Setiap pergerakan atau pemikiran kita memerlukan tenaga daripada badan. Daya ini disimpan oleh setiap sel badan dan mengumpulnya dalam biomolekul dengan bantuan ikatan makroergik. Molekul bateri inilah yang menyediakan semua proses hayat. Pertukaran tenaga yang berterusan dalam sel menentukan kehidupan itu sendiri. Apakah biomolekul dengan ikatan makroergik ini, dari mana asalnya, dan apakah yang berlaku kepada tenaganya dalam setiap sel badan kita - ini dibincangkan dalam artikel.
Pengantara biologi
Dalam mana-mana organisma, tenaga daripada agen penjana tenaga kepada pengguna tenaga biologi tidak mengalir secara langsung. Apabila ikatan intramolekul produk makanan dipecahkan, tenaga potensi sebatian kimia dibebaskan, yang jauh melebihi keupayaan sistem enzim intraselular untuk menggunakannya. Itulah sebabnya dalam sistem biologi pembebasan bahan kimia yang berpotensi berlaku secara berperingkat dengan perubahan beransur-ansur mereka menjadi tenaga dan pengumpulannya dalam sebatian dan ikatan makroergik. Dan ia adalah biomolekul yang mampu mengumpul tenaga sedemikian yang dipanggil tenaga tinggi.
Apakah ikatan yang dipanggil makroergik?
Tahap tenaga bebas 12.5 kJ/mol, yang terbentuk semasa pembentukan atau pereputan ikatan kimia, dianggap normal. Apabila, semasa hidrolisis bahan tertentu, tenaga bebas terbentuk lebih daripada 21 kJ / mol, maka ini dipanggil ikatan makroergik. Mereka dilambangkan dengan simbol tilde - ~. Berbeza dengan kimia fizikal, di mana ikatan makroergik bermaksud ikatan kovalen atom, dalam biologi ia bermaksud perbezaan antara tenaga agen awal dan produk pereputannya. Iaitu, tenaga tidak disetempatkan dalam ikatan kimia tertentu atom, tetapi mencirikan keseluruhan tindak balas. Dalam biokimia, mereka bercakap tentang konjugasi kimia dan pembentukan sebatian makroergik.
Sumber Tenaga Bio Universal
Semua organisma hidup di planet kita mempunyai satu elemen universal simpanan tenaga - ini ialah ikatan makroergik ATP - ADP - AMP (adenosine tri, di, monophosphoric acid). Ini adalah biomolekul yang terdiri daripada asas adenine yang mengandungi nitrogen yang dilekatkan pada karbohidrat ribosa dan sisa asid fosforik yang melekat. Di bawah tindakan air dan enzim sekatan, molekul adenosin trifosfat (C10H16N5 O 13P3) boleh terurai menjadi molekul asid adenosin difosforik dan asid ortofosfat. Tindak balas ini disertai dengan pembebasan tenaga bebas urutan 30.5 kJ/mol. Semua proses hidup dalam setiap sel badan kita berlaku apabila tenaga terkumpul dalam ATP dan digunakan apabila ia rosak.ikatan antara residu asid ortofosforik.
Penderma dan penerima
Sebatian bertenaga tinggi juga termasuk bahan dengan nama panjang yang boleh membentuk molekul ATP dalam tindak balas hidrolisis (contohnya, asid pirofosforik dan piruvik, koenzim suksinil, derivatif aminoasil asid ribonukleik). Semua sebatian ini mengandungi atom fosforus (P) dan sulfur (S), di antaranya terdapat ikatan tenaga tinggi. Ia adalah tenaga yang dibebaskan apabila ikatan tenaga tinggi dalam ATP (penderma) dipecahkan yang diserap oleh sel semasa sintesis sebatian organiknya sendiri. Dan pada masa yang sama, rizab ikatan ini sentiasa diisi semula dengan pengumpulan tenaga (penerima) yang dikeluarkan semasa hidrolisis makromolekul. Dalam setiap sel tubuh manusia, proses ini berlaku dalam mitokondria, manakala tempoh kewujudan ATP adalah kurang daripada 1 minit. Pada siang hari, badan kita mensintesis kira-kira 40 kilogram ATP, yang melalui sehingga 3 ribu kitaran pereputan setiap satu. Dan pada bila-bila masa, kira-kira 250 gram ATP terdapat dalam badan kita.
