Біздің әрбір қозғалысымыз немесе ойымыз денеден қуат талап етеді. Бұл күш дененің әрбір жасушасында сақталады және макроэргиялық байланыстардың көмегімен биомолекулаларда жинақталады. Барлық өмірлік процестерді қамтамасыз ететін осы батарея молекулалары. Жасушалар ішіндегі энергияның тұрақты алмасуы өмірдің өзін анықтайды. Макроэргиялық байланыстары бар бұл биомолекулалар дегеніміз не, олар қайдан келеді және олардың энергиясы біздің денеміздің әрбір жасушасында не болады - бұл мақалада талқыланады.
Биологиялық медиаторлар
Кез келген организмде энергия өндірушіден биологиялық энергия тұтынушыға энергия тікелей өтпейді. Азық-түлік өнімдерінің молекулаішілік байланыстары үзілген кезде химиялық қосылыстардың потенциалдық энергиясы бөлінеді, бұл жасушаішілік ферменттік жүйелердің оны пайдалану қабілетінен әлдеқайда асып түседі. Сондықтан биологиялық жүйелерде потенциалды химиялық заттардың бөлінуі олардың біртіндеп энергияға айналуымен және макроэргиялық қосылыстар мен байланыстарда жинақталуымен сатылы жүреді. Ал дәл осындай энергия жинақтауға қабілетті биомолекулалар жоғары энергия деп аталады.
Қандай байланыстар макроэргиялық деп аталады?
Химиялық байланыстың түзілуі немесе ыдырауы кезінде түзілетін бос энергия деңгейі 12,5 кДж/моль қалыпты деп саналады. Белгілі бір заттардың гидролизі кезінде бос энергия 21 кДж/мольден жоғары түзілсе, мұны макроэргиялық байланыстар деп атайды. Олар - ~ белгісімен белгіленеді. Физикалық химиядан айырмашылығы, макроэргиялық байланыс атомдардың коваленттік байланысын білдіреді, биологияда олар бастапқы агенттердің энергиясы мен олардың ыдырау өнімдері арасындағы айырмашылықты білдіреді. Яғни, энергия атомдардың белгілі бір химиялық байланысында локализацияланбайды, бірақ бүкіл реакцияны сипаттайды. Биохимияда олар химиялық конъюгация және макроэргиялық қосылыстың түзілуі туралы айтады.
Әмбебап биоэнергия көзі
Біздің планетамыздағы барлық тірі ағзаларда энергия сақтаудың бір әмбебап элементі бар - бұл ATP - ADP - AMP (аденозин три, ди, монофосфор қышқылы) макроэргиялық байланыс. Бұл биомолекулалар, құрамында азот бар аденин негізіндегі рибоза көмірсуына қосылған және бекітілген фосфор қышқылының қалдықтарынан тұрады. Судың және шектеу ферментінің әсерінен аденозинтрифосфат молекуласы (C10H16N5 O 13P3) аденозин дифосфор қышқылы молекуласы мен ортофосфат қышқылына ыдырауы мүмкін. Бұл реакция 30,5 кДж/моль деңгейіндегі бос энергияның бөлінуімен бірге жүреді. Біздің денеміздің әрбір жасушасындағы барлық тіршілік процестері энергия АТФ-да жинақталғанда және ол бұзылған кезде пайдаланылады.ортофосфор қышқылының қалдықтары арасындағы байланыс.
Донор және акцептор
Жоғары энергиялы қосылыстарға сонымен қатар гидролиз реакцияларында АТФ молекулаларын құра алатын ұзақ атаулары бар заттар (мысалы, пирофосфор және пирожүзім қышқылдары, сукцинил коферменттері, рибонуклеин қышқылдарының аминоацил туындылары) жатады. Бұл қосылыстардың барлығында фосфор (Р) және күкірт (S) атомдары болады, олардың арасында жоғары энергиялық байланыстар болады. Бұл АТФ (донор) құрамындағы жоғары энергетикалық байланыс үзілгенде бөлінетін энергия, ол өзінің органикалық қосылыстарының синтезі кезінде жасушаға сіңеді. Және бұл кезде бұл байланыстардың қоры макромолекулалардың гидролизі кезінде бөлінетін энергияның (акцептордың) жинақталуымен үнемі толықтырылып отырады. Адам ағзасының әрбір жасушасында бұл процестер митохондрияларда жүреді, ал АТФ өмір сүру ұзақтығы 1 минуттан аз. Күні бойы біздің денеміз 40 кг-ға жуық АТФ синтездейді, олардың әрқайсысы 3 мыңға дейін ыдырау циклінен өтеді. Және кез келген сәтте біздің денемізде шамамен 250 грамм ATP болады.
