Hvis vi parafraserer det velkjente uttrykket "bevegelse er liv", blir det klart at alle manifestasjoner av levende materie - vekst, reproduksjon, prosesser for syntese av næringsstoffer, respirasjon - faktisk er bevegelse av atomer og molekyler som utgjør cellen. Er disse prosessene mulige uten deltagelse av energi? Selvfølgelig ikke.
Hvor henter levende kropper, alt fra gigantiske organismer som blåhvalen eller den amerikanske sequoiaen, til ultramikroskopiske bakterier?
Biokjemi har funnet svaret på dette spørsmålet. Adenosintrifosforsyre er et universelt stoff som brukes av alle innbyggerne på planeten vår. I denne artikkelen vil vi vurdere strukturen og funksjonene til ATP i ulike grupper av levende organismer. I tillegg vil vi finne ut hvilke organeller som er ansvarlige for syntesen i plante- og dyreceller.
Oppdagelseshistorikk
På begynnelsen av 1900-tallet, i laboratoriet ved Harvard Medical School, oppdaget flere forskere, nemlig Subbaris, Loman og Friske, en forbindelse nær adenylstruktur.ribonukleinsyre nukleotid. Den inneholdt imidlertid ikke én, men så mange som tre fosfatsyrerester knyttet til monosakkaridet ribose. To tiår senere bekreftet F. Lipman, som studerte funksjonene til ATP, den vitenskapelige antagelsen om at denne forbindelsen bærer energi. Fra det øyeblikket hadde biokjemikere en flott mulighet til å bli nærmere kjent med den komplekse mekanismen for syntesen av dette stoffet som forekommer i cellen. Senere ble en nøkkelforbindelse oppdaget: et enzym - ATP-syntase, som er ansvarlig for dannelsen av syremolekyler i mitokondrier. For å finne ut hvilken funksjon ATP utfører, la oss finne ut hvilke prosesser som forekommer i levende organismer som ikke kan utføres uten deltakelse av dette stoffet.
Existensformer for energi i biologiske systemer
Forskjellige reaksjoner som forekommer i levende organismer krever ulike typer energi som kan forvandles til hverandre. Disse inkluderer mekaniske prosesser (bevegelse av bakterier og protozoer, sammentrekning av myofibriller i muskelvev), biokjemisk syntese. Denne listen inkluderer også elektriske impulser som ligger til grunn for eksitasjon og inhibering, termiske reaksjoner som opprettholder en konstant kroppstemperatur hos varmblodige dyr og mennesker. Den selvlysende gløden til marint plankton, enkelte insekter og dyphavsfisk er også en type energi produsert av levende kropper.
Alle ovennevnte fenomener som forekommer i biologiske systemer er umulige uten ATP-molekyler, hvis funksjoner er å lagreenergi i form av makroerge bindinger. De forekommer mellom adenylnukleosidet og fosfatsyrerestene.
Hvor kommer mobilenergi fra?
I henhold til termodynamikkens lover skjer tilsynekomsten og forsvinningen av energi av visse grunner. Nedbrytningen av organiske forbindelser som utgjør maten: proteiner, karbohydrater og spesielt lipider fører til frigjøring av energi. De primære hydrolyseprosessene skjer i fordøyelseskanalen, hvor makromolekylene til organiske forbindelser utsettes for virkningen av enzymer. En del av den mottatte energien spres i form av varme eller brukes til å opprettholde den optimale temperaturen til det indre innholdet i cellen. Den gjenværende delen akkumuleres i form i mitokondrier - kraftstasjonene til cellen. Dette er hovedfunksjonen til ATP-molekylet - å gi og fylle på kroppens energibehov.
Hva er rollen til katabolske reaksjoner
En elementær enhet av levende materie - en celle, kan bare fungere hvis energien hele tiden oppdateres i sin livssyklus. For å oppfylle denne betingelsen i cellulær metabolisme, er det en retning som kalles dissimilering, katabolisme eller energimetabolisme. I det oksygenfrie stadiet, som er den enkleste måten å danne og lagre energi på, fra hvert glukosemolekyl, i fravær av oksygen, syntetiseres 2 molekyler av et energikrevende stoff som gir hovedfunksjonene til ATP i cellen - forsyne den med energi. De fleste reaksjoner av det anoksiske trinnet skjer i cytoplasmaet.
Avhengig av cellens struktur kan den foregå på ulike måter, for eksempel i form av glykolyse, alkohol eller melkesyregjæring. Imidlertid påvirker ikke de biokjemiske egenskapene til disse metabolske prosessene funksjonen til ATP i cellen. Det er universelt: å bevare energireservene til cellen.
Hvordan strukturen til et molekyl er relatert til dets funksjoner
Tidligere har vi fastslått at adenosintrifosforsyre inneholder tre fosfatrester knyttet til en nitratbase - adenin, og et monosakkarid - ribose. Siden nesten alle reaksjoner i cytoplasmaet til cellen utføres i et vandig medium, bryter syremolekyler, under påvirkning av hydrolytiske enzymer, kovalente bindinger for å danne først adenosindifosforsyre, og deretter AMP. De omvendte reaksjonene som fører til syntese av adenosintrifosforsyre forekommer i nærvær av enzymet fosfotransferase. Siden ATP utfører funksjonen som en universell kilde til cellulær vital aktivitet, inkluderer den to makroerge bindinger. Med et suksessivt brudd på hver av dem frigjøres 42 kJ. Denne ressursen brukes i cellemetabolisme, i dens vekst og reproduksjonsprosesser.
Verdi av ATP-syntase
I organeller av generell betydning - mitokondrier, lokalisert i plante- og dyreceller, er det et enzymatisk system - respirasjonskjeden. Den inneholder enzymet ATP-syntase. Biokatalysatormolekylene, som har form av en heksamer bestående av proteinkuler, er nedsenket både i membranen og istroma av mitokondrier. På grunn av aktiviteten til enzymet syntetiseres cellens energisubstans fra ADP og rester av uorganisk fosfatsyre. De dannede ATP-molekylene utfører funksjonen til å akkumulere energien som er nødvendig for dens vitale aktivitet. Et særtrekk ved biokatalysatoren er at når det er en overdreven konsentrasjon av energiforbindelser, oppfører den seg som et hydrolytisk enzym, og deler molekylene deres.
Funksjoner ved syntesen av adenosintrifosforsyre
Planter har en alvorlig metabolsk funksjon som radik alt skiller disse organismene fra dyr. Det er assosiert med den autotrofiske ernæringsmodusen og evnen til å behandle fotosyntese. Dannelsen av molekyler som inneholder makroerge bindinger skjer i planter i cellulære organeller - kloroplaster. Enzymet ATP-syntase som allerede er kjent for oss er en del av deres thylakoider og stroma av kloroplaster. Funksjonene til ATP i cellen er lagring av energi i både autotrofe og heterotrofe organismer, inkludert mennesker.
Forbindelser med makroerge bindinger syntetiseres i saprotrofer og heterotrofer i oksidative fosforyleringsreaksjoner som finner sted på mitokondrielle cristae. Som du kan se, har ulike grupper av levende organismer i utviklingsprosessen dannet en perfekt mekanisme for syntese av en slik forbindelse som ATP, hvis funksjoner er å gi cellen energi.
