Ako parafraziramo poznati izraz "kretanje je život", postaje jasno da su sve manifestacije žive materije - rast, razmnožavanje, procesi sinteze hranljivih materija, disanje - zapravo kretanje atoma i molekule koji čine ćeliju. Da li su ovi procesi mogući bez učešća energije? Naravno da ne.
Odakle živa tijela, u rasponu od džinovskih organizama poput plavog kita ili američke sekvoje, do ultramikroskopskih bakterija, crpe svoje zalihe?
Biohemija je pronašla odgovor na ovo pitanje. Adenozin trifosforna kiselina je univerzalna supstanca koju koriste svi stanovnici naše planete. U ovom članku ćemo razmotriti strukturu i funkcije ATP-a u različitim grupama živih organizama. Osim toga, utvrdit ćemo koje su organele odgovorne za njegovu sintezu u biljnim i životinjskim stanicama.
Historija otkrića
Početkom 20. veka, u laboratoriji Harvardske medicinske škole, nekoliko naučnika, naime Subbaris, Loman i Friske, otkrili su jedinjenje blisko po strukturi adenilunukleotid ribonukleinske kiseline. Međutim, nije sadržavao jedan, već čak tri ostatka fosfatne kiseline vezana za monosaharid ribozu. Dvije decenije kasnije, F. Lipman je, proučavajući funkcije ATP-a, potvrdio naučnu pretpostavku da ovo jedinjenje nosi energiju. Od tog trenutka biohemičari su imali odličnu priliku da se detaljno upoznaju sa složenim mehanizmom sinteze ove supstance koja se odvija u ćeliji. Kasnije je otkriveno ključno jedinjenje: enzim - ATP sintaza, koji je odgovoran za formiranje molekula kiseline u mitohondrijima. Da bismo utvrdili koju funkciju ATP obavlja, otkrijmo koji procesi koji se odvijaju u živim organizmima ne mogu se odvijati bez sudjelovanja ove supstance.
Oblici postojanja energije u biološkim sistemima
Različite reakcije koje se javljaju u živim organizmima zahtijevaju različite vrste energije koje se mogu transformirati jedna u drugu. To uključuje mehaničke procese (kretanje bakterija i protozoa, kontrakciju miofibrila u mišićnom tkivu), biohemijsku sintezu. Ova lista također uključuje električne impulse koji su u osnovi ekscitacije i inhibicije, toplinske reakcije koje održavaju konstantnu tjelesnu temperaturu kod toplokrvnih životinja i ljudi. Luminiscentni sjaj morskog planktona, nekih insekata i dubokomorskih riba je također vrsta energije koju proizvode živa tijela.
Sve gore navedene pojave koje se javljaju u biološkim sistemima nemoguće su bez ATP molekula, čija je funkcija skladištenjeenergije u obliku makroergijskih veza. Javljaju se između adenil nukleozida i ostataka fosfatne kiseline.
Odakle dolazi ćelijska energija?
Prema zakonima termodinamike, do pojave i nestanka energije dolazi iz određenih razloga. Razgradnja organskih spojeva koji čine hranu: proteina, ugljikohidrata i posebno lipida dovodi do oslobađanja energije. Primarni procesi hidrolize odvijaju se u probavnom traktu, gdje su makromolekule organskih spojeva izložene djelovanju enzima. Dio primljene energije se raspršuje u obliku topline ili se koristi za održavanje optimalne temperature unutrašnjeg sadržaja ćelije. Preostali dio se akumulira u obliku u mitohondrijima - elektranama ćelije. Ovo je glavna funkcija ATP molekula - obezbjeđivanje i popunjavanje energetskih potreba tijela.
Koja je uloga kataboličkih reakcija
Elementarna jedinica žive materije - ćelija, može da funkcioniše samo ako se energija stalno ažurira u svom životnom ciklusu. Da bi se ispunio ovaj uslov u ćelijskom metabolizmu, postoji pravac koji se zove disimilacija, katabolizam ili energetski metabolizam. U fazi bez kiseonika, što je najjednostavniji način formiranja i skladištenja energije, iz svake molekule glukoze, u nedostatku kiseonika, sintetišu se 2 molekula energetski intenzivne supstance koje obezbeđuju glavne funkcije ATP-a u ćeliji - snabdevajući ga energijom. Većina reakcija anoksičnog stupnja javlja se u citoplazmi.
U zavisnosti od strukture ćelije, može se odvijati na različite načine, na primjer, u obliku glikolize, fermentacije alkohola ili mliječne kiseline. Međutim, biohemijske karakteristike ovih metaboličkih procesa ne utiču na funkciju ATP-a u ćeliji. Univerzalno je: da sačuva energetske rezerve ćelije.
Kako je struktura molekula povezana s njegovim funkcijama
Ranije smo utvrdili činjenicu da adenozin trifosforna kiselina sadrži tri fosfatna ostatka povezana sa nitratnom bazom - adeninom, i monosaharidom - ribozom. Budući da se gotovo sve reakcije u citoplazmi ćelije odvijaju u vodenom mediju, molekuli kiseline pod djelovanjem hidrolitičkih enzima razbijaju kovalentne veze da bi se prvo formirala adenozin difosforna kiselina, a zatim AMP. Reverzne reakcije koje dovode do sinteze adenozin trifosforne kiseline javljaju se u prisustvu enzima fosfotransferaze. Budući da ATP obavlja funkciju univerzalnog izvora stanične vitalne aktivnosti, uključuje dvije makroergijske veze. Uz uzastopno pucanje svakog od njih, oslobađa se 42 kJ. Ovaj resurs se koristi u metabolizmu ćelije, u njenom rastu i reproduktivnim procesima.
Vrijednost ATP sintaze
U organelama opšteg značaja - mitohondrijima, smeštenim u biljnim i životinjskim ćelijama, nalazi se enzimski sistem - respiratorni lanac. Sadrži enzim ATP sintazu. Molekuli biokatalizatora, koji imaju oblik heksamera koji se sastoji od proteinskih globula, uronjeni su i u membranu i ustroma mitohondrija. Zbog aktivnosti enzima, energetska supstanca ćelije se sintetiše iz ADP-a i ostataka anorganske fosfatne kiseline. Formirani ATP molekuli obavljaju funkciju akumulacije energije potrebne za njegovu vitalnu aktivnost. Posebna karakteristika biokatalizatora je da kada postoji prevelika koncentracija energetskih jedinjenja, on se ponaša kao hidrolitički enzim, cijepajući njihove molekule.
Osobine sinteze adenozin trifosforne kiseline
Biljke imaju ozbiljnu metaboličku osobinu koja radikalno razlikuje ove organizme od životinja. Povezuje se s autotrofnim načinom ishrane i sposobnošću obrade fotosinteze. Formiranje molekula koji sadrže makroergijske veze događa se u biljkama u ćelijskim organelama - hloroplastima. Enzim ATP sintaza koji nam je već poznat dio je njihovih tilakoida i strome hloroplasta. Funkcije ATP-a u ćeliji su skladištenje energije u autotrofnim i heterotrofnim organizmima, uključujući ljude.
Jedinjenja sa makroergijskim vezama sintetiziraju se u saprotrofima i heterotrofima u reakcijama oksidativne fosforilacije koje se odvijaju na mitohondrijskim kristama. Kao što vidite, u procesu evolucije, različite grupe živih organizama su formirale savršen mehanizam za sintezu takvog jedinjenja kao što je ATP, čija je funkcija da obezbijedi ćeliji energiju.
