Her hareketimiz veya düşüncemiz vücuttan enerji gerektirir. Bu kuvvet vücudun her hücresi tarafından depolanır ve makroerjik bağlar yardımıyla biyomoleküllerde biriktirilir. Tüm yaşam süreçlerini sağlayan bu pil molekülleridir. Hücrelerdeki sürekli enerji alışverişi yaşamın kendisini belirler. Makroerjik bağlara sahip bu biyomoleküller nelerdir, nereden geliyorlar ve vücudumuzun her hücresindeki enerjilerine ne oluyor - bu makalede tartışılıyor.
Biyolojik aracılar
Hiçbir organizmada, enerji üreten bir ajandan biyolojik enerji tüketicisine giden enerji doğrudan geçmez. Gıda ürünlerinin molekül içi bağları kırıldığında, hücre içi enzimatik sistemlerin onu kullanma yeteneğini çok aşan kimyasal bileşiklerin potansiyel enerjisi açığa çıkar. Bu nedenle biyolojik sistemlerde potansiyel kimyasalların salınımı, kademeli olarak enerjiye dönüşmeleri ve makroerjik bileşiklerde ve bağlarda birikmesiyle adım adım gerçekleşir. Ve yüksek enerji denilen böyle bir enerji birikimi yapabilen biyomoleküllerdir.
Hangi bağlara makroerjik denir?
Bir kimyasal bağın oluşumu veya bozunması sırasında oluşan 12,5 kJ/mol'lük serbest enerji seviyesi normal kabul edilir. Bazı maddelerin hidrolizi sırasında 21 kJ / mol'den fazla serbest enerji oluştuğunda, buna makroerjik bağlar denir. Yaklaşık sembolü - ~ ile gösterilirler. Makroerjik bir bağın atomların kovalent bir bağı anlamına geldiği fiziksel kimyanın aksine, biyolojide bunlar ilk ajanların enerjisi ile bozunma ürünleri arasındaki farkı ifade eder. Yani enerji, atomların belirli bir kimyasal bağında lokalize değildir, ancak tüm reaksiyonu karakterize eder. Biyokimyada kimyasal konjugasyon ve makroerjik bir bileşiğin oluşumu hakkında konuşurlar.
Evrensel Biyo Enerji Kaynağı
Gezegenimizdeki tüm canlı organizmalar tek bir evrensel enerji depolama unsuruna sahiptir - bu makroerjik bağ ATP - ADP - AMP'dir (adenosin tri, di, monofosforik asit). Bunlar, bir riboz karbonhidratına bağlı azot içeren bir adenin bazından ve bağlı fosforik asit kalıntılarından oluşan biyomoleküllerdir. Su ve bir kısıtlama enziminin etkisi altında, bir adenozin trifosfat molekülü (C10H16N5 O 13P3) bir adenosin difosforik asit molekülüne ve ortofosfat aside ayrışabilir. Bu reaksiyona, 30.5 kJ/mol düzeyinde serbest enerji salınımı eşlik eder. Vücudumuzun her hücresindeki tüm yaşam süreçleri, enerji ATP'de biriktiğinde ve bozulduğunda kullanıldığında gerçekleşir.ortofosforik asit kalıntıları arasındaki bağlar.
Bağışçı ve alıcı
Yüksek enerjili bileşikler, hidroliz reaksiyonlarında ATP molekülleri oluşturabilen uzun adlara sahip maddeleri de içerir (örneğin, pirofosforik ve piruvik asitler, süksinil koenzimler, ribonükleik asitlerin aminoasil türevleri). Bütün bu bileşikler, aralarında yüksek enerjili bağların olduğu fosfor (P) ve kükürt (S) atomları içerir. Hücrenin kendi organik bileşiklerinin sentezi sırasında emdiği, ATP'deki (donör) yüksek enerjili bağ kırıldığında açığa çıkan enerjidir. Ve aynı zamanda, bu bağların rezervleri, makromoleküllerin hidrolizi sırasında salınan enerji (alıcı) birikimi ile sürekli olarak yenilenir. İnsan vücudunun her hücresinde bu süreçler mitokondride gerçekleşirken ATP'nin bulunma süresi 1 dakikadan azdır. Gün boyunca vücudumuz, her biri 3 bin bozulma döngüsünden geçen yaklaşık 40 kilogram ATP sentezler. Ve herhangi bir anda vücudumuzda yaklaşık 250 gram ATP bulunur.
