Nëse parafrazojmë shprehjen e njohur "lëvizja është jetë", bëhet e qartë se të gjitha manifestimet e materies së gjallë - rritja, riprodhimi, proceset e sintezës së lëndëve ushqyese, frymëmarrja - janë, në fakt, lëvizje e atomeve. dhe molekulat që përbëjnë qelizën. A janë të mundshme këto procese pa pjesëmarrjen e energjisë? Sigurisht që jo.
Ku i tërheqin furnizimet trupat e gjallë, duke filluar nga organizmat gjigantë si balena blu apo sekuoja amerikane, te bakteret ultramikroskopike?
Biokimia ka gjetur përgjigjen për këtë pyetje. Acidi adenozin trifosforik është një substancë universale e përdorur nga të gjithë banorët e planetit tonë. Në këtë artikull, ne do të shqyrtojmë strukturën dhe funksionet e ATP në grupe të ndryshme të organizmave të gjallë. Përveç kësaj, ne do të përcaktojmë se cilat organele janë përgjegjëse për sintezën e tij në qelizat bimore dhe shtazore.
Historia e zbulimit
Në fillim të shekullit të 20-të, në laboratorin e Shkollës Mjekësore të Harvardit, disa shkencëtarë, përkatësisht Subbaris, Loman dhe Friske, zbuluan një përbërje të afërt në strukturë me adenilin.nukleotidi i acidit ribonukleik. Megjithatë, ai përmbante jo një, por deri në tre mbetje të acidit fosfat të lidhur me ribozën monosakaride. Dy dekada më vonë, F. Lipman, duke studiuar funksionet e ATP, konfirmoi supozimin shkencor se ky përbërës mbart energji. Që nga ai moment, biokimistët patën një mundësi të shkëlqyer për t'u njohur në detaje me mekanizmin kompleks të sintezës së kësaj lënde që ndodh në qelizë. Më vonë, u zbulua një përbërës kyç: një enzimë - sintaza ATP, e cila është përgjegjëse për formimin e molekulave të acidit në mitokondri. Për të përcaktuar se çfarë funksioni kryen ATP, le të zbulojmë se cilat procese që ndodhin në organizmat e gjallë nuk mund të kryhen pa pjesëmarrjen e kësaj substance.
Format e ekzistencës së energjisë në sistemet biologjike
Reaksionet e ndryshme që ndodhin në organizmat e gjallë kërkojnë lloje të ndryshme të energjisë që mund të transformohen në njëra-tjetrën. Këto përfshijnë procese mekanike (lëvizja e baktereve dhe protozoarëve, tkurrja e miofibrileve në indet e muskujve), sinteza biokimike. Kjo listë përfshin gjithashtu impulset elektrike që qëndrojnë në themel të ngacmimit dhe frenimit, reaksionet termike që mbajnë një temperaturë konstante të trupit te kafshët me gjak të ngrohtë dhe te njerëzit. Shkëlqimi lumineshent i planktonit detar, disa insekteve dhe peshqve në det të thellë është gjithashtu një lloj energjie e prodhuar nga trupat e gjallë.
Të gjitha fenomenet e mësipërme që ndodhin në sistemet biologjike janë të pamundura pa molekulat ATP, funksionet e të cilave janë ruajtjaenergji në formën e lidhjeve makroergjike. Ato ndodhin midis nukleozidit adenil dhe mbetjeve të acidit fosfat.
Nga vjen energjia qelizore?
Sipas ligjeve të termodinamikës, shfaqja dhe zhdukja e energjisë ndodh për arsye të caktuara. Zbërthimi i përbërjeve organike që përbëjnë ushqimin: proteinat, karbohidratet dhe veçanërisht lipidet çon në çlirimin e energjisë. Proceset parësore të hidrolizës ndodhin në traktin tretës, ku makromolekulat e përbërjeve organike janë të ekspozuara ndaj veprimit të enzimave. Një pjesë e energjisë së marrë shpërndahet në formën e nxehtësisë ose përdoret për të ruajtur temperaturën optimale të përmbajtjes së brendshme të qelizës. Pjesa e mbetur grumbullohet në formë në mitokondri - stacionet e energjisë të qelizës. Ky është funksioni kryesor i molekulës ATP - sigurimi dhe plotësimi i nevojave për energji të trupit.
