Jedną z najważniejszych cząsteczek
w całej biologii jest ATP.
ATP jest skrótem od nazwy "adenozynotrifosforan"
Co brzmi bardzo wymyślnie.
Ale wszystko, co musicie wiedzieć, kiedy widzicie ATP
biorące udział w jakiejś biochemicznej reakcji
coś powinno wam mówić: hej, mamy do czynienia
z energią biologiczną.
ATP może być uważane w metaforycznym sensie
za walutę energii biologicznej.
Jak możemy rozumieć to określenie?
Więc ATP magazynuje energię w swoich wiązaniach.
Zaraz wyjaśnię co to oznacza.
Zanim dowiemy się co to jest adenozyna
albo jak wygląda grupa trifosforanowa, możemy przyjąć
pewne uproszczenie, możemy wyobrazić sobie ATP
złożone z czegoś - narysuję to w kolorze -
czegoś zwanego adenozyną.
A do adenozyny przyłączone są trzy grupy fosforanowe.
Nie "mogą być" - po prostu będą przyłączone.
Będziesz miał trzy fosforany przyłączone właśnie w ten sposób.
To jest właśnie ATP
Adenozynotrifosforan.
Tri - czyli trzy grupy fosforanowe.
Teraz jeśli weźmiemy ATP i poddamy
to wiązanie hydrolizie, co musi
odbywać się w obecności wody.
Więc dodajmy tutaj trochę wody.
Załóżmy że mam H2O.
Wtedy jedna z grup fosforanowych odłączy się.
Tak naprawdę część cząsteczki wody przyłącza się do
tej grupy fosforanowej, a potem jej pozostała część
łączy się z drugą grupą fosforanową, tutaj.
Wyjaśnię to wam trochę bardziej szczegółowo.
Ale najpierw chcę wam pokazać ogólny obraz.
Teraz została nam adenozyna, do której dołączone są
dwie grupy fosforanowe.
Ta cząsteczka nazywana jest adenozynodifosforan, czyli ADP
Wcześniej mieliśmy trifosforan, czyli trzy grupy fosforanowe.
teraz mamy difosforan, więc
zamiast "tri" piszemy po prostu "di"
Co oznacza że mamy teraz dwie grupy fosforanowe.
Tak więc ATP zostało poddane hydrolizie,
czyli jedna grupa fosforanowa odłączyła się.
Teraz zostało nam ADP i jedna dodatkowa
grupa fosforanowa tutaj.
I - to jest klucz do tego o czym właśnie mówię
kiedy mamy do czynienia z ATP -
teraz zyskaliśmy trochę energii.
Więc to jest powód dla którego mówię,
że ATP to waluta energii biologicznej.
Bo kiedy masz ATP, i poprzez jakąś reakcje
oddzielisz ten fosforan,
wygeneruje to energię.
Ta energia może być użyta po prostu jako źródło ciepła.
Albo mógłbyś połączyć tę reakcje z innym reakcjami,
które potrzebują energii.
Dzięki temu te reakcje mogłyby zachodzić dalej.
Więc rysuję te kółka.
Adenozynę i fosforany.
I to jest praktycznie wszystko co musisz wiedzieć.
No więc właśnie wam wyjaśniłem wszystko,
co musicie wiedzieć aby rozumieć jak działa ATP
w większości systemów biologicznych. Jeśli chcecie,
można tę reakcję przeprowadzić na odwrót.
Jeśli masz energię i chcesz wytworzyć ATP,
reakcja odbędzie się w ten sposób.
Energia plus grupa fosforanowa plus trochę ADP,
I masz z powrotem ATP.
I to jest zmagazynowana energia.
Więc ta strona równania to zmagazynowana energia.
A ta strona to energia użyta.
I to jest tak naprawdę wszystko co wy wszyscy - albo raczej 95% z was -
powinniście wiedzieć aby naprawdę zrozumieć funkcję ATP
w systemach biologicznych. To sposób przechowywania energii
kiedy twój organizm ma jej wystarczająco dużo.
Kiedy przerwiesz wiązanie fosforanowe, wytwarza ono energię.
A kiedy chcesz z powrotem przejść od ADP i fosforanu
do ATP, musisz znowu włożyć w to energię.
Więc kiedy masz ATP, jest ono dla ciebie źródłem energii.
Kiedy masz ADP a chcesz mieć ATP, musisz zużyć energię.
Jak dotąd jedynie narysowałem kółko dookoła litery A
I powiedziałem że to adenozyna.
Ale myślę że zobaczenie wyglądu danej cząsteczki
jest czasem bardzo przydatne.
więc wyciąłem i wkleiłem to z Wikipedii.
Nie pokazałem wam tego na początku,
bo wygląda to bardzo skomplikowanie.
Podczas gdy wyjaśnienie czemu ATP odgrywa rolę
waluty energetycznej jest według mnie dość proste.
Kiedy mamy 3 fosforany, jeden z nich może się oderwać.
I to poskutkuje wytworzeniem energii,
która jest potem włączona do systemu.
Albo kiedy chcesz dołączyć fosforan
musisz zużyć trochę energii.
To jest podstawowa zasada ATP.
