Fiecare dintre mișcările sau gândurile noastre necesită energie din corp. Această forță este stocată de fiecare celulă a corpului și o acumulează în biomolecule cu ajutorul legăturilor macroergice. Aceste molecule ale bateriei sunt cele care asigură toate procesele de viață. Schimbul constant de energie în interiorul celulelor determină viața însăși. Care sunt aceste biomolecule cu legături macroergice, de unde provin și ce se întâmplă cu energia lor în fiecare celulă a corpului nostru - acest lucru este discutat în articol.
Mediatori biologici
În orice organism, energia de la un agent generator de energie la un consumator de energie biologică nu trece direct. Când legăturile intramoleculare ale produselor alimentare sunt rupte, se eliberează energia potențială a compușilor chimici, ceea ce depășește cu mult capacitatea sistemelor enzimatice intracelulare de a o utiliza. De aceea, în sistemele biologice eliberarea de substanțe chimice potențiale are loc treptat cu transformarea lor treptată în energie și acumularea ei în compuși și legături macroergice. Și biomoleculele care sunt capabile de o astfel de acumulare de energie sunt numite energie în altă.
Ce obligațiuni se numesc macroergice?
Nivelul de energie liberă de 12,5 kJ/mol, care se formează în timpul formării sau descompunerii unei legături chimice, este considerat normal. Când, în timpul hidrolizei anumitor substanțe, energia liberă se formează mai mult de 21 kJ / mol, atunci aceasta se numește legături macroergice. Ele sunt notate prin simbolul tildei - ~. Spre deosebire de chimia fizică, unde o legătură macroergică înseamnă o legătură covalentă de atomi, în biologie ele înseamnă diferența dintre energia agenților inițiali și produsele lor de descompunere. Adică, energia nu este localizată într-o legătură chimică specifică a atomilor, ci caracterizează întreaga reacție. În biochimie, se vorbește despre conjugarea chimică și formarea unui compus macroergic.
Sursă universală de bioenergie
Toate organismele vii de pe planeta noastră au un element universal de stocare a energiei - acesta este legătura macroergică ATP - ADP - AMP (adenozină tri, di, acid monofosforic). Acestea sunt biomolecule care constau dintr-o bază adenină care conține azot atașată la un carbohidrat de riboză și reziduuri de acid fosforic atașate. Sub acțiunea apei și a unei enzime de restricție, o moleculă de adenozin trifosfat (C10H16N5 O 13P3) se poate descompune într-o moleculă de acid adenozin difosforic și acid ortofosfat. Această reacție este însoțită de eliberarea de energie liberă de ordinul a 30,5 kJ/mol. Toate procesele de viață din fiecare celulă a corpului nostru au loc atunci când energia este acumulată în ATP și utilizată atunci când este spartă.legături între reziduurile de acid ortofosforic.
Donator și acceptor
Compușii cu energie în altă includ și substanțe cu nume lungi care pot forma molecule de ATP în reacțiile de hidroliză (de exemplu, acizi pirofosforic și piruvic, coenzime succinil, derivați aminoacil ai acizilor ribonucleici). Toți acești compuși conțin atomi de fosfor (P) și sulf (S), între care există legături de în altă energie. Este energia care este eliberată atunci când legătura de în altă energie din ATP (donator) este ruptă și este absorbită de celulă în timpul sintezei propriilor compuși organici. Și, în același timp, rezervele acestor legături sunt reînnoite în mod constant cu acumularea de energie (acceptor) eliberată în timpul hidrolizei macromoleculelor. În fiecare celulă a corpului uman, aceste procese au loc în mitocondrii, în timp ce durata existenței ATP este mai mică de 1 minut. În timpul zilei, corpul nostru sintetizează aproximativ 40 de kilograme de ATP, care trec prin până la 3 mii de cicluri de degradare fiecare. Și în orice moment, aproximativ 250 de grame de ATP sunt prezente în corpul nostru.
