Hver bevegelse eller tanke krever energi fra kroppen. Denne kraften lagres av hver celle i kroppen og akkumulerer den i biomolekyler ved hjelp av makroerge bindinger. Det er disse batterimolekylene som sørger for alle livsprosesser. Den konstante utvekslingen av energi i cellene bestemmer selve livet. Hva er disse biomolekylene med makroerge bindinger, hvor kommer de fra, og hva skjer med energien deres i hver celle i kroppen vår - dette diskuteres i artikkelen.
Biologiske formidlere
I noen organisme går ikke energi fra et energigenererende middel til en biologisk energiforbruker direkte. Når de intramolekylære bindingene til matvarer brytes, frigjøres den potensielle energien til kjemiske forbindelser, som langt overstiger evnen til intracellulære enzymatiske systemer til å bruke den. Det er derfor i biologiske systemer frigjøring av potensielle kjemikalier skjer trinnvis med deres gradvise transformasjon til energi og dens akkumulering i makroerge forbindelser og bindinger. Og det er biomolekylene som er i stand til en slik akkumulering av energi som kalles høyenergi.
Hvilke obligasjoner kalles makroergiske?
Det frie energinivået på 12,5 kJ/mol, som dannes under dannelsen eller nedbrytningen av en kjemisk binding, anses som norm alt. Når det under hydrolysen av visse stoffer dannes fri energi mer enn 21 kJ / mol, kalles dette makroerge bindinger. De er merket med tilde-symbolet - ~. I motsetning til fysisk kjemi, der en makroergisk binding betyr en kovalent binding av atomer, betyr de i biologi forskjellen mellom energien til de opprinnelige midlene og deres nedbrytningsprodukter. Det vil si at energien ikke er lokalisert i en spesifikk kjemisk binding av atomer, men karakteriserer hele reaksjonen. I biokjemi snakker de om kjemisk konjugasjon og dannelsen av en makroergisk forbindelse.
Universal Bio Energy Source
Alle levende organismer på planeten vår har ett universelt element for energilagring - dette er den makroerge bindingen ATP - ADP - AMP (adenosin tri, di, monofosforsyre). Dette er biomolekyler som består av en nitrogenholdig adeninbase festet til et ribosekarbohydrat og vedlagte fosforsyrerester. Under påvirkning av vann og et restriksjonsenzym, et adenosintrifosfatmolekyl (C10H16N5 O 13P3) kan dekomponere til et adenosindifosforsyremolekyl og ortofosfatsyre. Denne reaksjonen er ledsaget av frigjøring av fri energi i størrelsesorden 30,5 kJ/mol. Alle livsprosesser i hver celle i kroppen vår skjer når energi akkumuleres i ATP og brukes når den brytes.bindinger mellom ortofosforsyrerester.
Giver og mottaker
Høyenergiforbindelser inkluderer også stoffer med lange navn som kan danne ATP-molekyler i hydrolysereaksjoner (for eksempel pyrofosforsyre og pyrodruesyre, succinylkoenzymer, aminoacylderivater av ribonukleinsyrer). Alle disse forbindelsene inneholder fosfor (P) og svovel (S) atomer, mellom hvilke det er høyenergibindinger. Det er energien som frigjøres når høyenergibindingen i ATP (donor) brytes som absorberes av cellen under syntesen av dens egne organiske forbindelser. Og samtidig blir reservene til disse bindingene stadig etterfylt med akkumulering av energi (akseptor) frigjort under hydrolysen av makromolekyler. I hver celle i menneskekroppen skjer disse prosessene i mitokondrier, mens varigheten av eksistensen av ATP er mindre enn 1 minutt. I løpet av dagen syntetiserer kroppen vår omtrent 40 kilo ATP, som går gjennom opptil 3 tusen sykluser med forfall hver. Og til enhver tid er omtrent 250 gram ATP til stede i kroppen vår.
