Kung i-paraphrase natin ang kilalang pananalitang "movement is life", magiging malinaw na ang lahat ng manifestations ng living matter - paglago, reproduction, proseso ng synthesis ng nutrients, respiration - ay, sa katunayan, ang paggalaw ng mga atomo. at mga molekula na bumubuo sa selula. Posible ba ang mga prosesong ito nang walang paglahok ng enerhiya? Siyempre hindi.
Saan kumukuha ng mga supply ang mga buhay na katawan, mula sa mga higanteng organismo gaya ng blue whale o American sequoia, hanggang sa ultramicroscopic bacteria?
Biochemistry ay natagpuan ang sagot sa tanong na ito. Ang adenosine triphosphoric acid ay isang unibersal na sangkap na ginagamit ng lahat ng mga naninirahan sa ating planeta. Sa artikulong ito, isasaalang-alang natin ang istraktura at pag-andar ng ATP sa iba't ibang grupo ng mga nabubuhay na organismo. Bilang karagdagan, tutukuyin natin kung aling mga organel ang responsable para sa synthesis nito sa mga selula ng halaman at hayop.
Kasaysayan ng pagtuklas
Sa simula ng ika-20 siglo, sa laboratoryo ng Harvard Medical School, ilang mga siyentipiko, sina Subbaris, Loman at Friske, ang nakatuklas ng isang tambalang malapit sa istraktura sa adenylribonucleic acid nucleotide. Gayunpaman, naglalaman ito ng hindi isa, ngunit kasing dami ng tatlong residue ng phosphate acid na konektado sa monosaccharide ribose. Pagkalipas ng dalawang dekada, si F. Lipman, na pinag-aaralan ang mga function ng ATP, ay nakumpirma ang siyentipikong palagay na ang tambalang ito ay nagdadala ng enerhiya. Mula sa sandaling iyon, ang mga biochemist ay nagkaroon ng isang mahusay na pagkakataon upang makilala nang detalyado ang kumplikadong mekanismo ng synthesis ng sangkap na ito na nangyayari sa cell. Nang maglaon, natuklasan ang isang pangunahing tambalan: isang enzyme - ATP synthase, na responsable para sa pagbuo ng mga molekula ng acid sa mitochondria. Upang matukoy kung anong function ang ginagawa ng ATP, alamin natin kung anong mga prosesong nagaganap sa mga buhay na organismo ang hindi maisasagawa nang walang partisipasyon ng substance na ito.
Mga anyo ng pagkakaroon ng enerhiya sa mga biological system
Ang magkakaibang reaksyon na nagaganap sa mga buhay na organismo ay nangangailangan ng iba't ibang uri ng enerhiya na maaaring magbago sa isa't isa. Kabilang dito ang mga mekanikal na proseso (paggalaw ng bakterya at protozoa, pag-urong ng myofibrils sa tissue ng kalamnan), biochemical synthesis. Kasama rin sa listahang ito ang mga electrical impulses na sumasailalim sa excitation at inhibition, mga thermal reaction na nagpapanatili ng pare-parehong temperatura ng katawan sa mga hayop at tao na mainit ang dugo. Ang luminescent glow ng marine plankton, ilang insekto at deep-sea fish ay isa ring uri ng enerhiya na nalilikha ng mga buhay na katawan.
Lahat ng mga phenomena sa itaas na nagaganap sa mga biological system ay imposible nang walang mga molekula ng ATP, na ang mga tungkulin ay mag-imbakenerhiya sa anyo ng mga macroergic bond. Nangyayari ang mga ito sa pagitan ng adenyl nucleoside at mga residue ng phosphate acid.
Saan nanggagaling ang cellular energy?
Ayon sa mga batas ng thermodynamics, ang hitsura at pagkawala ng enerhiya ay nangyayari sa ilang partikular na dahilan. Ang pagkasira ng mga organikong compound na bumubuo sa pagkain: mga protina, carbohydrates at lalo na ang mga lipid ay humahantong sa pagpapalabas ng enerhiya. Ang mga pangunahing proseso ng hydrolysis ay nangyayari sa digestive tract, kung saan ang mga macromolecule ng mga organic compound ay nakalantad sa pagkilos ng mga enzyme. Ang bahagi ng natanggap na enerhiya ay nawawala sa anyo ng init o ginagamit upang mapanatili ang pinakamainam na temperatura ng mga panloob na nilalaman ng cell. Ang natitirang bahagi ay naipon sa anyo sa mitochondria - ang mga istasyon ng kuryente ng cell. Ito ang pangunahing pag-andar ng molekula ng ATP - pagbibigay at pagdaragdag ng mga pangangailangan sa enerhiya ng katawan.