Yüksek enerjili biyomoleküllerin işlevleri
Makromoleküler bileşiklerin ayrışması ve sentezi süreçlerinde enerji vericisi ve alıcısının işlevine ek olarak, ATP molekülleri hücrelerde çok önemli başka roller de oynar. Makroerjik bağları kırmanın enerjisi, ısı üretimi, mekanik çalışma, elektrik birikimi ve ışıldama süreçlerinde kullanılır. Aynı zamanda, dönüşümkimyasal bağların enerjisi aynı zamanda termal, elektriksel, mekanik olarak aynı zamanda ATP'nin aynı makro-enerji bağlarında depolanmasıyla birlikte bir enerji alışverişi aşaması olarak hizmet eder. Hücredeki tüm bu işlemlere plastik ve enerji alışverişi denir (şekildeki diyagram). ATP molekülleri ayrıca belirli enzimlerin aktivitesini düzenleyen koenzimler olarak da işlev görür. Ek olarak, ATP ayrıca bir aracı, sinir hücrelerinin sinapslarında bir sinyal ajanı olabilir.
Hücredeki enerji ve madde akışı
Böylece hücredeki ATP madde alışverişinde merkezi ve temel bir yer tutar. ATP'nin ortaya çıktığı ve parçalandığı (oksidatif ve substrat fosforilasyonu, hidroliz) oldukça fazla reaksiyon vardır. Bu moleküllerin sentezinin biyokimyasal reaksiyonları geri dönüşümlüdür; belirli koşullar altında hücrelerde sentez veya bozunma yönünde kaydırılırlar. Bu reaksiyonların yolları, maddelerin dönüşümlerinin sayısı, oksidatif süreçlerin türü ve enerji sağlayan ve enerji tüketen reaksiyonların konjugasyon yollarında farklılık gösterir. Her işlem, belirli bir "yakıt" türünün işlenmesine ve verimlilik sınırlarına açık uyarlamalara sahiptir.
Performans değerlendirmesi
Biyosistemlerde enerji dönüşümünün verimliliğinin göstergeleri küçüktür ve verimlilik faktörünün standart değerlerinde (iş için harcanan faydalı işin harcanan toplam enerjiye oranı) tahmin edilir. Ancak burada biyolojik fonksiyonların performansını sağlamak için maliyetler çok yüksektir. Örneğin, bir koşucu, bir kütle birimi cinsinden, o kadar çok harcıyorenerji, ne kadar ve büyük bir okyanus gemisi. Dinlenirken bile, bir organizmanın yaşamını sürdürmek zor bir iştir ve buna yaklaşık 8 bin kJ / mol harcanır. Aynı zamanda, protein sentezine yaklaşık 1.8 bin kJ / mol, kalbin çalışmasına 1.1 bin kJ / mol, ancak ATP sentezinde 3.8 bin kJ / mol'e kadar harcanmaktadır.
Adenilat hücre sistemi
Belirli bir zaman diliminde bir hücredeki tüm ATP, ADP ve AMP'nin toplamını içeren bir sistemdir. Bu değer ve bileşenlerin oranı hücrenin enerji durumunu belirler. Sistem, sistemin enerji yükü (fosfat gruplarının adenosin kalıntısına oranı) açısından değerlendirilir. Hücre makroerjik bileşiklerde yalnızca ATP varsa - en yüksek enerji durumuna (indeks -1) sahiptir, yalnızca AMP ise - minimum duruma (indeks - 0) sahiptir. Canlı hücrelerde, 0,7-0,9 göstergeleri genellikle korunur. Hücrenin enerji durumunun stabilitesi, enzimatik reaksiyonların hızını ve optimal bir yaşamsal aktivite seviyesinin korunmasını belirler.
Ve elektrik santralleri hakkında biraz
Daha önce de belirtildiği gibi, ATP sentezi özel hücre organellerinde - mitokondride gerçekleşir. Ve bugün biyologlar arasında bu şaşırtıcı yapıların kökeni hakkında anlaşmazlıklar var. Mitokondri, proteinler, yağlar, glikojen ve elektrik olan "yakıt" olan hücrenin enerji santralleridir - sentezi oksijenin katılımıyla gerçekleşen ATP molekülleri. Mitokondrinin çalışması için nefes aldığımızı söyleyebiliriz. Yapılacak daha çok işhücreler, daha fazla enerjiye ihtiyaç duyarlar. Oku - ATP, yani - mitokondri.
Örneğin, profesyonel bir sporcunun iskelet kaslarında yaklaşık %12 mitokondri bulunurken, atletik olmayan bir meslekten olmayan kişinin yarısı kadardır. Ama kalp kasında bunların oranı %25'tir. Sporcular, özellikle maraton koşucuları için modern eğitim yöntemleri, doğrudan mitokondri sayısına ve kasların uzun süreli yükleri gerçekleştirme yeteneğine bağlı olan MOC'ye (maksimum oksijen tüketimi) dayanmaktadır. Profesyonel sporlar için önde gelen eğitim programları, kas hücrelerinde mitokondri sentezini teşvik etmeyi amaçlar.
