Minden mozgásunk vagy gondolatunk energiát igényel a testtől. Ezt az erőt a test minden sejtje tárolja, és makroerg kötések segítségével biomolekulákba halmozza fel. Ezek az akkumulátormolekulák biztosítják az összes életfolyamatot. A sejteken belüli folyamatos energiacsere magát az életet határozza meg. Mik ezek a makroerg kötésekkel rendelkező biomolekulák, honnan származnak, és mi történik az energiájukkal testünk minden sejtjében - erről a cikkben lesz szó.
Biológiai közvetítők
Egyetlen szervezetben sem jut el közvetlenül az energiatermelő anyagtól a biológiai energiafogyasztóhoz az energia. Ha az élelmiszertermékek intramolekuláris kötései megszakadnak, a kémiai vegyületek potenciális energiája szabadul fel, ami messze meghaladja az intracelluláris enzimrendszerek kihasználási képességét. Ezért a biológiai rendszerekben a potenciális vegyi anyagok felszabadulása lépcsőzetesen megy végbe, fokozatosan energiává alakulva, és felhalmozódik makroerg vegyületekben és kötésekben. És éppen azokat a biomolekulákat nevezzük nagyenergiának, amelyek képesek ilyen energia-felhalmozásra.
Milyen kötvényeket nevezünk makroergikusnak?
A 12,5 kJ/mol szabadenergiaszint, amely kémiai kötés kialakulása vagy bomlása során képződik, normálisnak tekinthető. Ha bizonyos anyagok hidrolízise során több mint 21 kJ/mol szabadenergia képződik, akkor ezt makroerg kötésnek nevezzük. Ezeket a tilde szimbólum - ~ jelöli. Ellentétben a fizikai kémiával, ahol a makroerg kötés az atomok kovalens kötését jelenti, a biológiában a kiindulási ágensek energiája és bomlástermékeik közötti különbséget jelentik. Vagyis az energia nem az atomok meghatározott kémiai kötésében lokalizálódik, hanem az egész reakciót jellemzi. A biokémiában a kémiai konjugációról és egy makroerg vegyület képződéséről beszélnek.
Univerzális bioenergiaforrás
Bolygónkon minden élő szervezet rendelkezik egy univerzális energiatároló elemmel – ez az ATP-ADP-AMP makroerg kötés (adenozin tri, di, monofoszforsav). Ezek olyan biomolekulák, amelyek nitrogéntartalmú adeninbázisból állnak, amely egy ribóz-szénhidráthoz kapcsolódik, és a kapcsolódó foszforsav-maradékokból. Víz és egy restrikciós enzim hatására egy adenozin-trifoszfát molekula (C10H16N5 O 13P3) adenozin-difoszforsav molekulává és ortofoszfátsavvá bomlik. Ezt a reakciót 30,5 kJ/mol nagyságrendű szabadenergia felszabadulás kíséri. Testünk minden sejtjében minden életfolyamat akkor megy végbe, amikor az energia felhalmozódik az ATP-ben, és felhasználódik, amikor megtörik.kötések az ortofoszforsav-maradékok között.
Adományozó és elfogadó
A nagy energiájú vegyületek közé tartoznak azok a hosszú elnevezésű anyagok is, amelyek hidrolízises reakciókban ATP-molekulákat képezhetnek (például pirofoszforsav és piroszőlősav, szukcinil-koenzimek, ribonukleinsavak aminoacil-származékai). Mindezek a vegyületek foszfor (P) és kén (S) atomokat tartalmaznak, amelyek között nagy energiájú kötések vannak. Ez az az energia, amely az ATP-ben (donor) lévő nagy energiájú kötés megszakadásakor szabadul fel, amelyet a sejt saját szerves vegyületeinek szintézise során nyel el. És ugyanakkor ezeknek a kötéseknek a tartalékai folyamatosan feltöltődnek a makromolekulák hidrolízise során felszabaduló energia (akceptor) felhalmozódásával. Az emberi test minden sejtjében ezek a folyamatok a mitokondriumokban játszódnak le, miközben az ATP fennállásának időtartama kevesebb, mint 1 perc. Napközben a szervezetünk körülbelül 40 kilogramm ATP-t szintetizál, amelyek egyenként akár 3 ezer bomlási cikluson mennek keresztül. És bármely pillanatban körülbelül 250 gramm ATP van jelen a szervezetünkben.