Cili është roli i reaksioneve katabolike
Një njësi elementare e materies së gjallë - një qelizë, mund të funksionojë vetëm nëse energjia përditësohet vazhdimisht në ciklin e saj jetësor. Për të përmbushur këtë kusht në metabolizmin qelizor, ekziston një drejtim që quhet disimilimi, katabolizmi ose metabolizmi i energjisë. Në fazën e tij pa oksigjen, që është mënyra më e thjeshtë për të formuar dhe ruajtur energjinë, nga çdo molekulë glukoze, në mungesë të oksigjenit, sintetizohen 2 molekula të një lënde intensive energjie që sigurojnë funksionet kryesore të ATP në qelizë - duke e furnizuar me energji. Shumica e reaksioneve të hapit anoksik ndodhin në citoplazmë.
Në varësi të strukturës së qelizës, ajo mund të vazhdojë në mënyra të ndryshme, për shembull, në formën e glikolizës, alkoolit ose fermentimit të acidit laktik. Megjithatë, veçoritë biokimike të këtyre proceseve metabolike nuk ndikojnë në funksionin e ATP në qelizë. Është universale: ruajtja e rezervave energjetike të qelizës.
Si lidhet struktura e një molekule me funksionet e saj
Më parë, ne vërtetuam faktin se acidi trifosforik adenozinë përmban tre mbetje fosfate të lidhura me një bazë nitrat - adeninë dhe një monosakarid - ribozë. Meqenëse pothuajse të gjitha reaksionet në citoplazmën e qelizës kryhen në një mjedis ujor, molekulat e acidit, nën veprimin e enzimave hidrolitike, thyejnë lidhjet kovalente për të formuar fillimisht acidin difosforik adenozinë, dhe më pas AMP. Reaksionet e kundërta që çojnë në sintezën e acidit trifosforik të adenozinës ndodhin në prani të enzimës fosfotransferazë. Meqenëse ATP kryen funksionin e një burimi universal të aktivitetit jetësor qelizor, ai përfshin dy lidhje makroergjike. Me një këputje të njëpasnjëshme të secilit prej tyre, lirohet 42 kJ. Ky burim përdoret në metabolizmin e qelizave, në rritjen dhe proceset riprodhuese të tij.
Vlera e sintazës ATP
Në organelet me rëndësi të përgjithshme - mitokondri, të vendosura në qelizat bimore dhe shtazore, ekziston një sistem enzimatik - zinxhiri i frymëmarrjes. Ai përmban enzimën ATP sintazë. Molekulat e biokatalizatorit, të cilat kanë formën e një heksameri të përbërë nga globula proteinike, zhyten si në membranë ashtu edhe nëstroma e mitokondrive. Për shkak të aktivitetit të enzimës, substanca energjetike e qelizës sintetizohet nga ADP dhe mbetjet e acidit fosfat inorganik. Molekulat e formuara ATP kryejnë funksionin e akumulimit të energjisë së nevojshme për aktivitetin e tij jetësor. Një tipar dallues i biokatalizatorit është se kur ka një përqendrim të tepruar të komponimeve të energjisë, ai sillet si një enzimë hidrolitike, duke ndarë molekulat e tyre.
Veçoritë e sintezës së acidit adenozintrifosforik
Bimët kanë një veçori serioze metabolike që i dallon rrënjësisht këta organizma nga kafshët. Ajo shoqërohet me mënyrën autotrofike të të ushqyerit dhe aftësinë për të përpunuar fotosintezën. Formimi i molekulave që përmbajnë lidhje makroergjike ndodh në bimë në organelet qelizore - kloroplastet. Enzima ATP sintaza e njohur tashmë për ne është pjesë e tilakoideve të tyre dhe stromës së kloroplasteve. Funksionet e ATP në qelizë janë ruajtja e energjisë në organizmat autotrofikë dhe heterotrofikë, duke përfshirë njerëzit.
Përbërjet me lidhje makroergjike sintetizohen në saprotrofe dhe heterotrofe në reaksionet e fosforilimit oksidativ që ndodhin në kristat mitokondriale. Siç mund ta shihni, në procesin e evolucionit, grupe të ndryshme organizmash të gjallë kanë formuar një mekanizëm të përsosur për sintezën e një përbërjeje të tillë si ATP, funksionet e të cilit janë të sigurojë qelizën me energji.
