mohlo stát také na této straně nebo na tamté straně.
A nebudu zacházet do detailů, ale to je dalším důvodem,
proč je to více stabilní.
Jestliže jste již probírali organickou chemii,
dá vám to pravděpodobně více.
Nechci zbytečně zacházet do podrobností.
Nejdůležitější věc o ATP je,
že když odštípnete fosfátovou skupinu,
vytvoří to enegrii, která pohání všechny typy biologických dějů -
růst a pohyb, pohyb svalů, stah svalů, eletrické impulzy
v nervech a v mozku.
Takže je to hlavní baterie nebo měna energie v
biologických systémech.
To je to nejdůležitější o ATP.