Makroregijska povezava in povezave. Katere povezave imenujemo makroregija?

Vsako gibanje ali mišljenje zahteva energijo iz telesa. Ta sila shrani vsako celico telesa in jo kopiči v biomolekulah s pomočjo makroergičnih vezi. Te molekule so baterije, ki zagotavljajo vse življenjske procese. Stalna izmenjava energije znotraj celic vodi v življenje. Kakšne so te biomolekule z makroergičnimi vezmi, od kod prihajajo in kaj se zgodi z njihovo energijo v vsaki celici našega telesa - to je tema članka.

Biološki mediatorji

V katerem koli organizmu energija iz energijsko ustvarjajočega biološkega porabnika ne poteka neposredno. Ko so intramolekularne vezi prehrambenih produktov prekinjene, se sprosti potencialna energija kemičnih spojin, ki znatno presegajo zmogljivost intracelularnih encimskih sistemov za njegovo uporabo. Zato se v bioloških sistemih sproščanje potencialnih kemičnih snovi postopoma pojavi s postopno pretvorbo v energijo in njeno kopičenje v makroergičnih spojinah in vezeh. In to so biomolekule, ki so zmožni takšne akumulacije energije, imenovane visoke energije.

Katere povezave imenujemo makroregija?

Raven brezplačne energije 12,5 kJ / mol, ki nastane med tvorbo ali razpadom kemične vezi, velja za normalno. Ko hidroliza nekaterih snovi vodi do tvorbe proste energije več kot 21 kJ / mol, se to imenuje makroergičnih vezi. Označeni so s simbolom "tilde" - ~. Za razliko od fizikalne kemije, kjer je kationska vez atomov mišljena z makroergično vezjo, v biologiji pomeni razliko med energijo začetnih sredstev in produkti njihovega razpada. To pomeni, da energija ni lokalizirana v določeni kemični vezi atomov, temveč je značilna celotna reakcija. V biokemiji govorijo o kemijski konjugaciji in tvorbi makroergične spojine.

Univerzalni vir bioenergije

Vsi živi organizmi na našem planetu imajo en univerzalni element shranjevanja energije - makroergično povezavo ATP-ADP-AMP (adenozin tri, di, monofosforna kislina). To so biomolekule, ki jih sestavljajo adeninska baza, ki vsebuje dušik, pritrjena na ogljikovodik iz ogljikovodika in vezane ostanke ortofosforne kisline. Pod vplivom vode in omejevalnega encima je adenozin trifosfat (C₁₀H₁₆N₅O₁₃P₃) lahko razpadejo v molekulo adenozin diposfatne kisline in ortofosfatno kislino. To reakcijo spremlja sproščanje proste energije reda 30,5 kJ / mol. Vsi procesi vitalne aktivnosti v vsaki celici našega telesa se pojavijo, ko se energija shrani v ATP in se uporablja pri prekinitvi vezi med ostankoma ortofosforne kisline.

Donator in akceptor

Z bogate zmesi vključuje tudi snovi z dolgimi imeni, ki lahko tvorijo ATP molekul v hidroliznih reakcij (npr, pirofosforna in piruvične, suktsinilkofermenty, derivati ​​aminoacil ribonukleinske kisline). Vse te spojine vsebujejo atome fosforja (P) in žvepla (S), med katerimi so visokoenergetske vezi. To je energija, ki jo sprošča razgradnja visokoenergetske vezi v ATP (donatorju), ki jo absorbira celica pri sintetiziranju lastnih organskih spojin. