Çdo lëvizje apo mendim ynë kërkon energji nga trupi. Kjo forcë ruhet nga çdo qelizë e trupit dhe e grumbullon atë në biomolekula me ndihmën e lidhjeve makroergjike. Janë këto molekula baterish që sigurojnë të gjitha proceset e jetës. Shkëmbimi i vazhdueshëm i energjisë brenda qelizave përcakton vetë jetën. Cilat janë këto biomolekula me lidhje makroergjike, nga vijnë ato dhe çfarë ndodh me energjinë e tyre në çdo qelizë të trupit tonë - kjo është diskutuar në artikull.
Ndërmjetësit biologjikë
Në çdo organizëm, energjia nga një agjent gjenerues energjie te një konsumator energjie biologjike nuk kalon drejtpërdrejt. Kur prishen lidhjet intramolekulare të produkteve ushqimore, lirohet energjia potenciale e përbërjeve kimike, e cila tejkalon shumë aftësinë e sistemeve enzimatike ndërqelizore për ta përdorur atë. Kjo është arsyeja pse në sistemet biologjike çlirimi i kimikateve të mundshme ndodh hap pas hapi me shndërrimin e tyre gradual në energji dhe akumulimin e saj në përbërje dhe lidhje makroergjike. Dhe janë biomolekulat që janë të afta për një akumulim të tillë energjie që quhen me energji të lartë.
Cilat lidhje quhen makroergjike?
Niveli i energjisë së lirë prej 12,5 kJ/mol, i cili formohet gjatë formimit ose prishjes së një lidhjeje kimike, konsiderohet normal. Kur gjatë hidrolizës së substancave të caktuara, energjia e lirë formohet më shumë se 21 kJ / mol, atëherë kjo quhet lidhje makroergjike. Ato shënohen me simbolin e tildës - ~. Në ndryshim nga kimia fizike, ku një lidhje makroergjike nënkupton një lidhje kovalente atomesh, në biologji ato nënkuptojnë ndryshimin midis energjisë së agjentëve fillestarë dhe produkteve të tyre të kalbjes. Kjo do të thotë, energjia nuk është e lokalizuar në një lidhje kimike specifike të atomeve, por karakterizon të gjithë reagimin. Në biokimi, ata flasin për konjugimin kimik dhe formimin e një përbërjeje makroergjike.
Burimi universal i energjisë bio
Të gjithë organizmat e gjallë në planetin tonë kanë një element universal të ruajtjes së energjisë - kjo është lidhja makroergjike ATP - ADP - AMP (adenozina tri, di, acidi monofosforik). Këto janë biomolekula që përbëhen nga një bazë adenine që përmban azot, e lidhur me një karbohidrat ribozë dhe mbetje të acidit fosforik të bashkangjitur. Nën veprimin e ujit dhe një enzimë kufizuese, një molekulë adenozine trifosfat (C10H16N5 O 13P3) mund të dekompozohet në një molekulë të acidit difosforik të adenozinës dhe në acid ortofosfat. Ky reaksion shoqërohet me çlirimin e energjisë së lirë të rendit 30,5 kJ/mol. Të gjitha proceset jetësore në çdo qelizë të trupit tonë ndodhin kur energjia grumbullohet në ATP dhe përdoret kur prishet.lidhjet midis mbetjeve të acidit ortofosforik.
Dhurues dhe pranues
Komponimet me energji të lartë përfshijnë gjithashtu substanca me emra të gjatë që mund të formojnë molekula ATP në reaksionet e hidrolizës (për shembull, acidet pirofosforike dhe piruvik, koenzimat suksinil, derivatet aminoacil të acideve ribonukleike). Të gjitha këto komponime përmbajnë atome të fosforit (P) dhe squfurit (S), midis të cilëve ka lidhje me energji të lartë. Është energjia që çlirohet kur prishet lidhja me energji të lartë në ATP (dhurues) që absorbohet nga qeliza gjatë sintezës së përbërjeve të veta organike. Dhe në të njëjtën kohë, rezervat e këtyre lidhjeve plotësohen vazhdimisht me akumulimin e energjisë (pranuesit) të çliruar gjatë hidrolizës së makromolekulave. Në çdo qelizë të trupit të njeriut, këto procese ndodhin në mitokondri, ndërsa kohëzgjatja e ekzistencës së ATP është më pak se 1 minutë. Gjatë ditës, trupi ynë sintetizon rreth 40 kilogramë ATP, të cilat kalojnë deri në 3 mijë cikle kalbjeje secili. Dhe në çdo moment, rreth 250 gram ATP është i pranishëm në trupin tonë.
