Elkeen van ons bewegings of gedagtes vereis energie van die liggaam. Hierdie krag word deur elke sel van die liggaam gestoor en versamel dit in biomolekules met behulp van makro-ergiese bindings. Dit is hierdie batterymolekules wat alle lewensprosesse verskaf. Die konstante uitruil van energie binne die selle bepaal lewe self. Wat is hierdie biomolekules met makro-ergiese bindings, waar kom hulle vandaan, en wat gebeur met hul energie in elke sel van ons liggaam - dit word in die artikel bespreek.
Biologiese bemiddelaars
In enige organisme gaan energie van 'n energiegenererende middel na 'n biologiese energieverbruiker nie direk oor nie. Wanneer die intramolekulêre bindings van voedselprodukte verbreek word, word die potensiële energie van chemiese verbindings vrygestel, wat die vermoë van intrasellulêre ensiematiese stelsels om dit te gebruik ver oorskry. Dit is hoekom in biologiese stelsels die vrystelling van potensiële chemikalieë stapsgewys plaasvind met hul geleidelike transformasie in energie en die ophoping daarvan in makro-ergiese verbindings en bindings. En dit is die biomolekules wat in staat is tot so 'n ophoping van energie wat hoë-energie genoem word.
Watter bindings word makroergies genoem?
Die vrye energievlak van 12,5 kJ/mol, wat tydens die vorming of verval van 'n chemiese binding gevorm word, word as normaal beskou. Wanneer vrye energie tydens die hidrolise van sekere stowwe meer as 21 kJ / mol gevorm word, word dit makroergiese bindings genoem. Hulle word aangedui deur die tilde-simbool - ~. In teenstelling met fisiese chemie, waar 'n makro-ergiese binding 'n kovalente binding van atome beteken, beteken dit in biologie die verskil tussen die energie van die aanvanklike middels en hul vervalprodukte. Dit wil sê, die energie is nie gelokaliseer in 'n spesifieke chemiese binding van atome nie, maar kenmerk die hele reaksie. In biochemie praat hulle oor chemiese vervoeging en die vorming van 'n makro-ergiese verbinding.
Universele Bio-energiebron
Alle lewende organismes op ons planeet het een universele element van energieberging - dit is die makro-ergiese binding ATP - ADP - AMP (adenosien tri, di, monofosforsuur). Dit is biomolekules wat bestaan uit 'n stikstofbevattende adenienbasis wat aan 'n ribose koolhidraat en aangehegte fosforsuurreste geheg is. Onder die werking van water en 'n beperkingsensiem, 'n adenosientrifosfaatmolekule (C10H16N5 O 13P3) kan ontbind in 'n adenosiendifosforsuurmolekule en ortofosfaatsuur. Hierdie reaksie gaan gepaard met die vrystelling van vrye energie van die orde van 30,5 kJ/mol. Alle lewensprosesse in elke sel van ons liggaam vind plaas wanneer energie in ATP opgehoop word en gebruik word wanneer dit gebreek word.bindings tussen ortofosforsuurreste.
Skenker en aanvaarder
Hoë-energie-verbindings sluit ook stowwe met lang name in wat ATP-molekules in hidrolisereaksies kan vorm (byvoorbeeld pirofosfor- en pirodruivensure, suksinielkoënsieme, aminoasielderivate van ribonukleïensure). Al hierdie verbindings bevat fosfor (P) en swael (S) atome, waartussen daar hoë-energie bindings is. Dit is die energie wat vrygestel word wanneer die hoë-energiebinding in ATP (skenker) verbreek word wat deur die sel geabsorbeer word tydens die sintese van sy eie organiese verbindings. En terselfdertyd word die reserwes van hierdie bindings voortdurend aangevul met die ophoping van energie (akseptor) wat vrygestel word tydens die hidrolise van makromolekules. In elke sel van die menslike liggaam vind hierdie prosesse in mitochondria plaas, terwyl die duur van die bestaan van ATP minder as 1 minuut is. Gedurende die dag sintetiseer ons liggaam ongeveer 40 kilogram ATP, wat elk deur tot 3 duisend siklusse van verval gaan. En op enige gegewe oomblik is ongeveer 250 gram ATP in ons liggaam teenwoordig.
