Әйгілі «қозғалыс – өмір» деген тіркесті қайталайтын болсақ, тірі материяның барлық көріністері - өсу, көбею, қоректік заттардың синтезі, тыныс алу процестері - шын мәнінде атомдардың қозғалысы екені белгілі болады. және жасушаны құрайтын молекулалар. Бұл процестер энергияның қатысуынсыз мүмкін бе? Әрине жоқ.
Көк кит немесе американдық секвойа сияқты алып организмдерден ультрамикроскопиялық бактерияларға дейінгі тірі денелер қорын қайдан алады?
Биохимия бұл сұраққа жауап тапты. Аденозин үшфосфор қышқылы - біздің планетамыздың барлық тұрғындары қолданатын әмбебап зат. Бұл мақалада біз тірі организмдердің әртүрлі топтарындағы АТФ құрылымы мен функцияларын қарастырамыз. Сонымен қатар, өсімдік және жануарлар жасушаларында оның синтезіне қандай органеллалар жауапты екенін анықтаймыз.
Табу тарихы
20 ғасырдың басында Гарвард медициналық мектебінің зертханасында бірнеше ғалымдар, атап айтқанда Суббарис, Ломан және Фриске құрылымы жағынан аденилге жақын қосылыс тапты.рибонуклеин қышқылының нуклеотиді. Бірақ оның құрамында бір емес, моносахарид рибозасымен байланысқан үш фосфат қышқылының қалдықтары болды. Арада екі онжылдық өткен соң Ф. Липман АТФ функцияларын зерттей отырып, бұл қосылыс энергия тасымалдайды деген ғылыми болжамды растады. Осы кезден бастап биохимиктер жасушада болатын бұл заттың синтезінің күрделі механизмімен егжей-тегжейлі танысуға үлкен мүмкіндік алды. Кейінірек негізгі қосылыс ашылды: фермент – АТФ синтаза, ол митохондрияларда қышқыл молекулаларының түзілуіне жауап береді. АТФ қандай қызмет атқаратынын анықтау үшін тірі ағзаларда болатын қандай процестерді осы заттың қатысуынсыз жүзеге асыруға болмайтынын анықтайық.
Биологиялық жүйелердегі энергияның болу формалары
Тірі организмдерде болатын алуан түрлі реакциялар бір-біріне айнала алатын әртүрлі энергия түрлерін қажет етеді. Оларға механикалық процестер (бактериялар мен қарапайымдылардың қозғалысы, бұлшықет тініндегі миофибрилдердің жиырылуы), биохимиялық синтез жатады. Бұл тізімге сонымен қатар қозу мен тежелудің негізінде жатқан электрлік импульстар, жылы қанды жануарлар мен адамдарда тұрақты дене температурасын сақтайтын жылу реакциялары кіреді. Теңіз планктондарының, кейбір жәндіктердің және терең теңіз балықтарының люминесцентті жарқырауы да тірі денелер шығаратын энергия түрі болып табылады.
Биологиялық жүйелерде болатын жоғарыда аталған құбылыстардың барлығы АТФ молекулаларынсыз мүмкін емес, олардың функциялары сақтау болып табылады.макроэргиялық байланыстар түріндегі энергия. Олар аденилнуклеозид пен фосфат қышқылының қалдықтары арасында болады.
Жасуша энергиясы қайдан келеді?
Термодинамика заңдары бойынша энергияның пайда болуы және жойылуы белгілі себептерге байланысты болады. Азық-түлікті құрайтын органикалық қосылыстардың: ақуыздардың, көмірсулардың және әсіресе липидтердің ыдырауы энергияның бөлінуіне әкеледі. Гидролиздің бастапқы процестері ас қорыту жолында жүреді, онда органикалық қосылыстардың макромолекулалары ферменттердің әсеріне ұшырайды. Алынған энергияның бір бөлігі жылу түрінде бөлінеді немесе жасушаның ішкі мазмұнының оңтайлы температурасын ұстауға жұмсалады. Қалған бөлігі митохондрияларда - жасушаның электр станцияларында жинақталады. Бұл АТФ молекуласының негізгі қызметі – ағзаның энергия қажеттілігін қамтамасыз ету және толықтыру.
