Ang bawat galaw o pag-iisip natin ay nangangailangan ng enerhiya mula sa katawan. Ang puwersang ito ay iniimbak ng bawat selula ng katawan at naiipon ito sa mga biomolecules sa tulong ng mga macroergic bond. Ito ang mga molekula ng baterya na nagbibigay ng lahat ng proseso ng buhay. Ang patuloy na pagpapalitan ng enerhiya sa loob ng mga selula ay tumutukoy sa buhay mismo. Ano ang mga biomolecule na ito na may macroergic bond, saan sila nanggaling, at ano ang nangyayari sa kanilang enerhiya sa bawat cell ng ating katawan - ito ay tinalakay sa artikulo.
Biological mediators
Sa anumang organismo, ang enerhiya mula sa isang energy-generating agent patungo sa isang biological energy consumer ay hindi direktang dumadaan. Kapag ang mga intramolecular bond ng mga produktong pagkain ay nasira, ang potensyal na enerhiya ng mga kemikal na compound ay inilabas, na higit na lumampas sa kakayahan ng intracellular enzymatic system na gamitin ito. Iyon ang dahilan kung bakit sa mga biological system ang paglabas ng mga potensyal na kemikal ay nangyayari nang sunud-sunod sa kanilang unti-unting pagbabago sa enerhiya at ang akumulasyon nito sa mga macroergic compound at bond. At ito ang mga biomolecules na may kakayahang mag-ipon ng enerhiya na tinatawag na high-energy.
Anong mga bono ang tinatawag na macroergic?
Ang antas ng libreng enerhiya na 12.5 kJ/mol, na nabuo sa panahon ng pagbuo o pagkabulok ng isang kemikal na bono, ay itinuturing na normal. Kapag, sa panahon ng hydrolysis ng ilang mga sangkap, ang libreng enerhiya ay nabuo ng higit sa 21 kJ / mol, kung gayon ito ay tinatawag na macroergic bond. Ang mga ito ay tinutukoy ng simbolong tilde - ~. Kabaligtaran sa pisikal na kimika, kung saan ang macroergic bond ay nangangahulugang isang covalent bond ng mga atomo, sa biology ang ibig nilang sabihin ay ang pagkakaiba sa pagitan ng enerhiya ng mga paunang ahente at ng kanilang mga produkto ng pagkabulok. Iyon ay, ang enerhiya ay hindi naisalokal sa isang tiyak na kemikal na bono ng mga atomo, ngunit nagpapakilala sa buong reaksyon. Sa biochemistry, pinag-uusapan nila ang chemical conjugation at ang pagbuo ng macroergic compound.
Universal Bio Energy Source
Lahat ng buhay na organismo sa ating planeta ay may isang unibersal na elemento ng pag-iimbak ng enerhiya - ito ay ang macroergic bond na ATP - ADP - AMP (adenosine tri, di, monophosphoric acid). Ito ay mga biomolecules na binubuo ng nitrogen-containing adenine base na nakakabit sa isang ribose carbohydrate at nakakabit na phosphoric acid residues. Sa ilalim ng pagkilos ng tubig at isang restriction enzyme, isang molekula ng adenosine triphosphate (C10H16N5 Ang O 13P3) ay maaaring mabulok sa isang molekula ng adenosine diphosphoric acid at orthophosphate acid. Ang reaksyong ito ay sinamahan ng pagpapalabas ng libreng enerhiya ng pagkakasunud-sunod na 30.5 kJ / mol. Lahat ng proseso ng buhay sa bawat cell ng ating katawan ay nangyayari kapag ang enerhiya ay naipon sa ATP at ginagamit kapag ito ay nasira.mga bono sa pagitan ng mga residue ng orthophosphoric acid.
Donor at acceptor
Kasama rin sa mga high-energy compound ang mga substance na may mahabang pangalan na maaaring bumuo ng mga ATP molecule sa mga hydrolysis reaction (halimbawa, pyrophosphoric at pyruvic acid, succinyl coenzymes, aminoacyl derivatives ng ribonucleic acid). Ang lahat ng mga compound na ito ay naglalaman ng mga atomo ng posporus (P) at asupre (S), kung saan mayroong mga bono na may mataas na enerhiya. Ito ay ang enerhiya na inilabas kapag ang mataas na enerhiya na bono sa ATP (donor) ay nasira na nasisipsip ng cell sa panahon ng synthesis ng sarili nitong mga organikong compound. At sa parehong oras, ang mga reserba ng mga bono na ito ay patuloy na pinupunan ng akumulasyon ng enerhiya (acceptor) na inilabas sa panahon ng hydrolysis ng macromolecules. Sa bawat cell ng katawan ng tao, ang mga prosesong ito ay nangyayari sa mitochondria, habang ang tagal ng pagkakaroon ng ATP ay mas mababa sa 1 minuto. Sa araw, ang ating katawan ay nag-synthesize ng humigit-kumulang 40 kilo ng ATP, na dumadaan sa hanggang 3 libong cycle ng pagkabulok bawat isa. At anumang oras, humigit-kumulang 250 gramo ng ATP ang nasa ating katawan.
