إذا أعدنا صياغة التعبير المعروف "الحركة هي الحياة" ، يتضح أن جميع مظاهر المادة الحية - النمو والتكاثر وعمليات تخليق العناصر الغذائية والتنفس - هي في الواقع حركة الذرات والجزيئات التي تتكون منها الخلية. هل هذه العمليات ممكنة بدون مشاركة الطاقة؟ بالطبع لا.
أين تستمد الأجسام الحية ، بدءًا من الكائنات الحية العملاقة مثل الحوت الأزرق أو السكويا الأمريكية ، إلى البكتيريا فائقة المجهرية ، إمداداتها؟
وجدت الكيمياء الحيوية الإجابة على هذا السؤال. حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك مادة عالمية يستخدمها جميع سكان كوكبنا. في هذه المقالة ، سننظر في بنية ووظائف ATP في مجموعات مختلفة من الكائنات الحية. بالإضافة إلى ذلك ، سنحدد العضيات المسؤولة عن تركيبها في الخلايا النباتية والحيوانية.
تاريخ الاكتشاف
في بداية القرن العشرين ، في مختبر كلية الطب بجامعة هارفارد ، اكتشف العديد من العلماء ، وهم Subbaris و Loman و Friske ، مركبًا قريبًا في الهيكل من adenylنيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي. ومع ذلك ، فإنه لا يحتوي على واحد ، ولكن ما يصل إلى ثلاثة من بقايا حمض الفوسفات المتصلة بالريبوز أحادي السكاريد. بعد عقدين من الزمان ، أكد F. Lebman ، الذي يدرس وظائف ATP ، الافتراض العلمي بأن هذا المركب يحمل طاقة. من تلك اللحظة فصاعدًا ، أتيحت لعلماء الكيمياء الحيوية فرصة كبيرة للتعرف بالتفصيل على الآلية المعقدة لتخليق هذه المادة التي تحدث في الخلية. في وقت لاحق ، تم اكتشاف مركب رئيسي: إنزيم - سينسيز ATP ، وهو المسؤول عن تكوين جزيئات الحمض في الميتوكوندريا. لتحديد الوظيفة التي تؤديها ATP ، دعنا نتعرف على العمليات التي تحدث في الكائنات الحية التي لا يمكن تنفيذها بدون مشاركة هذه المادة.
أشكال وجود الطاقة في الأنظمة البيولوجية
تتطلب التفاعلات المتنوعة التي تحدث في الكائنات الحية أنواعًا مختلفة من الطاقة يمكن أن تتحول إلى بعضها البعض. وتشمل هذه العمليات الميكانيكية (حركة البكتيريا والأوليات ، تقلص اللييفات العضلية في الأنسجة العضلية) ، التوليف الكيميائي الحيوي. تتضمن هذه القائمة أيضًا النبضات الكهربائية التي تكمن وراء الإثارة والتثبيط ، والتفاعلات الحرارية التي تحافظ على درجة حرارة ثابتة للجسم في الحيوانات ذوات الدم الحار والبشر. الوهج المضيء للعوالق البحرية وبعض الحشرات وأسماك أعماق البحار هو أيضًا نوع من الطاقة التي تنتجها الأجسام الحية.
جميع الظواهر المذكورة أعلاه التي تحدث في الأنظمة البيولوجية مستحيلة بدون جزيئات ATP ، التي تتمثل وظائفها في التخزينالطاقة في شكل روابط كبيرة. تحدث بين نوكليوسيد الأدينيل وبقايا حمض الفوسفات.
من أين تأتي الطاقة الخلوية؟
وفقًا لقوانين الديناميكا الحرارية ، يحدث ظهور واختفاء الطاقة لأسباب معينة. يؤدي تكسير المركبات العضوية التي يتكون منها الطعام: البروتينات والكربوهيدرات وخاصة الدهون إلى إطلاق الطاقة. تحدث العمليات الأولية للتحلل المائي في الجهاز الهضمي ، حيث تتعرض الجزيئات الكبيرة للمركبات العضوية لعمل الإنزيمات. يتم تبديد جزء من الطاقة المستلمة على شكل حرارة أو يتم استخدامه للحفاظ على درجة الحرارة المثلى للمحتويات الداخلية للخلية. يتم تجميع الجزء المتبقي في شكل في الميتوكوندريا - محطات توليد الطاقة في الخلية. هذه هي الوظيفة الرئيسية لجزيء ATP - توفير وتجديد احتياجات الجسم من الطاقة.