A nagy energiájú biomolekulák funkciói
A makromolekuláris vegyületek bomlásának és szintézisének folyamataiban az energia donor és elfogadó funkciója mellett az ATP molekulák számos más nagyon fontos szerepet töltenek be a sejtekben. A makroerg kötések felszakításának energiáját a hőtermelés, a mechanikai munka, az elektromosság felhalmozódása és a lumineszcencia folyamataiban használják fel. Ugyanakkor az átalakulása kémiai kötések energiája hő-, elektromos-, mechanikai kötésekké egyidejűleg az energiacsere szakaszaként szolgál, majd az ATP-t ugyanazokban a makroenergia-kötésekben tárolja. Mindezen folyamatokat a sejtben plasztikus és energiacserének nevezik (ábra az ábrán). Az ATP-molekulák koenzimként is működnek, szabályozva bizonyos enzimek aktivitását. Emellett az ATP közvetítő, jelátviteli ágens is lehet az idegsejtek szinapszisaiban.
Az energia és az anyag áramlása a sejtben
Így az ATP a sejtben központi és fő helyet foglal el az anyagcserében. Meglehetősen sok olyan reakció van, amelyek során az ATP keletkezik és lebomlik (oxidatív és szubsztrát foszforiláció, hidrolízis). E molekulák szintézisének biokémiai reakciói reverzibilisek, bizonyos körülmények között a sejtekben a szintézis vagy a bomlás irányába tolódnak el. E reakciók útjai az anyagok átalakulásának számában, az oxidációs folyamatok típusában, valamint az energiaszolgáltató és energiafogyasztó reakciók konjugálási módjaiban különböznek. Minden folyamat világosan igazodik egy bizonyos típusú „üzemanyag” feldolgozásához és annak hatékonysági határaihoz.
Teljesítményértékelés
A bioszisztémák energiaátalakítási hatékonyságának mutatói kicsiek, és a hatékonysági tényező (a munkára fordított hasznos munka és a teljes elköltött energia aránya) standard értékeiben becsülik őket. De itt a biológiai funkciók teljesítésének biztosítása érdekében a költségek nagyon magasak. Például egy futó tömegegységben kifejezve annyit költenergia, mennyi és egy nagy óceánjáró. Egy szervezet életének fenntartása még nyugalomban is kemény munka, és körülbelül 8 ezer kJ / mol költenek rá. Ugyanakkor körülbelül 1,8 ezer kJ/mol a fehérjeszintézisre, 1,1 ezer kJ/mol a szív munkájára, de akár 3,8 ezer kJ/mol az ATP-szintézisre.
Adenilet sejtrendszer
Ez egy olyan rendszer, amely tartalmazza az összes ATP, ADP és AMP összegét egy cellában egy adott időszakon belül. Ez az érték és a komponensek aránya határozza meg a cella energiaállapotát. A rendszert a rendszer energiatöltése (a foszfátcsoportok és az adenozin-maradék aránya) alapján értékeljük. Ha csak ATP van jelen a sejtmakroerg vegyületekben - annak a legmagasabb az energiastátusza (index -1), ha csak az AMP - a minimális állapot (index - 0). Az élő sejtekben általában 0,7-0,9-es mutatók maradnak fenn. A sejt energiaállapotának stabilitása meghatározza az enzimreakciók sebességét és az életaktivitás optimális szintjének fenntartását.
És egy kicsit az erőművekről
Mint már említettük, az ATP-szintézis speciális sejtszervecskékben – mitokondriumokban – megy végbe. És ma a biológusok között viták vannak e csodálatos struktúrák eredetéről. A mitokondriumok a sejt erőművei, amelyek "üzemanyaga" fehérjék, zsírok, glikogén és elektromosság - ATP molekulák, amelyek szintézise oxigén részvételével történik. Azt mondhatjuk, hogy azért lélegzünk, hogy a mitokondriumok működjenek. Minél több a munkasejtek, annál több energiára van szükségük. Olvassa el - ATP, ami azt jelenti - mitokondrium.
Például egy profi sportolónak körülbelül 12%-a mitokondrium van a vázizmokban, míg egy nem sportos laikusnak feleannyi. De a szívizomban arányuk 25%. A sportolók, különösen a maratoni futók modern edzési módszerei a MOC-on (maximális oxigénfogyasztás) alapulnak, amely közvetlenül függ a mitokondriumok számától és az izmok tartós terhelési képességétől. A professzionális sportok vezető edzésprogramjai a mitokondriumok szintézisének stimulálását célozzák az izomsejtekben.