Funksies van hoë-energie biomolekules
Benewens die funksie van die skenker en aanvaarder van energie in die prosesse van ontbinding en sintese van makromolekulêre verbindings, speel ATP-molekules verskeie ander baie belangrike rolle in selle. Die energie om makro-ergiese bindings te breek word gebruik in die prosesse van hitte-opwekking, meganiese werk, opeenhoping van elektrisiteit en luminesensie. Terselfdertyd die transformasiedie energie van chemiese bindings in termiese, elektriese, meganiese terselfdertyd dien as 'n stadium van energie-uitruiling met daaropvolgende berging van ATP in dieselfde makro-energiebindings. Al hierdie prosesse in die sel word plastiek- en energie-uitruilings genoem (diagram in die figuur). ATP-molekules tree ook op as koënsieme, wat die aktiwiteit van sekere ensieme reguleer. Daarbenewens kan ATP ook 'n bemiddelaar wees, 'n seinmiddel in die sinapse van senuweeselle.
Die vloei van energie en materie in die sel
ATP in die sel neem dus 'n sentrale en hoofplek in die uitruil van materie in. Daar is heelwat reaksies waardeur ATP ontstaan en afbreek (oksidatiewe en substraatfosforilering, hidrolise). Die biochemiese reaksies van die sintese van hierdie molekules is omkeerbaar; onder sekere omstandighede word hulle in die selle verskuif in die rigting van sintese of verval. Die paaie van hierdie reaksies verskil in die aantal transformasies van stowwe, die tipe oksidatiewe prosesse, en in die maniere van vervoeging van energievoorsienende en energieverbruikende reaksies. Elke proses het duidelike aanpassings tot die verwerking van 'n spesifieke tipe "brandstof" en sy doeltreffendheidsperke.
Prestasie-evaluering
Aanwysers van die doeltreffendheid van energie-omsetting in biosisteme is klein en word geskat in standaardwaardes van die doeltreffendheidsfaktor (die verhouding van nuttige werk wat aan werk bestee word tot die totale energie wat bestee is). Maar hier, om die uitvoering van biologiese funksies te verseker, is die koste baie hoog. Byvoorbeeld, 'n hardloper, in terme van 'n massa-eenheid, spandeer soveelenergie, hoeveel en 'n groot seeskip. Selfs in rus is die handhawing van die lewe van 'n organisme harde werk, en ongeveer 8 duisend kJ / mol word daaraan bestee. Terselfdertyd word ongeveer 1,8 duisend kJ/mol aan proteïensintese bestee, 1,1 duisend kJ/mol aan die werk van die hart, maar tot 3,8 duisend kJ/mol aan ATP-sintese.
Adenylaatselstelsel
Dit is 'n stelsel wat die som van alle ATP, ADP en AMP in 'n sel in 'n spesifieke tydperk insluit. Hierdie waarde en die verhouding van komponente bepaal die energiestatus van die sel. Die sisteem word geëvalueer in terme van die energielading van die sisteem (die verhouding van fosfaatgroepe tot die adenosienresidu). As slegs ATP in die sel makro-ergiese verbindings teenwoordig is - het dit die hoogste energiestatus (indeks -1), indien slegs AMP - die minimum status (indeks - 0). In lewende selle word aanwysers van 0,7-0,9 gewoonlik gehandhaaf. Die stabiliteit van die energiestatus van die sel bepaal die tempo van ensiematiese reaksies en die handhawing van 'n optimale vlak van lewensbelangrike aktiwiteit.
En bietjie oor kragstasies
Soos reeds genoem, vind ATP-sintese plaas in gespesialiseerde selorganelle - mitochondria. En vandag is daar onder bioloë dispute oor die oorsprong van hierdie wonderlike strukture. Mitochondria is die kragsentrales van die sel, "brandstof" waarvoor proteïene, vette, glikogeen en elektrisiteit is - ATP-molekules, waarvan die sintese plaasvind met die deelname van suurstof. Ons kan sê dat ons asemhaal sodat die mitochondria kan werk. Hoe meer werk om te doenselle, hoe meer energie benodig hulle. Lees - ATP, wat beteken - mitochondria.
Byvoorbeeld, 'n professionele atleet het ongeveer 12% mitochondria in hul skeletspiere, terwyl 'n nie-atletiese leek die helfte soveel het. Maar in die hartspier is hul koers 25%. Moderne oefenmetodes vir atlete, veral marathon-hardlopers, is gebaseer op MOC (maksimum suurstofverbruik), wat direk afhang van die aantal mitochondria en die vermoë van spiere om langdurige vragte uit te voer. Vooraanstaande opleidingsprogramme vir professionele sport is daarop gemik om die sintese van mitochondria in spierselle te stimuleer.
