Če parafraziramo znani izraz "gibanje je življenje", postane jasno, da so vse manifestacije žive snovi - rast, razmnoževanje, procesi sinteze hranil, dihanje - pravzaprav gibanje atomov. in molekule, ki sestavljajo celico. Ali so ti procesi možni brez sodelovanja energije? Seveda ne.
Kje črpajo zaloge živa telesa, od velikanskih organizmov, kot sta modri kit ali ameriška sekvoja, do ultramikroskopskih bakterij?
Biokemija je našla odgovor na to vprašanje. Adenozin trifosforna kislina je univerzalna snov, ki jo uporabljajo vsi prebivalci našega planeta. V tem članku bomo obravnavali strukturo in funkcije ATP v različnih skupinah živih organizmov. Poleg tega bomo ugotovili, kateri organeli so odgovorni za njegovo sintezo v rastlinskih in živalskih celicah.
zgodovina odkritij
Na začetku 20. stoletja je v laboratoriju Harvardske medicinske šole več znanstvenikov, in sicer Subbaris, Loman in Friske, odkrilo spojino, ki je po strukturi blizu adenilunukleotid ribonukleinske kisline. Vseboval pa ni enega, temveč kar tri ostanke fosfatne kisline, povezane z monosaharid ribozo. Dve desetletji pozneje je F. Lipman, ki je preučeval funkcije ATP, potrdil znanstveno domnevo, da ta spojina nosi energijo. Od tega trenutka naprej so imeli biokemiki odlično priložnost, da se podrobno seznanijo s kompleksnim mehanizmom sinteze te snovi, ki se pojavlja v celici. Kasneje je bila odkrita ključna spojina: encim - ATP sintaza, ki je odgovorna za tvorbo kislinskih molekul v mitohondrijih. Da bi ugotovili, kakšno funkcijo opravlja ATP, ugotovimo, kateri procesi, ki se dogajajo v živih organizmih, ne morejo potekati brez sodelovanja te snovi.
Oblike obstoja energije v bioloških sistemih
Različne reakcije, ki se pojavljajo v živih organizmih, zahtevajo različne vrste energije, ki se lahko preoblikujejo druga v drugo. Sem spadajo mehanski procesi (premikanje bakterij in protozojev, krčenje miofibril v mišičnem tkivu), biokemična sinteza. Ta seznam vključuje tudi električne impulze, ki so podlaga za vzbujanje in inhibicijo, toplotne reakcije, ki vzdržujejo konstantno telesno temperaturo pri toplokrvnih živalih in ljudeh. Luminiscenčni sijaj morskega planktona, nekaterih žuželk in globokomorskih rib je tudi vrsta energije, ki jo proizvajajo živa telesa.
Vsi zgoraj navedeni pojavi, ki se pojavljajo v bioloških sistemih, so nemogoči brez molekul ATP, katerih funkcije so shranjevanjeenergije v obliki makroergičnih vezi. Pojavljajo se med adenil nukleozidom in ostanki fosfatne kisline.
Od kod prihaja celična energija?
Po zakonih termodinamike se pojavi in izginja energija iz določenih razlogov. Razgradnja organskih spojin, ki sestavljajo hrano: beljakovin, ogljikovih hidratov in predvsem lipidov, vodi do sproščanja energije. Primarni procesi hidrolize potekajo v prebavnem traktu, kjer so makromolekule organskih spojin izpostavljene delovanju encimov. Del prejete energije se razprši v obliki toplote ali pa se uporablja za vzdrževanje optimalne temperature notranje vsebine celice. Preostali del se v obliki kopiči v mitohondrijih - elektrarnah celice. To je glavna funkcija molekule ATP - zagotavljanje in dopolnjevanje energetskih potreb telesa.
Kakšna je vloga katabolnih reakcij
Osnovna enota žive snovi - celica, lahko deluje le, če se energija v svojem življenjskem ciklu nenehno posodablja. Za izpolnitev tega pogoja v celični presnovi obstaja smer, imenovana disimilacija, katabolizem ali energijski metabolizem. V fazi brez kisika, ki je najpreprostejši način za tvorbo in shranjevanje energije, se iz vsake molekule glukoze, v odsotnosti kisika, sintetizirata 2 molekuli energijsko intenzivne snovi, ki zagotavljata glavne funkcije ATP v celici - ga oskrbujejo z energijo. Večina reakcij anoksičnega koraka se pojavi v citoplazmi.
Odvisno od strukture celice lahko poteka na različne načine, na primer v obliki glikolize, alkoholne ali mlečnokislinske fermentacije. Vendar pa biokemične značilnosti teh presnovnih procesov ne vplivajo na delovanje ATP v celici. Je univerzalen: ohraniti energijske zaloge celice.
Kako je struktura molekule povezana z njenimi funkcijami
Prej smo ugotovili, da adenozin trifosforjeva kislina vsebuje tri fosfatne ostanke, povezane z nitratno bazo - adenin, in monosaharid - ribozo. Ker skoraj vse reakcije v citoplazmi celice potekajo v vodnem mediju, molekule kisline pod delovanjem hidrolitičnih encimov pretrgajo kovalentne vezi, da tvorijo najprej adenozin difosforno kislino in nato AMP. Povratne reakcije, ki vodijo do sinteze adenozin trifosforne kisline, se pojavijo v prisotnosti encima fosfotransferaze. Ker ATP opravlja funkcijo univerzalnega vira celične vitalne aktivnosti, vključuje dve makroergični vezi. Z zaporednim prelomom vsakega od njih se sprosti 42 kJ. Ta vir se uporablja v celični presnovi, v njeni rasti in reproduktivnih procesih.
Vrednost ATP sintaze
V organelah splošnega pomena - mitohondrijih, ki se nahajajo v rastlinskih in živalskih celicah, je encimski sistem - dihalna veriga. Vsebuje encim ATP sintazo. Molekule biokatalizatorja, ki imajo obliko heksamera, sestavljenega iz beljakovinskih globul, so potopljene tako v membrano kot vstroma mitohondrijev. Zaradi delovanja encima se energijska snov celice sintetizira iz ADP in ostankov anorganske fosfatne kisline. Nastale molekule ATP opravljajo funkcijo kopičenja energije, potrebne za njegovo vitalno aktivnost. Posebnost biokatalizatorja je, da se ob preveliki koncentraciji energijskih spojin obnaša kot hidrolitični encim, ki razdeli njihove molekule.
Lastnosti sinteze adenozin trifosforne kisline
Rastline imajo resno presnovno lastnost, ki te organizme radikalno razlikuje od živali. Povezan je z avtotrofnim načinom prehrane in zmožnostjo obdelave fotosinteze. Nastajanje molekul, ki vsebujejo makroergične vezi, poteka v rastlinah v celičnih organelah - kloroplastih. Encim ATP sintaza, ki ga že poznamo, je del njihovih tilakoidov in strome kloroplastov. Funkcije ATP v celici so shranjevanje energije v avtotrofnih in heterotrofnih organizmih, vključno z ljudmi.
Spojine z makroergičnimi vezmi se sintetizirajo v saprotrofih in heterotrofih v reakcijah oksidativne fosforilacije, ki potekajo na mitohondrijskih kristah. Kot lahko vidite, so v procesu evolucije različne skupine živih organizmov oblikovale popoln mehanizem za sintezo takšne spojine, kot je ATP, katere funkcije so oskrbovati celico z energijo.
