Məşhur “hərəkət həyatdır” ifadəsini təkrar ifadə etsək, aydın olar ki, canlı maddənin bütün təzahürləri - böyümə, çoxalma, qida maddələrinin sintezi prosesləri, tənəffüs əslində atomların hərəkətidir. və hüceyrəni təşkil edən molekullar. Bu proseslər enerjinin iştirakı olmadan mümkündürmü? Əlbəttə yox.
Mavi balina və ya Amerika sekvoyası kimi nəhəng orqanizmlərdən tutmuş ultramikroskopik bakteriyalara qədər canlı orqanizmlər ehtiyatlarını haradan çəkirlər?
Biokimya bu sualın cavabını tapdı. Adenozin trifosfor turşusu planetimizin bütün sakinləri tərəfindən istifadə edilən universal bir maddədir. Bu yazıda biz canlı orqanizmlərin müxtəlif qruplarında ATP-nin quruluşunu və funksiyalarını nəzərdən keçirəcəyik. Bundan əlavə, bitki və heyvan hüceyrələrində onun sintezindən hansı orqanoidlərin məsul olduğunu müəyyən edəcəyik.
Kəşf tarixçəsi
20-ci əsrin əvvəllərində Harvard Tibb Məktəbinin laboratoriyasında Subbaris, Loman və Friske adlı bir neçə alim strukturca adenilə yaxın olan birləşmə kəşf etdilər.ribonuklein turşusu nukleotidi. Bununla belə, onun tərkibində bir deyil, monosaxarid riboza ilə əlaqəli üç fosfat turşusu qalığı var idi. İki onillikdən sonra F. Lipman ATP-nin funksiyalarını öyrənərək, bu birləşmənin enerji daşıdığına dair elmi fərziyyəni təsdiqlədi. Həmin andan biokimyaçıların hüceyrədə baş verən bu maddənin sintezinin mürəkkəb mexanizmi ilə ətraflı tanış olmaq imkanı yarandı. Daha sonra əsas birləşmə aşkar edildi: mitoxondriyada turşu molekullarının əmələ gəlməsindən məsul olan ferment - ATP sintaza. ATP-nin hansı funksiyanı yerinə yetirdiyini müəyyən etmək üçün canlı orqanizmlərdə baş verən hansı proseslərin bu maddənin iştirakı olmadan həyata keçirilə bilməyəcəyini öyrənək.
Bioloji sistemlərdə enerjinin mövcudluq formaları
Canlı orqanizmlərdə baş verən müxtəlif reaksiyalar bir-birinə çevrilə bilən müxtəlif növ enerji tələb edir. Bunlara mexaniki proseslər (bakteriyaların və protozoaların hərəkəti, əzələ toxumasında miofibrillərin yığılması), biokimyəvi sintez daxildir. Bu siyahıya həmçinin həyəcan və inhibənin əsasını təşkil edən elektrik impulsları, isti qanlı heyvanlarda və insanlarda sabit bədən temperaturunu saxlayan termal reaksiyalar daxildir. Dəniz planktonunun, bəzi həşəratların və dərin dəniz balıqlarının lüminesan parıltısı da canlı orqanizmlər tərəfindən istehsal olunan enerji növüdür.
Bioloji sistemlərdə baş verən yuxarıda göstərilən bütün hadisələr, funksiyaları saxlamaq olan ATP molekulları olmadan mümkün deyildir.makroergik bağlar şəklində enerji. Onlar adenil nukleozid və fosfat turşusu qalıqları arasında baş verir.
Hüceyrə enerjisi haradan gəlir?
Termodinamikanın qanunlarına görə enerjinin yaranması və yox olması müəyyən səbəblərdən baş verir. Qidaları təşkil edən üzvi birləşmələrin: zülalların, karbohidratların və xüsusilə lipidlərin parçalanması enerjinin sərbəst buraxılmasına səbəb olur. İlkin hidroliz prosesləri həzm sistemində baş verir, burada üzvi birləşmələrin makromolekulları fermentlərin təsirinə məruz qalır. Alınan enerjinin bir hissəsi istilik şəklində yayılır və ya hüceyrənin daxili tərkibinin optimal temperaturunu saxlamaq üçün istifadə olunur. Qalan hissə mitoxondriyalarda - hüceyrənin elektrik stansiyalarında toplanır. Bu, ATP molekulunun əsas funksiyasıdır - orqanizmin enerji ehtiyaclarını təmin etmək və artırmaq.
