Varje rörelse eller tanke kräver energi från kroppen. Denna kraft lagras av varje cell i kroppen och ackumulerar den i biomolekyler med hjälp av makroerga bindningar. Det är dessa batterimolekyler som tillhandahåller alla livsprocesser. Det ständiga utbytet av energi inom cellerna bestämmer själva livet. Vad är dessa biomolekyler med makroerga bindningar, var kommer de ifrån och vad som händer med deras energi i varje cell i vår kropp - detta diskuteras i artikeln.
Biologiska förmedlare
I någon organism passerar inte energi från ett energigenererande medel till en biologisk energikonsument direkt. När livsmedelsprodukters intramolekylära bindningar bryts frigörs den potentiella energin hos kemiska föreningar, vilket vida överstiger förmågan hos intracellulära enzymsystem att använda den. Det är därför i biologiska system frigörandet av potentiella kemikalier sker stegvis med deras gradvisa omvandling till energi och dess ackumulering i makroerga föreningar och bindningar. Och det är biomolekylerna som är kapabla till en sådan ackumulering av energi som kallas högenergi.
Vilka obligationer kallas makroergiska?
Den fria energinivån på 12,5 kJ/mol, som bildas under bildandet eller sönderfallet av en kemisk bindning, anses vara normal. När det under hydrolysen av vissa ämnen bildas fri energi mer än 21 kJ / mol, då kallas detta makroerga bindningar. De betecknas med tilde-symbolen - ~. Till skillnad från fysikalisk kemi, där en makroergisk bindning betyder en kovalent bindning av atomer, betyder de i biologi skillnaden mellan energin hos de initiala medlen och deras sönderfallsprodukter. Det vill säga energin är inte lokaliserad i en specifik kemisk bindning av atomer, utan kännetecknar hela reaktionen. Inom biokemi pratar man om kemisk konjugering och bildandet av en makroergisk förening.
Universal Bio Energy Source
Alla levande organismer på vår planet har ett universellt element av energilagring - detta är den makroergiska bindningen ATP - ADP - AMP (adenosin tri, di, monofosforsyra). Dessa är biomolekyler som består av en kväveh altig adeninbas fäst till ett riboskolhydrat och bundna fosforsyrarester. Under inverkan av vatten och ett restriktionsenzym, en adenosintrifosfatmolekyl (C10H16N5 O 13P3) kan sönderdelas till en adenosindifosforsyramolekyl och ortofosfatsyra. Denna reaktion åtföljs av frigörandet av fri energi i storleksordningen 30,5 kJ/mol. Alla livsprocesser i varje cell i vår kropp uppstår när energi ackumuleras i ATP och används när den bryts.bindningar mellan ortofosforsyrarester.
Donator och acceptor
Högenergiföreningar inkluderar även ämnen med långa namn som kan bilda ATP-molekyler i hydrolysreaktioner (till exempel pyrofosforsyra och pyrodruvsyra, succinylkoenzymer, aminoacylderivat av ribonukleinsyror). Alla dessa föreningar innehåller fosfor (P) och svavel (S) atomer, mellan vilka det finns högenergibindningar. Det är energin som frigörs när högenergibindningen i ATP (donator) bryts som absorberas av cellen under syntesen av dess egna organiska föreningar. Och samtidigt fylls reserverna av dessa bindningar ständigt på med ackumulering av energi (acceptor) som frigörs under hydrolysen av makromolekyler. I varje cell i människokroppen sker dessa processer i mitokondrier, medan varaktigheten av existensen av ATP är mindre än 1 minut. Under dagen syntetiserar vår kropp cirka 40 kilo ATP, som går igenom upp till 3 tusen sönderfallscykler vardera. Och vid varje givet ögonblick finns cirka 250 gram ATP i vår kropp.