Жоғары энергиялы биомолекулалардың функциялары
Макромолекулярлық қосылыстардың ыдырауы мен синтезі процестерінде энергияның доноры мен акцепторы қызметінен басқа, АТФ молекулалары жасушаларда тағы бірнеше өте маңызды рөл атқарады. Макроэргиялық байланыстарды үзу энергиясы жылу, механикалық жұмыс, электр энергиясының жинақталуы, люминесценция процестерінде қолданылады. Сонымен бірге трансформацияхимиялық байланыстардың жылулық, электрлік, механикалық байланыстар энергиясы бір уақытта бірдей макроэнергетикалық байланыстарда АТФ кейіннен сақталуымен энергия алмасу кезеңі ретінде қызмет етеді. Жасушадағы осы процестердің барлығы пластикалық және энергия алмасу деп аталады (суреттегі диаграмма). АТФ молекулалары коферменттердің қызметін де атқарады, кейбір ферменттердің белсенділігін реттейді. Сонымен қатар, ATP жүйке жасушаларының синапстарында медиатор, сигнал агенті бола алады.
Жасушадағы энергия мен заттардың ағымы
Осылайша, зат алмасуда жасушадағы АТФ орталық және негізгі орынды алады. АТФ пайда болатын және ыдырайтын көптеген реакциялар бар (тотығу және субстратты фосфорлану, гидролиз). Бұл молекулалардың синтезінің биохимиялық реакциялары қайтымды, белгілі бір жағдайларда олар жасушаларда синтез немесе ыдырау бағытында ығысады. Бұл реакциялардың жолдары заттардың түрлену санымен, тотығу процестерінің түрімен, энергия беруші және энергия тұтынушы реакциялардың конъюгациялану жолдарымен ерекшеленеді. Әрбір процесте «отынның» белгілі бір түрін өңдеуге және оның тиімділік шектеріне нақты бейімделулер бар.
Өнімділікті бағалау
Биожүйелердегі энергияны түрлендіру тиімділігінің көрсеткіштері шағын және тиімділік коэффициентінің стандартты мәндерінде бағаланады (жұмысқа жұмсалған пайдалы жұмыстың жұмсалған жалпы энергияға қатынасы). Бірақ мұнда биологиялық функциялардың орындалуын қамтамасыз ету үшін шығындар өте жоғары. Мысалы, жүгіруші, масса бірлігі бойынша, соншалықты көп жұмсайдыэнергия, қанша және үлкен мұхит лайнері. Тыныштық жағдайында да ағзаның өмірін сақтау қиын жұмыс болып табылады және оған шамамен 8 мың кДж/моль жұмсалады. Бұл ретте ақуыз синтезіне шамамен 1,8 мың кДж/моль, жүрек жұмысына 1,1 мың кДж/моль, бірақ АТФ синтезіне 3,8 мың кДж/мольге дейін жұмсалады.
Аденилді жасуша жүйесі
Бұл белгілі бір уақыт кезеңіндегі ұяшықтағы барлық ATP, ADP және AMP қосындысын қамтитын жүйе. Бұл мән және құрамдастардың арақатынасы жасушаның энергетикалық күйін анықтайды. Жүйе жүйенің энергетикалық заряды бойынша бағаланады (фосфат топтарының аденозин қалдығына қатынасы). Жасушаның макроэргиялық қосылыстарында тек АТФ болса - ол ең жоғары энергетикалық статусқа ие (индекс -1), егер тек AMP болса - минималды статус (индекс - 0). Тірі жасушаларда әдетте 0,7-0,9 көрсеткіштері сақталады. Жасушаның энергетикалық күйінің тұрақтылығы ферментативті реакциялардың жылдамдығын және тіршілік әрекетінің оңтайлы деңгейін ұстап тұруды анықтайды.
Ал электр станциялары туралы аздап
Жоғарыда айтылғандай, АТФ синтезі арнайы жасуша органеллалары – митохондрияларда жүреді. Ал бүгінде биологтар арасында бұл таңғажайып құрылымдардың шығу тегі туралы даулар бар. Митохондриялар жасушаның электр станциялары болып табылады, олардың «отыны» белоктар, майлар, гликоген және электр - АТФ молекулалары болып табылады, олардың синтезі оттегінің қатысуымен жүреді. Митохондриялар жұмыс істеуі үшін тыныс аламыз деп айта аламыз. Соғұрлым көп жұмыс істеу керекжасушалар соғұрлым көп энергияны қажет етеді. Оқу - ATP, яғни - митохондрия.
Мысалы, кәсіпқой спортшының қаңқа бұлшықеттерінде шамамен 12% митохондрия болса, спортпен шұғылданбайтын адамдарда оның жартысы бар. Бірақ жүрек бұлшықетінде олардың жылдамдығы 25% құрайды. Спортшыларға, әсіресе марафоншыларға арналған заманауи жаттығу әдістері митохондриялар санына және бұлшықеттердің ұзақ жүктемелерді орындау қабілетіне тікелей байланысты MOC (оттегінің максималды тұтынуы) негізделген. Кәсіби спортқа арналған жетекші оқу бағдарламалары бұлшықет жасушаларындағы митохондрия синтезін ынталандыруға бағытталған.
