Jika kita menghuraikan ungkapan yang terkenal "pergerakan ialah kehidupan", menjadi jelas bahawa semua manifestasi bahan hidup - pertumbuhan, pembiakan, proses sintesis nutrien, pernafasan - sebenarnya adalah pergerakan atom. dan molekul yang membentuk sel. Adakah proses ini boleh dilakukan tanpa penyertaan tenaga? Sudah tentu tidak.
Di manakah badan hidup, daripada organisma gergasi seperti ikan paus biru atau sequoia Amerika, kepada bakteria ultramikroskopik, mengambil bekalannya?
Biokimia telah menemui jawapan kepada soalan ini. Asid trifosforik adenosin adalah bahan sejagat yang digunakan oleh semua penduduk planet kita. Dalam artikel ini, kita akan mempertimbangkan struktur dan fungsi ATP dalam pelbagai kumpulan organisma hidup. Di samping itu, kami akan menentukan organel yang bertanggungjawab untuk sintesisnya dalam sel tumbuhan dan haiwan.
Sejarah penemuan
Pada awal abad ke-20, di makmal Sekolah Perubatan Harvard, beberapa saintis, iaitu Subbaris, Loman dan Friske, menemui sebatian yang hampir dalam struktur dengan adenilnukleotida asid ribonukleik. Walau bagaimanapun, ia tidak mengandungi satu, tetapi sebanyak tiga sisa asid fosfat yang disambungkan kepada ribosa monosakarida. Dua dekad kemudian, F. Lipman, yang mengkaji fungsi ATP, mengesahkan andaian saintifik bahawa sebatian ini membawa tenaga. Sejak saat itu, ahli biokimia mempunyai peluang besar untuk mengenali secara terperinci dengan mekanisme kompleks sintesis bahan ini yang berlaku di dalam sel. Kemudian, sebatian utama ditemui: enzim - ATP synthase, yang bertanggungjawab untuk pembentukan molekul asid dalam mitokondria. Untuk menentukan fungsi yang dilakukan oleh ATP, mari kita ketahui proses yang berlaku dalam organisma hidup tidak boleh dijalankan tanpa penyertaan bahan ini.
Bentuk kewujudan tenaga dalam sistem biologi
Tindak balas pelbagai yang berlaku dalam organisma hidup memerlukan pelbagai jenis tenaga yang boleh bertukar menjadi satu sama lain. Ini termasuk proses mekanikal (pergerakan bakteria dan protozoa, penguncupan myofibril dalam tisu otot), sintesis biokimia. Senarai ini juga termasuk impuls elektrik yang mendasari pengujaan dan perencatan, tindak balas haba yang mengekalkan suhu badan yang tetap pada haiwan dan manusia berdarah panas. Cahaya bercahaya plankton laut, beberapa serangga dan ikan laut dalam juga merupakan sejenis tenaga yang dihasilkan oleh badan hidup.
Semua fenomena di atas yang berlaku dalam sistem biologi adalah mustahil tanpa molekul ATP, yang fungsinya adalah untuk menyimpantenaga dalam bentuk ikatan makroergik. Ia berlaku di antara adenyl nucleoside dan residu asid fosfat.
Dari manakah sumber tenaga selular?
Mengikut undang-undang termodinamik, penampilan dan kehilangan tenaga berlaku atas sebab-sebab tertentu. Pecahan sebatian organik yang membentuk makanan: protein, karbohidrat dan terutamanya lipid membawa kepada pembebasan tenaga. Proses utama hidrolisis berlaku dalam saluran pencernaan, di mana makromolekul sebatian organik terdedah kepada tindakan enzim. Sebahagian daripada tenaga yang diterima dilesapkan dalam bentuk haba atau digunakan untuk mengekalkan suhu optimum kandungan dalaman sel. Bahagian selebihnya terkumpul dalam bentuk dalam mitokondria - stesen janakuasa sel. Ini adalah fungsi utama molekul ATP - membekalkan dan mengisi semula keperluan tenaga badan.