Катаболикалық реакциялардың рөлі қандай
Тірі материяның элементар бірлігі – жасуша өмірлік циклінде энергия үнемі жаңарып отырса ғана қызмет ете алады. Жасушалық метаболизмде бұл шартты орындау үшін диссимиляция, катаболизм немесе энергия алмасуы деп аталатын бағыт бар. Энергияны қалыптастырудың және сақтаудың ең қарапайым тәсілі болып табылатын оның оттегісіз сатысында глюкозаның әрбір молекуласынан оттегінің жетіспеушілігі жағдайында жасушадағы АТФ-ның негізгі функцияларын қамтамасыз ететін энергияны көп қажет ететін заттың 2 молекуласы синтезделеді - оны энергиямен қамтамасыз ету. Аноксидті кезеңнің реакцияларының көпшілігі цитоплазмада болады.
Жасушаның құрылымына байланысты ол әртүрлі жолмен жүруі мүмкін, мысалы, гликолиз, спирт немесе сүт қышқылымен ашыту түрінде. Бірақ бұл зат алмасу процестерінің биохимиялық ерекшеліктері жасушадағы АТФ қызметіне әсер етпейді. Бұл әмбебап: жасушаның энергия қорын сақтау.
Молекуланың құрылымы оның функцияларымен қалай байланысты
Бұған дейін біз аденозинтрифосфор қышқылының құрамында нитрат негізі – аденин және моносахарид – рибозамен байланысқан үш фосфат қалдығы бар екенін анықтадық. Жасуша цитоплазмасында барлық дерлік реакциялар сулы ортада жүретіндіктен, қышқыл молекулалары гидролиздік ферменттердің әсерінен коваленттік байланыстарды үзіп, алдымен аденозиндіфосфор қышқылын, содан кейін АМФ түзеді. Аденозин үшфосфор қышқылының синтезіне әкелетін кері реакциялар фосфотрансфераза ферментінің қатысуымен жүреді. ATP жасушалық тіршілік әрекетінің әмбебап көзі қызметін атқаратындықтан, оның құрамына екі макроэргиялық байланыс кіреді. Олардың әрқайсысының ретімен үзілуімен 42 кДж бөлінеді. Бұл ресурс жасуша метаболизмінде, оның өсуі мен репродуктивті процестерінде қолданылады.
ATP синтазасының мәні
Өсімдіктер мен жануарлар жасушаларында орналасқан жалпы маңызы бар органоидтарда – митохондрияларда ферментативті жүйе – тыныс алу тізбегі болады. Оның құрамында ATP синтаза ферменті бар. Белок түйіршіктерінен тұратын гексамер тәрізді биокатализатор молекулалары мембранаға да, ішіне де батырылады.митохондрия стромасы. Ферменттің белсенділігінің арқасында жасушаның энергетикалық заты АДФ және бейорганикалық фосфат қышқылының қалдықтарынан синтезделеді. Түзілген АТФ молекулалары оның тіршілік әрекетіне қажетті энергияны жинақтау қызметін атқарады. Биокатализатордың айырықша ерекшелігі энергетикалық қосылыстардың шамадан тыс концентрациясы кезінде ол олардың молекулаларын ыдырататын гидролиздік фермент сияқты әрекет етеді.
Аденозин үшфосфор қышқылының синтезінің ерекшеліктері
Өсімдіктердің бұл организмдерді жануарлардан түбегейлі ажырататын маңызды метаболикалық қасиеті бар. Бұл тамақтанудың автотрофты режимімен және фотосинтезді өңдеу қабілетімен байланысты. Құрамында макроэргиялық байланыстар бар молекулалардың түзілуі өсімдіктерде жасушалық органеллалар – хлоропласттарда болады. Бізге бұрыннан белгілі АТФ синтаза ферменті олардың тилакоидтары мен хлоропластар стромасының бөлігі болып табылады. Жасушадағы АТФ функциялары автотрофты және гетеротрофты организмдерде, соның ішінде адамда да энергияны сақтау болып табылады.
Макроэргиялық байланыстары бар қосылыстар митохондриялық кристалдарда жүретін тотығу фосфорлану реакцияларында сапротрофтарда және гетеротрофтарда синтезделеді. Көріп отырғаныңыздай, эволюция процесінде тірі ағзалардың әртүрлі топтары АТФ сияқты қосылыс синтезінің тамаша механизмін қалыптастырды, оның функциялары жасушаны энергиямен қамтамасыз етеді.