Katabolik reaksiyaların rolu nədir
Canlı maddənin elementar vahidi - hüceyrə yalnız o halda fəaliyyət göstərə bilər ki, enerji onun həyat dövründə daim yenilənsin. Hüceyrə metabolizmində bu şərti yerinə yetirmək üçün dissimilyasiya, katabolizm və ya enerji mübadiləsi adlanan bir istiqamət var. Enerji əmələ gətirməyin və saxlamağın ən sadə yolu olan oksigensiz mərhələdə hər bir qlükoza molekulundan oksigen olmadıqda hüceyrədə ATP-nin əsas funksiyalarını təmin edən 2 enerji tutumlu maddə sintez olunur - enerji ilə təmin edir. Anoksik addımın əksər reaksiyaları sitoplazmada baş verir.
Hüceyrənin strukturundan asılı olaraq müxtəlif yollarla, məsələn, qlikoliz, spirt və ya laktik turşu fermentasiyası şəklində davam edə bilər. Lakin bu metabolik proseslərin biokimyəvi xüsusiyyətləri hüceyrədə ATP-nin funksiyasına təsir göstərmir. Bu universaldır: hüceyrənin enerji ehtiyatlarını qorumaq üçün.
Molekulun quruluşu onun funksiyaları ilə necə bağlıdır
Əvvəllər adenozin trifosfor turşusunda nitrat bazası - adenin və monosaxarid - riboza ilə əlaqəli üç fosfat qalığı olduğunu müəyyən etdik. Hüceyrənin sitoplazmasında demək olar ki, bütün reaksiyalar sulu mühitdə aparıldığından, turşu molekulları hidrolitik fermentlərin təsiri altında kovalent bağları qıraraq əvvəlcə adenozin difosfor turşusu, sonra isə AMP əmələ gətirir. Adenozin trifosfor turşusunun sintezinə aparan əks reaksiyalar fosfotransferaza fermentinin iştirakı ilə baş verir. ATP hüceyrə həyati fəaliyyətinin universal mənbəyi funksiyasını yerinə yetirdiyindən, o, iki makroergik bağı ehtiva edir. Onların hər birinin ardıcıl qırılması ilə 42 kJ sərbəst buraxılır. Bu resurs hüceyrə mübadiləsində, böyümə və reproduktiv proseslərində istifadə olunur.
ATP sintazasının dəyəri
Ümumi əhəmiyyətli orqanoidlərdə - bitki və heyvan hüceyrələrində yerləşən mitoxondriyalarda fermentativ sistem - tənəffüs zənciri mövcuddur. Tərkibində ATP sintaza fermenti var. Zülal qlobullarından ibarət heksamer formasına malik olan biokatalizator molekulları həm membrana, həm də membrana batırılır.mitoxondriyanın stroması. Fermentin aktivliyinə görə hüceyrənin enerji maddəsi ADP-dən və qeyri-üzvi fosfat turşusunun qalıqlarından sintez olunur. Yaranan ATP molekulları onun həyati fəaliyyəti üçün lazım olan enerjinin yığılması funksiyasını yerinə yetirir. Biokatalizatorun fərqli xüsusiyyəti ondan ibarətdir ki, enerji birləşmələrinin həddindən artıq konsentrasiyası olduqda, o, molekullarını parçalayaraq, hidrolitik ferment kimi davranır.
Adenozin trifosfor turşusunun sintezinin xüsusiyyətləri
Bitkilər bu orqanizmləri heyvanlardan köklü şəkildə fərqləndirən ciddi metabolik xüsusiyyətə malikdir. Bu, avtotrof qidalanma rejimi və fotosintezi emal etmək qabiliyyəti ilə əlaqələndirilir. Tərkibində makroergik bağlar olan molekulların əmələ gəlməsi bitkilərdə hüceyrə orqanoidlərində - xloroplastlarda baş verir. Artıq bizə məlum olan ATP sintaza fermenti onların tilakoidlərinin və xloroplastların stromasının bir hissəsidir. ATP-nin hüceyrədəki funksiyaları həm avtotrof, həm də heterotrof orqanizmlərdə, o cümlədən insanlarda enerjinin saxlanmasıdır.
Makroergik bağları olan birləşmələr mitoxondrial kristallarda baş verən oksidləşdirici fosforlaşma reaksiyalarında saprotroflarda və heterotroflarda sintez olunur. Göründüyü kimi, təkamül prosesində canlı orqanizmlərin müxtəlif qrupları funksiyaları hüceyrəni enerji ilə təmin etmək olan ATP kimi birləşmənin sintezi üçün mükəmməl mexanizm formalaşdırıblar.
