Эгерде белгилүү "кыймыл - бул жашоо" деген сөз айкашын башка сөз менен айтсак, тирүү материянын бардык көрүнүштөрү - өсүү, көбөйүү, азыктарды синтездөө процесстери, дем алуу - чындыгында атомдордун кыймылы экени айкын болот. жана клетканы түзгөн молекулалар. Бул процесстер энергиянын катышуусуз мүмкүнбү? Албетте жок.
Көк кит же америкалык секвойа сыяктуу алп организмдерден ультрамикроскопиялык бактерияларга чейинки тирүү денелер запастарын кайдан алышат?
Биохимия бул суроого жооп тапты. Аденозин трифосфор кислотасы - биздин планетанын бардык тургундары колдонгон универсалдуу зат. Бул макалада биз тирүү организмдердин ар кандай топторунда ATP түзүмүн жана милдеттерин карап чыгабыз. Мындан тышкары, биз анын өсүмдүк жана жаныбар клеткаларындагы синтезине кайсы органеллдер жооптуу экенин аныктайбыз.
Ачылуулар таржымалы
20-кылымдын башында Гарвард медициналык мектебинин лабораториясында Суббарис, Ломан жана Фриске сыяктуу бир нече илимпоздор түзүлүшү боюнча аденилге жакын кошулманы табышкан.рибонуклеиндик кислота нуклеотиди. Бирок анын курамында моносахарид рибозасы менен байланышкан бир эмес, үчкө чейин фосфат кислотасынын калдыктары болгон. Жыйырма жылдан кийин Ф. Липман АТФтин функцияларын изилдеп жатып, бул кошулма энергия алып жүрөт деген илимий божомолду ырастады. Ошол учурдан тартып биохимиктер клеткада пайда болгон бул заттын синтезинин татаал механизми менен кеңири таанышууга чоң мүмкүнчүлүк алышты. Кийинчерээк негизги кошулма ачылган: фермент - митохондриядагы кислота молекулаларынын пайда болушуна жооптуу АТФ синтаза. ATP кандай функцияны аткарарын аныктоо үчүн, келгиле, тирүү организмдерде болуп жаткан кандай процесстер бул заттын катышуусусуз ишке ашпай турганын карап көрөлү.
Биологиялык системаларда энергиянын болушунун формалары
Тирүү организмдерде пайда болгон ар түрдүү реакциялар бири-бирине айланган энергиянын ар кандай түрлөрүн талап кылат. Аларга механикалык процесстер (бактериялардын жана жөнөкөйлөрдүн кыймылы, булчуң тканындагы миофибрилдердин жыйрылышы), биохимиялык синтез кирет. Бул тизмеге ошондой эле дүүлүктүрүүнүн жана бөгөт коюунун негизин түзгөн электрдик импульстар, жылуу кандуу жаныбарларда жана адамдарда дене температурасын туруктуу кармап туруучу жылуулук реакциялары кирет. Деңиз планктондорунун, кээ бир курт-кумурскалардын жана терең деңиз балыктарынын люминесценттик жарыгы да тирүү денелер чыгарган энергиянын бир түрү.
Биологиялык системаларда болуп жаткан жогоруда айтылган бардык кубулуштар АТФ молекулаларысыз мүмкүн эмес.макроэргиялык байланыштар түрүндөгү энергия. Алар аденил нуклеозид менен фосфат кислотасынын калдыктарынын ортосунда пайда болот.
Уюлдук энергия кайдан келет?
Термодинамика мыйзамдары боюнча энергиянын пайда болушу жана жок болушу белгилүү бир себептерден улам болот. Тамак-ашты түзгөн органикалык кошулмалардын: белоктордун, углеводдордун жана өзгөчө липиддердин бузулушу энергиянын бөлүнүп чыгышына алып келет. Гидролиздин биринчи процесстери тамак сиңирүү трактында жүрөт, ал жерде органикалык бирикмелердин макромолекулалары ферменттердин таасирине дуушар болушат. Алынган энергиянын бир бөлүгү жылуулук түрүндө тарайт же клетканын ички курамынын оптималдуу температурасын сактоо үчүн колдонулат. Калган бөлүгү митохондрияда - клетканын электр станцияларында топтолот. Бул АТФ молекуласынын негизги функциясы - организмдин энергияга болгон муктаждыгын камсыз кылуу жана толуктоо.
