اگر عبارت معروف "حرکت زندگی است" را بازنویسی کنیم، روشن می شود که همه مظاهر ماده زنده - رشد، تولید مثل، فرآیندهای سنتز مواد مغذی، تنفس - در واقع حرکت اتم ها هستند. و مولکول هایی که سلول را می سازند. آیا این فرآیندها بدون مشارکت انرژی امکان پذیر است؟ البته نه.
اجسام زنده، از موجودات غول پیکر مانند نهنگ آبی یا سکویا آمریکایی گرفته تا باکتری های فوق میکروسکوپی، منابع خود را از کجا می کشند؟
بیوشیمی پاسخ این سوال را یافته است. اسید آدنوزین تری فسفریک یک ماده جهانی است که توسط همه ساکنان سیاره ما استفاده می شود. در این مقاله به بررسی ساختار و عملکرد ATP در گروه های مختلف موجودات زنده می پردازیم. علاوه بر این، ما تعیین خواهیم کرد که کدام اندامک ها مسئول سنتز آن در سلول های گیاهی و حیوانی هستند.
تاریخچه کشف
در آغاز قرن بیستم، در آزمایشگاه دانشکده پزشکی هاروارد، چندین دانشمند به نام‌های سابباریس، لومان و فریسکه ترکیبی نزدیک به ساختار آدنیل کشف کردند.نوکلئوتید اسید ریبونوکلئیک با این حال، حاوی نه یک، بلکه سه باقی مانده اسید فسفات متصل به مونوساکارید ریبوز بود. دو دهه بعد، F. Lipman، با مطالعه عملکرد ATP، این فرض علمی را تأیید کرد که این ترکیب حامل انرژی است. از آن لحظه به بعد، بیوشیمی دانان فرصت بسیار خوبی داشتند تا با مکانیسم پیچیده سنتز این ماده که در سلول اتفاق می افتد، با جزئیات آشنا شوند. بعداً یک ترکیب کلیدی کشف شد: یک آنزیم - سنتاز ATP که مسئول تشکیل مولکول های اسید در میتوکندری است. برای تعیین عملکرد ATP، بیایید دریابیم که چه فرآیندهایی در موجودات زنده بدون مشارکت این ماده انجام نمی شود.
اشکال وجود انرژی در سیستم های بیولوژیکی
واکنش‌های متنوعی که در موجودات زنده رخ می‌دهند به انواع مختلفی از انرژی نیاز دارند که می‌توانند به یکدیگر تبدیل شوند. اینها شامل فرآیندهای مکانیکی (حرکت باکتری ها و تک یاخته ها، انقباض میوفیبریل ها در بافت عضلانی)، سنتز بیوشیمیایی است. این فهرست همچنین شامل تکانه های الکتریکی است که زمینه ساز تحریک و مهار، واکنش های حرارتی است که دمای بدن را در حیوانات خونگرم و انسان حفظ می کند. درخشش درخشان پلانکتون‌های دریایی، برخی حشرات و ماهی‌های اعماق دریا نیز نوعی انرژی است که توسط بدن‌های زنده تولید می‌شود.
همه پدیده های فوق که در سیستم های بیولوژیکی رخ می دهند بدون مولکول های ATP غیرممکن است که عملکرد آنها ذخیره سازی است.انرژی به شکل پیوندهای کلان. آنها بین آدنیل نوکلئوزید و باقی مانده اسید فسفات رخ می دهند.
انرژی سلولی از کجا می آید؟
طبق قوانین ترمودینامیک، ظهور و ناپدید شدن انرژی به دلایل خاصی رخ می دهد. تجزیه ترکیبات آلی تشکیل دهنده غذا: پروتئین ها، کربوهیدرات ها و به ویژه لیپیدها منجر به آزاد شدن انرژی می شود. فرآیندهای اولیه هیدرولیز در دستگاه گوارش رخ می دهد، جایی که درشت مولکول های ترکیبات آلی در معرض عمل آنزیم ها قرار می گیرند. بخشی از انرژی دریافتی به صورت گرما تلف می شود یا برای حفظ دمای بهینه محتویات داخلی سلول استفاده می شود. بخش باقی مانده به شکل در میتوکندری - نیروگاه های سلولی - انباشته می شود. این وظیفه اصلی مولکول ATP است - تامین و تامین انرژی مورد نیاز بدن.