Funksjoner av høyenergibiomolekyler
I tillegg til funksjonen til donor og akseptor av energi i prosessene med nedbrytning og syntese av makromolekylære forbindelser, spiller ATP-molekyler flere andre svært viktige roller i celler. Energien til å bryte makroerge bindinger brukes i prosessene med varmegenerering, mekanisk arbeid, akkumulering av elektrisitet og luminescens. Samtidig transformasjonenenergien av kjemiske bindinger til termiske, elektriske, mekaniske fungerer samtidig som et stadium av energiutveksling med påfølgende lagring av ATP i de samme makro-energibindingene. Alle disse prosessene i cellen kalles plast- og energiutveksling (diagram i figuren). ATP-molekyler fungerer også som koenzymer, og regulerer aktiviteten til visse enzymer. I tillegg kan ATP også være en mediator, et signalmiddel i synapsene til nerveceller.
Flommen av energi og materie i cellen
Dermed inntar ATP i cellen en sentral og hovedplass i utvekslingen av materie. Det er ganske mange reaksjoner ved hjelp av hvilke ATP oppstår og brytes ned (oksidativ og substratfosforylering, hydrolyse). De biokjemiske reaksjonene ved syntesen av disse molekylene er reversible; under visse forhold forskyves de i cellene i retning av syntese eller forfall. Banene til disse reaksjonene er forskjellige i antall transformasjoner av stoffer, typen oksidative prosesser, og i måtene for konjugering av energitilførende og energikrevende reaksjoner. Hver prosess har klare tilpasninger til behandlingen av en bestemt type "drivstoff" og dens effektivitetsgrenser.
Ytelseevaluering
Indikatorer for effektiviteten av energiomdannelse i biosystemer er små og estimeres i standardverdier av effektivitetsfaktoren (forholdet mellom nyttig arbeid brukt på arbeid og tot alt energiforbruk). Men her, for å sikre ytelsen til biologiske funksjoner, er kostnadene svært høye. For eksempel, en løper, i form av en masseenhet, bruker så myeenergi, hvor mye og en stor havbåt. Selv i hvile er det hardt arbeid å opprettholde livet til en organisme, og det brukes omtrent 8 tusen kJ / mol på det. Samtidig brukes omtrent 1,8 tusen kJ/mol på proteinsyntese, 1,1 tusen kJ/mol på hjertets arbeid, men opptil 3,8 tusen kJ/mol på ATP-syntese.
Adenylatcellesystem
Dette er et system som inkluderer summen av all ATP, ADP og AMP i en celle i en bestemt tidsperiode. Denne verdien og forholdet mellom komponenter bestemmer energistatusen til cellen. Systemet blir evaluert med tanke på energiladningen til systemet (forholdet mellom fosfatgrupper og adenosinresten). Hvis bare ATP er tilstede i cellens makroerge forbindelser - har den høyeste energistatus (indeks -1), hvis bare AMP - minimumsstatus (indeks - 0). I levende celler opprettholdes vanligvis indikatorer på 0,7-0,9. Stabiliteten til cellens energistatus bestemmer hastigheten på enzymatiske reaksjoner og opprettholdelsen av et optim alt nivå av vital aktivitet.
Og litt om kraftstasjoner
Som allerede nevnt skjer ATP-syntese i spesialiserte celleorganeller - mitokondrier. Og i dag er det tvister blant biologer om opprinnelsen til disse fantastiske strukturene. Mitokondrier er kraftverkene til cellen, "drivstoff" som er proteiner, fett, glykogen og elektrisitet - ATP-molekyler, syntesen av disse finner sted med deltakelse av oksygen. Vi kan si at vi puster for at mitokondriene skal fungere. Jo mer arbeid å gjøreceller, jo mer energi trenger de. Les - ATP, som betyr - mitokondrier
For eksempel har en profesjonell idrettsutøver omtrent 12 % mitokondrier i skjelettmuskulaturen, mens en ikke-atletisk lekmann har halvparten så mye. Men i hjertemuskelen er frekvensen 25 %. Moderne treningsmetoder for idrettsutøvere, spesielt maratonløpere, er basert på MOC (maksim alt oksygenforbruk), som direkte avhenger av antall mitokondrier og musklenes evne til å utføre langvarige belastninger. Ledende treningsprogrammer for profesjonell idrett er rettet mot å stimulere syntesen av mitokondrier i muskelceller.
