Ар бир кыймылыбыз же ой жүгүртүүбүз денеден энергияны талап кылат. Бул күч дененин ар бир клеткасында сакталып, макроэргиялык байланыштардын жардамы менен биомолекулаларда топтолот. Дал ушул батареянын молекулалары бардык жашоо процесстерин камсыз кылат. Клеткалардын ичиндеги тынымсыз энергия алмашуу жашоонун өзүн аныктайт. Макроэргиялык байланыштары бар бул биомолекулалар эмне, алар кайдан келип чыгат жана денебиздин ар бир клеткасында алардын энергиясы эмне болот - бул макалада талкууланат.
Биологиялык медиаторлор
Энергияны пайда кылуучу агенттен энергияны биологиялык керектөөчүгө түз өткөрбөйт. Тамак-аш азыктарынын молекула ичиндеги байланыштары үзүлгөндө химиялык кошулмалардын потенциалдык энергиясы бөлүнүп чыгат, бул клетка ичиндеги ферменттик системалардын аны колдонуу мүмкүнчүлүгүнөн алда канча ашып кетет. Мына ошондуктан биологиялык системаларда потенциалдуу химиялык заттардын бөлүнүп чыгуусу алардын акырындап энергияга айланышы жана анын макроэргиялык кошулмаларда жана байланыштарда топтолушу менен этап-этабы менен жүрөт. Жана дал ушундай энергия топтоо жөндөмдүү биомолекулалар жогорку энергия деп аталат.
Кандай байланыштар макроэргиялык деп аталат?
Химиялык байланыштын пайда болушу же ажыроо процессинде пайда болгон 12,5 кДж/моль бош энергия деңгээли нормалдуу деп эсептелет. Кээ бир заттардын гидролизинде 21 кДж/мольден ашык бош энергия түзүлсө, анда бул макроэргиялык байланыш деп аталат. Алар тильда белгиси - ~ менен белгиленет. Физикалык химиядан айырмаланып, макроэргиялык байланыш атомдордун коваленттик байланышын билдирет, биологияда алар баштапкы агенттердин энергиясы менен алардын ажыроо продуктуларынын ортосундагы айырманы билдирет. Башкача айтканда, энергия атомдордун белгилүү бир химиялык байланышында локализацияланбайт, бирок бүт реакцияны мүнөздөйт. Биохимияда алар химиялык конъюгация жана макроэргиялык кошулмалардын пайда болушу жөнүндө сүйлөшөт.
Универсал биоэнергия булагы
Биздин планетадагы бардык тирүү организмдер энергияны сактоонун бир универсалдуу элементине ээ - бул ATP - ADP - AMP (аденозин три, ди, монофосфор кислотасы) макроэргиялык байланыш. Бул биомолекулалар, алар рибоза карбонгидратына туташтырылган азотту камтыган адениндик базадан жана фосфор кислотасынын калдыктарынан турат. Суунун жана чектөө ферментинин таасири астында аденозин трифосфат молекуласы (C10H16N5 O 13P3) аденозиндифосфор кислотасынын молекуласына жана ортофосфат кислотасына ажырай алат. Бул реакция 30,5 кДж/моль даражадагы бош энергиянын бөлүнүп чыгышы менен коштолот. Денебиздин ар бир клеткасындагы бардык жашоо процесстери энергия АТФте топтолгондо жана ал бузулганда колдонулганда пайда болот.ортофосфор кислотасынын калдыктары ортосундагы байланыштар.
Донор жана акцептор
Жогорку энергиялуу бирикмелерге гидролиз реакцияларында АТФ молекулаларын түзө ала турган узун аталыштагы заттар да кирет (мисалы, пирофосфор жана пирувус кислоталары, сукцинил коферменттери, рибонуклеиндик кислоталардын аминоацил туундулары). Бул бирикмелердин бардыгында фосфор (P) жана күкүрт (S) атомдору бар, алардын ортосунда жогорку энергиялуу байланыштар бар. Бул АТФдагы (донордогу) жогорку энергетикалык байланыш үзүлгөндө бөлүнүп чыккан энергия, ал клетка өзүнүн органикалык бирикмелерин синтездөө учурунда сиңирет. Жана ошол эле учурда бул байланыштардын запастары макромолекулалардын гидролизинде бөлүнүп чыккан энергиянын (акцептордун) топтолушу менен дайыма толукталат. Адам денесинин ар бир клеткасында бул процесстер митохондрияда болот, ал эми АТФтин жашоо узактыгы 1 мүнөттөн аз. Күндүз биздин денебиз 40 килограммга жакын АТФ синтездейт, алар ар бири 3 миңге чейин ажыроо циклинен өтүшөт. Жана каалаган учурда денебизде болжол менен 250 грамм ATP болот.
