ATP a molekulové motory
Ladislav Šigut
Ostravská univerzita – přírodovědecká fakulta
Biofyzika
24.10. 2006
Osnova
Energie a její formy Energie a její přeměny Získávání energie Organismy – otevřené termodynamické systémy Přeměny energie v buňkách Fotosyntéza a její produkty Adenosin trifosfát Tvorba ATP
Osnova
Mezibuněčný přenos energie Spotřeba ATP Cytoskelet Mikrotubuly Mikrofilamenta Molekulové motory
Energie a její formy
energie popisuje schopnost nebo potenciál něco dělat
z řec. en ergon = v práci Formy energie:
– mechanická, tepelná, elektrická, elektromagnetická (světlo), vlnová, chemická, potenciální atd.
Energie a její formy
hmotnost a energie jsou ekvivalentní podle Einsteinova vztahu:
E = mc2
hmota je zvláštní formou energie v 1 kg látky je tedy ukryta energie 9.1016 J =
= 25 TWh– tuto energii Jaderná elektrárna Dukovany vyrábí
asi 2 roky (Malík 1996)
Energie a její přeměny
energie se neustále transformuje a cirkuluje, ale nemůže být uměle vyrobena, ani se nemůže ztratit
K přeměnám energie dochází:– přirozeně– uměle („výroba“ energie)
Získávání energie
existuje mnoho způsobů získávání energie (s různou účinností)
100% klidové energie se uvolní pouze při střetu částice a antičástice (anihilace)
e- + e+ → 2 γ– pro vytvoření podmínek pro anihilaci je potřeba daleko více
energie, než se při anihilaci uvolní Jaderné elektrárny: výtěžek 0,1% klidové energie Uhelné elektrárny: výtěžek 0,000 000 01% klidové
energie (Malík 1996)
Organismy – otevřené termodynamické systémy
Život je vždy vázán na prostorově ohraničeného jedince (obecně živé soustavy), které vždy žijí omezenou dobu (Kubišta 1996) a jsou schopny si se svým okolím vyměňovat energii, hmotu a informace.
Přeměny energie v buňkách
energii pro život na naší planetě dodává Slunce (Zicháček 1998)
část této energie pohlcená organismy je přeměněna na volnou energii živin (autotrofní asimilace), tj. energii chemickou
fotosyntéza: fotoautotrofní asimilace, využívající energii slunečního záření k vazbě CO2 a k jeho další redukci, přičemž vznikají sacharidy (endergonický pochod)
chemosyntéza
Fotosyntéza a její produkty
sumární rovnice fotosyntézy (zjednodušená)
Fotosyntéza a její produkty
schéma světelné fáze (König 2006)
Fotosyntéza a její produkty
schéma temnostní fáze (König 2006)
Adenosin trifosfát
chemická struktura ATP
Adenosin trifosfát
molekuly ATP jsou univerzálními přenašeči energie v buňce
snadno difunduje po celé buňce, přesto neprojde plazmatickou membránou (polární, příliš velká)
veškerou ATP, kterou buňka spotřebuje si musí buňka sama vyrobit (Kincl 1998)
Tvorba ATP
procesem anaerobní oxidace cukrů (anaerobní glykolýzou), tzv. substrátovou fosforylací
v tylakoidech chloroplastů fotofosforylací nebo v biomembránách mitochondrií oxidativní fosforylací
Mezibuněčný přenos energie
je zprostředkováván formou živin– např. z tukových tkání se uvolňují do krve mastné
kyseliny a glycerol, z jaterních buněk glukóza
živiny jsou v buňkách štěpeny a získaná energie je použita na tvorbu ATP (Zicháček 1998)
Spotřeba ATP
biosyntézy aktivní transport látek pohyb
Cytoskelet
soustava vláknitých bílkovinných útvarů, které jsou uloženy uvnitř cytoplazmy eukaryotních buněk a mají mechanickou funkci (opěrnou a pohybovou)
Mikrotubuly
tenké trubičky o průměru 25 nm, tvořené bílkovinou tubulinem
vycházejí od jádra k organelám a cytoplazmatické membráně
podílí se na dělení jádra a pohybu (bičík)
Mikrofilamenta
jsou mnohem tenčí než mikrotubuly (průměr 6 nm), tvořeny proteinem aktinem
jsou uložena pod cytoplazmatickou membránou
mění tvar buňky spolu s myosinovými vlákny vykonávají ve
svalových buňkách pohyb (příčně pruhované svalstvo)
Molekulové motory
Aktivní pohyb (lokomoce): – jedna z charakteristik živých systémů– svalový pohyb, pohyb pomocí bičíků, améboidní
pohyb, vnitřní pohyb buňky (pinocytóza, fagocytóza, exocytóza, dělení buňky)
všechny formy aktivního pohybu jsou založeny na principu molekulových motorů
Motor: stroj přeměňující některou z forem energie v energii kinetickou
Literatura
Robert König [online].last revision 25th October. <http://www.gymnaslo.cz/old/biologie/fotosynt.html>.
Atlas.cz [online].last revision 25th October. <http://mujweb.atlas.cz/veda/biologie/bunka.htm>.
Ing. Malík, M.: Energie pro každého, 1. vyd. Praha: ČEZ, a. s.,1996
Holum J. R.:Principles of physical, organic, and biological chemistry, New York: Wiley, 1969, ISBN: 0471408522
RNDr. Boháč I.:Obecná biologie, 1. vyd. Praha: SPN, 1976 Doc. RNDr. Kincl M., CSc.: Základy fyziologie rostlin, 1. vyd. Praha:
SPN, 1978 RNDr. Zicháček V. a kol.: Biologie pro gymnázia, 3. vyd. Olomouc:
Olomouc, 1998 Prof. RNDr. Kubišta V., CSc.: Obecná biologie, 2. vyd. Praha:
Fortuna, 1996, ISBN 80-7168-325-6