Macroergijska veza i veze. Koje su veze nazvane makroergijski?

Svaki pokret ili misli zahtijeva energiju iz tijela. Ova sila pohranjuje svaku ćeliju tijela i akumulira ga u biomolekulama uz pomoć makroergonskih veza. Te molekule akumulatora pružaju sve životne procese. Stalna razmjena energije unutar stanica vodi samom životu. Koje su ove biomolekule s makroergijskim vezama, odakle dolaze i što se događa s energijom u svakoj stanici našeg tijela - to je tema članka.

Biološki posrednici

U bilo kojem organizmu, energija od agensa koji generira energiju do potrošača biološke energije ne prolazi izravno. Kada se intramolekularne veze prehrambenih proizvoda razbiju, potencijalna energija kemijskih spojeva se oslobađa, daleko iznad kapaciteta unutarstaničnih enzimskih sustava da ga koriste. Zato se u biološkim sustavima oslobađanje potencijalnih kemijskih tvari događa postupno, s fazom pretvorbe u energiju i njegovu akumulaciju u makroergijskim spojevima i vezama. A to su biomolekule koje su sposobne za takvu akumulaciju energije, nazvanu visokom energijom.

Koje su veze nazvane makroergijski?

Razina slobodne energije od 12,5 kJ / mol, nastala tijekom stvaranja ili razgradnje kemijske veze, smatra se normalnim. Kada hidroliza nekih tvari dovodi do stvaranja slobodne energije veće od 21 kJ / mol, to se zove makroergijske veze. Oni su označeni simbolom "tilde" - ~. Za razliku od fizikalne kemije, gdje je kationska veza atoma označena makroergonskom vezom, u biologiji mislimo na razliku između energije početnih sredstava i proizvoda njihovog propadanja. To jest, energija nije lokalizirana u određenoj kemijskoj vezi atoma, ali karakterizira cijelu reakciju. U biokemiji govore o kemijskoj konjugaciji i formiranju makroergijskog spoja.

Univerzalni izvor energije

Svi živi organizmi na našem planetu imaju jedan univerzalni element skladištenja energije - makroergijska veza ATP-ADP-AMP (adenozin tri, di, monofosforna kiselina). To su biomolekule koje se sastoje od adeninskog baze koja sadrži dušik pričvršćena na ugljikovodik riboze i vezane ostatke ortofosforne kiseline. Pod djelovanjem vode i restrikcijskog enzima, adenozin trifosfat (C₁₀H₁₆N₅O₁₃P₃) mogu propadati u molekulu adenozin-difosfatne kiseline i ortofosfatne kiseline. Ova reakcija je praćena oslobađanjem slobodne energije reda veličine 30,5 kJ / mol. Svi procesi vitalne aktivnosti u svakoj stanici našeg tijela javljaju se kada je energija pohranjena u ATP i koristi se pri prekidanju veza između ostataka ortofosforne kiseline.

Donator i akceptor

Bogate spojeva uključuju tvari s dugim imena koja mogu formirati ATP molekula u hidrolize (npr pirofosforne kiseline i piruvinska, suktsinilkofermenty, aminoacil derivate ribonukleinskih kiselina). Svi ovi spojevi sadrže fosfornih atoma (P), i sumpor (S), između kojih su visoko energetski vezu. Da je energija koja se oslobađa na ruptura energije vezom u ATP (donor) se apsorbira u stanice u sintezi organskih spojeva vlastite. U isto vrijeme, zalihe ovih linkova konstantno se dodaje skladištenje energije (akceptor), objavio hidrolizom makromolekula. U svakoj stanici ljudskog tijela, ovi procesi odvijaju u mitohondrijima, gdje je vrijeme postojanja ATP manje od 1 minute. Tijekom dana, naše tijelo sintetizira oko 40 kilograma ATP, koji se protežu do 3 tisuće raspada ciklusa svaki. I u bilo kojem trenutku u tijelu je prisutan oko 250 grama ATP-a.