Apakah peranan tindak balas katabolik
Unit asas bahan hidup - sel, hanya boleh berfungsi jika tenaga sentiasa dikemas kini dalam kitaran hayatnya. Untuk memenuhi syarat ini dalam metabolisme selular, terdapat arah yang dipanggil disimilasi, katabolisme atau metabolisme tenaga. Dalam peringkat bebas oksigennya, yang merupakan cara paling mudah untuk membentuk dan menyimpan tenaga, daripada setiap molekul glukosa, jika tiada oksigen, 2 molekul bahan intensif tenaga disintesis yang menyediakan fungsi utama ATP dalam sel - membekalkannya dengan tenaga. Kebanyakan tindak balas langkah anoksik berlaku dalam sitoplasma.
Bergantung kepada struktur sel, ia boleh diteruskan dalam pelbagai cara, contohnya, dalam bentuk glikolisis, alkohol atau penapaian asid laktik. Walau bagaimanapun, ciri biokimia proses metabolik ini tidak menjejaskan fungsi ATP dalam sel. Ia bersifat universal: untuk mengekalkan rizab tenaga sel.
Bagaimana struktur molekul berkaitan dengan fungsinya
Terdahulu, kami telah membuktikan fakta bahawa asid trifosforik adenosin mengandungi tiga sisa fosfat yang disambungkan kepada bes nitrat - adenin, dan monosakarida - ribosa. Oleh kerana hampir semua tindak balas dalam sitoplasma sel dijalankan dalam medium berair, molekul asid, di bawah tindakan enzim hidrolitik, memecahkan ikatan kovalen untuk membentuk asid adenosin difosforik pertama, dan kemudian AMP. Tindak balas terbalik yang membawa kepada sintesis asid trifosforik adenosin berlaku dengan kehadiran enzim phosphotransferase. Memandangkan ATP melaksanakan fungsi sumber universal aktiviti vital selular, ia merangkumi dua ikatan makroergik. Dengan pecah berturut-turut setiap satu daripadanya, 42 kJ dilepaskan. Sumber ini digunakan dalam metabolisme sel, dalam pertumbuhan dan proses pembiakannya.
Nilai sintase ATP
Dalam organel yang mempunyai kepentingan umum - mitokondria, terletak dalam sel tumbuhan dan haiwan, terdapat sistem enzimatik - rantai pernafasan. Ia mengandungi enzim ATP sintase. Molekul biomangkin, yang mempunyai bentuk heksamer yang terdiri daripada globul protein, direndam dalam kedua-dua membran dan dalamstroma mitokondria. Disebabkan oleh aktiviti enzim, bahan tenaga sel disintesis daripada ADP dan sisa asid fosfat bukan organik. Molekul ATP yang terbentuk melaksanakan fungsi mengumpul tenaga yang diperlukan untuk aktiviti pentingnya. Ciri tersendiri biomangkin ialah apabila terdapat kepekatan sebatian tenaga yang berlebihan, ia berkelakuan seperti enzim hidrolitik, membelah molekulnya.
Ciri-ciri sintesis asid trifosforik adenosin
Tumbuhan mempunyai ciri metabolik yang serius yang membezakan secara radikal organisma ini daripada haiwan. Ia dikaitkan dengan mod pemakanan autotrof dan keupayaan untuk memproses fotosintesis. Pembentukan molekul yang mengandungi ikatan makroergik berlaku pada tumbuhan dalam organel selular - kloroplas. Enzim ATP sintase yang telah diketahui oleh kita adalah sebahagian daripada tilakoid dan stroma kloroplasnya. Fungsi ATP dalam sel ialah penyimpanan tenaga dalam kedua-dua organisma autotrof dan heterotropik, termasuk manusia.
Sebatian dengan ikatan makroergik disintesis dalam saprotrof dan heterotrof dalam tindak balas fosforilasi oksidatif yang berlaku pada krista mitokondria. Seperti yang anda lihat, dalam proses evolusi, pelbagai kumpulan organisma hidup telah membentuk mekanisme yang sempurna untuk sintesis sebatian seperti ATP, yang fungsinya adalah untuk membekalkan sel dengan tenaga.