Funksionet e biomolekulave me energji të lartë
Përveç funksionit të dhuruesit dhe pranuesit të energjisë në proceset e zbërthimit dhe sintezës së përbërjeve makromolekulare, molekulat e ATP luajnë disa role të tjera shumë të rëndësishme në qeliza. Energjia e thyerjes së lidhjeve makroergjike përdoret në proceset e gjenerimit të nxehtësisë, punës mekanike, akumulimit të energjisë elektrike dhe lumineshencës. Në të njëjtën kohë, transformimienergjia e lidhjeve kimike në termike, elektrike, mekanike në të njëjtën kohë shërben si një fazë e shkëmbimit të energjisë me ruajtjen e mëvonshme të ATP në të njëjtat lidhje makroenergjetike. Të gjitha këto procese në qelizë quhen shkëmbime plastike dhe energjie (diagrami në figurë). Molekulat e ATP veprojnë gjithashtu si koenzima, duke rregulluar aktivitetin e enzimave të caktuara. Përveç kësaj, ATP mund të jetë gjithashtu një ndërmjetës, një agjent sinjalizues në sinapset e qelizave nervore.
Rrjedha e energjisë dhe materies në qelizë
Kështu, ATP në qelizë zë një vend qendror dhe kryesor në shkëmbimin e materies. Ka mjaft reaksione me anë të të cilave lind dhe shpërbëhet ATP (fosforilimi oksidativ dhe i substratit, hidroliza). Reaksionet biokimike të sintezës së këtyre molekulave janë të kthyeshme; në kushte të caktuara, ato zhvendosen në qeliza në drejtim të sintezës ose kalbjes. Rrugët e këtyre reaksioneve ndryshojnë nga numri i shndërrimeve të substancave, nga lloji i proceseve oksiduese dhe nga mënyrat e konjugimit të reaksioneve të furnizimit me energji dhe atyre që konsumojnë energji. Çdo proces ka përshtatje të qarta për përpunimin e një lloji të veçantë të "karburantit" dhe kufijtë e tij të efikasitetit.
Vlerësimi i performancës
Treguesit e efikasitetit të konvertimit të energjisë në biosisteme janë të vegjël dhe vlerësohen në vlera standarde të faktorit të efikasitetit (raporti i punës së dobishme të shpenzuar në punë me energjinë totale të shpenzuar). Por këtu, për të siguruar kryerjen e funksioneve biologjike, kostot janë shumë të larta. Për shembull, një vrapues, për sa i përket njësisë së masës, shpenzon kaq shumëenergji, sa dhe një linjë oqeanike e madhe. Edhe në pushim, mbajtja e jetës së një organizmi është punë e vështirë, dhe për të shpenzohen rreth 8 mijë kJ / mol. Në të njëjtën kohë, rreth 1,8 mijë kJ / mol shpenzohen për sintezën e proteinave, 1,1 mijë kJ / mol për punën e zemrës, por deri në 3,8 mijë kJ / mol për sintezën e ATP.
Sistemi i qelizave adenilate
Ky është një sistem që përfshin shumën e të gjithë ATP, ADP dhe AMP në një qelizë në një periudhë të caktuar kohe. Kjo vlerë dhe raporti i përbërësve përcakton statusin energjetik të qelizës. Sistemi vlerësohet në termat e ngarkesës energjetike të sistemit (raporti i grupeve të fosfatit me mbetjen e adenozinës). Nëse vetëm ATP është i pranishëm në përbërjet makroergjike të qelizave - ai ka statusin më të lartë të energjisë (indeksi -1), nëse vetëm AMP - statusin minimal (indeksi - 0). Në qelizat e gjalla zakonisht ruhen treguesit 0,7-0,9. Stabiliteti i statusit energjetik të qelizës përcakton shpejtësinë e reaksioneve enzimatike dhe ruajtjen e një niveli optimal të aktivitetit jetësor.
Dhe pak për termocentralet
Siç është përmendur tashmë, sinteza e ATP ndodh në organele të specializuara qelizore - mitokondri. Dhe sot midis biologëve ka mosmarrëveshje rreth origjinës së këtyre strukturave të mahnitshme. Mitokondritë janë termocentralet e qelizës, "karburant" për të cilin janë proteinat, yndyrat, glikogjeni dhe energjia elektrike - molekula ATP, sinteza e të cilave bëhet me pjesëmarrjen e oksigjenit. Mund të themi se marrim frymë në mënyrë që mitokondritë të funksionojnë. Sa më shumë punë për të bërëqelizat, aq më shumë energji kanë nevojë. Lexo - ATP, që do të thotë - mitokondri.
Për shembull, një atlet profesionist ka rreth 12% mitokondri në muskujt e tyre skeletorë, ndërsa një laik jo atletik ka gjysmën e më shumë. Por në muskulin e zemrës, shkalla e tyre është 25%. Metodat moderne të stërvitjes për atletët, veçanërisht vrapuesit e maratonës, bazohen në MOC (konsumi maksimal i oksigjenit), i cili varet drejtpërdrejt nga numri i mitokondrive dhe aftësia e muskujve për të kryer ngarkesa të zgjatura. Programet kryesore të trajnimit për sportet profesionale kanë për qëllim stimulimin e sintezës së mitokondrive në qelizat e muskujve.
