Jokainen liike tai ajatuksemme vaatii energiaa kehosta. Tämä voima varastoituu kehon jokaiseen soluun ja kerää sen biomolekyyleihin makroergisten sidosten avulla. Nämä akkumolekyylit tarjoavat kaikki elämänprosessit. Jatkuva energianvaihto solujen sisällä määrää elämän itsensä. Mitä ovat nämä makroergisiä sidoksia sisältävät biomolekyylit, mistä ne tulevat ja mitä niiden energialle tapahtuu kehomme jokaisessa solussa - tästä keskustellaan artikkelissa.
Biologiset välittäjät
Energiaa tuottavasta aineesta biologiseen energiankuluttajaan ei kulje missään organismissa suoraan. Kun elintarvikkeiden molekyylinsisäiset sidokset katkeavat, vapautuu kemiallisten yhdisteiden potentiaalista energiaa, joka ylittää huomattavasti solunsisäisten entsymaattisten järjestelmien kyvyn käyttää sitä. Siksi biologisissa järjestelmissä potentiaalisten kemikaalien vapautuminen tapahtuu vaiheittain niiden muuttuessa vähitellen energiaksi ja kerääntyen makroergisiin yhdisteisiin ja sidoksiin. Ja juuri niitä biomolekyylejä, jotka pystyvät keräämään tällaista energiaa, kutsutaan korkeaenergiaksi.
Mitä joukkovelkakirjoja kutsutaan makroergisiksi?
Vapaaenergiatasoa 12,5 kJ/mol, joka muodostuu kemiallisen sidoksen muodostumisen tai hajoamisen aikana, pidetään normaalina. Kun tiettyjen aineiden hydrolyysin aikana muodostuu vapaata energiaa enemmän kuin 21 kJ / mol, sitä kutsutaan makroergisiksi sidoksiksi. Ne on merkitty tilde-symbolilla - ~. Toisin kuin fysikaalisessa kemiassa, jossa makroerginen sidos tarkoittaa atomien kovalenttista sidosta, biologiassa ne tarkoittavat eroa lähtöaineiden ja niiden hajoamistuotteiden välillä. Toisin sanoen energia ei ole paikallinen tiettyyn atomien kemialliseen sidokseen, vaan se luonnehtii koko reaktiota. Biokemiassa puhutaan kemiallisesta konjugaatiosta ja makroergisen yhdisteen muodostumisesta.
Universaali bioenergialähde
Kaikilla planeettamme elävillä organismeilla on yksi universaali energian varastoinnin elementti - tämä on makroerginen sidos ATP - ADP - AMP (adenosiini tri, di, monofosforihappo). Nämä ovat biomolekyylejä, jotka koostuvat typpeä sisältävästä adeniiniemäksestä, joka on kiinnittynyt riboosihiilihydraattiin, ja siihen liittyvistä fosforihappotähteistä. Veden ja restriktioentsyymin vaikutuksesta adenosiinitrifosfaattimolekyyli (C10H16N5 O 13P3) voi hajota adenosiinidifosforihappomolekyyliksi ja ortofosfaattihapoksi. Tähän reaktioon liittyy vapaan energian vapautuminen luokkaa 30,5 kJ/mol. Kaikki elämänprosessit kehomme jokaisessa solussa tapahtuvat, kun energiaa kertyy ATP:hen ja käytetään sen rikkoutuessa.sidoksia ortofosforihappotähteiden välillä.
Luovuttaja ja vastaanottaja
Suurienergiset yhdisteet sisältävät myös pitkien nimien aineita, jotka voivat muodostaa ATP-molekyylejä hydrolyysireaktioissa (esim. pyrofosfori- ja palorypälehappoja, sukkinyylikoentsyymejä, ribonukleiinihappojen aminoasyylijohdannaisia). Kaikki nämä yhdisteet sisältävät fosfori- (P) ja rikki (S) atomeja, joiden välillä on suurienergisiä sidoksia. Se on energia, joka vapautuu, kun korkeaenerginen sidos ATP:ssä (luovuttaja) katkeaa, ja se imeytyy soluun omien orgaanisten yhdisteidensä synteesin aikana. Ja samaan aikaan näiden sidosten varantoja täydennetään jatkuvasti makromolekyylien hydrolyysin aikana vapautuvan energian (akseptorin) kertymisellä. Jokaisessa ihmiskehon solussa nämä prosessit tapahtuvat mitokondrioissa, kun taas ATP:n olemassaolon kesto on alle 1 minuutti. Päivän aikana kehomme syntetisoi noin 40 kiloa ATP:tä, joka käy läpi jopa 3 tuhatta hajoamissykliä kukin. Ja millä tahansa hetkellä kehossamme on noin 250 grammaa ATP:tä.