Ale to jest właściwa struktura cząsteczki.
Ale nawet tutaj możemy podzielić to na części i zobaczyć,
że wcale nie jest tak źle.
Wspomniałem o adenozynie.
Narysuję teraz tę cząsteczkę.
Teraz mamy tu adenozynę.
To właśnie jest adenozyna.
Ta część cząsteczki właśnie tutaj.
To adenozyna
Ci z was, którzy naprawdę uważali oglądając poprzednie filmiki,
mogą rozpoznać, że ta część adenozyny -
- więc to jest zwane adenozyną, ale ta część tutaj
to adenina.
To ta sama adenina która tworzy nukleotydy
które są szkieletem dla DNA.
Więc niektóre z tych cząsteczek mają
więcej niż jedno zastosowanie.
To ta sama adenina o której wspominamy przy okazji
guaniny.
Te dwa związki to puryny
Istnieją także pirymidyny, ale nie będę
się w to zagłębiać.
Ale chodzi o tę samą cząsteczkę.
Więc to jest interesująca sprawa
Ta sama rzecz która tworzy DNA jest częścią tego
co tworzy te walutowe cząsteczki.
Więc adenina tworzy adenozynową część ATP.
A ta druga część tutaj to ryboza.
Możesz ją kojarzyć z RNA, kwasu rybonukleinowego.
Jest tak ponieważ ryboza pełni ważną rolę
w obu sytuacjach.
Ale nie będę się w to zagłębiać.
Więc ryboza to tylko cukier pięciowęglowy.
Kiedy nie rysują cząsteczki, zwyczajowo zakłada się,
że chodzi o węgiel.
Więc tu jest jeden atom węgla, dwa atomy, trzy atomy,
cztery atomy, pięć atomów węgla.
Dobrze jest o tym wiedzieć.
Warto pamiętać że dzielą one części ich
cząsteczek z DNA.
To są znajome "cegiełki" które będziemy
widzieć wszędzie.
Ale chcę podkreślić, że zapamiętywanie tego
wcale nie pomoże ci zrozumieć,
że ATP w najprostszym sensie
jest siłą napędową reakcji biochemicznych.
A tu narysowałem grupę trifosforanową.
a to jest jej struktura molekularna.
A tu diagram Lewisa.
To jest jedna grupa fosforanowa.
To druga.
A to trzecia grupa.
Właśnie tak.
Kiedy dowiedziałem się o tym, moim pierwszym pytaniem było: "OK, mogę
założyć, że jeśli poddasz ATP hydrolizie,
to wydzielana jest energia,
ale dlaczego tak się dzieje?"
Potem sam poszukałem odpowiedzi na to pytanie.
Oraz na całą resztę.
Ale dlaczego ta reakcja wydziela energię?
Co jest takiego w tym wiązaniu, co powoduje uwolnienie energii?
Weź pod uwagę, że wszystkie te wiązania to elektrony, które są
współdzielone przez różne atomy.
Najlepszy sposób myślenia o tej sprawie jest tutaj.
Te elektrony są wspólne poprzez to wiązanie
albo ten elektron jest dzielony poprzez to wiązanie
I pochodzi on od fosforanu.
Nie będę teraz rysować układu okresowego, ale wiedzcie, że fosfor ma
pięć wolnych elektronów, które może dzielić z innymi atomami.
Ma mniejszą elektroujemność niż tlen, więc tlen będzie
w pewnym sensie przyciągać elektron.
Ale ten elektron czyje się tu bardzo niekomfortowo.
I jest kilka powód ku temu.
Ma wysoki poziom energetyczny,
ponieważ jest tu tyle negatywnie naładowanych
atomów tlenu,
Że one się w pewnym sensie odpychają
Więc elektrony w tym wiązaniu tak naprawdę
nie mogą zbliżyć się do jądra.
Osiągną więc niski poziom energetyczny.
To jest raczej uproszczenie niż rzeczywistość.
Wszyscy wiemy że elektrony mogą być bardzo skomplikowane.
No i jest całe ten świat mechaniki kwantowej.
Ale to jest dobry sposób, by to zrozumieć.
Te cząsteczki chcę być daleko od siebie nawzajem.
Ale masz te wiązania, więc ten elektron ma
wysoki poziom energetyczny.
Jest dalej od jąder tych dwóch atomów
niż by chciał.
A kiedy odrywasz tę grupę fosforanową, nagle
te elektrony mogą wejść w
niższy poziom energetyczny.
I to generuje energię.
Więc ta energia jest tam ukryta przez cały czas
Tak naprawdę zawsze kiedy mówią, że jakaś reakcja chemiczna generuje energię,
oznacza to elektrony wchodzące na niższy poziom energetyczny.
Więc właśnie o to chodzi.
W późniejszych filmikach, kiedy będziemy przerabiać
oddychanie komórkowe i glikolizę, za każdym razem kiedy
będziemy mówić o energii,tak naprawdę będą to elektrony przechodzące z
niewygodnych stanów do stanów wygodniejszych.
I podczas tego procesu wytwarzana jest energia.
Jeśli jestem w samolocie albo z niego wyskakuję,
mam wysoką energię potencjalną kiedy
wyskakuję z samolotu.
