İyi bilinen "hareket hayattır" ifadesini başka bir deyişle yeniden ifade edersek, canlı maddenin tüm tezahürlerinin - büyüme, üreme, besinlerin sentez süreçleri, solunum - aslında atomların hareketi olduğu ortaya çıkar. ve hücreyi oluşturan moleküller. Bu süreçler enerjinin katılımı olmadan mümkün mü? Tabii ki hayır.
Mavi balina veya Amerikan sekoyası gibi dev organizmalardan ultramikroskobik bakterilere kadar uzanan canlılar, kaynaklarını nereden alıyor?
Biyokimya bu sorunun cevabını buldu. Adenozin trifosforik asit, gezegenimizin tüm sakinleri tarafından kullanılan evrensel bir maddedir. Bu yazıda, çeşitli canlı organizma gruplarında ATP'nin yapısını ve işlevlerini ele alacağız. Ayrıca bitki ve hayvan hücrelerinde sentezinden hangi organellerin sorumlu olduğunu belirleyeceğiz.
Keşif geçmişi
20. yüzyılın başında, Harvard Tıp Okulu laboratuvarında, Subbaris, Loman ve Friske adlı birkaç bilim insanı, adenile yakın yapıda bir bileşik keşfetti.ribonükleik asit nükleotidi. Bununla birlikte, monosakarit ribozuna bağlı bir değil, üç kadar fosfat asit kalıntısı içeriyordu. Yirmi yıl sonra, ATP'nin işlevlerini inceleyen F. Lipman, bu bileşiğin enerji taşıdığına dair bilimsel varsayımı doğruladı. O andan itibaren, biyokimyacılar, bu maddenin hücrede meydana gelen karmaşık sentez mekanizmasını ayrıntılı olarak tanıma fırsatı buldular. Daha sonra, önemli bir bileşik keşfedildi: bir enzim - mitokondride asit moleküllerinin oluşumundan sorumlu olan ATP sentaz. ATP'nin hangi işlevi yerine getirdiğini belirlemek için, bu maddenin katılımı olmadan canlı organizmalarda meydana gelen hangi işlemlerin gerçekleştirilemeyeceğini bulalım.
Biyolojik sistemlerde enerjinin varlık biçimleri
Canlı organizmalarda meydana gelen çeşitli reaksiyonlar, birbirine dönüşebilen farklı enerji türleri gerektirir. Bunlar mekanik süreçleri (bakteri ve protozoanın hareketi, kas dokusunda miyofibrillerin kasılması), biyokimyasal sentezi içerir. Bu liste aynı zamanda uyarma ve engellemenin altında yatan elektriksel uyarıları, sıcak kanlı hayvanlarda ve insanlarda sabit bir vücut sıcaklığını koruyan termal reaksiyonları da içerir. Deniz planktonunun, bazı böceklerin ve derin deniz balıklarının ışıldayan parıltısı da canlı bedenler tarafından üretilen bir enerji türüdür.
Biyolojik sistemlerde meydana gelen yukarıdaki olayların tümü, işlevleri depolamak olan ATP molekülleri olmadan imkansızdır.enerji, makroerjik bağlar şeklindedir. Adenil nükleosit ve fosfat asit kalıntıları arasında meydana gelirler.
Hücresel enerji nereden geliyor?
Termodinamik yasalarına göre, enerjinin ortaya çıkması ve kaybolması belirli nedenlerle gerçekleşir. Besinleri oluşturan organik bileşiklerin parçalanması: proteinler, karbonhidratlar ve özellikle lipitler, enerji salınımına yol açar. Hidrolizin birincil süreçleri, organik bileşiklerin makromoleküllerinin enzimlerin etkisine maruz kaldığı sindirim sisteminde meydana gelir. Alınan enerjinin bir kısmı ısı şeklinde dağıtılır veya hücrenin iç içeriğinin optimum sıcaklığını korumak için kullanılır. Kalan kısım, hücrenin güç istasyonları olan mitokondri formunda birikir. Bu, ATP molekülünün ana işlevidir - vücudun enerji ihtiyaçlarını sağlamak ve yenilemek.
