Hvis vi omskriver det velkendte udtryk "bevægelse er liv", bliver det klart, at alle manifestationer af levende stof - vækst, reproduktion, synteseprocesser af næringsstoffer, åndedræt - i virkeligheden er atomernes bevægelse. og molekyler, der udgør cellen. Er disse processer mulige uden deltagelse af energi? Selvfølgelig ikke.
Hvor henter levende kroppe, lige fra gigantiske organismer som blåhvalen eller den amerikanske sequoia, til ultramikroskopiske bakterier deres forsyninger?
Biochemistry har fundet svaret på dette spørgsmål. Adenosintriphosphorsyre er et universelt stof, der bruges af alle vores planets indbyggere. I denne artikel vil vi overveje strukturen og funktionerne af ATP i forskellige grupper af levende organismer. Derudover vil vi bestemme, hvilke organeller der er ansvarlige for dets syntese i plante- og dyreceller.
Opdagelseshistorik
I begyndelsen af det 20. århundrede, i laboratoriet på Harvard Medical School, opdagede adskillige forskere, nemlig Subbaris, Loman og Friske, en forbindelse tæt på adenyls strukturribonukleinsyre nukleotid. Den indeholdt dog ikke én, men så mange som tre fosfatsyrerester forbundet med monosaccharidet ribose. To årtier senere bekræftede F. Lipman, der studerede ATP's funktioner, den videnskabelige antagelse om, at denne forbindelse bærer energi. Fra det øjeblik havde biokemikere en stor mulighed for at blive bekendt i detaljer med den komplekse mekanisme for syntesen af dette stof, der forekommer i cellen. Senere blev en nøgleforbindelse opdaget: et enzym - ATP-syntase, som er ansvarlig for dannelsen af syremolekyler i mitokondrier. For at bestemme, hvilken funktion ATP udfører, lad os finde ud af, hvilke processer, der forekommer i levende organismer, der ikke kan udføres uden deltagelse af dette stof.
Tilværelsesformer for energi i biologiske systemer
Forskellige reaktioner, der forekommer i levende organismer, kræver forskellige typer energi, som kan omdannes til hinanden. Disse omfatter mekaniske processer (bevægelse af bakterier og protozoer, sammentrækning af myofibriller i muskelvæv), biokemisk syntese. Denne liste omfatter også elektriske impulser, der ligger til grund for excitation og hæmning, termiske reaktioner, der opretholder en konstant kropstemperatur hos varmblodede dyr og mennesker. Den selvlysende glød fra havplankton, nogle insekter og dybhavsfisk er også en type energi produceret af levende kroppe.
Alle ovenstående fænomener, der forekommer i biologiske systemer, er umulige uden ATP-molekyler, hvis funktioner er at lagreenergi i form af makroerge bindinger. De forekommer mellem adenylnukleosidet og fosfatsyreresterne.
Hvor kommer cellulær energi fra?
I henhold til termodynamikkens love sker fremkomsten og forsvinden af energi af visse årsager. Nedbrydningen af organiske forbindelser, der udgør fødevarer: proteiner, kulhydrater og især lipider fører til frigivelse af energi. De primære hydrolyseprocesser forekommer i fordøjelseskanalen, hvor makromolekylerne af organiske forbindelser udsættes for virkningen af enzymer. En del af den modtagne energi spredes i form af varme eller bruges til at opretholde den optimale temperatur af cellens indre indhold. Den resterende del akkumuleres i form i mitokondrier - cellens kraftværker. Dette er hovedfunktionen af ATP-molekylet - at levere og genopbygge kroppens energibehov.
Hvad er kataboliske reaktioners rolle
En elementær enhed af levende stof - en celle, kan kun fungere, hvis energien konstant opdateres i sin livscyklus. For at opfylde denne betingelse i cellulær metabolisme er der en retning kaldet dissimilation, katabolisme eller energimetabolisme. I dets iltfrie stadie, som er den enkleste måde at danne og lagre energi på, fra hvert glukosemolekyle, i mangel af ilt, syntetiseres 2 molekyler af et energikrævende stof, der leverer hovedfunktionerne af ATP i cellen - forsyne den med energi. De fleste reaktioner af det anoxiske trin forekommer i cytoplasmaet.
Afhængig af cellens struktur kan det forløbe på forskellige måder, for eksempel i form af glykolyse, alkohol eller mælkesyregæring. Imidlertid påvirker de biokemiske træk ved disse metaboliske processer ikke funktionen af ATP i cellen. Det er universelt: at bevare cellens energireserver.
Hvordan et molekyles struktur er relateret til dets funktioner
Tidligere har vi fastslået, at adenosintriphosphorsyre indeholder tre fosfatrester forbundet med en nitratbase - adenin og et monosaccharid - ribose. Da næsten alle reaktioner i cellens cytoplasma udføres i et vandigt medium, bryder syremolekyler, under påvirkning af hydrolytiske enzymer, kovalente bindinger til først at danne adenosindiphosphorsyre og derefter AMP. De omvendte reaktioner, der fører til syntesen af adenosintriphosphorsyre, forekommer i nærvær af enzymet phosphotransferase. Da ATP udfører funktionen som en universel kilde til cellulær vital aktivitet, inkluderer det to makroerge bindinger. Med et successivt brud af hver af dem frigives 42 kJ. Denne ressource bruges i cellemetabolisme, i dens vækst og reproduktionsprocesser.
Værdi af ATP-syntase
I organeller af generel betydning - mitokondrier, placeret i plante- og dyreceller, er der et enzymsystem - åndedrætskæden. Det indeholder enzymet ATP-syntase. Biokatalysatormolekylerne, som har form af en hexamer bestående af proteinkugler, nedsænkes både i membranen og istroma af mitokondrier. På grund af enzymets aktivitet syntetiseres cellens energistof ud fra ADP og rester af uorganisk fosfatsyre. De dannede ATP-molekyler udfører funktionen med at akkumulere den energi, der er nødvendig for dens vitale aktivitet. Et karakteristisk træk ved biokatalysatoren er, at når der er en for høj koncentration af energiforbindelser, opfører den sig som et hydrolytisk enzym, der sp alter deres molekyler.
Funktioner ved syntesen af adenosintriphosphorsyre
Planter har et alvorligt stofskiftetræk, der radik alt adskiller disse organismer fra dyr. Det er forbundet med den autotrofiske ernæringstilstand og evnen til at behandle fotosyntese. Dannelsen af molekyler indeholdende makroerge bindinger sker i planter i cellulære organeller - kloroplaster. Enzymet ATP-syntase, der allerede er kendt af os, er en del af deres thylakoider og stroma af kloroplaster. Funktionerne af ATP i cellen er lagring af energi i både autotrofe og heterotrofe organismer, inklusive mennesker.
Forbindelser med makroerge bindinger syntetiseres i saprotrofer og heterotrofer i oxidative phosphoryleringsreaktioner, der finder sted på mitokondrielle cristae. Som du kan se, har forskellige grupper af levende organismer i evolutionsprocessen dannet en perfekt mekanisme til syntese af en sådan forbindelse som ATP, hvis funktioner er at forsyne cellen med energi.