Możecie to uważać za "niewygodny" stan.
a kiedy siedzę na kanapie i oglądam mecz,
mam o wiele mniej energii potencjalnej, i to jest
bardzo wygodny stan.
I mógłbym wytworzyć dużo energii
gdybym spadł z samolotu na kanapę.
No ale nie wiem.
Moje analogie zawsze się psują po pewnym momencie.
Ostatnia rzecz którą chciałbym omówić jest jak
dokładnie ta reakcja zachodzi.
Jak dotąd mógłbyś już wyłączyć to wideo I poradziłbyś już
sobie z ATP używanym w 95% biologii,
zwłaszcza w rozszerzonej biologii.
Ale chcę, żebyście zrozumieli
jak właściwie zachodzi ta reakcja.
Żeby to wyjaśnić, wytnę i wkleję
te części.
Już powiedziałem że ten tutaj zaraz
rozdzieli ATP
Więc to jest grupa fosforanowa która się odrywa.
A tutaj mamy resztę cząsteczki.
Zostało nam ADP.
To jest ADP.
Nie muszę nawet teko kopiować i wklejać.
Możesz po prostu zapamiętać że to jest grupa adenozynowa.
W ten sposób.
Już powiedzieliśmy sobie że zachodzi tu hydroliza
czyli to się odrywa i wytwarza energię.
Ale mam za cel wyjaśnić wam
ten mechanizm.
Troszeczkę uproszczony mechanizm
tego, co właściwie się tu dzieje.
Powiedziałem, że ta reakcja zachodzi w obecności wody.
Więc narysuję tu cząsteczkę H2O.
No i mam teraz tlen i wodór.
I jeszcze jeden wodór.
Tu jest właśnie woda.
Więc hydroliza to reakcja gdzie mówisz: "hej,
ten gościu tutaj chce się z tym związać"
albo "chce współdzielić z czymś elektrony".
Więc może ten wodór idzie tutaj i dzieli
swoje elektrony z tym atomem tlenu.
I później ten fosfor ma dodatkowy elektron, który musi
z kimś podzielić.
Pamiętajcie, że ma pięć elektronów walencyjnych, które
chce dzielić z tlenem.
Właśnie dzieli z nim raz, dwa, trzy, cztery elektrony.
Jeśli wodór idzie do tego tutaj, to została nam
niebieska grupa OH.
Ten tutaj może dzielić z fosforem
jeden z jego dodatkowych elektronów.
Więc OH robi tak.
I to jest właśnie proces hydrolizy.
Ta reakcja może też zachodzić w inny sposób.
Mogłem to przeciąć tutaj.
Mogłem to wszystko przeciąć tutaj.
I wtedy ten gość zatrzymałby tlen,
do którego przyłączyłby się wodór.
A ten gość zabrałby grupę OH.
To może się dziać na każdy z tych sposobów.
Oba są tak samo poprawne
Chcę też zwrócić uwagę na coś,
co jest nieco bardziej skomplikowane.
Zastanawiałem się nawet, czy tego nie pominąć.
Wyjaśniałem, że przyczyną, dla której elektron wchodzi
na niższy poziom energetyczny kiedy przerwie się wiązanie
jest to, że ten elektron jest szczęśliwszy
na niższym poziomie energetycznym. Weźmy na przykład ten elektron
Elektron należący do fosforu jest teraz szczęśliwszy.
Ma niższy poziom energetyczny,
bo nie jest rozciągany,
nie musi spędzać czasu pomiędzy tym a tamtym atomem.
bo chcą one się rozdzielić
ponieważ mają ujemne ładunki.
To jest jeden powód.
Drugi powód, o którym będziemy dużo mówić,
kiedy weźmiemy się za chemię organiczną,
to fakt, że ma on większy rezonans.
Więcej struktur (konfiguracji) rezonansowych.
To znaczy, że te elektrony, te dodatkowe
elektrony tutaj, mogą się poruszać pomiędzy
różnymi atomami. Co sprawia, że cząsteczka jest jeszcze bardziej stabilna.
Wyobraźcie sobie, że ten tlen tutaj ma dodatkowy
elektron ze sobą.
Ten dodatkowy elektron mógłby iść tutaj
i uformować podwójne wiązanie z fosforem.
A ten elektron tutaj mógłby wtedy przeskoczyć z powrotem
do tlenu.
I mogłoby to się zdarzyć także w tym miejscu i w tym.
Nie będę się zagłębiał w szczegóły, ale to
także czyni tę cząsteczkę stabilniejszą.
Jeśli już przerabiałeś chemię organiczną, to
zrozumiesz to lepiej.
Ale na razie to pomińmy.
Najważniejsza rzecz, którą należy pamiętać o ATP jest fakt,
że kiedy odczepisz grupę fosforanową, generuje to energię
która może napędzać wszystkie rodzaje funkcji biologicznych,
np. wzrost i ruch, skurcze
mięśni, impulsy elektryczne
w nerwach i mózgu.
Więc ATP to główna bateria albo waluta energii w
organizmach. To jest najważniejszy fakt
dotyczący ATP.