-
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.