Funcțiile biomoleculelor de în altă energie
Pe lângă funcția de donator și acceptor de energie în procesele de descompunere și sinteză a compușilor macromoleculari, moleculele de ATP joacă alte câteva roluri foarte importante în celule. Energia de rupere a legăturilor macroergice este utilizată în procesele de generare de căldură, lucru mecanic, acumulare de electricitate și luminiscență. În același timp, transformareaenergia legăturilor chimice în termică, electrică, mecanică în același timp servește ca o etapă de schimb de energie cu stocarea ulterioară a ATP în aceleași legături macroenergetice. Toate aceste procese din celulă se numesc schimburi plastice și de energie (diagrama din figură). Moleculele de ATP acționează și ca coenzime, reglând activitatea anumitor enzime. În plus, ATP poate fi, de asemenea, un mediator, un agent de semnalizare în sinapsele celulelor nervoase.
Fluxul de energie și materie în celulă
Astfel, ATP din celulă ocupă un loc central și principal în schimbul de materie. Există destul de multe reacții prin care apare și se descompune ATP (fosforilarea oxidativă și a substratului, hidroliză). Reacțiile biochimice ale sintezei acestor molecule sunt reversibile; în anumite condiții, ele sunt deplasate în celule în direcția sintezei sau dezintegrarii. Căile acestor reacții diferă în numărul de transformări ale substanțelor, tipul proceselor oxidative și în modalitățile de conjugare a reacțiilor de furnizare de energie și consumatoare de energie. Fiecare proces are adaptări clare la procesarea unui anumit tip de „combustibil” și limitele sale de eficiență.
Evaluarea performanței
Indicatorii eficienței conversiei energiei în biosisteme sunt mici și sunt estimați în valori standard ale factorului de eficiență (raportul dintre munca utilă cheltuită în muncă și energia totală cheltuită). Dar aici, pentru a asigura îndeplinirea funcțiilor biologice, costurile sunt foarte mari. De exemplu, un alergător, în termeni de unitate de masă, cheltuiește atât de multenergie, cât și un mare transatlantic. Chiar și în repaus, menținerea vieții unui organism este o muncă grea și se cheltuiesc aproximativ 8 mii kJ / mol. În același timp, se cheltuiesc aproximativ 1,8 mii kJ / mol pentru sinteza proteinelor, 1,1 mii kJ / mol pentru activitatea inimii, dar până la 3,8 mii kJ / mol pentru sinteza ATP.
Sistem celular adenilat
Acesta este un sistem care include suma tuturor ATP, ADP și AMP dintr-o celulă într-o anumită perioadă de timp. Această valoare și raportul dintre componente determină starea energetică a celulei. Sistemul este evaluat din punct de vedere al încărcăturii energetice a sistemului (raportul dintre grupele fosfat și restul de adenozină). Dacă numai ATP este prezent în compușii macroergici celulari - acesta are cea mai mare stare energetică (indice -1), dacă numai AMP - starea minimă (indice - 0). În celulele vii se mențin de obicei indicatori de 0,7-0,9. Stabilitatea stării energetice a celulei determină viteza reacțiilor enzimatice și menținerea unui nivel optim de activitate vitală.
Și puțin despre centrale electrice
După cum sa menționat deja, sinteza ATP are loc în organele celulare specializate - mitocondrii. Și astăzi, printre biologi, există dispute cu privire la originea acestor structuri uimitoare. Mitocondriile sunt centralele energetice ale celulei, „combustibil” pentru care sunt proteine, grăsimi, glicogen și electricitate - molecule de ATP, a căror sinteză are loc cu participarea oxigenului. Putem spune că respirăm pentru ca mitocondriile să funcționeze. Cu atât mai multă muncă de făcutcelulele, cu atât au nevoie de mai multă energie. Citiți - ATP, ceea ce înseamnă - mitocondrii.
De exemplu, un atlet profesionist are aproximativ 12% mitocondrii în mușchii scheletici, în timp ce un laic non-atletic are jumătate din atât. Dar în mușchiul inimii, rata lor este de 25%. Metodele moderne de antrenament pentru sportivi, în special pentru alergătorii de maraton, se bazează pe MOC (consumul maxim de oxigen), care depinde direct de numărul de mitocondrii și de capacitatea mușchilor de a efectua sarcini prelungite. Programele de antrenament de vârf pentru sporturile profesioniste au ca scop stimularea sintezei mitocondriilor în celulele musculare.
