Kila harakati zetu au mawazo yanahitaji nishati kutoka kwa mwili. Nguvu hii huhifadhiwa na kila seli ya mwili na hujilimbikiza katika biomolecules kwa msaada wa vifungo vya macroergic. Ni molekuli hizi za betri ambazo hutoa michakato yote ya maisha. Kubadilishana mara kwa mara kwa nishati ndani ya seli huamua maisha yenyewe. Ni nini hizi biomolecules zilizo na vifungo vya macroergic, zinatoka wapi, na nini kinatokea kwa nishati yao katika kila seli ya mwili wetu - hii inajadiliwa katika makala.
Wapatanishi wa kibayolojia
Katika kiumbe chochote, nishati kutoka kwa wakala wa kuzalisha nishati hadi kwa mtumiaji wa nishati ya kibaolojia haipiti moja kwa moja. Wakati vifungo vya intramolecular vya bidhaa za chakula vinapovunjwa, nishati inayowezekana ya misombo ya kemikali hutolewa, ambayo inazidi sana uwezo wa mifumo ya enzymatic ya intracellular kuitumia. Ndiyo maana katika mifumo ya kibiolojia kutolewa kwa kemikali zinazowezekana hutokea hatua kwa hatua na mabadiliko yao ya taratibu katika nishati na mkusanyiko wake katika misombo ya macroergic na vifungo. Na ni chembechembe za kibayolojia ambazo zina uwezo wa mkusanyiko huo wa nishati ambazo huitwa nishati ya juu.
Bondi gani zinaitwa macroergic?
Kiwango cha nishati bila malipo cha 12.5 kJ/mol, ambacho huundwa wakati wa kuunda au kuoza kwa dhamana ya kemikali, inachukuliwa kuwa ya kawaida. Wakati, wakati wa hidrolisisi ya vitu fulani, nishati ya bure huundwa zaidi ya 21 kJ / mol, basi hii inaitwa vifungo vya macroergic. Zinaonyeshwa kwa ishara ya tilde - ~. Tofauti na kemia ya kimwili, ambapo kifungo cha macroergic kinamaanisha kifungo cha ushirikiano cha atomi, katika biolojia wanamaanisha tofauti kati ya nishati ya mawakala wa awali na bidhaa zao za kuoza. Hiyo ni, nishati haijajanibishwa katika dhamana maalum ya kemikali ya atomi, lakini ni sifa ya athari nzima. Katika biokemia, wanazungumza kuhusu muunganisho wa kemikali na uundaji wa mchanganyiko wa macroergic.
Chanzo cha Nishati cha Universal Bio
Viumbe vyote vilivyo hai kwenye sayari yetu vina kipengele kimoja cha uhifadhi wa nishati - hii ni dhamana ya macroergic ATP - ADP - AMP (adenosine tri, di, monophosphoric acid). Hizi ni biomolecules ambayo inajumuisha msingi wa adenine iliyo na nitrojeni iliyounganishwa na kabohaidreti ya ribose na mabaki ya asidi ya fosforasi. Chini ya hatua ya maji na kimeng'enya cha kizuizi, molekuli ya adenosine trifosfati (C10H16N5 O 13P3) inaweza kuoza na kuwa molekuli ya adenosine diphosphoric acid na asidi ya orthofosfati. Mmenyuko huu unaambatana na kutolewa kwa nishati ya bure ya utaratibu wa 30.5 kJ / mol. Michakato yote ya maisha katika kila seli ya mwili wetu hutokea wakati nishati inapokusanywa katika ATP na kutumika inapovunjwa.vifungo kati ya mabaki ya asidi ya orthophosphoric.
Mfadhili na mpokeaji
Michanganyiko yenye nishati nyingi pia inajumuisha vitu vilivyo na majina marefu yanayoweza kutengeneza molekuli za ATP katika miitikio ya hidrolisisi (kwa mfano, asidi ya pyrophosphoric na pyruvic, coenzymes ya succinyl, derivatives ya aminoacyl ya asidi ya ribonucleic). Misombo hii yote ina atomi za fosforasi (P) na salfa (S), kati ya ambayo kuna vifungo vya juu vya nishati. Ni nishati ambayo hutolewa wakati dhamana ya juu ya nishati katika ATP (wafadhili) imevunjwa ambayo inafyonzwa na seli wakati wa usanisi wa misombo yake ya kikaboni. Na wakati huo huo, hifadhi ya vifungo hivi hujazwa mara kwa mara na mkusanyiko wa nishati (kupokea) iliyotolewa wakati wa hidrolisisi ya macromolecules. Katika kila seli ya mwili wa binadamu, taratibu hizi hutokea katika mitochondria, wakati muda wa kuwepo kwa ATP ni chini ya dakika 1. Wakati wa mchana, mwili wetu hutengeneza takriban kilo 40 za ATP, ambayo hupitia hadi mizunguko elfu 3 ya kuoza kila moja. Na wakati wowote, takriban gramu 250 za ATP zipo katika miili yetu.
