Jos vertailemme tunnettua ilmaisua "liike on elämää", käy selväksi, että kaikki elävän aineen ilmentymät - kasvu, lisääntyminen, ravinteiden synteesiprosessit, hengitys - ovat itse asiassa atomien liikettä. ja molekyylit, jotka muodostavat solun. Ovatko nämä prosessit mahdollisia ilman energian osallistumista? Ei tietenkään.
Mistä elävät elimet, kuten sinivalas tai amerikkalainen sekvoia, ultramikroskooppisiin bakteereihin, hankkivat tarvikkeitaan?
Biokemia on löytänyt vastauksen tähän kysymykseen. Adenosiinitrifosforihappo on universaali aine, jota kaikki planeettamme asukkaat käyttävät. Tässä artikkelissa tarkastelemme ATP:n rakennetta ja toimintoja eri elävien organismien ryhmissä. Lisäksi selvitämme, mitkä organellit ovat vastuussa sen synteesistä kasvi- ja eläinsoluissa.
Löytöhistoria
1900-luvun alussa Harvard Medical Schoolin laboratoriossa useat tiedemiehet, nimittäin Subbaris, Loman ja Friske, löysivät yhdisteen, joka oli rakenteeltaan lähellä adenyyliä.ribonukleiinihapponukleotidi. Se ei kuitenkaan sisältänyt yhtä, vaan peräti kolme fosfaattihappojäännöstä, jotka liittyivät monosakkaridiriboosiin. Kaksi vuosikymmentä myöhemmin F. Lipman, tutkiessaan ATP:n toimintoja, vahvisti tieteellisen oletuksen, että tämä yhdiste kuljettaa energiaa. Siitä hetkestä lähtien biokemistillä oli loistava tilaisuus tutustua yksityiskohtaisesti tämän solussa esiintyvän aineen synteesin monimutkaiseen mekanismiin. Myöhemmin löydettiin avainyhdiste: entsyymi - ATP-syntaasi, joka vastaa happomolekyylien muodostumisesta mitokondrioissa. Selvittääksemme, mitä ATP:tä suorittaa, selvitetään, mitä elävissä organismeissa tapahtuvia prosesseja ei voida suorittaa ilman tämän aineen osallistumista.
Energian olemassaolon muodot biologisissa järjestelmissä
Elävissä organismeissa tapahtuvat erilaiset reaktiot vaativat erityyppistä energiaa, joka voi muuttua toisikseen. Näitä ovat mekaaniset prosessit (bakteerien ja alkueläinten liikkuminen, myofibrillien supistuminen lihaskudoksessa), biokemiallinen synteesi. Tämä luettelo sisältää myös sähköimpulsseja, jotka ovat herätyksen ja eston taustalla, lämpöreaktiot, jotka ylläpitävät tasaista ruumiinlämpöä lämminveristen eläinten ja ihmisten. Meren planktonin, joidenkin hyönteisten ja syvänmeren kalojen luminesoiva hehku on myös eräänlaista elävien kehojen tuottamaa energiaa.
Kaikki edellä mainitut biologisissa järjestelmissä esiintyvät ilmiöt ovat mahdottomia ilman ATP-molekyylejä, joiden tehtävänä on varastoidaenergiaa makroergisten sidosten muodossa. Niitä esiintyy adenyylinukleosidin ja fosfaattihappotähteiden välissä.
Mistä soluenergia tulee?
Termodynamiikan lakien mukaan energian ilmaantuminen ja katoaminen tapahtuu tietyistä syistä. Ruoan muodostavien orgaanisten yhdisteiden: proteiinien, hiilihydraattien ja erityisesti lipidien hajoaminen johtaa energian vapautumiseen. Ensisijaiset hydrolyysiprosessit tapahtuvat ruoansulatuskanavassa, jossa orgaanisten yhdisteiden makromolekyylit altistuvat entsyymien vaikutukselle. Osa vastaanotetusta energiasta haihtuu lämmön muodossa tai käytetään kennon sisäisen sisällön optimaalisen lämpötilan ylläpitämiseen. Jäljelle jäävä osa kertyy muodossa mitokondrioihin - solun voimalaitoksiin. Tämä on ATP-molekyylin päätehtävä - tarjota ja täydentää kehon energiantarpeita.
