Wenn wir den bekannten Ausdruck "Bewegung ist Leben" umschreiben, wird klar, dass alle Erscheinungsformen lebender Materie - Wachstum, Fortpflanzung, Prozesse der Synthese von Nährstoffen, Atmung - tatsächlich die Bewegung von Atomen sind und Moleküle, aus denen die Zelle besteht. Sind diese Prozesse ohne Beteiligung von Energie möglich? Natürlich nicht.
Woher beziehen Lebewesen, von riesigen Organismen wie dem Blauwal oder dem Amerikanischen Mammutbaum bis hin zu ultramikroskopischen Bakterien, ihre Vorräte?
Die Biochemie hat die Antwort auf diese Frage gefunden. Adenosintriphosphorsäure ist eine universelle Substanz, die von allen Bewohnern unseres Planeten verwendet wird. In diesem Artikel werden wir die Struktur und Funktionen von ATP in verschiedenen Gruppen lebender Organismen betrachten. Außerdem werden wir bestimmen, welche Organellen für die Synthese in pflanzlichen und tierischen Zellen verantwortlich sind.
Discovery-Verlauf
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts entdeckten mehrere Wissenschaftler, nämlich Subbaris, Loman und Friske, im Labor der Harvard Medical School eine Verbindung, die in ihrer Struktur Adenyl nahe kommtRibonukleinsäure Nukleotid. Es enthielt jedoch nicht einen, sondern bis zu drei mit dem Monosaccharid Ribose verbundene Phosphatsäurereste. Zwei Jahrzehnte später bestätigte F. Lipman, der die Funktionen von ATP untersuchte, die wissenschaftliche Annahme, dass diese Verbindung Energie trägt. Von diesem Moment an hatten Biochemiker eine großartige Gelegenheit, sich ausführlich mit dem komplexen Mechanismus der Synthese dieser Substanz in der Zelle vertraut zu machen. Später wurde eine Schlüsselverbindung entdeckt: ein Enzym - ATP-Synthase, das für die Bildung von Säuremolekülen in Mitochondrien verantwortlich ist. Um festzustellen, welche Funktion ATP erfüllt, wollen wir herausfinden, welche Prozesse in lebenden Organismen ohne die Beteiligung dieser Substanz nicht durchgeführt werden können.
Daseinsformen von Energie in biologischen Systemen
Verschiedene Reaktionen, die in lebenden Organismen ablaufen, erfordern unterschiedliche Arten von Energie, die sich ineinander umwandeln können. Dazu gehören mechanische Prozesse (Bewegung von Bakterien und Protozoen, Kontraktion von Myofibrillen im Muskelgewebe), biochemische Synthese. Diese Liste enthält auch elektrische Impulse, die der Erregung und Hemmung zugrunde liegen, thermische Reaktionen, die bei warmblütigen Tieren und Menschen eine konstante Körpertemperatur aufrechterh alten. Das leuchtende Leuchten von Meeresplankton, einigen Insekten und Tiefseefischen ist auch eine Art von Energie, die von lebenden Körpern erzeugt wird.
Alle oben genannten Phänomene, die in biologischen Systemen auftreten, sind ohne ATP-Moleküle unmöglich, deren Funktion darin besteht, zu speichernEnergie in Form von makroergen Bindungen. Sie treten zwischen dem Adenylnukleosid und den Phosphatsäureresten auf.
Woher kommt Zellenergie?
Nach den Gesetzen der Thermodynamik tritt das Erscheinen und Verschwinden von Energie aus bestimmten Gründen auf. Der Abbau organischer Verbindungen, aus denen Nahrung besteht: Proteine, Kohlenhydrate und insbesondere Lipide, führt zur Freisetzung von Energie. Die primären Prozesse der Hydrolyse finden im Verdauungstrakt statt, wo die Makromoleküle organischer Verbindungen der Wirkung von Enzymen ausgesetzt sind. Ein Teil der empfangenen Energie wird in Form von Wärme abgeführt oder dazu verwendet, die optimale Temperatur des inneren Inh alts der Zelle aufrechtzuerh alten. Der restliche Anteil wird in Form in Mitochondrien – den Kraftwerken der Zelle – angereichert. Dies ist die Hauptfunktion des ATP-Moleküls – Bereitstellung und Auffüllung des Energiebedarfs des Körpers.