Funktioner hos högenergibiomolekyler
Förutom funktionen hos donatorn och energiacceptorn i processerna för nedbrytning och syntes av makromolekylära föreningar, spelar ATP-molekyler flera andra mycket viktiga roller i celler. Energin för att bryta makroergiska bindningar används i processerna för värmegenerering, mekaniskt arbete, ackumulering av elektricitet och luminescens. Samtidigt förvandlingenenergin av kemiska bindningar till termiska, elektriska, mekaniska på samma gång fungerar som ett stadium av energiutbyte med efterföljande lagring av ATP i samma makro-energibindningar. Alla dessa processer i cellen kallas plast- och energiutbyten (diagram i figuren). ATP-molekyler fungerar också som koenzymer och reglerar aktiviteten hos vissa enzymer. Dessutom kan ATP också vara en mediator, ett signalmedel i synapserna i nervceller.
Flödet av energi och materia i cellen
ATP i cellen intar således en central och huvudsaklig plats i utbytet av materia. Det finns ganska många reaktioner med hjälp av vilka ATP uppstår och bryts ned (oxidativ och substratfosforylering, hydrolys). De biokemiska reaktionerna vid syntesen av dessa molekyler är reversibla; under vissa förhållanden förskjuts de i cellerna i riktning mot syntes eller sönderfall. Vägarna för dessa reaktioner skiljer sig åt i antalet omvandlingar av ämnen, typen av oxidativa processer och i sätten att konjugera energiförsörjande och energiförbrukande reaktioner. Varje process har tydliga anpassningar till bearbetningen av en viss typ av "bränsle" och dess effektivitetsgränser.
Prestandautvärdering
Indikatorer på effektiviteten av energiomvandling i biosystem är små och uppskattas i standardvärden för effektivitetsfaktorn (förhållandet mellan nyttigt arbete som spenderas på arbete och den totala energiförbrukningen). Men här, för att säkerställa utförandet av biologiska funktioner, är kostnaderna mycket höga. Till exempel, en löpare, i termer av en massaenhet, spenderar så mycketenergi, hur mycket och en stor ocean liner. Även i vila är det hårt arbete att upprätthålla en organisms liv, och cirka 8 tusen kJ / mol spenderas på det. Samtidigt spenderas cirka 1,8 tusen kJ/mol på proteinsyntes, 1,1 tusen kJ/mol på hjärtats arbete, men upp till 3,8 tusen kJ/mol på ATP-syntes.
Adenylatcellsystem
Detta är ett system som inkluderar summan av alla ATP, ADP och AMP i en cell under en viss tidsperiod. Detta värde och förhållandet mellan komponenter bestämmer cellens energistatus. Systemet utvärderas i termer av systemets energiladdning (förhållandet mellan fosfatgrupper och adenosinresten). Om endast ATP finns i cellens makroergiska föreningar - den har den högsta energistatusen (index -1), om bara AMP - minimistatusen (index - 0). I levande celler upprätthålls vanligtvis indikatorer på 0,7-0,9. Stabiliteten i cellens energistatus bestämmer hastigheten för enzymatiska reaktioner och upprätthållandet av en optimal nivå av vital aktivitet.
Och lite om kraftverk
Som redan nämnt sker ATP-syntes i specialiserade cellorganeller - mitokondrier. Och idag bland biologer finns det dispyter om ursprunget till dessa fantastiska strukturer. Mitokondrier är cellens kraftverk, "bränsle" för vilka är proteiner, fetter, glykogen och elektricitet - ATP-molekyler, vars syntes sker med deltagande av syre. Vi kan säga att vi andas för att mitokondrierna ska fungera. Ju mer jobb att göraceller, desto mer energi behöver de. Läs - ATP, vilket betyder - mitokondrier
En professionell idrottare har till exempel cirka 12 % mitokondrier i sina skelettmuskler, medan en icke-atletisk lekman har hälften så mycket. Men i hjärtmuskeln är deras frekvens 25%. Moderna träningsmetoder för idrottare, särskilt maratonlöpare, bygger på MOC (maximal syreförbrukning), som direkt beror på antalet mitokondrier och musklernas förmåga att utföra långvariga belastningar. Ledande träningsprogram för professionell idrott syftar till att stimulera syntesen av mitokondrier i muskelceller.