Жогорку энергиялуу биомолекулалардын функциялары
Макромолекулярдык бирикмелердин ажыроо жана синтез процесстеринде энергиянын донору жана акцептору функциясынан тышкары, АТФ молекулалары клеткаларда дагы бир нече абдан маанилүү ролду ойношот. Макроэргиялык байланыштарды үзүү энергиясы жылуулукту пайда кылууда, механикалык жумуштарда, электр энергиясын топтоодо, люминесценцияда колдонулат. Ошол эле учурда трансформацияжылуулук, электрдик, механикалык химиялык байланыштардын энергиясы ошол эле учурда АТФтин ошол эле макроэнергетикалык байланыштарда сакталышы менен энергия алмашуунун этабы катары кызмат кылат. Клеткадагы бул процесстердин баары пластикалык жана энергия алмашуу деп аталат (сүрөттөгү диаграмма). АТФ молекулалары кофермент катары да иштешип, кээ бир ферменттердин активдүүлүгүн жөнгө салышат. Мындан тышкары, ATP нерв клеткаларынын синапстарында медиатор, сигналдык агент боло алат.
Клеткадагы энергиянын жана заттын агымы
Ошентип, клеткадагы АТФ зат алмашууда борбордук жана негизги орунду ээлейт. АТФ пайда болгон жана ыдыраган көптөгөн реакциялар бар (кычкылдануу жана субстраттык фосфорлануу, гидролиз). Бул молекулалардын синтезинин биохимиялык реакциялары кайра кайтарылат, белгилүү бир шарттарда алар клеткаларда синтез же ажыроо багытында жылат. Бул реакциялардын жолдору заттардын өзгөрүү саны, кычкылдануу процесстеринин түрү, энергия берүүчү жана энергия керектөөчү реакциялардын конъюгация жолдору боюнча айырмаланат. Ар бир процессте "күйүүчү майдын" белгилүү бир түрүн иштетүүгө так ыңгайлашуулар жана анын натыйжалуулук чеги бар.
Аткаруучулукту баалоо
Биосистемаларда энергияны конверсиялоонун эффективдүүлүгүнүн көрсөткүчтөрү аз жана эффективдүү коэффициенттин стандарттык маанилери менен бааланат (жумушка сарпталган пайдалуу иштин жалпы сарпталган энергияга катышы). Бирок бул жерде биологиялык функциялардын аткарылышын камсыз кылуу үчүн чыгымдар өтө жогору. Мисалы, жөө күлүк, массанын бирдигине караганда, мынчалык көп корототэнергия, канча жана чоң океан лайнери. Жада калса эс алууда да организмдин жашоосун камсыз кылуу оор жумуш жана ага 8 миң кДж/моль жумшалат. Ошол эле учурда протеин синтезине 1,8 миң кДж/моль, жүрөктүн ишине 1,1 миң кДж/моль, бирок АТФ синтезине 3,8 миң кДж/мольге чейин сарпталат.
Аденилаттык клетка системасы
Бул белгилүү бир убакыт аралыгында клеткадагы бардык ATP, ADP жана AMP суммасын камтыган система. Бул маани жана компоненттердин катышы клетканын энергетикалык абалын аныктайт. Система системанын энергетикалык заряды (фосфат топторунун аденозин калдыктарына катышы) боюнча бааланат. Эгерде клетканын макроэргиялык кошулмаларында АТФ гана бар болсо - ал эң жогорку энергетикалык статуска ээ (индекс -1), эгерде AMP гана - минималдуу статуска ээ (индекс - 0). Тирүү клеткаларда адатта 0,7-0,9 көрсөткүчтөрү сакталат. Клетканын энергетикалык абалынын туруктуулугу ферменттик реакциялардын ылдамдыгын жана жашоо активдүүлүгүнүн оптималдуу деңгээлинин сакталышын аныктайт.
Ал эми электр станциялары жөнүндө бир аз
Жогоруда айтылгандай, АТФ синтези атайын клетка органеллдеринде - митохондрияларда болот. Ал эми бүгүнкү күндө биологдор арасында бул укмуштуудай түзүлүштөрдүн келип чыгышы жөнүндө талаш-тартыштар бар. Митохондриялар - клетканын электр станциялары, алар үчүн «отун» белоктор, майлар, гликоген жана электр - АТФ молекулалары, синтези кычкылтектин катышуусу менен ишке ашат. Митохондриялар иштеши үчүн дем алабыз десек болот. Көбүрөөк иштөө керекклеткалар, алар көбүрөөк энергия керек. Оку - ATP, башкача айтканда - митохондрия.
Мисалы, профессионал спортчунун скелет булчуңдарында 12%дай митохондрия болсо, спорт менен машыкпаган адамда андан жарымы көп. Бирок жүрөк булчуңунда алардын көрсөткүчү 25% түзөт. Спортчуларды, өзгөчө марафончуларды даярдоонун заманбап ыкмалары MOC (максималдуу кычкылтек керектөө) негизделген, бул түздөн-түз митохондриялардын санына жана булчуңдардын узакка созулган жүктөрдү аткаруу жөндөмдүүлүгүнө жараша болот. Профессионалдык спорт боюнча алдыңкы машыгуу программалары булчуң клеткаларындагы митохондриялардын синтезин стимулдаштырууга багытталган.