Korkean energian biomolekyylien toiminnot
Sen lisäksi, että ATP-molekyylit toimivat makromolekyyliyhdisteiden hajoamis- ja synteesiprosesseissa energian luovuttajana ja vastaanottajana, niillä on useita muita erittäin tärkeitä rooleja soluissa. Makroergisten sidosten katkeamisen energiaa käytetään lämmöntuotantoprosesseissa, mekaanisessa työssä, sähkön kertymisessä ja luminesenssissa. Samaan aikaan muutoskemiallisten sidosten energia termiseksi, sähköiseksi ja mekaaniseksi toimii samalla energianvaihdon vaiheena, jonka jälkeen ATP varastoituu samoihin makroenergiasidoksiin. Kaikkia näitä solussa tapahtuvia prosesseja kutsutaan muovi- ja energiavaihdoksi (kaavio kuvassa). ATP-molekyylit toimivat myös koentsyymeinä, jotka säätelevät tiettyjen entsyymien toimintaa. Lisäksi ATP voi olla myös välittäjä, signalointiaine hermosolujen synapseissa.
Energian ja aineen virtaus solussa
Siten ATP:llä solussa on keskeinen ja pääpaikka aineenvaihdossa. On olemassa melko paljon reaktioita, joiden avulla ATP syntyy ja hajoaa (hapettava ja substraattifosforylaatio, hydrolyysi). Näiden molekyylien synteesin biokemialliset reaktiot ovat palautuvia, tietyissä olosuhteissa ne siirtyvät soluissa synteesin tai hajoamisen suuntaan. Näiden reaktioiden reitit vaihtelevat aineiden muunnosten lukumäärän, oksidatiivisten prosessien tyypin sekä energiaa tuottavien ja energiaa kuluttavien reaktioiden konjugaatiotapojen suhteen. Jokaisessa prosessissa on selkeät mukautukset tietyntyyppisen "polttoaineen" käsittelyyn ja sen tehokkuusrajoihin.
Suorituskykyarviointi
Biosysteemien energian muuntamisen tehokkuuden indikaattorit ovat pieniä ja ne on arvioitu hyötysuhdekertoimen standardiarvoina (työhön käytetyn hyödyllisen työn suhde energian kokonaiskulutukseen). Mutta täällä biologisten toimintojen suorituskyvyn varmistamiseksi kustannukset ovat erittäin korkeat. Esimerkiksi juoksija kuluttaa niin paljon massayksikkönä mitattunaenergiaa, kuinka paljon ja iso v altameri. Jopa levossa organismin elämän ylläpitäminen on kovaa työtä, ja siihen käytetään noin 8 tuhatta kJ / mol. Samaan aikaan proteiinisynteesiin kuluu noin 1,8 tuhatta kJ / mol, sydämen työhön 1,1 tuhatta kJ / mol, mutta jopa 3,8 tuhatta kJ / mol ATP-synteesiin.
Adenyloi solujärjestelmä
Tämä on järjestelmä, joka sisältää kaikkien solun ATP:n, ADP:n ja AMP:n summan tietyn ajanjakson aikana. Tämä arvo ja komponenttien suhde määräävät kennon energiatilan. Järjestelmää arvioidaan järjestelmän energiavarauksen perusteella (fosfaattiryhmien suhde adenosiinitähteeseen). Jos solun makroergisissa yhdisteissä on vain ATP:tä - sillä on korkein energiatila (indeksi -1), jos vain AMP - minimitila (indeksi - 0). Elävissä soluissa indikaattorit säilyvät yleensä välillä 0,7-0,9. Solun energiatilan stabiilius määrää entsymaattisten reaktioiden nopeuden ja optimaalisen elintoiminnan tason ylläpitämisen.
Ja vähän voimaloista
Kuten jo mainittiin, ATP-synteesi tapahtuu erikoistuneissa soluorganelleissa - mitokondrioissa. Ja nykyään biologien keskuudessa on kiistoja näiden hämmästyttävien rakenteiden alkuperästä. Mitokondriot ovat solun voimalaitoksia, joiden "polttoaineena" ovat proteiinit, rasvat, glykogeeni ja sähkö - ATP-molekyylejä, joiden synteesi tapahtuu hapen mukana. Voimme sanoa, että hengitämme, jotta mitokondriot toimisivat. Mitä enemmän tehtävääsoluja, sitä enemmän energiaa ne tarvitsevat. Lue - ATP, mikä tarkoittaa - mitokondriot.
Esimerkiksi ammattiurheilijan luurankolihaksissa on noin 12 % mitokondrioita, kun taas ei-urheilijalla maallikolla on puolet vähemmän. Mutta sydänlihaksessa niiden määrä on 25%. Urheilijoiden, erityisesti maratonjuoksijoiden, nykyaikaiset harjoittelumenetelmät perustuvat MOC:hen (maksimaalinen hapenkulutus), joka riippuu suoraan mitokondrioiden lukumäärästä ja lihasten kyvystä suorittaa pitkiä kuormia. Ammattiurheilun johtavat koulutusohjelmat tähtäävät mitokondrioiden synteesin stimuloimiseen lihassoluissa.
