Om vi parafraserar det välkända uttrycket "rörelse är liv", blir det tydligt att alla manifestationer av levande materia - tillväxt, reproduktion, processer för syntes av näringsämnen, andning - i själva verket är atomers rörelse. och molekyler som utgör cellen. Är dessa processer möjliga utan deltagande av energi? Naturligtvis inte.
Var hämtar levande kroppar, allt från gigantiska organismer som blåvalen eller den amerikanska sequoiaen, till ultramikroskopiska bakterier, sina förnödenheter?
Biochemistry har hittat svaret på den här frågan. Adenosintrifosforsyra är ett universellt ämne som används av alla invånare på vår planet. I den här artikeln kommer vi att överväga strukturen och funktionerna hos ATP i olika grupper av levande organismer. Dessutom kommer vi att bestämma vilka organeller som är ansvariga för dess syntes i växt- och djurceller.
Upptäcktshistorik
I början av 1900-talet, i laboratoriet vid Harvard Medical School, upptäckte flera vetenskapsmän, nämligen Subbaris, Loman och Friske, en förening nära adenylstruktur.ribonukleinsyranukleotid. Den innehöll dock inte en utan så många som tre fosfatsyrarester kopplade till monosackariden ribos. Två decennier senare bekräftade F. Lipman, som studerade ATP:s funktioner, det vetenskapliga antagandet att denna förening bär energi. Från det ögonblicket hade biokemister en stor möjlighet att bekanta sig i detalj med den komplexa mekanismen för syntesen av detta ämne som förekommer i cellen. Senare upptäcktes en nyckelförening: ett enzym - ATP-syntas, som är ansvarigt för bildandet av syramolekyler i mitokondrier. För att avgöra vilken funktion ATP utför, låt oss ta reda på vilka processer som förekommer i levande organismer som inte kan utföras utan medverkan av detta ämne.
Existensformer av energi i biologiska system
Mångsidiga reaktioner som inträffar i levande organismer kräver olika typer av energi som kan omvandlas till varandra. Dessa inkluderar mekaniska processer (förflyttning av bakterier och protozoer, sammandragning av myofibriller i muskelvävnad), biokemisk syntes. Denna lista inkluderar också elektriska impulser som ligger till grund för excitation och hämning, termiska reaktioner som upprätthåller en konstant kroppstemperatur hos varmblodiga djur och människor. Den självlysande glöden från marin plankton, vissa insekter och djuphavsfiskar är också en typ av energi som produceras av levande kroppar.
Alla ovanstående fenomen som förekommer i biologiska system är omöjliga utan ATP-molekyler, vars funktioner är att lagraenergi i form av makroerga bindningar. De förekommer mellan adenylnukleosiden och fosfatsyraresterna.
Var kommer cellulär energi ifrån?
I enlighet med termodynamikens lagar sker uppkomsten och försvinnandet av energi av vissa skäl. Nedbrytningen av organiska föreningar som utgör maten: proteiner, kolhydrater och särskilt lipider leder till frigöring av energi. De primära hydrolysprocesserna sker i matsmältningskanalen, där makromolekylerna av organiska föreningar utsätts för inverkan av enzymer. En del av den mottagna energin försvinner i form av värme eller används för att upprätthålla den optimala temperaturen för cellens inre innehåll. Den återstående delen ackumuleras i form av mitokondrier - cellens kraftverk. Detta är huvudfunktionen hos ATP-molekylen - att tillhandahålla och fylla på kroppens energibehov.
Vilken roll har kataboliska reaktioner
En elementär enhet av levande materia - en cell, kan bara fungera om energin ständigt uppdateras i sin livscykel. För att uppfylla detta villkor i cellulär metabolism finns det en riktning som kallas dissimilation, katabolism eller energimetabolism. I dess syrefria stadium, som är det enklaste sättet att bilda och lagra energi, från varje glukosmolekyl, i frånvaro av syre, syntetiseras 2 molekyler av ett energikrävande ämne som tillhandahåller huvudfunktionerna för ATP i cellen - förse den med energi. De flesta reaktioner av det anoxiska steget inträffar i cytoplasman.
Beroende på cellens struktur kan det gå till på olika sätt, till exempel i form av glykolys, alkohol eller mjölksyrajäsning. De biokemiska egenskaperna hos dessa metaboliska processer påverkar dock inte funktionen av ATP i cellen. Det är universellt: att bevara cellens energireserver.
Hur strukturen hos en molekyl är relaterad till dess funktioner
Tidigare konstaterade vi att adenosintrifosforsyra innehåller tre fosfatrester kopplade till en nitratbas - adenin, och en monosackarid - ribos. Eftersom nästan alla reaktioner i cellens cytoplasma utförs i ett vattenh altigt medium bryter syramolekyler, under inverkan av hydrolytiska enzymer, kovalenta bindningar för att först bilda adenosindifosforsyra och sedan AMP. De omvända reaktionerna som leder till syntesen av adenosintrifosforsyra inträffar i närvaro av enzymet fosfotransferas. Eftersom ATP utför funktionen av en universell källa för cellulär vital aktivitet, inkluderar den två makroerga bindningar. Med ett successivt brott på var och en av dem frigörs 42 kJ. Denna resurs används i cellmetabolism, i dess tillväxt och reproduktionsprocesser.
Värde på ATP-syntas
I organeller av allmän betydelse - mitokondrier, belägna i växt- och djurceller, finns ett enzymsystem - andningskedjan. Den innehåller enzymet ATP-syntas. Biokatalysatormolekylerna, som har formen av en hexamer bestående av proteinkulor, är nedsänkta både i membranet och istroma av mitokondrier. På grund av enzymets aktivitet syntetiseras cellens energisubstans från ADP och rester av oorganisk fosfatsyra. De bildade ATP-molekylerna utför funktionen att ackumulera den energi som är nödvändig för dess vitala aktivitet. En utmärkande egenskap hos biokatalysatorn är att när det finns en överdriven koncentration av energiföreningar, beter den sig som ett hydrolytiskt enzym som splittrar deras molekyler.
Funktioner i syntesen av adenosintrifosforsyra
Växter har en allvarlig metabolisk egenskap som radik alt skiljer dessa organismer från djur. Det är förknippat med det autotrofa näringsläget och förmågan att bearbeta fotosyntes. Bildandet av molekyler som innehåller makroerga bindningar sker i växter i cellulära organeller - kloroplaster. Enzymet ATP-syntas redan känt för oss är en del av deras tylakoider och stroma av kloroplaster. ATP:s funktioner i cellen är lagring av energi i både autotrofa och heterotrofa organismer, inklusive människor.
Föreningar med makroerga bindningar syntetiseras i saprotrofer och heterotrofer i oxidativa fosforyleringsreaktioner som äger rum på mitokondriella kristaller. Som du kan se har olika grupper av levande organismer under evolutionsprocessen bildat en perfekt mekanism för syntesen av en sådan förening som ATP, vars funktioner är att förse cellen med energi.