Welche Rolle spielen katabolische Reaktionen
Eine elementare Einheit lebender Materie - eine Zelle, kann nur funktionieren, wenn die Energie in ihrem Lebenszyklus ständig aktualisiert wird. Um diese Bedingung im Zellstoffwechsel zu erfüllen, gibt es eine Richtung namens Dissimilation, Katabolismus oder Energiestoffwechsel. In seinem sauerstofffreien Zustand, der einfachsten Art Energie zu bilden und zu speichern, werden aus jedem Glukosemolekül in Abwesenheit von Sauerstoff 2 Moleküle einer energieintensiven Substanz synthetisiert, die die Hauptfunktionen von ATP in der Zelle erfüllen - ihn mit Energie zu versorgen. Die meisten Reaktionen des anoxischen Schrittes finden im Zytoplasma statt.
Je nach Struktur der Zelle kann sie unterschiedlich ablaufen, zum Beispiel in Form von Glykolyse, Alkohol oder Milchsäuregärung. Die biochemischen Eigenschaften dieser Stoffwechselvorgänge beeinflussen jedoch nicht die Funktion von ATP in der Zelle. Es ist universell: um die Energiereserven der Zelle zu schonen.
Wie die Struktur eines Moleküls mit seiner Funktion zusammenhängt
Zuvor haben wir festgestellt, dass Adenosintriphosphorsäure drei Phosphatreste enthält, die mit einer Nitratbase - Adenin - und einem Monosaccharid - Ribose - verbunden sind. Da fast alle Reaktionen im Zytoplasma der Zelle in einem wässrigen Medium durchgeführt werden, brechen Säuremoleküle unter der Wirkung von hydrolytischen Enzymen kovalente Bindungen, um zuerst Adenosindiphosphorsäure und dann AMP zu bilden. Die zur Synthese von Adenosintriphosphorsäure führenden Rückreaktionen laufen in Gegenwart des Enzyms Phosphotransferase ab. Da ATP die Funktion einer universellen Quelle zellulärer Vitalaktivität erfüllt, enthält es zwei makroerge Bindungen. Bei einem sukzessiven Bruch von jedem von ihnen werden 42 kJ freigesetzt. Diese Ressource wird im Zellstoffwechsel, in deren Wachstum und Reproduktionsprozessen verwendet.
Wert der ATP-Synthase
In Organellen von allgemeiner Bedeutung - Mitochondrien, die sich in pflanzlichen und tierischen Zellen befinden, gibt es ein enzymatisches System - die Atmungskette. Es enthält das Enzym ATP-Synthase. Die Biokatalysatormoleküle, die die Form eines aus Proteinkügelchen bestehenden Hexamers haben, tauchen sowohl in die Membran als auch in sie einStroma der Mitochondrien. Durch die Aktivität des Enzyms wird aus ADP und Resten anorganischer Phosphatsäure der Energiestoff der Zelle synthetisiert. Die gebildeten ATP-Moleküle erfüllen die Funktion, die für ihre lebenswichtige Aktivität notwendige Energie zu akkumulieren. Eine Besonderheit des Biokatalysators besteht darin, dass er sich bei einer übermäßigen Konzentration von Energieverbindungen wie ein hydrolytisches Enzym verhält und deren Moleküle sp altet.
Merkmale der Synthese von Adenosintriphosphorsäure
Pflanzen haben ein schwerwiegendes Stoffwechselmerkmal, das diese Organismen radikal von Tieren unterscheidet. Es wird mit der autotrophen Ernährungsweise und der Fähigkeit, Photosynthese zu verarbeiten, in Verbindung gebracht. Die Bildung von Molekülen, die makroerge Bindungen enth alten, erfolgt in Pflanzen in Zellorganellen - Chloroplasten. Das uns bereits bekannte Enzym ATP-Synthase ist Bestandteil ihrer Thylakoide und des Stromas von Chloroplasten. Die Funktionen von ATP in der Zelle sind die Speicherung von Energie sowohl in autotrophen als auch in heterotrophen Organismen, einschließlich Menschen.
Verbindungen mit makroergen Bindungen werden in Saprotrophen und Heterotrophen in oxidativen Phosphorylierungsreaktionen synthetisiert, die auf mitochondrialen Cristae stattfinden. Wie Sie sehen können, haben verschiedene Gruppen lebender Organismen im Laufe der Evolution einen perfekten Mechanismus für die Synthese einer solchen Verbindung wie ATP gebildet, dessen Funktion darin besteht, die Zelle mit Energie zu versorgen.
