Tukifafanua usemi unaojulikana sana "mwendo ni uhai", inakuwa wazi kuwa dhihirisho zote za vitu vilivyo hai - ukuaji, uzazi, michakato ya usanisi wa virutubishi, kupumua - ni, kwa kweli, harakati za atomi. na molekuli zinazounda seli. Je, taratibu hizi zinawezekana bila ushiriki wa nishati? La hasha.
Miili hai, kuanzia viumbe vikubwa kama vile nyangumi wa blue au sequoia ya Marekani, hadi bakteria wasioonekana sana, huchota vifaa vyao wapi?
Baiolojia imepata jibu la swali hili. Adenosine triphosphoric acid ni dutu ya ulimwengu wote inayotumiwa na wakazi wote wa sayari yetu. Katika makala hii, tutazingatia muundo na kazi za ATP katika vikundi mbalimbali vya viumbe hai. Kwa kuongeza, tutabainisha ni viungo gani vinawajibika kwa usanisi wake katika seli za mimea na wanyama.
Historia ya uvumbuzi
Mwanzoni mwa karne ya 20, katika maabara ya Shule ya Matibabu ya Harvard, wanasayansi kadhaa, yaani Subbaris, Loman na Friske, waligundua kiwanja kilicho karibu na muundo wa adenyl.asidi ya ribonucleic nucleotide. Walakini, haikuwa na moja, lakini mabaki mengi ya asidi ya fosforasi yaliyounganishwa na ribose ya monosaccharide. Miongo miwili baadaye, F. Lipman, akisoma kazi za ATP, alithibitisha dhana ya kisayansi kwamba kiwanja hiki hubeba nishati. Kuanzia wakati huo na kuendelea, biochemists walipata fursa nzuri ya kufahamiana kwa undani na utaratibu tata wa usanisi wa dutu hii ambayo hufanyika kwenye seli. Baadaye, kiwanja muhimu kiligunduliwa: enzyme - ATP synthase, ambayo inawajibika kwa malezi ya molekuli ya asidi katika mitochondria. Kuamua ni kazi gani ATP hufanya, hebu tujue ni michakato gani inayotokea katika viumbe hai haiwezi kufanywa bila ushiriki wa dutu hii.
Aina za kuwepo kwa nishati katika mifumo ya kibiolojia
Miitikio mbalimbali inayotokea katika viumbe hai huhitaji aina tofauti za nishati zinazoweza kubadilika kuwa nyingine. Hizi ni pamoja na michakato ya mitambo (harakati ya bakteria na protozoa, contraction ya myofibrils katika tishu za misuli), awali ya biochemical. Orodha hii pia inajumuisha msukumo wa umeme unaosababisha msisimko na kizuizi, athari za joto ambazo hudumisha joto la mwili mara kwa mara katika wanyama na wanadamu wenye damu joto. Mwangaza wa mwanga wa plankton wa baharini, baadhi ya wadudu na samaki wa bahari kuu pia ni aina ya nishati inayotolewa na viumbe hai.
Matukio yote hapo juu yanayotokea katika mifumo ya kibiolojia hayawezekani bila molekuli za ATP, ambazo kazi zake ni kuhifadhi.nishati kwa namna ya vifungo vya macroergic. Hutokea kati ya adenyl nucleoside na mabaki ya asidi ya fosfeti.
Nishati ya simu za mkononi hutoka wapi?
Kulingana na sheria za thermodynamics, kuonekana na kutoweka kwa nishati hutokea kwa sababu fulani. Kuvunjika kwa misombo ya kikaboni ambayo hufanya chakula: protini, wanga na hasa lipids husababisha kutolewa kwa nishati. Michakato ya msingi ya hidrolisisi hutokea katika njia ya utumbo, ambapo macromolecules ya misombo ya kikaboni yanakabiliwa na hatua ya enzymes. Sehemu ya nishati iliyopokelewa hutolewa kwa namna ya joto au hutumiwa kudumisha joto bora la yaliyomo ya ndani ya seli. Sehemu iliyobaki imekusanywa katika fomu katika mitochondria - vituo vya nguvu vya seli. Hii ndiyo kazi kuu ya molekuli ya ATP - kutoa na kujaza mahitaji ya nishati ya mwili.