Funkcije visokoenergetskih biomolekula

Osim funkcije donatora i akceptora energije u procesima propadanja i sintezi visokih molekularnih spojeva, ATP molekule imaju nekoliko važnijih uloga u stanicama. Energija raskida makroergonskih veza koristi se u procesima proizvodnje topline, mehaničkog rada, akumulacije električne energije, luminescencije. Istodobno, transformacija energije kemijskih veza u toplinske, električne, mehaničke veze istovremeno služi kao stupanj razmjene energije s naknadnim pohranjivanjem u istim makroenergetskim vezama ATP. Svi ovi procesi u stanici nazivaju se plastične i energetske razmjene (dijagram na slici). ATP molekule također djeluju kao koenzimi, koji reguliraju djelovanje određenih enzima. Osim toga, ATP može biti i posrednik, signalni agens u sinapsima živčanih stanica.

Tijek energije i tvari u stanici

Tako ATP u stanici zauzima središnje i glavno mjesto u razmjeni tvari. Reakcije kod kojih se ATP pojavljuje i raspadaju prilično su brojni (oksidativna fosforilacija i supstrat, hidroliza). Biokemijske reakcije sinteze tih molekula su reverzibilne, pod određenim uvjetima se kreću u stanicama prema sintezi ili propadanju. Načini tih reakcija razlikuju se u broju transformacija tvari, tipu oksidacijskih procesa, u metodama konjugacije reakcija u energetici i energije. Svaki proces ima jasne prilagodbe obradi određene vrste "goriva" i njegovih granica učinkovitosti.

Procjena učinkovitosti

Pokazatelji učinkovitosti pretvorbe energije i niske u biološkim sustavima se ocjenjivati ​​u smislu standardne učinkovitosti (odnos korisno provedeno na obavljanje posla na ukupne potrošene energije). Ali sada, kako bi se osigurala provedba bioloških funkcija, cijena potrebno je vrlo velik. Na primjer, trkač, po jedinici mase, troši više energije kao veliki ocean liner. Čak i na ostatak za održavanje života u tijelu - to je težak posao, a to je proveo oko 8000 kJ / mol. Tako je sinteza proteina konzumirati oko 1,8 kJ / mol tisuća, na srcu, - 1,1 tisuća kJ / mol, a u sintezi ATP-a - 3.8 mol / tysyachikDzh.

Adenilatni sustav stanica

Ovo je sustav koji uključuje zbroj svih ATP, ADP i AMP u ćeliji u određenom vremenskom razdoblju. Veličina ovog i omjer komponenata određuju energetski status ćelije. Sustav se procjenjuje temeljem energije napunjenosti sustava (omjer fosfatnih skupina prema adenozinskom ostatku). Ako su u stanicama makroergijski spojevi zastupljeni samo ATP - ima najviši energetski status (indeks -1), samo AMP - minimalni status (indikator - 0). U živim stanicama obično se održavaju 0.7-0.9. Stabilnost energetskog statusa stanice određuje brzinu enzimatskih reakcija i podršku za optimalne razine vitalne aktivnosti.

I malo o elektranama

Kao što je već spomenuto, sinteza ATP događa u specijaliziranim organele - mitohondrije. I danas među biolozima postoji rasprava o podrijetlu ovih predivnih građevina. Mitohondrija - snaga stanica „gorivo”, koji su proteini, masti, glikogen i struju - molekula ATP sinteze koji se održava na sudjelovanje kisika. Možemo reći da dišemo, da mitohondriji su radili. Koliko radovi moraju biti u skladu sa stanicama, više energije što im je potrebno. Čitaj - ATP, te na taj način - mitohondrije.

Na primjer, profesionalni sportaš u skeletnim mišićima sadrži oko 12% mitohondrija, dok je u nesportskom stanovniku pola onoliko. Ali u srčanom mišiću njihova stopa iznosi 25%. Suvremene metode treniranja sportaša, a posebno trkača maratona, temelje se na MCP (maksimalna potrošnja kisika), koja izravno ovisi o broju mitohondrija i sposobnosti mišića da obavljaju dugotrajno opterećenje. Vodeći programi osposobljavanja za profesionalni sport imaju za cilj poticanje sinteze mitohondrija u mišićnim stanicama.