Dacă parafrazăm cunoscuta expresie „mișcarea este viață”, devine clar că toate manifestările materiei vii - creșterea, reproducerea, procesele de sinteză a nutrienților, respirația - sunt, de fapt, mișcarea atomilor. și moleculele care alcătuiesc celula. Sunt posibile aceste procese fără participarea energiei? Bineînțeles că nu.
De unde își aduc proviziile corpurile vii, de la organisme gigantice precum balena albastră sau sequoia americană, până la bacterii ultramicroscopice?
Biochimia a găsit răspunsul la această întrebare. Acidul adenozin trifosforic este o substanță universală folosită de toți locuitorii planetei noastre. În acest articol, vom lua în considerare structura și funcțiile ATP în diferite grupuri de organisme vii. În plus, vom determina care organele sunt responsabile pentru sinteza acesteia în celulele vegetale și animale.
Istoricul descoperirilor
La începutul secolului al XX-lea, în laboratorul Școlii de Medicină Harvard, mai mulți oameni de știință, și anume Subbaris, Loman și Friske, au descoperit un compus apropiat ca structură de adenil.nucleotid de acid ribonucleic. Cu toate acestea, conținea nu unul, ci până la trei reziduuri de acid fosfat conectate la riboza monozaharidă. Două decenii mai târziu, F. Lipman, studiind funcțiile ATP, a confirmat presupunerea științifică că acest compus transportă energie. Din acel moment, biochimiștii au avut o mare oportunitate de a se familiariza în detaliu cu mecanismul complex al sintezei acestei substanțe care are loc în celulă. Ulterior, a fost descoperit un compus cheie: o enzimă - ATP sintetaza, care este responsabilă de formarea moleculelor de acid în mitocondrii. Pentru a determina ce funcție îndeplinește ATP, să aflăm ce procese care au loc în organismele vii nu pot fi efectuate fără participarea acestei substanțe.
Forme de existență a energiei în sistemele biologice
Reacțiile diverse care apar în organismele vii necesită diferite tipuri de energie care se pot transforma unele în altele. Acestea includ procese mecanice (mișcarea bacteriilor și protozoarelor, contracția miofibrilelor în țesutul muscular), sinteza biochimică. Această listă include și impulsuri electrice care stau la baza excitației și inhibiției, reacții termice care mențin o temperatură constantă a corpului la animalele cu sânge cald și la oameni. Strălucirea luminiscentă a planctonului marin, a unor insecte și a peștilor de adâncime este, de asemenea, un tip de energie produsă de corpurile vii.
Toate fenomenele de mai sus care apar în sistemele biologice sunt imposibile fără molecule de ATP, ale căror funcții sunt de a stocaenergie sub formă de legături macroergice. Acestea apar între nucleozida adenil și resturile de acid fosfat.
De unde vine energia celulară?
Conform legilor termodinamicii, apariția și dispariția energiei se produce din anumite motive. Descompunerea compușilor organici care alcătuiesc alimentele: proteine, carbohidrați și mai ales lipide duce la eliberarea de energie. Procesele primare de hidroliză au loc în tractul digestiv, unde macromoleculele compușilor organici sunt expuse acțiunii enzimelor. O parte din energia primită este disipată sub formă de căldură sau este folosită pentru a menține temperatura optimă a conținutului intern al celulei. Porțiunea rămasă se acumulează sub formă în mitocondrii - centralele electrice ale celulei. Aceasta este funcția principală a moleculei ATP - furnizarea și completarea nevoilor de energie ale organismului.
Care este rolul reacțiilor catabolice
O unitate elementară de materie vie - o celulă, poate funcționa numai dacă energia este actualizată constant în ciclul său de viață. Pentru a îndeplini această condiție în metabolismul celular, există o direcție numită disimilare, catabolism sau metabolism energetic. În stadiul său fără oxigen, care este cel mai simplu mod de a forma și stoca energie, din fiecare moleculă de glucoză, în absența oxigenului, sunt sintetizate 2 molecule dintr-o substanță consumatoare de energie care asigură principalele funcții ale ATP în celulă - furnizându-l cu energie. Cele mai multe reacții ale etapei anoxice au loc în citoplasmă.
În funcție de structura celulei, aceasta poate proceda în diferite moduri, de exemplu, sub formă de glicoliză, fermentație cu alcool sau acid lactic. Cu toate acestea, caracteristicile biochimice ale acestor procese metabolice nu afectează funcția ATP în celulă. Este universal: pentru a păstra rezervele de energie ale celulei.
Cum este legată structura unei molecule de funcțiile sale
Anterior, am stabilit faptul că acidul adenozin trifosforic conține trei reziduuri de fosfat conectate la o bază nitrat - adenina și o monozaharidă - riboză. Deoarece aproape toate reacțiile din citoplasma celulei se desfășoară într-un mediu apos, moleculele acide, sub acțiunea enzimelor hidrolitice, rup legăturile covalente pentru a forma mai întâi acidul adenozin difosforic și apoi AMP. Reacțiile inverse care conduc la sinteza acidului adenozin trifosforic apar în prezența enzimei fosfotransferaze. Deoarece ATP îndeplinește funcția de sursă universală de activitate vitală celulară, acesta include două legături macroergice. Cu o ruptură succesivă a fiecăruia dintre ele se eliberează 42 kJ. Această resursă este folosită în metabolismul celular, în procesele sale de creștere și reproducere.
Valoarea ATP sintetazei
În organitele de importanță generală - mitocondrii, situate în celulele vegetale și animale, există un sistem enzimatic - lanțul respirator. Conține enzima ATP sintaza. Moleculele de biocatalizator, care au forma unui hexamer format din globule proteice, sunt imersate atât în membrană, cât și înstroma mitocondriilor. Datorită activității enzimei, substanța energetică a celulei este sintetizată din ADP și reziduuri de acid fosfat anorganic. Moleculele de ATP formate îndeplinesc funcția de a acumula energia necesară activității sale vitale. O caracteristică distinctivă a biocatalizatorului este că atunci când există o concentrație excesivă de compuși energetici, acesta se comportă ca o enzimă hidrolitică, divizându-și moleculele.
Caracteristici ale sintezei acidului adenozin trifosforic
Plantele au o caracteristică metabolică gravă care distinge radical aceste organisme de animale. Este asociat cu modul autotrof de nutriție și cu capacitatea de a procesa fotosinteza. Formarea de molecule care conțin legături macroergice are loc la plante în organele celulare - cloroplaste. Enzima ATP sintaza deja cunoscută nouă face parte din tilacoizii lor și din stroma cloroplastelor. Funcțiile ATP în celulă sunt stocarea energiei atât în organismele autotrofe, cât și în cele heterotrofe, inclusiv în oameni.
Compușii cu legături macroergice sunt sintetizați în saprotrofe și heterotrofe în reacții de fosforilare oxidativă care au loc pe cresta mitocondrială. După cum puteți vedea, în procesul de evoluție, diferite grupuri de organisme vii au format un mecanism perfect pentru sinteza unui astfel de compus precum ATP, ale cărui funcții sunt de a furniza energie celulei.
