Har bir harakatimiz yoki fikrimiz tanadan energiya talab qiladi. Bu kuch tananing har bir hujayrasida saqlanadi va uni makroergik bog'lanishlar yordamida biomolekulalarda to'playdi. Aynan shu batareya molekulalari barcha hayotiy jarayonlarni ta'minlaydi. Hujayralar ichidagi doimiy energiya almashinuvi hayotning o'zini belgilaydi. Makroergik aloqalarga ega bu biomolekulalar nima, ular qayerdan kelib chiqadi va ularning energiyasi tanamizning har bir hujayrasida nima sodir bo'ladi - bu maqolada muhokama qilinadi.
Biologik vositachilar
Har qanday organizmda energiya ishlab chiqaruvchi vositadan biologik energiya iste'molchisiga energiya to'g'ridan-to'g'ri o'tmaydi. Oziq-ovqat mahsulotlarining molekula ichidagi aloqalari buzilganda kimyoviy birikmalarning potentsial energiyasi ajralib chiqadi, bu hujayra ichidagi fermentativ tizimlarning undan foydalanish qobiliyatidan ancha yuqori. Shuning uchun biologik tizimlarda potentsial kimyoviy moddalarning ajralishi asta-sekin energiyaga aylanishi va makroergik birikmalar va bog'larda to'planishi bilan bosqichma-bosqich sodir bo'ladi. Va aynan shunday energiya to'plashga qodir bo'lgan biomolekulalar yuqori energiya deb ataladi.
Qanday bog'lanishlar makroergik deb ataladi?
Kimyoviy bog’lanishning hosil bo’lishi yoki parchalanishi jarayonida hosil bo’ladigan 12,5 kJ/mol erkin energiya darajasi normal hisoblanadi. Ba'zi moddalarning gidrolizi paytida 21 kJ / mol dan ortiq erkin energiya hosil bo'lganda, bu makroergik bog'lanishlar deb ataladi. Ular tilda belgisi - ~ bilan belgilanadi. Fizik kimyodan farqli o'laroq, makroergik bog'lanish atomlarning kovalent bog'lanishini anglatadi, biologiyada ular boshlang'ich agentlar energiyasi va ularning parchalanish mahsulotlari o'rtasidagi farqni anglatadi. Ya'ni, energiya atomlarning o'ziga xos kimyoviy bog'lanishida lokalizatsiya qilinmaydi, balki butun reaktsiyani tavsiflaydi. Biokimyoda ular kimyoviy konjugatsiya va makroergik birikma hosil bo'lishi haqida gapirishadi.
Universal bioenergiya manbai
Sayyoramizdagi barcha tirik organizmlar energiya saqlashning yagona universal elementiga ega - bu makroergik aloqa ATP - ADP - AMP (adenozin tri, di, monofosfor kislotasi). Bular riboza uglevodiga biriktirilgan azotli adenin bazasi va biriktirilgan fosfor kislotasi qoldiqlaridan iborat biomolekulalardir. Suv va cheklovchi ferment ta'sirida adenozin trifosfat molekulasi (C10H16N5 O 13P3) adenozin difosforik kislota molekulasiga va ortofosfat kislotaga parchalanishi mumkin. Bu reaksiya 30,5 kJ/mol darajasidagi erkin energiyaning chiqishi bilan kechadi. Bizning tanamizning har bir hujayrasidagi barcha hayotiy jarayonlar energiya ATPda to'planganda va u buzilganda ishlatilganda sodir bo'ladi.ortofosfor kislotasi qoldiqlari orasidagi bog'lanish.
Donor va qabul qiluvchi
Yuqori energiyali birikmalarga gidroliz reaksiyalarida ATP molekulalarini hosil qila oladigan uzun nomli moddalar ham kiradi (masalan, pirofosforik va piruvik kislotalar, suksinil kofermentlar, ribonuklein kislotalarning aminoatsil hosilalari). Bu birikmalarning barchasi fosfor (P) va oltingugurt (S) atomlarini o'z ichiga oladi, ular orasida yuqori energiyali aloqalar mavjud. Bu ATP (donor) dagi yuqori energiyali aloqa uzilganda ajralib chiqadigan energiya o'zining organik birikmalarini sintez qilish jarayonida hujayra tomonidan so'riladi. Va shu bilan birga, bu bog'larning zahiralari doimiy ravishda makromolekulalar gidrolizi paytida chiqarilgan energiya (akseptor) to'planishi bilan to'ldiriladi. Inson tanasining har bir hujayrasida bu jarayonlar mitoxondriyalarda sodir bo'ladi, ATP mavjud bo'lish muddati esa 1 daqiqadan kam. Kun davomida tanamiz 40 kilogrammgacha ATP sintez qiladi, ularning har biri 3 minggacha parchalanish tsiklidan o'tadi. Va har qanday vaqtda tanamizda taxminan 250 gramm ATP mavjud.