نقش واکنش های کاتابولیک چیست
یک واحد ابتدایی ماده زنده - یک سلول، تنها در صورتی می تواند کار کند که انرژی در چرخه زندگی خود به طور مداوم به روز شود. برای تحقق این شرط در متابولیسم سلولی، جهتی به نام تجزیه، کاتابولیسم یا متابولیسم انرژی وجود دارد. در مرحله بدون اکسیژن آن، که ساده ترین راه برای تشکیل و ذخیره انرژی است، از هر مولکول گلوکز، در غیاب اکسیژن، 2 مولکول از یک ماده پر انرژی سنتز می شود که عملکردهای اصلی ATP را در سلول فراهم می کند - تامین انرژی آن بیشتر واکنش های مرحله بدون اکسیژن در سیتوپلاسم رخ می دهد.
بسته به ساختار سلول، می تواند به روش های مختلفی انجام شود، به عنوان مثال، به شکل گلیکولیز، الکل یا تخمیر اسید لاکتیک. با این حال، ویژگی های بیوشیمیایی این فرآیندهای متابولیکی بر عملکرد ATP در سلول تأثیر نمی گذارد. جهانی است: برای حفظ ذخایر انرژی سلول.
چگونه ساختار یک مولکول با عملکردهای آن مرتبط است
پیش از این، ما این واقعیت را ثابت کردیم که اسید آدنوزین تری فسفریک حاوی سه باقیمانده فسفات است که به یک پایه نیترات - آدنین و یک مونوساکارید - ریبوز متصل هستند. از آنجایی که تقریباً تمام واکنش‌ها در سیتوپلاسم سلول در یک محیط آبی انجام می‌شود، مولکول‌های اسید تحت تأثیر آنزیم‌های هیدرولیتیک، پیوندهای کووالانسی را می‌شکنند و ابتدا اسید آدنوزین دی‌فسفریک و سپس AMP را تشکیل می‌دهند. واکنش های معکوس منجر به سنتز آدنوزین تری فسفریک اسید در حضور آنزیم فسفو ترانسفراز رخ می دهد. از آنجایی که ATP عملکرد یک منبع جهانی فعالیت حیاتی سلولی را انجام می دهد، شامل دو پیوند ماکروارژیک است. با گسیختگی پی در پی هر یک از آنها 42 کیلوژول آزاد می شود. این منبع در متابولیسم سلولی، در فرآیندهای رشد و تولیدمثل آن استفاده می شود.
ارزش ATP سنتاز
در اندامک های با اهمیت کلی - میتوکندری، واقع در سلول های گیاهی و حیوانی، یک سیستم آنزیمی وجود دارد - زنجیره تنفسی. حاوی آنزیم ATP سنتاز است. مولکول های بیوکاتالیست که به شکل یک هگزامر متشکل از گلبول های پروتئینی هستند، هم در غشا و هم در غشا غوطه ور می شوند.استرومای میتوکندری به دلیل فعالیت آنزیم، ماده انرژی سلول از ADP و بقایای اسید فسفات معدنی سنتز می شود. مولکول های تشکیل شده ATP عملکرد انباشته شدن انرژی لازم برای فعالیت حیاتی آن را انجام می دهند. یکی از ویژگی های متمایز بیوکاتالیست این است که وقتی غلظت بیش از حد ترکیبات انرژی وجود دارد، مانند یک آنزیم هیدرولیتیک رفتار می کند و مولکول های آنها را شکافته می کند.
ویژگی های سنتز آدنوزین تری فسفریک اسید
گیاهان یک ویژگی متابولیک جدی دارند که این موجودات را به طور اساسی از حیوانات متمایز می کند. این با حالت اتوتروفیک تغذیه و توانایی پردازش فتوسنتز مرتبط است. تشکیل مولکول های حاوی پیوندهای ماکروئرژیک در گیاهان در اندامک های سلولی - کلروپلاست ها اتفاق می افتد. آنزیم ATP سنتاز که قبلاً برای ما شناخته شده است بخشی از تیلاکوئیدها و استرومای کلروپلاست آنها است. عملکرد ATP در سلول ذخیره انرژی در موجودات اتوتروف و هتروتروف از جمله انسان است.
ترکیبات با پیوندهای ماکروئرژیک در ساپروتروف ها و هتروتروف ها در واکنش های فسفوریلاسیون اکسیداتیو که بر روی کریستای میتوکندری انجام می شود، سنتز می شوند. همانطور که می بینید، در فرآیند تکامل، گروه های مختلفی از موجودات زنده مکانیسم کاملی برای سنتز ترکیبی مانند ATP تشکیل داده اند که وظیفه آن تامین انرژی سلول است.