Mga function ng high energy biomolecules
Bilang karagdagan sa function ng donor at acceptor ng enerhiya sa mga proseso ng decomposition at synthesis ng mga macromolecular compound, ang mga molekula ng ATP ay gumaganap ng ilang iba pang napakahalagang papel sa mga cell. Ang enerhiya ng pagsira ng macroergic bond ay ginagamit sa mga proseso ng pagbuo ng init, mekanikal na trabaho, akumulasyon ng kuryente, at luminescence. Kasabay nito, ang pagbabagong-anyoang enerhiya ng mga kemikal na bono sa thermal, elektrikal, mekanikal sa parehong oras ay nagsisilbing isang yugto ng pagpapalitan ng enerhiya na may kasunod na imbakan ng ATP sa parehong mga macro-energy bond. Ang lahat ng mga prosesong ito sa cell ay tinatawag na plastic at energy exchanges (diagram sa figure). Ang mga molekula ng ATP ay kumikilos din bilang mga coenzymes, na kinokontrol ang aktibidad ng ilang mga enzyme. Bilang karagdagan, ang ATP ay maaari ding maging isang tagapamagitan, isang signaling agent sa mga synapses ng nerve cells.
Ang daloy ng enerhiya at bagay sa cell
Kaya, ang ATP sa cell ay sumasakop sa isang sentral at pangunahing lugar sa pagpapalitan ng bagay. Mayroong maraming mga reaksyon kung saan ang ATP ay bumangon at nasira (oxidative at substrate phosphorylation, hydrolysis). Ang mga biochemical reaksyon ng synthesis ng mga molekulang ito ay nababaligtad; sa ilalim ng ilang mga kundisyon, sila ay inililipat sa mga selula sa direksyon ng synthesis o pagkabulok. Ang mga landas ng mga reaksyong ito ay naiiba sa bilang ng mga pagbabagong-anyo ng mga sangkap, ang uri ng mga proseso ng oxidative, at sa mga paraan ng conjugation ng mga reaksyong nagbibigay ng enerhiya at umuubos ng enerhiya. Ang bawat proseso ay may malinaw na mga adaptasyon sa pagproseso ng isang partikular na uri ng "gasolina" at mga limitasyon sa kahusayan nito.
Pagsusuri sa pagganap
Ang mga tagapagpahiwatig ng kahusayan ng conversion ng enerhiya sa mga biosystem ay maliit at tinatantya sa mga karaniwang halaga ng factor ng kahusayan (ang ratio ng kapaki-pakinabang na trabaho na ginugol sa trabaho sa kabuuang enerhiya na ginastos). Ngunit dito, upang matiyak ang pagganap ng mga biological function, ang mga gastos ay napakataas. Halimbawa, ang isang runner, sa mga tuntunin ng isang yunit ng masa, ay gumagastos nang labisenerhiya, magkano at isang malaking barko ng karagatan. Kahit na sa pahinga, ang pagpapanatili ng buhay ng isang organismo ay mahirap na trabaho, at halos 8 libong kJ / mol ang ginugol dito. Kasabay nito, humigit-kumulang 1.8 libong kJ / mol ang ginugugol sa synthesis ng protina, 1.1 libong kJ / mol sa gawain ng puso, ngunit hanggang 3.8 libong kJ / mol sa synthesis ng ATP.
Adenylate cell system
Ito ay isang system na kinabibilangan ng kabuuan ng lahat ng ATP, ADP at AMP sa isang cell sa isang partikular na yugto ng panahon. Ang halagang ito at ang ratio ng mga bahagi ay tumutukoy sa katayuan ng enerhiya ng cell. Ang sistema ay sinusuri sa mga tuntunin ng singil ng enerhiya ng system (ang ratio ng mga grupo ng pospeyt sa adenosine residue). Kung ATP lamang ang naroroon sa mga cell macroergic compound - ito ay may pinakamataas na katayuan ng enerhiya (index -1), kung AMP lamang - ang pinakamababang katayuan (index - 0). Sa mga buhay na selula, karaniwang pinapanatili ang mga indicator na 0.7-0.9. Tinutukoy ng katatagan ng katayuan ng enerhiya ng cell ang rate ng mga reaksyong enzymatic at ang pagpapanatili ng pinakamainam na antas ng mahahalagang aktibidad.
At kaunti tungkol sa mga power station
Gaya ng nabanggit na, ang ATP synthesis ay nangyayari sa mga espesyal na organelle ng cell - mitochondria. At ngayon sa mga biologist ay may mga pagtatalo tungkol sa pinagmulan ng mga kamangha-manghang istrukturang ito. Ang Mitochondria ay ang mga power plant ng cell, "fuel" kung saan ang mga protina, taba, glycogen, at kuryente - mga molekula ng ATP, ang synthesis na nagaganap sa partisipasyon ng oxygen. Masasabi nating humihinga tayo para gumana ang mitochondria. Ang dami pang dapat gawincell, mas maraming enerhiya ang kailangan nila. Basahin - ATP, na nangangahulugang - mitochondria.
Halimbawa, ang isang propesyonal na atleta ay may humigit-kumulang 12% na mitochondria sa kanilang mga skeletal muscles, habang ang isang non-athletic na layko ay may kalahati pa. Ngunit sa kalamnan ng puso, ang kanilang rate ay 25%. Ang mga modernong paraan ng pagsasanay para sa mga atleta, lalo na ang mga marathon runner, ay batay sa MOC (maximum oxygen consumption), na direktang nakasalalay sa bilang ng mitochondria at sa kakayahan ng mga kalamnan na magsagawa ng matagal na pagkarga. Ang mga nangungunang programa sa pagsasanay para sa mga propesyonal na sports ay naglalayong pasiglahin ang synthesis ng mitochondria sa mga selula ng kalamnan.
