Jei perfrazuotume gerai žinomą posakį „judėjimas yra gyvybė“, paaiškės, kad visos gyvosios medžiagos apraiškos – augimas, dauginimasis, maistinių medžiagų sintezės procesai, kvėpavimas – iš tikrųjų yra atomų judėjimas. ir ląstelę sudarančios molekulės. Ar šie procesai įmanomi nedalyvaujant energijai? Žinoma, ne.
Iš kur gyvi kūnai, pradedant milžiniškais organizmais, tokiais kaip mėlynasis banginis ar amerikietiškos sekvojos, baigiant ultramikroskopinėmis bakterijomis, semiasi atsargų?
Biochemija rado atsakymą į šį klausimą. Adenozino trifosforo rūgštis yra universali medžiaga, kurią naudoja visi mūsų planetos gyventojai. Šiame straipsnyje apžvelgsime ATP struktūrą ir funkcijas įvairiose gyvų organizmų grupėse. Be to, nustatysime, kurios organelės yra atsakingos už jo sintezę augalų ir gyvūnų ląstelėse.
Atradimų istorija
XX amžiaus pradžioje Harvardo medicinos mokyklos laboratorijoje keli mokslininkai, būtent Subbarisas, Lomanas ir Friske, atrado junginį, savo struktūra artimą adenilui.ribonukleino rūgšties nukleotidas. Tačiau jame buvo ne viena, o net trys fosfato rūgšties likučiai, prijungti prie monosacharido ribozės. Po dviejų dešimtmečių F. Lipmanas, tyrinėdamas ATP funkcijas, patvirtino mokslinę prielaidą, kad šis junginys neša energiją. Nuo to momento biochemikai turėjo puikią galimybę išsamiai susipažinti su sudėtingu šios medžiagos, vykstančios ląstelėje, sintezės mechanizmu. Vėliau buvo atrastas pagrindinis junginys: fermentas – ATP sintazė, atsakinga už rūgšties molekulių susidarymą mitochondrijose. Norėdami nustatyti, kokią funkciją atlieka ATP, išsiaiškinkime, kokie procesai, vykstantys gyvuose organizmuose, negali būti vykdomi nedalyvaujant šiai medžiagai.
Energijos egzistavimo formos biologinėse sistemose
Įvairioms reakcijoms, vykstančioms gyvuose organizmuose, reikia skirtingų rūšių energijos, kuri gali virsti viena kita. Tai mechaniniai procesai (bakterijų ir pirmuonių judėjimas, miofibrilių susitraukimas raumenų audinyje), biocheminė sintezė. Į šį sąrašą taip pat įtraukti elektriniai impulsai, kuriais grindžiamas sužadinimas ir slopinimas, šiluminės reakcijos, palaikančios pastovią šiltakraujų gyvūnų ir žmonių kūno temperatūrą. Jūrinio planktono, kai kurių vabzdžių ir giliavandenių žuvų švytėjimas taip pat yra gyvų kūnų gaminama energija.
Visi pirmiau minėti reiškiniai, vykstantys biologinėse sistemose, neįmanomi be ATP molekulių, kurių funkcijos yra saugotienergija makroerginių ryšių pavidalu. Jie atsiranda tarp adenilo nukleozido ir fosfato rūgšties liekanų.
Iš kur gaunama ląstelių energija?
Pagal termodinamikos dėsnius, energija atsiranda ir išnyksta dėl tam tikrų priežasčių. Organinių junginių, sudarančių maistą: b altymų, angliavandenių ir ypač lipidų, skaidymas lemia energijos išsiskyrimą. Pirminiai hidrolizės procesai vyksta virškinamajame trakte, kur organinių junginių makromolekules veikia fermentai. Dalis gaunamos energijos išsklaido šilumos pavidalu arba panaudojama optimaliai ląstelės vidinio turinio temperatūrai palaikyti. Likusi dalis kaupiama forma mitochondrijose – ląstelės jėgainėse. Tai yra pagrindinė ATP molekulės funkcija – aprūpinti ir papildyti organizmo energijos poreikius.
