As ons die bekende uitdrukking "beweging is lewe" parafraseer, word dit duidelik dat alle manifestasies van lewende materie - groei, voortplanting, prosesse van sintese van voedingstowwe, respirasie - in werklikheid die beweging van atome is en molekules waaruit die sel bestaan. Is hierdie prosesse moontlik sonder die deelname van energie? Natuurlik nie.
Waar trek lewende liggame, wat wissel van reuse-organismes soos die blouwalvis of die Amerikaanse sequoia, tot ultramikroskopiese bakterieë, hul voorrade?
Biochemistry het die antwoord op hierdie vraag gevind. Adenosientrifosforsuur is 'n universele stof wat deur al die inwoners van ons planeet gebruik word. In hierdie artikel sal ons die struktuur en funksies van ATP in verskeie groepe lewende organismes oorweeg. Daarbenewens sal ons bepaal watter organelle verantwoordelik is vir die sintese daarvan in plant- en dierselle.
Ontdekkinggeskiedenis
Aan die begin van die 20ste eeu, in die laboratorium van Harvard Mediese Skool, het verskeie wetenskaplikes, naamlik Subbaris, Loman en Friske, 'n verbinding ontdek wat na aan adeniel struktuur is.ribonukleïensuur nukleotied. Dit het egter nie een nie, maar soveel as drie fosfaatsuurreste bevat wat aan die monosakkaried ribose gekoppel is. Twee dekades later het F. Lipman, wat die funksies van ATP bestudeer het, die wetenskaplike aanname bevestig dat hierdie verbinding energie dra. Van daardie oomblik af het biochemici 'n wonderlike geleentheid gehad om in detail kennis te maak met die komplekse meganisme van die sintese van hierdie stof wat in die sel voorkom. Later is 'n sleutelverbinding ontdek: 'n ensiem - ATP-sintase, wat verantwoordelik is vir die vorming van suurmolekules in mitochondria. Om te bepaal watter funksie ATP verrig, kom ons vind uit watter prosesse wat in lewende organismes voorkom nie uitgevoer kan word sonder die deelname van hierdie stof nie.
Vorme van bestaan van energie in biologiese sisteme
Diverse reaksies wat in lewende organismes voorkom, vereis verskillende tipes energie wat in mekaar kan transformeer. Dit sluit in meganiese prosesse (beweging van bakterieë en protosoë, sametrekking van miofibrille in spierweefsel), biochemiese sintese. Hierdie lys sluit ook elektriese impulse in wat opwekking en inhibisie onderlê, termiese reaksies wat 'n konstante liggaamstemperatuur in warmbloedige diere en mense handhaaf. Die luminescerende gloed van mariene plankton, sommige insekte en diepseevisse is ook 'n soort energie wat deur lewende liggame geproduseer word.
Al die bogenoemde verskynsels wat in biologiese sisteme voorkom, is onmoontlik sonder ATP-molekules, wie se funksies is om te stoorenergie in die vorm van makro-ergiese bindings. Hulle kom voor tussen die adenielnukleosied en die fosfaatsuurreste.
Waar kom sellulêre energie vandaan?
Volgens die wette van termodinamika vind die verskyning en verdwyning van energie om sekere redes plaas. Die afbreek van organiese verbindings waaruit voedsel bestaan: proteïene, koolhidrate en veral lipiede lei tot die vrystelling van energie. Die primêre prosesse van hidrolise vind plaas in die spysverteringskanaal, waar die makromolekules van organiese verbindings aan die werking van ensieme blootgestel word. 'n Deel van die ontvangde energie word in die vorm van hitte verdryf of word gebruik om die optimale temperatuur van die interne inhoud van die sel te handhaaf. Die oorblywende gedeelte word opgehoop in die vorm in mitochondria - die kragstasies van die sel. Dit is die hooffunksie van die ATP-molekule - die verskaffing en aanvulling van die energiebehoeftes van die liggaam.