Mikä on katabolisten reaktioiden rooli
Elävän aineen alkeisyksikkö - solu, voi toimia vain, jos energiaa päivitetään jatkuvasti sen elinkaaren aikana. Tämän ehdon täyttämiseksi solujen aineenvaihdunnassa on suunta nimeltä dissimilaatio, katabolismi tai energia-aineenvaihdunta. Sen hapettomassa vaiheessa, joka on yksinkertaisin tapa muodostaa ja varastoida energiaa, jokaisesta glukoosimolekyylistä syntetisoidaan hapen puuttuessa 2 energiaintensiivisen aineen molekyyliä, jotka tarjoavat ATP:n päätoiminnot solussa - toimittaa sille energiaa. Suurin osa anoksisen vaiheen reaktioista tapahtuu sytoplasmassa.
Solun rakenteesta riippuen se voi edetä eri tavoin, esimerkiksi glykolyysin, alkoholin tai maitohappokäymisen muodossa. Näiden aineenvaihduntaprosessien biokemialliset ominaisuudet eivät kuitenkaan vaikuta ATP:n toimintaan solussa. Se on universaali: solun energiavarastojen säilyttämiseksi.
Miten molekyylin rakenne liittyy sen toimintoihin
Aiemmin totesimme, että adenosiinitrifosforihappo sisältää kolme fosfaattijäännöstä, jotka on kytketty nitraattiemäkseen - adeniiniin ja monosakkaridiin - riboosiin. Koska melkein kaikki solun sytoplasman reaktiot suoritetaan vesipitoisessa väliaineessa, happomolekyylit rikkovat hydrolyyttisten entsyymien vaikutuksesta kovalenttisia sidoksia muodostaen ensin adenosiinidifosforihappoa ja sitten AMP:tä. Käänteiset reaktiot, jotka johtavat adenosiinitrifosforihapon synteesiin, tapahtuvat fosfotransferaasientsyymin läsnä ollessa. Koska ATP toimii yleismaailmallisena solun elintärkeän toiminnan lähteenä, se sisältää kaksi makroergistä sidosta. Jokaisen peräkkäisen murtuman yhteydessä vapautuu 42 kJ. Tätä resurssia käytetään solujen aineenvaihdunnassa, sen kasvussa ja lisääntymisprosesseissa.
ATP-syntaasin arvo
Kasvi- ja eläinsoluissa sijaitsevissa yleisissä organelleissa - mitokondrioissa - on entsymaattinen järjestelmä - hengitysketju. Se sisältää ATP-syntaasi-entsyymiä. Biokatalyyttimolekyylit, jotka ovat proteiinipalloista koostuvan heksameerin muotoisia, upotetaan sekä kalvoon ettämitokondrioiden strooma. Entsyymin aktiivisuuden ansiosta solun energia-aine syntetisoituu ADP:stä ja epäorgaanisen fosfaattihapon tähteistä. Muodostuneet ATP-molekyylit suorittavat elintärkeää toimintaansa varten tarvittavan energian keräämisen. Biokatalyytin erottuva piirre on, että kun energiayhdisteitä on liikaa, se käyttäytyy kuin hydrolyyttinen entsyymi ja hajottaa niiden molekyylejä.
Adenosiinitrifosforihapon synteesin ominaisuudet
Kasveilla on vakava metabolinen ominaisuus, joka erottaa nämä organismit radikaalisti eläimistä. Se liittyy autotrofiseen ravitsemustapaan ja kykyyn käsitellä fotosynteesiä. Makroergisiä sidoksia sisältävien molekyylien muodostuminen tapahtuu kasveissa soluorganelleissa - kloroplasteissa. Meillä jo tuntemamme ATP-syntaasientsyymi on osa niiden tylakoideja ja kloroplastien stroomaa. ATP:n tehtävät solussa ovat energian varastointi sekä autotrofisissa että heterotrofisissa organismeissa, myös ihmisissä.
Yhdisteet, joissa on makroergisiä sidoksia, syntetisoituvat saprotrofeissa ja heterotrofeissa mitokondrioiden kideillä tapahtuvissa oksidatiivisissa fosforylaatioreaktioissa. Kuten näette, evoluutioprosessissa erilaiset elävien organismien ryhmät ovat muodostaneet täydellisen mekanismin sellaisen yhdisteen kuin ATP:n synteesille, jonka tehtävänä on tarjota solulle energiaa.