Fungsi biomolekul tenaga tinggi
Selain fungsi penderma dan penerima tenaga dalam proses penguraian dan sintesis sebatian makromolekul, molekul ATP memainkan beberapa peranan lain yang sangat penting dalam sel. Tenaga untuk memecahkan ikatan makroergik digunakan dalam proses penjanaan haba, kerja mekanikal, pengumpulan elektrik, dan pendaran. Pada masa yang sama, transformasitenaga ikatan kimia kepada terma, elektrik, mekanikal pada masa yang sama berfungsi sebagai peringkat pertukaran tenaga dengan penyimpanan ATP seterusnya dalam ikatan tenaga makro yang sama. Semua proses dalam sel ini dipanggil pertukaran plastik dan tenaga (rajah dalam rajah). Molekul ATP juga bertindak sebagai koenzim, mengawal aktiviti enzim tertentu. Selain itu, ATP juga boleh menjadi mediator, agen isyarat dalam sinaps sel saraf.
Aliran tenaga dan jirim dalam sel
Oleh itu, ATP dalam sel menduduki tempat pusat dan utama dalam pertukaran bahan. Terdapat banyak tindak balas yang mana ATP timbul dan terurai (fosforilasi oksidatif dan substrat, hidrolisis). Tindak balas biokimia sintesis molekul ini boleh diterbalikkan; dalam keadaan tertentu, ia dialihkan dalam sel ke arah sintesis atau pereputan. Laluan tindak balas ini berbeza dalam bilangan transformasi bahan, jenis proses oksidatif, dan dalam cara konjugasi tindak balas yang membekalkan tenaga dan memakan tenaga. Setiap proses mempunyai penyesuaian yang jelas kepada pemprosesan jenis "bahan api" tertentu dan had kecekapannya.
Penilaian prestasi
Petunjuk kecekapan penukaran tenaga dalam biosistem adalah kecil dan dianggarkan dalam nilai standard faktor kecekapan (nisbah kerja berguna yang dibelanjakan untuk kerja kepada jumlah tenaga yang dibelanjakan). Tetapi di sini, untuk memastikan prestasi fungsi biologi, kosnya sangat tinggi. Sebagai contoh, seorang pelari, dari segi unit jisim, membelanjakan begitu banyaktenaga, berapa banyak dan kapal laut yang besar. Walaupun dalam keadaan rehat, mengekalkan kehidupan organisma adalah kerja keras, dan kira-kira 8 ribu kJ / mol dibelanjakan untuknya. Pada masa yang sama, kira-kira 1.8 ribu kJ / mol dibelanjakan untuk sintesis protein, 1.1 ribu kJ / mol untuk kerja jantung, tetapi sehingga 3.8 ribu kJ / mol untuk sintesis ATP.
Sistem sel adenylate
Ini ialah sistem yang merangkumi jumlah semua ATP, ADP dan AMP dalam sel dalam tempoh masa tertentu. Nilai ini dan nisbah komponen menentukan status tenaga sel. Sistem ini dinilai dari segi cas tenaga sistem (nisbah kumpulan fosfat kepada sisa adenosin). Jika hanya ATP terdapat dalam sebatian makroergik sel - ia mempunyai status tenaga tertinggi (indeks -1), jika hanya AMP - status minimum (indeks - 0). Dalam sel hidup, penunjuk 0.7-0.9 biasanya dikekalkan. Kestabilan status tenaga sel menentukan kadar tindak balas enzim dan pengekalan tahap aktiviti penting yang optimum.
Dan serba sedikit tentang stesen janakuasa
Seperti yang telah disebutkan, sintesis ATP berlaku dalam organel sel khusus - mitokondria. Dan hari ini di kalangan ahli biologi terdapat pertikaian tentang asal usul struktur yang menakjubkan ini. Mitokondria adalah loji kuasa sel, "bahan api" yang mengandungi protein, lemak, glikogen, dan elektrik - molekul ATP, sintesis yang berlaku dengan penyertaan oksigen. Kita boleh mengatakan bahawa kita bernafas supaya mitokondria berfungsi. Semakin banyak kerja yang perlu dilakukansel, lebih banyak tenaga yang mereka perlukan. Baca - ATP, yang bermaksud - mitokondria.
Sebagai contoh, seorang atlet profesional mempunyai kira-kira 12% mitokondria dalam otot rangka mereka, manakala orang awam yang bukan ahli sukan mempunyai separuh daripadanya. Tetapi dalam otot jantung, kadar mereka adalah 25%. Kaedah latihan moden untuk atlet, terutamanya pelari maraton, adalah berdasarkan MOC (penggunaan oksigen maksimum), yang secara langsung bergantung kepada bilangan mitokondria dan keupayaan otot untuk melakukan beban yang berpanjangan. Program latihan terkemuka untuk sukan profesional bertujuan untuk merangsang sintesis mitokondria dalam sel otot.