Ano ang papel ng catabolic reactions
Isang elementarya na yunit ng bagay na may buhay - isang cell, ay maaaring gumana lamang kung ang enerhiya ay patuloy na ina-update sa siklo ng buhay nito. Upang matupad ang kundisyong ito sa cellular metabolism, mayroong direksyon na tinatawag na dissimilation, catabolism o energy metabolism. Sa yugtong walang oxygen nito, na kung saan ay ang pinakasimpleng paraan upang bumuo at mag-imbak ng enerhiya, mula sa bawat molekula ng glucose, sa kawalan ng oxygen, 2 molekula ng isang enerhiya-intensive substance ay synthesized na nagbibigay ng mga pangunahing pag-andar ng ATP sa cell - pagbibigay nito ng enerhiya. Karamihan sa mga reaksyon ng anoxic na hakbang ay nangyayari sa cytoplasm.
Depende sa istraktura ng cell, maaari itong magpatuloy sa iba't ibang paraan, halimbawa, sa anyo ng glycolysis, alcohol o lactic acid fermentation. Gayunpaman, ang mga biochemical na tampok ng mga metabolic na proseso ay hindi nakakaapekto sa pag-andar ng ATP sa cell. Ito ay pangkalahatan: upang mapanatili ang mga reserbang enerhiya ng cell.
Paano nauugnay ang istruktura ng isang molekula sa mga function nito
Noong una, itinatag namin ang katotohanan na ang adenosine triphosphoric acid ay naglalaman ng tatlong residue ng phosphate na konektado sa isang nitrate base - adenine, at isang monosaccharide - ribose. Dahil halos lahat ng mga reaksyon sa cytoplasm ng cell ay isinasagawa sa isang may tubig na daluyan, ang mga molekula ng acid, sa ilalim ng pagkilos ng mga hydrolytic enzymes, ay sinisira ang mga covalent bond upang bumuo ng unang adenosine diphosphoric acid, at pagkatapos ay AMP. Ang mga kabaligtaran na reaksyon na humahantong sa synthesis ng adenosine triphosphoric acid ay nangyayari sa pagkakaroon ng enzyme phosphotransferase. Dahil ang ATP ay gumaganap ng function ng isang unibersal na pinagmumulan ng cellular vital activity, kabilang dito ang dalawang macroergic bond. Sa sunud-sunod na pagkalagot ng bawat isa sa kanila, 42 kJ ang inilabas. Ginagamit ang mapagkukunang ito sa metabolismo ng cell, sa paglaki nito at mga proseso ng reproduktibo.
Halaga ng ATP synthase
Sa mga organel na may pangkalahatang kahalagahan - mitochondria, na matatagpuan sa mga selula ng halaman at hayop, mayroong isang enzymatic system - ang respiratory chain. Naglalaman ito ng enzyme ATP synthase. Ang mga molekula ng biocatalyst, na may anyo ng isang hexamer na binubuo ng mga globule ng protina, ay inilulubog kapwa sa lamad at sastroma ng mitochondria. Dahil sa aktibidad ng enzyme, ang energy substance ng cell ay synthesize mula sa ADP at residues ng inorganic phosphate acid. Ang nabuong mga molekula ng ATP ay gumaganap ng tungkulin ng pag-iipon ng enerhiya na kinakailangan para sa mahahalagang aktibidad nito. Ang isang natatanging tampok ng biocatalyst ay kapag mayroong labis na konsentrasyon ng mga compound ng enerhiya, kumikilos ito tulad ng isang hydrolytic enzyme, na naghahati sa kanilang mga molekula.
Mga tampok ng synthesis ng adenosine triphosphoric acid
Ang mga halaman ay may malubhang metabolic feature na radikal na nagpapakilala sa mga organismo na ito mula sa mga hayop. Ito ay nauugnay sa autotrophic mode ng nutrisyon at ang kakayahang magproseso ng photosynthesis. Ang pagbuo ng mga molecule na naglalaman ng macroergic bond ay nangyayari sa mga halaman sa cellular organelles - chloroplasts. Ang enzyme na ATP synthase na kilala na natin ay bahagi ng kanilang thylakoids at stroma ng mga chloroplast. Ang mga function ng ATP sa cell ay ang pag-iimbak ng enerhiya sa parehong mga autotrophic at heterotrophic na organismo, kabilang ang mga tao.
Ang mga compound na may macroergic bond ay na-synthesize sa mga saprotroph at heterotroph sa mga reaksyon ng oxidative phosphorylation na nagaganap sa mitochondrial cristae. Gaya ng nakikita mo, sa proseso ng ebolusyon, ang iba't ibang grupo ng mga nabubuhay na organismo ay nakabuo ng perpektong mekanismo para sa synthesis ng naturang tambalan bilang ATP, na ang mga tungkulin nito ay magbigay ng enerhiya sa cell.