Utendaji wa molekuli za nishati ya juu
Kando na utendakazi wa mtoaji na mpokeaji nishati katika michakato ya mtengano na usanisi wa misombo ya macromolecular, molekuli za ATP hutekeleza majukumu mengine kadhaa muhimu sana katika seli. Nishati ya kuvunja vifungo vya macroergic hutumiwa katika michakato ya uzalishaji wa joto, kazi ya mitambo, mkusanyiko wa umeme, na luminescence. Wakati huo huo, mabadilikonishati ya vifungo vya kemikali ndani ya mafuta, umeme, mitambo wakati huo huo hutumika kama hatua ya kubadilishana nishati na uhifadhi unaofuata wa ATP katika vifungo sawa vya nishati kubwa. Taratibu hizi zote kwenye seli huitwa kubadilishana kwa plastiki na nishati (mchoro kwenye takwimu). Molekuli za ATP pia hufanya kama coenzymes, kudhibiti shughuli za enzymes fulani. Kwa kuongeza, ATP pia inaweza kuwa mpatanishi, wakala wa kuashiria katika sinepsi za seli za neva.
Mtiririko wa nishati na vitu kwenye seli
Kwa hivyo, ATP katika seli huchukua nafasi kuu na kuu katika ubadilishanaji wa mada. Kuna athari nyingi kwa njia ambayo ATP huibuka na kuvunjika (phosphorylation ya oxidative na substrate, hidrolisisi). Athari za kibayolojia za usanisi wa molekuli hizi zinaweza kubadilishwa; chini ya hali fulani, huhamishwa kwenye seli kwa mwelekeo wa usanisi au kuoza. Njia za athari hizi hutofautiana katika idadi ya mabadiliko ya vitu, aina ya michakato ya oksidi, na kwa njia za kuunganisha kwa ugavi wa nishati na athari zinazotumia nishati. Kila mchakato una marekebisho ya wazi kwa usindikaji wa aina fulani ya "mafuta" na mipaka yake ya ufanisi.
Tathmini ya utendakazi
Viashirio vya ufanisi wa ubadilishaji wa nishati katika mifumo ya kibaolojia ni ndogo na hukadiriwa katika viwango vya kawaida vya kipengele cha ufanisi (uwiano wa kazi muhimu inayotumika kazini na jumla ya nishati iliyotumika). Lakini hapa, ili kuhakikisha utendaji wa kazi za kibiolojia, gharama ni za juu sana. Kwa mfano, mkimbiaji, kwa suala la kitengo cha misa, hutumia sananishati, kiasi gani na mjengo mkubwa wa bahari. Hata wakati wa kupumzika, kudumisha maisha ya kiumbe ni kazi ngumu, na karibu elfu 8 kJ / mol hutumiwa juu yake. Wakati huo huo, karibu 1.8 elfu kJ / mol hutumiwa kwa awali ya protini, 1.1 elfu kJ / mol kwenye kazi ya moyo, lakini hadi 3.8 elfu kJ / mol kwenye awali ya ATP.
Mfumo wa seli za Adenylate
Huu ni mfumo unaojumuisha jumla ya ATP, ADP na AMP zote kwenye seli katika kipindi mahususi cha muda. Thamani hii na uwiano wa vipengele huamua hali ya nishati ya seli. Mfumo huo unatathminiwa kwa kuzingatia malipo ya nishati ya mfumo (uwiano wa vikundi vya phosphate na mabaki ya adenosine). Ikiwa tu ATP iko katika misombo ya macroergic ya seli - ina hali ya juu ya nishati (index -1), ikiwa tu AMP - hali ya chini (index - 0). Katika chembe hai, viashirio vya 0.7-0.9 kwa kawaida hudumishwa. Uthabiti wa hali ya nishati ya seli huamua kiwango cha athari za enzymatic na udumishaji wa kiwango bora cha shughuli muhimu.
Na machache kuhusu vituo vya umeme
Kama ilivyotajwa tayari, usanisi wa ATP hutokea katika chembe chembe chembe maalum - mitochondria. Na leo kati ya wanabiolojia kuna mabishano juu ya asili ya miundo hii ya kushangaza. Mitochondria ni mimea ya nguvu ya seli, "mafuta" ambayo ni protini, mafuta, glycogen, na umeme - molekuli za ATP, awali ambayo hufanyika na ushiriki wa oksijeni. Tunaweza kusema kwamba tunapumua ili mitochondria ifanye kazi. Kazi zaidi ya kufanyaseli, nishati zaidi wanahitaji. Soma - ATP, ambayo ina maana - mitochondria.
Kwa mfano, mwanariadha wa kitaalamu ana takriban 12% ya mitochondria katika misuli yao ya kiunzi, wakati mlei asiye na riadha ana nusu kama hiyo. Lakini katika misuli ya moyo, kiwango chao ni 25%. Njia za kisasa za mafunzo kwa wanariadha, haswa wakimbiaji wa mbio za marathon, zinatokana na MOC (matumizi ya juu ya oksijeni), ambayo inategemea moja kwa moja idadi ya mitochondria na uwezo wa misuli kufanya mizigo ya muda mrefu. Programu kuu za mafunzo ya michezo ya kitaalamu zinalenga kuchochea usanisi wa mitochondria katika seli za misuli.
