Hver af vores bevægelser eller tanker kræver energi fra kroppen. Denne kraft lagres af hver celle i kroppen og akkumulerer den i biomolekyler ved hjælp af makroerge bindinger. Det er disse batterimolekyler, der sørger for alle livsprocesser. Den konstante udveksling af energi i cellerne bestemmer selve livet. Hvad er disse biomolekyler med makroerge bindinger, hvor kommer de fra, og hvad sker der med deres energi i hver celle i vores krop - dette diskuteres i artiklen.
Biologiske mediatorer
I enhver organisme overføres energi fra et energigenererende middel til en biologisk energiforbruger ikke direkte. Når fødevareprodukters intramolekylære bindinger brydes, frigives den potentielle energi af kemiske forbindelser, hvilket langt overstiger intracellulære enzymsystemers evne til at bruge det. Det er grunden til, at i biologiske systemer sker frigivelsen af potentielle kemikalier trinvist med deres gradvise omdannelse til energi og dens akkumulering i makroerge forbindelser og bindinger. Og det er biomolekylerne, der er i stand til en sådan ophobning af energi, som kaldes højenergi.
Hvilke obligationer kaldes makroerge?
Det frie energiniveau på 12,5 kJ/mol, som dannes under dannelsen eller henfaldet af en kemisk binding, betragtes som norm alt. Når der under hydrolysen af visse stoffer dannes fri energi mere end 21 kJ/mol, så kaldes dette makroerge bindinger. De er angivet med tilde-symbolet - ~. I modsætning til fysisk kemi, hvor en makroergisk binding betyder en kovalent binding af atomer, betyder de i biologi forskellen mellem energien af de oprindelige midler og deres henfaldsprodukter. Det vil sige, at energien ikke er lokaliseret i en specifik kemisk binding af atomer, men karakteriserer hele reaktionen. I biokemi taler man om kemisk konjugation og dannelsen af en makroergisk forbindelse.
Universal Bio Energy Source
Alle levende organismer på vores planet har ét universelt element af energilagring - dette er den makroerge binding ATP - ADP - AMP (adenosin tri, di, monophosphorsyre). Disse er biomolekyler, der består af en nitrogenholdig adeninbase knyttet til et ribosekulhydrat og vedhæftede phosphorsyrerester. Under påvirkning af vand og et restriktionsenzym, et adenosintrifosfatmolekyle (C10H16N5 O 13P3) kan nedbrydes til et adenosindiphosphorsyremolekyle og orthophosphatsyre. Denne reaktion ledsages af frigivelse af fri energi i størrelsesordenen 30,5 kJ/mol. Alle livsprocesser i hver celle i vores krop opstår, når energi akkumuleres i ATP og bruges, når den brydes.bindinger mellem orthophosphorsyrerester.
Donor og acceptor
Højenergiforbindelser omfatter også stoffer med lange navne, der kan danne ATP-molekyler i hydrolysereaktioner (f.eks. pyrophosphorsyre og pyrodruesyre, succinylcoenzymer, aminoacylderivater af ribonukleinsyrer). Alle disse forbindelser indeholder phosphor (P) og svovl (S) atomer, mellem hvilke der er højenergibindinger. Det er den energi, der frigives, når højenergibindingen i ATP (donor) brydes, som absorberes af cellen under syntesen af dens egne organiske forbindelser. Og samtidig genopfyldes reserverne af disse bindinger konstant med akkumulering af energi (acceptor), der frigives under hydrolysen af makromolekyler. I hver celle i den menneskelige krop forekommer disse processer i mitokondrier, mens varigheden af eksistensen af ATP er mindre end 1 minut. I løbet af dagen syntetiserer vores krop omkring 40 kg ATP, som hver gennemgår op til 3 tusinde cyklusser af henfald. Og på ethvert givet tidspunkt er omkring 250 gram ATP til stede i vores krop.
