Als we de bekende uitdrukking "beweging is leven" parafraseren, wordt het duidelijk dat alle manifestaties van levende materie - groei, reproductie, processen van synthese van voedingsstoffen, ademhaling - in feite de beweging van atomen zijn en moleculen waaruit de cel bestaat. Zijn deze processen mogelijk zonder de deelname van energie? Natuurlijk niet.
Waar halen levende lichamen, variërend van gigantische organismen zoals de blauwe vinvis of de Amerikaanse sequoia, tot ultramicroscopische bacteriën hun voorraden?
Biochemie heeft het antwoord op deze vraag gevonden. Adenosinetrifosforzuur is een universele stof die door alle bewoners van onze planeet wordt gebruikt. In dit artikel gaan we in op de structuur en functies van ATP in verschillende groepen levende organismen. Daarnaast zullen we bepalen welke organellen verantwoordelijk zijn voor de synthese ervan in plantaardige en dierlijke cellen.
Ontdekkingsgeschiedenis
Aan het begin van de 20e eeuw ontdekten verschillende wetenschappers, namelijk Subbaris, Loman en Friske, in het laboratorium van de Harvard Medical School een verbinding die qua structuur sterk lijkt op adenylribonucleïnezuur nucleotide. Het bevatte echter niet één, maar wel drie fosfaatzuurresten verbonden aan de monosacharide ribose. Twee decennia later bevestigde F. Lipman, die de functies van ATP bestudeerde, de wetenschappelijke veronderstelling dat deze verbinding energie draagt. Vanaf dat moment hadden biochemici een geweldige kans om in detail kennis te maken met het complexe mechanisme van de synthese van deze stof die in de cel plaatsvindt. Later werd een belangrijke verbinding ontdekt: een enzym - ATP-synthase, dat verantwoordelijk is voor de vorming van zuurmoleculen in mitochondriën. Laten we, om te bepalen welke functie ATP vervult, eens kijken welke processen die plaatsvinden in levende organismen niet kunnen worden uitgevoerd zonder de deelname van deze stof.
Bestaansvormen van energie in biologische systemen
Diverse reacties die optreden in levende organismen vereisen verschillende soorten energie die in elkaar kunnen veranderen. Deze omvatten mechanische processen (beweging van bacteriën en protozoa, samentrekking van myofibrillen in spierweefsel), biochemische synthese. Deze lijst bevat ook elektrische impulsen die ten grondslag liggen aan excitatie en remming, thermische reacties die een constante lichaamstemperatuur handhaven bij warmbloedige dieren en mensen. De lichtgevende gloed van zeeplankton, sommige insecten en diepzeevissen is ook een soort energie die wordt geproduceerd door levende lichamen.
Alle bovenstaande fenomenen die in biologische systemen voorkomen, zijn onmogelijk zonder ATP-moleculen, waarvan de functies zijn om op te slaanenergie in de vorm van macro-erge bindingen. Ze komen voor tussen de adenylnucleoside en de fosfaatzuurresten.
Waar komt cellulaire energie vandaan?
Volgens de wetten van de thermodynamica vindt het verschijnen en verdwijnen van energie om bepaalde redenen plaats. De afbraak van organische verbindingen waaruit voedsel bestaat: eiwitten, koolhydraten en vooral lipiden leidt tot het vrijkomen van energie. De primaire processen van hydrolyse vinden plaats in het spijsverteringskanaal, waar de macromoleculen van organische verbindingen worden blootgesteld aan de werking van enzymen. Een deel van de ontvangen energie wordt afgevoerd in de vorm van warmte of wordt gebruikt om de optimale temperatuur van de interne inhoud van de cel te handhaven. Het resterende deel wordt in de vorm opgehoopt in mitochondriën - de krachtcentrales van de cel. Dit is de belangrijkste functie van het ATP-molecuul - het voorzien in en aanvullen van de energiebehoeften van het lichaam.