Ni nini dhima ya athari za kikatili
Kitengo cha msingi cha dutu hai - seli, inaweza kufanya kazi ikiwa tu nishati itasasishwa kila mara katika mzunguko wake wa maisha. Ili kutimiza hali hii katika kimetaboliki ya seli, kuna mwelekeo unaoitwa kutenganisha, catabolism au kimetaboliki ya nishati. Katika hatua yake isiyo na oksijeni, ambayo ni njia rahisi zaidi ya kuunda na kuhifadhi nishati, kutoka kwa kila molekuli ya glucose, kwa kukosekana kwa oksijeni, molekuli 2 za dutu yenye nguvu nyingi huunganishwa ambayo hutoa kazi kuu za ATP kwenye seli - kuisambaza kwa nishati. Miitikio mingi ya hatua ya anoksiki hutokea kwenye saitoplazimu.
Kulingana na muundo wa seli, inaweza kuendelea kwa njia mbalimbali, kwa mfano, katika mfumo wa glikolisisi, pombe au uchachushaji wa asidi lactic. Walakini, sifa za biochemical za michakato hii ya metabolic haziathiri kazi ya ATP kwenye seli. Ni ya ulimwengu wote: kuhifadhi akiba ya nishati ya seli.
Jinsi muundo wa molekuli unavyohusiana na utendakazi wake
Hapo awali, tuligundua ukweli kwamba adenosine triphosphoric acid ina masalia matatu ya fosfeti yaliyounganishwa na msingi wa nitrate - adenine, na monosaccharide - ribose. Kwa kuwa karibu athari zote katika saitoplazimu ya seli hufanyika kwa njia ya maji, molekuli za asidi, chini ya hatua ya enzymes ya hidrolitiki, huvunja vifungo vya ushirikiano ili kuunda kwanza adenosine diphosphoric acid, na kisha AMP. Athari za kinyume zinazoongoza kwa awali ya asidi ya adenosine triphosphoric hutokea mbele ya phosphotransferase ya enzyme. Kwa kuwa ATP hufanya kazi ya chanzo cha ulimwengu wote cha shughuli muhimu ya seli, inajumuisha vifungo viwili vya macroergic. Kwa kupasuka kwa mfululizo kwa kila mmoja wao, 42 kJ inatolewa. Nyenzo hii hutumika katika metaboli ya seli, katika ukuaji wake na michakato ya uzazi.
Thamani ya ATP synthase
Katika viungo vya umuhimu wa jumla - mitochondria, iliyoko kwenye seli za mimea na wanyama, kuna mfumo wa enzymatic - mnyororo wa kupumua. Ina enzyme ATP synthase. Molekuli za biocatalyst, ambazo zina umbo la hexamer inayojumuisha globules za protini, huwekwa ndani ya utando na ndani.stroma ya mitochondria. Kwa sababu ya shughuli ya enzyme, dutu ya nishati ya seli hutengenezwa kutoka kwa ADP na mabaki ya asidi ya phosphate ya isokaboni. Molekuli za ATP zilizoundwa hufanya kazi ya kukusanya nishati muhimu kwa shughuli zake muhimu. Sifa bainifu ya kichochezi cha kibayolojia ni kwamba kunapokuwa na mkusanyiko mwingi wa misombo ya nishati, hufanya kazi kama kimeng'enya cha hidrolitiki, na kugawanya molekuli zake.
Sifa za usanisi wa adenosine triphosphoric acid
Mimea ina kipengele kikubwa cha kimetaboliki ambacho hutofautisha kwa kiasi kikubwa viumbe hawa na wanyama. Inahusishwa na hali ya autotrophic ya lishe na uwezo wa kusindika photosynthesis. Uundaji wa molekuli zilizo na vifungo vya macroergic hutokea katika mimea katika organelles za seli - kloroplasts. Kimeng'enya ATP synthase ambayo tayari tunaijua ni sehemu ya thylakoids na stroma ya kloroplasti. Kazi za ATP katika seli ni uhifadhi wa nishati katika viumbe vya autotrophic na heterotrophic, ikiwa ni pamoja na binadamu.
Michanganyiko yenye bondi kubwa huunganishwa katika saprotrofu na heterotrofu katika miitikio ya fosfori ya oksidi inayofanyika kwenye kristae ya mitochondrial. Kama unavyoona, katika mchakato wa mageuzi, vikundi mbalimbali vya viumbe hai vimeunda utaratibu kamili wa usanisi wa kiwanja kama vile ATP, kazi zake ni kuipa seli nishati.