Funktioner af højenergibiomolekyler
Ud over funktionen af donor og energiacceptor i processerne med nedbrydning og syntese af makromolekylære forbindelser, spiller ATP-molekyler flere andre meget vigtige roller i celler. Energien til at bryde makroerge bindinger bruges i processerne med varmegenerering, mekanisk arbejde, akkumulering af elektricitet og luminescens. Samtidig transformationenenergien af kemiske bindinger til termiske, elektriske, mekaniske på samme tid tjener som et stadium af energiudveksling med efterfølgende lagring af ATP i de samme makro-energibindinger. Alle disse processer i cellen kaldes plastik- og energiudvekslinger (diagram i figuren). ATP-molekyler fungerer også som coenzymer, der regulerer aktiviteten af visse enzymer. Derudover kan ATP også være en mediator, et signaleringsmiddel i nervecellernes synapser.
Flowen af energi og stof i cellen
ATP i cellen indtager således en central og hovedplads i udvekslingen af stof. Der er ret mange reaktioner, hvorved ATP opstår og nedbrydes (oxidativ og substratfosforylering, hydrolyse). De biokemiske reaktioner af syntesen af disse molekyler er reversible; under visse betingelser forskydes de i cellerne i retning af syntese eller henfald. Vejene til disse reaktioner adskiller sig i antallet af omdannelser af stoffer, typen af oxidative processer og i måderne til konjugering af energitilførende og energiforbrugende reaktioner. Hver proces har klare tilpasninger til behandlingen af en bestemt type "brændstof" og dens effektivitetsgrænser.
Evaluering af ydeevne
Indikatorer for effektiviteten af energiomdannelse i biosystemer er små og estimeres i standardværdier for effektivitetsfaktoren (forholdet mellem nyttigt arbejde brugt på arbejde og det samlede energiforbrug). Men her, for at sikre udførelsen af biologiske funktioner, er omkostningerne meget høje. For eksempel bruger en løber, i form af en masseenhed, så megetenergi, hvor meget og et stort havskib. Selv i hvile er det hårdt arbejde at opretholde en organismes liv, og omkring 8 tusind kJ / mol bruges på det. Samtidig bruges omkring 1,8 tusinde kJ/mol på proteinsyntese, 1,1 tusinde kJ/mol på hjertets arbejde, men op til 3,8 tusinde kJ/mol på ATP-syntese.
Adenylatcellesystem
Dette er et system, der inkluderer summen af al ATP, ADP og AMP i en celle i en bestemt tidsperiode. Denne værdi og forholdet mellem komponenter bestemmer cellens energistatus. Systemet vurderes ud fra systemets energiladning (forholdet mellem fosfatgrupper og adenosinresten). Hvis kun ATP er til stede i cellens makroerge forbindelser - har det den højeste energistatus (indeks -1), hvis kun AMP - minimumsstatus (indeks - 0). I levende celler opretholdes norm alt indikatorer på 0,7-0,9. Stabiliteten af cellens energistatus bestemmer hastigheden af enzymatiske reaktioner og opretholdelsen af et optim alt niveau af vital aktivitet.
Og lidt om kraftværker
Som allerede nævnt forekommer ATP-syntese i specialiserede celleorganeller - mitokondrier. Og i dag er der uenigheder blandt biologer om oprindelsen af disse fantastiske strukturer. Mitokondrier er cellens kraftværker, "brændstof", som er proteiner, fedtstoffer, glykogen og elektricitet - ATP-molekyler, hvis syntese finder sted med deltagelse af ilt. Vi kan sige, at vi trækker vejret, for at mitokondrierne kan fungere. Jo mere arbejde at gøreceller, jo mere energi har de brug for. Læs - ATP, hvilket betyder - mitokondrier
For eksempel har en professionel atlet omkring 12 % mitokondrier i deres skeletmuskler, mens en ikke-atletisk lægmand har halvt så meget. Men i hjertemusklen er deres rate 25%. Moderne træningsmetoder for atleter, især maratonløbere, er baseret på MOC (maksim alt iltforbrug), som direkte afhænger af antallet af mitokondrier og musklernes evne til at udføre langvarige belastninger. Førende træningsprogrammer til professionel sport har til formål at stimulere syntesen af mitokondrier i muskelceller.
