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