Wat is de rol van katabole reacties
Een elementaire eenheid van levende materie - een cel, kan alleen functioneren als de energie tijdens zijn levenscyclus constant wordt bijgewerkt. Om aan deze voorwaarde in het cellulaire metabolisme te voldoen, is er een richting die dissimilatie, katabolisme of energiemetabolisme wordt genoemd. In het zuurstofvrije stadium, wat de eenvoudigste manier is om energie te vormen en op te slaan, worden uit elk glucosemolecuul, in afwezigheid van zuurstof, 2 moleculen van een energie-intensieve stof gesynthetiseerd die de belangrijkste functies van ATP in de cel vervullen - hem van energie te voorzien. De meeste reacties van de anoxische stap vinden plaats in het cytoplasma.
Afhankelijk van de structuur van de cel kan het op verschillende manieren verlopen, bijvoorbeeld in de vorm van glycolyse, alcohol of melkzuurfermentatie. De biochemische kenmerken van deze metabolische processen hebben echter geen invloed op de functie van ATP in de cel. Het is universeel: om de energiereserves van de cel te behouden.
Hoe de structuur van een molecuul is gerelateerd aan zijn functies
Eerder hebben we vastgesteld dat adenosinetrifosforzuur drie fosfaatresten bevat die zijn verbonden met een nitraatbase - adenine en een monosacharide - ribose. Aangezien bijna alle reacties in het cytoplasma van de cel worden uitgevoerd in een waterig medium, verbreken zuurmoleculen, onder invloed van hydrolytische enzymen, covalente bindingen om eerst adenosinedifosforzuur en vervolgens AMP te vormen. De omgekeerde reacties die leiden tot de synthese van adenosinetrifosforzuur vinden plaats in aanwezigheid van het enzym fosfotransferase. Omdat ATP de functie vervult van een universele bron van cellulaire vitale activiteit, omvat het twee macro-erge bindingen. Bij een opeenvolgende breuk van elk van hen komt 42 kJ vrij. Deze hulpbron wordt gebruikt bij het celmetabolisme, bij de groei en reproductieve processen.
Waarde van ATP-synthase
In organellen van algemeen belang - mitochondriën, die zich in plantaardige en dierlijke cellen bevinden, is er een enzymatisch systeem - de ademhalingsketen. Het bevat het enzym ATP-synthase. De biokatalysatormoleculen, die de vorm hebben van een hexameer bestaande uit eiwitbolletjes, worden zowel in het membraan als instroma van mitochondriën. Door de activiteit van het enzym wordt de energiesubstantie van de cel gesynthetiseerd uit ADP en resten van anorganisch fosfaatzuur. De gevormde ATP-moleculen vervullen de functie van het accumuleren van de energie die nodig is voor hun vitale activiteit. Een onderscheidend kenmerk van de biokatalysator is dat wanneer er een overmatige concentratie van energieverbindingen is, deze zich gedraagt als een hydrolytisch enzym en hun moleculen splitst.
Kenmerken van de synthese van adenosinetrifosforzuur
Planten hebben een ernstige stofwisselingsfunctie die deze organismen radicaal onderscheidt van dieren. Het wordt geassocieerd met de autotrofe voedingswijze en het vermogen om fotosynthese te verwerken. De vorming van moleculen die macro-erge bindingen bevatten, vindt plaats in planten in cellulaire organellen - chloroplasten. Het bij ons al bekende enzym ATP-synthase maakt deel uit van hun thylakoïden en stroma van chloroplasten. De functies van ATP in de cel zijn de opslag van energie in zowel autotrofe als heterotrofe organismen, inclusief de mens.
Verbindingen met macro-erge bindingen worden gesynthetiseerd in saprotrofen en heterotrofen in oxidatieve fosforyleringsreacties die plaatsvinden op mitochondriale cristae. Zoals je kunt zien, hebben verschillende groepen levende organismen tijdens het evolutieproces een perfect mechanisme gevormd voor de synthese van een verbinding als ATP, waarvan de functies zijn om de cel van energie te voorzien.