Катаболикалык реакциялардын ролу кандай
Тирүү материянын элементардык бирдиги - клетка, энергия анын жашоо циклинде тынымсыз жаңыланып турганда гана иштей алат. Клеткадагы зат алмашууда бул шартты аткаруу үчүн диссимиляция, катаболизм же энергия алмашуу деп аталган бир багыт бар. Энергияны түзүүнүн жана сактоонун эң жөнөкөй жолу болгон анын кычкылтексиз стадиясында глюкозанын ар бир молекуласынан кычкылтек жок болгон учурда АТФтин клеткадагы негизги функцияларын камсыз кылган энергияны көп талап кылган 2 молекула синтезделет - аны энергия менен камсыз кылуу. Аноксик баскычтын көпчүлүк реакциялары цитоплазмада болот.
Клетканын түзүлүшүнө жараша ал ар кандай жолдор менен жүрүшү мүмкүн, мисалы, гликолиз, спирт же сүт кислотасы ачытуу түрүндө. Бирок бул зат алмашуу процесстеринин биохимиялык өзгөчөлүктөрү клеткадагы АТФтин функциясына таасир этпейт. Бул универсалдуу: клетканын энергия запастарын сактоо.
Молекуланын түзүлүшү анын функциялары менен кандай байланышы бар
Мурда биз аденозин-трифосфор кислотасынын курамында нитраттык негиз - аденин жана моносахарид - рибоза менен байланышкан үч фосфат калдыктары бар экенин аныктаганбыз. Клетканын цитоплазмасындагы дээрлик бардык реакциялар суулуу чөйрөдө жүргөндүктөн, кислота молекулалары гидролиздик ферменттердин таасири астында коваленттик байланыштарды бузуп, адегенде аденозиндифосфор кислотасын, андан кийин АМФти түзүшөт. Аденозин-трифосфор кислотасынын синтезине алып баруучу тескери реакциялар фосфотрансфераза ферментинин катышуусунда болот. ATP клетканын жашоо активдүүлүгүнүн универсалдуу булагы милдетин аткаргандыктан, ал эки макроэргиялык байланышты камтыйт. Алардын ар бири ырааттуу жарылганда 42 кДж бөлүнүп чыгат. Бул ресурс клетканын метаболизминде, анын өсүшү жана репродуктивдүү процесстеринде колдонулат.
ATP синтазасынын мааниси
Өсүмдүк жана жаныбар клеткаларында жайгашкан жалпы маанидеги органеллдерде – митохондрияда ферменттик система – дем алуу чынжырчасы бар. Анын курамында ATP синтаза ферменти бар. Белок шарчаларынан турган гексамер формасына ээ болгон биокатализатор молекулалары мембранага да, мембранага да чөмүлдү.митохондрия стромасы. Ферменттин активдүүлүгүнөн клетканын энергетикалык заты АДФ жана органикалык эмес фосфат кислотасынын калдыктарынан синтезделет. Түзүлгөн АТФ молекулалары анын жашоосуна керектүү энергияны топтоо функциясын аткарышат. Биокатализатордун айырмалоочу өзгөчөлүгү - бул энергетикалык кошулмалардын ашыкча концентрациясы болгондо, ал өзүн гидролитикалык фермент сыяктуу алып, алардын молекулаларын бөлөт.
Аденозин-трифосфор кислотасынын синтезинин өзгөчөлүктөрү
Өсүмдүктөр бул организмдерди жаныбарлардан түп-тамырынан бери айырмалап турган олуттуу зат алмашуу өзгөчөлүгүнө ээ. Бул тамактануунун автотрофтук режими жана фотосинтезди иштетүү жөндөмдүүлүгү менен байланышкан. Макроэргиялык байланыштарды камтыган молекулалардын пайда болушу өсүмдүктөрдө клеткалык органеллдерде – хлоропласттарда болот. Бизге белгилүү болгон АТФ синтаза ферменти хлоропласттардын тилакоиддеринин жана стромасынын бир бөлүгү. Клеткадагы АТФ функциялары автотрофтуу жана гетеротрофтук организмдерде, анын ичинде адамдарда да энергияны сактоо болуп саналат.
Макроэргиялык байланыштары бар бирикмелер митохондриялык кристаллдарда жүрүп жаткан кычкылдануу фосфорлануу реакцияларында сапротрофтарда жана гетеротрофтарда синтезделет. Көрүнүп тургандай, эволюция процессинде тирүү организмдердин түрдүү топтору АТФ сыяктуу кошулмаларды синтездөө үчүн кемчиликсиз бир механизмди түзүшкөн, анын функциялары клетканы энергия менен камсыз кылуу.