Yuqori energiyali biomolekulalarning funktsiyalari
Makromolekulyar birikmalarning parchalanishi va sintezi jarayonlarida energiyaning donor va qabul qiluvchi funktsiyasidan tashqari, ATP molekulalari hujayralarda yana bir qancha muhim rol o'ynaydi. Makroergik bog'lanishlarni uzish energiyasi issiqlik hosil qilish, mexanik ishlar, elektr energiyasini to'plash va lyuminessensiya jarayonlarida ishlatiladi. Shu bilan birga, transformatsiyakimyoviy bog'lanishlarning energiyasi termal, elektr, mexanik bir vaqtning o'zida bir xil makro-energiya aloqalarida ATP ning keyingi saqlanishi bilan energiya almashinuvi bosqichi bo'lib xizmat qiladi. Hujayradagi barcha bu jarayonlar plastik va energiya almashinuvi deb ataladi (rasmdagi diagramma). ATP molekulalari koferment vazifasini ham bajaradi, ayrim fermentlarning faoliyatini tartibga soladi. Bundan tashqari, ATP asab hujayralari sinapslarida vositachi, signalizatsiya agenti ham bo'lishi mumkin.
Hujayradagi energiya va moddalar oqimi
Demak, modda almashinuvida hujayradagi ATP markaziy va asosiy oʻrinni egallaydi. ATP paydo bo'lishi va parchalanishi (oksidlanish va substrat fosforlanishi, gidroliz) juda ko'p reaktsiyalar mavjud. Ushbu molekulalar sintezining biokimyoviy reaktsiyalari teskari bo'lib, ma'lum sharoitlarda ular hujayralarda sintez yoki parchalanish yo'nalishi bo'yicha siljiydi. Bu reaksiyalarning yo‘llari moddalarning o‘zgarishi soni, oksidlanish jarayonlarining turi, energiya beruvchi va energiya sarflovchi reaksiyalarning konjugatsiya yo‘llari bilan farqlanadi. Har bir jarayonda ma'lum turdagi "yoqilg'i"ni qayta ishlashga aniq moslashuvlar va uning samaradorlik chegaralari mavjud.
Umumiylikni baholash
Biotizimlarda energiya konversiyasi samaradorligi ko'rsatkichlari kichik va samaradorlik koeffitsientining standart qiymatlarida (ish uchun sarflangan foydali ishning sarflangan umumiy energiyaga nisbati) baholanadi. Ammo bu erda biologik funktsiyalarning bajarilishini ta'minlash uchun xarajatlar juda yuqori. Masalan, yuguruvchi, massa birligi nuqtai nazaridan, juda ko'p sarflaydienergiya, qancha va katta okean layneri. Hatto dam olishda ham, organizmning hayotini saqlab qolish qiyin ish bo'lib, unga taxminan 8 ming kJ / mol sarflanadi. Shu bilan birga, oqsil sinteziga taxminan 1,8 ming kJ/mol, yurak ishiga 1,1 ming kJ/mol, lekin ATP sinteziga 3,8 ming kJ/molgacha sarflanadi.
Adenilat hujayra tizimi
Bu ma'lum bir vaqt oralig'ida hujayradagi barcha ATP, ADP va AMP yig'indisini o'z ichiga olgan tizim. Ushbu qiymat va komponentlarning nisbati hujayraning energiya holatini belgilaydi. Tizim tizimning energiya zaryadi (fosfat guruhlarining adenozin qoldig'iga nisbati) nuqtai nazaridan baholanadi. Agar hujayra makroergik birikmalarida faqat ATP mavjud bo'lsa - u eng yuqori energiya holatiga ega (indeks -1), agar faqat AMP bo'lsa - minimal holat (indeks - 0). Tirik hujayralarda odatda 0,7-0,9 indikatorlar saqlanadi. Hujayraning energiya holatining barqarorligi fermentativ reaksiyalar tezligini va hayotiy faoliyatning optimal darajasini saqlab turishni belgilaydi.
Va elektr stantsiyalari haqida bir oz
Yuqorida aytib o'tilganidek, ATP sintezi maxsus hujayra organellalarida - mitoxondriyalarda sodir bo'ladi. Va bugungi kunda biologlar o'rtasida bu ajoyib tuzilmalarning kelib chiqishi haqida tortishuvlar mavjud. Mitoxondriyalar hujayraning elektr stantsiyalari bo'lib, ular uchun "yoqilg'i" oqsillar, yog'lar, glikogen va elektr - ATP molekulalari bo'lib, ularning sintezi kislorod ishtirokida sodir bo'ladi. Aytishimiz mumkinki, biz mitoxondriyalar ishlashi uchun nafas olamiz. Qancha ko'p ish qilish kerakhujayralar qancha ko'p energiya talab qiladi. O'qing - ATP, ya'ni - mitoxondriya.
Masalan, professional sportchining skelet mushaklarida taxminan 12% mitoxondriya bo'lsa, sport bilan shug'ullanmaydigan oddiy odamda esa bu ko'proq. Ammo yurak mushaklarida ularning darajasi 25% ni tashkil qiladi. Sportchilarni, ayniqsa, marafonchilarni tayyorlashning zamonaviy usullari MOC (maksimal kislorod iste'moli) ga asoslanadi, bu bevosita mitoxondriyalar soniga va mushaklarning uzoq muddatli yuklarni bajarish qobiliyatiga bog'liq. Professional sport boʻyicha yetakchi oʻquv dasturlari mushak hujayralarida mitoxondriyalar sintezini ragʻbatlantirishga qaratilgan.