Ką vaidina katabolinės reakcijos
Elementarus gyvosios medžiagos vienetas – ląstelė, gali funkcionuoti tik tuo atveju, jei energija nuolat atnaujinama savo gyvavimo cikle. Norint įvykdyti šią ląstelių metabolizmo sąlygą, yra kryptis, vadinama disimiliacija, katabolizmu arba energijos metabolizmu. Jo be deguonies stadijoje, kuri yra paprasčiausias būdas formuoti ir kaupti energiją, iš kiekvienos gliukozės molekulės, nesant deguonies, susintetina 2 daug energijai imlios medžiagos molekulės, kurios atlieka pagrindines ATP funkcijas ląstelėje - aprūpindamas ją energija. Dauguma anoksinės pakopos reakcijų vyksta citoplazmoje.
Priklausomai nuo ląstelės struktūros, ji gali vykti įvairiais būdais, pavyzdžiui, glikolizės, alkoholio ar pieno rūgšties fermentacijos forma. Tačiau šių medžiagų apykaitos procesų biocheminės savybės neturi įtakos ATP funkcijai ląstelėje. Jis yra universalus: išsaugoti ląstelės energijos atsargas.
Kaip molekulės struktūra susijusi su jos funkcijomis
Anksčiau nustatėme faktą, kad adenozino trifosforo rūgštyje yra trys fosfato liekanos, sujungtos su nitrato baze – adeninu ir monosacharidu – riboze. Kadangi beveik visos ląstelės citoplazmoje vykstančios reakcijos vyksta vandeninėje terpėje, rūgšties molekulės, veikiamos hidrolizinių fermentų, suardo kovalentinius ryšius, sudarydamos pirmiausia adenozino fosforo rūgštį, o vėliau AMP. Atvirkštinės reakcijos, vedančios į adenozino trifosforo rūgšties sintezę, vyksta dalyvaujant fermentui fosfotransferazei. Kadangi ATP atlieka universalaus ląstelių gyvybinės veiklos š altinio funkciją, jis apima du makroerginius ryšius. Kiekvienam iš jų paeiliui plyšus išsiskiria 42 kJ. Šis išteklius naudojamas ląstelių metabolizmui, jų augimo ir dauginimosi procesams.
ATP sintazės reikšmė
Bendros svarbos organelėse – mitochondrijose, esančiose augalų ir gyvūnų ląstelėse, yra fermentinė sistema – kvėpavimo grandinė. Jame yra fermento ATP sintazės. Biokatalizatoriaus molekulės, kurios yra heksamero pavidalo, susidedančios iš b altymų rutuliukų, yra panardintos ir į membraną, ir įmitochondrijų stroma. Dėl fermento aktyvumo ląstelės energetinė medžiaga sintetinama iš ADP ir neorganinės fosfato rūgšties likučių. Susidariusios ATP molekulės atlieka savo gyvybinei veiklai būtinos energijos kaupimo funkciją. Išskirtinis biokatalizatoriaus bruožas yra tas, kad kai yra per didelė energetinių junginių koncentracija, jis elgiasi kaip hidrolizinis fermentas, skaidydamas jų molekules.
Adenozino trifosforo rūgšties sintezės ypatybės
Augalai turi rimtą medžiagų apykaitos ypatybę, kuri iš esmės skiria šiuos organizmus nuo gyvūnų. Tai siejama su autotrofiniu mitybos būdu ir gebėjimu apdoroti fotosintezę. Molekulių, turinčių makroerginių ryšių, susidarymas vyksta augaluose ląstelių organelėse – chloroplastuose. Mums jau žinomas fermentas ATP sintazė yra jų tilakoidų ir chloroplastų stromos dalis. ATP funkcijos ląstelėje yra energijos saugojimas tiek autotrofiniuose, tiek heterotrofiniuose organizmuose, įskaitant žmones.
Junginiai su makroerginiais ryšiais sintetinami saprotrofuose ir heterotrofuose oksidacinėse fosforilinimo reakcijose, vykstančiose ant mitochondrijų kristalų. Kaip matote, evoliucijos procese įvairios gyvų organizmų grupės suformavo tobulą tokio junginio kaip ATP sintezės mechanizmą, kurio funkcijos yra aprūpinti ląstelę energija.
