-
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.