Katabolik reaksiyonların rolü nedir
Canlı maddenin temel bir birimi - bir hücre, ancak yaşam döngüsünde enerji sürekli olarak güncellenirse işlev görebilir. Hücre metabolizmasında bu koşulu yerine getirmek için disimilasyon, katabolizma veya enerji metabolizması adı verilen bir yön vardır. Her glikoz molekülünden enerji oluşturmanın ve depolamanın en basit yolu olan oksijensiz aşamasında, oksijenin yokluğunda, hücrede ATP'nin ana işlevlerini sağlayan 2 molekül enerji yoğun madde sentezlenir - ona enerji sağlıyor. Anoksik adımın çoğu reaksiyonu sitoplazmada meydana gelir.
Hücrenin yapısına bağlı olarak çeşitli şekillerde ilerleyebilir, örneğin glikoliz, alkol veya laktik asit fermantasyonu şeklinde. Ancak bu metabolik süreçlerin biyokimyasal özellikleri hücredeki ATP'nin işlevini etkilemez. Evrenseldir: hücrenin enerji rezervlerini korumak.
Bir molekülün yapısı işlevleriyle nasıl ilişkilidir
Daha önce, adenozin trifosforik asidin bir nitrat bazına bağlı üç fosfat kalıntısı - adenin ve bir monosakarit - riboz içerdiği gerçeğini belirledik. Hücre sitoplazmasındaki hemen hemen tüm reaksiyonlar sulu bir ortamda gerçekleştirildiğinden, asit molekülleri hidrolitik enzimlerin etkisi altında kovalent bağları kırarak önce adenosin difosforik asit ve ardından AMP oluşturur. Adenozin trifosforik asit sentezine yol açan ters reaksiyonlar, enzim fosfotransferaz varlığında meydana gelir. ATP, evrensel bir hücresel yaşamsal aktivite kaynağının işlevini yerine getirdiğinden, iki makroerjik bağ içerir. Her birinin art arda kopmasıyla 42 kJ serbest bırakılır. Bu kaynak hücre metabolizmasında, büyüme ve üreme süreçlerinde kullanılır.
ATP sentazın değeri
Genel öneme sahip organellerde - bitki ve hayvan hücrelerinde bulunan mitokondri, enzimatik bir sistem vardır - solunum zinciri. ATP sentaz enzimini içerir. Protein globüllerinden oluşan heksamer formundaki biyokatalizör molekülleri hem zar hem de hücre içine daldırılır.mitokondri stroması. Enzimin aktivitesi nedeniyle, hücrenin enerji maddesi ADP ve inorganik fosfat asit kalıntılarından sentezlenir. Oluşan ATP molekülleri, hayati aktivitesi için gerekli enerjiyi biriktirme işlevini yerine getirir. Biyokatalizörün ayırt edici bir özelliği, aşırı konsantrasyonda enerji bileşikleri olduğunda, moleküllerini bölen hidrolitik bir enzim gibi davranmasıdır.
Adenozin trifosforik asit sentezinin özellikleri
Bitkiler, bu organizmaları hayvanlardan kökten ayıran ciddi bir metabolik özelliğe sahiptir. Ototrofik beslenme modu ve fotosentezi işleme yeteneği ile ilişkilidir. Makroerjik bağlar içeren moleküllerin oluşumu, bitkilerde hücresel organellerde - kloroplastlarda meydana gelir. Bizim tarafımızdan zaten bilinen ATP sentaz enzimi, onların thylakoidlerinin ve kloroplast stromasının bir parçasıdır. ATP'nin hücredeki işlevleri, insanlar da dahil olmak üzere hem ototrofik hem de heterotrofik organizmalarda enerjinin depolanmasıdır.
Makroerjik bağlara sahip bileşikler, mitokondriyal krista üzerinde gerçekleşen oksidatif fosforilasyon reaksiyonlarında saprotroflarda ve heterotroflarda sentezlenir. Görüldüğü gibi, evrim sürecinde çeşitli canlı grupları, işlevleri hücreye enerji sağlamak olan ATP gibi bir bileşiğin sentezi için mükemmel bir mekanizma oluşturmuşlardır.