ما هو دور التفاعلات التقويضية
وحدة أولية من المادة الحية - خلية ، يمكن أن تعمل فقط إذا تم تحديث الطاقة باستمرار في دورة حياتها. لتحقيق هذا الشرط في التمثيل الغذائي الخلوي ، هناك اتجاه يسمى التبديد أو الهدم أو التمثيل الغذائي للطاقة. في مرحلته الخالية من الأكسجين ، والتي تعد أبسط طريقة لتكوين وتخزين الطاقة ، من كل جزيء جلوكوز ، في حالة عدم وجود الأكسجين ، يتم تصنيع جزيئين من مادة كثيفة الاستهلاك للطاقة والتي توفر الوظائف الرئيسية لـ ATP في الخلية - لتزويدها بالطاقة. تحدث معظم تفاعلات الخطوة نقص الأكسجين في السيتوبلازم.
اعتمادًا على بنية الخلية ، يمكن أن تستمر بطرق مختلفة ، على سبيل المثال ، في شكل تحلل السكر أو الكحول أو تخمير حمض اللاكتيك. ومع ذلك ، فإن السمات البيوكيميائية لعمليات التمثيل الغذائي هذه لا تؤثر على وظيفة ATP في الخلية. إنه عالمي: للحفاظ على احتياطيات الطاقة للخلية.
كيف يرتبط هيكل الجزيء بوظائفه
في وقت سابق ، أثبتنا حقيقة أن حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك يحتوي على ثلاثة بقايا فوسفات متصلة بقاعدة نترات - أدينين ، وسكاريد أحادي - ريبوز. نظرًا لأن جميع التفاعلات تقريبًا في السيتوبلازم للخلية تتم في وسط مائي ، فإن جزيئات الحمض ، تحت تأثير الإنزيمات المتحللة بالماء ، تكسر الروابط التساهمية لتشكيل أول حمض أدينوزين ثنائي الفوسفوريك ، ثم AMP. تحدث التفاعلات العكسية المؤدية إلى تخليق حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك في وجود إنزيم فسفوتانسفيراز. نظرًا لأن ATP يؤدي وظيفة مصدر عالمي للنشاط الحيوي الخلوي ، فإنه يشتمل على رابطتين كبيرتين. مع تمزق متتالي لكل منهم ، يتم تحرير 42 كيلو جول. يستخدم هذا المورد في التمثيل الغذائي للخلايا ، في نموها وعمليات التكاثر.
قيمة سينسيز ATP
في العضيات ذات الأهمية العامة - الميتوكوندريا ، الموجودة في الخلايا النباتية والحيوانية ، هناك نظام إنزيمي - السلسلة التنفسية. يحتوي على إنزيم سينسيز ATP. جزيئات المحفز الحيوي ، التي لها شكل سداسي يتكون من كريات بروتينية ، مغمورة في كل من الغشاء وفيسدى الميتوكوندريا. بسبب نشاط الإنزيم ، يتم تصنيع مادة الطاقة في الخلية من ADP وبقايا حمض الفوسفات غير العضوي. تؤدي جزيئات ATP المتكونة وظيفة تجميع الطاقة اللازمة لنشاطها الحيوي. السمة المميزة للمحفز الحيوي هي أنه عندما يكون هناك تركيز مفرط لمركبات الطاقة ، فإنه يتصرف مثل الإنزيم المائي ، ويقسم جزيئاتها.
ميزات تخليق حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك
تتمتع النباتات بخاصية التمثيل الغذائي الخطيرة التي تميز هذه الكائنات بشكل جذري عن الحيوانات. يرتبط بوضع التغذية الذاتية للتغذية والقدرة على عملية التمثيل الضوئي. يحدث تكوين الجزيئات التي تحتوي على روابط كبيرة في النباتات في العضيات الخلوية - البلاستيدات الخضراء. إن إنزيم ATP synthase المعروف لنا بالفعل هو جزء من الثايلاكويدات وسدى البلاستيدات الخضراء. وظائف ATP في الخلية هي تخزين الطاقة في كل من الكائنات ذاتية التغذية وغيرية التغذية ، بما في ذلك البشر.
المركبات ذات الروابط الكبيرة يتم تصنيعها في saprotrophs و heterotrophs في تفاعلات الفسفرة المؤكسدة التي تحدث على أعراف الميتوكوندريا. كما ترون ، في عملية التطور ، شكلت مجموعات مختلفة من الكائنات الحية آلية مثالية لتخليق مركب مثل ATP ، وتتمثل وظائفه في تزويد الخلية بالطاقة.