Wat is die rol van kataboliese reaksies
'n Elementêre eenheid van lewende materie - 'n sel, kan slegs funksioneer as die energie voortdurend in sy lewensiklus opgedateer word. Om hierdie toestand in sellulêre metabolisme te vervul, is daar 'n rigting wat dissimilasie, katabolisme of energiemetabolisme genoem word. In sy suurstofvrye stadium, wat die eenvoudigste manier is om energie te vorm en te stoor, uit elke glukosemolekule, in die afwesigheid van suurstof, word 2 molekules van 'n energie-intensiewe stof gesintetiseer wat die hooffunksies van ATP in die sel verskaf - dit van energie te voorsien. Die meeste reaksies van die anoksiese stap vind in die sitoplasma plaas.
Afhangende van die struktuur van die sel, kan dit op verskeie maniere voortgaan, byvoorbeeld in die vorm van glikolise, alkohol of melksuurfermentasie. Die biochemiese kenmerke van hierdie metaboliese prosesse beïnvloed egter nie die funksie van ATP in die sel nie. Dit is universeel: om die energiereserwes van die sel te bewaar.
Hoe die struktuur van 'n molekule met sy funksies verband hou
Vroeër het ons die feit vasgestel dat adenosientrifosforsuur drie fosfaatreste bevat wat gekoppel is aan 'n nitraatbasis - adenien, en 'n monosakkaried - ribose. Aangesien byna alle reaksies in die sitoplasma van die sel in 'n waterige medium uitgevoer word, breek suurmolekules, onder die werking van hidrolitiese ensieme, kovalente bindings om eers adenosiendifosforsuur te vorm, en dan AMP. Die omgekeerde reaksies wat lei tot die sintese van adenosientrifosforsuur vind plaas in die teenwoordigheid van die ensiem fosfotransferase. Aangesien ATP die funksie van 'n universele bron van sellulêre lewensbelangrike aktiwiteit verrig, sluit dit twee makroergiese bindings in. Met 'n opeenvolgende breuk van elkeen van hulle word 42 kJ vrygestel. Hierdie hulpbron word gebruik in selmetabolisme, in sy groei en voortplantingsprosesse.
Waarde van ATP-sintase
In organelle van algemene belang - mitochondria, geleë in plant- en dierselle, is daar 'n ensiematiese stelsel - die respiratoriese ketting. Dit bevat die ensiem ATP sintase. Die biokatalisatormolekules, wat die vorm van 'n heksameer het wat uit proteïenbolletjies bestaan, word beide in die membraan en instroma van mitochondria. As gevolg van die aktiwiteit van die ensiem, word die energiestof van die sel gesintetiseer uit ADP en oorblyfsels van anorganiese fosfaatsuur. Die gevormde ATP-molekules verrig die funksie om die energie op te bou wat nodig is vir sy lewensbelangrike aktiwiteit. 'n Kenmerkende kenmerk van die biokatalisator is dat wanneer daar 'n oormatige konsentrasie van energieverbindings is, dit soos 'n hidrolitiese ensiem optree, wat hul molekules verdeel.
Kenmerke van die sintese van adenosientrifosforsuur
Plante het 'n ernstige metaboliese kenmerk wat hierdie organismes radikaal van diere onderskei. Dit word geassosieer met die outotrofiese manier van voeding en die vermoë om fotosintese te verwerk. Die vorming van molekules wat makroergiese bindings bevat vind plaas in plante in sellulêre organelle - chloroplaste. Die ensiem ATP-sintase wat reeds aan ons bekend is, is deel van hul tilakoïede en stroma van chloroplaste. Die funksies van ATP in die sel is die berging van energie in beide outotrofiese en heterotrofiese organismes, insluitend mense.
Verbindings met makro-ergiese bindings word gesintetiseer in saprotrofe en heterotrofe in oksidatiewe fosforileringsreaksies wat op mitochondriale kristae plaasvind. Soos jy kan sien, het verskeie groepe lewende organismes in die proses van evolusie 'n perfekte meganisme gevorm vir die sintese van so 'n verbinding soos ATP, waarvan die funksies is om die sel van energie te voorsien.
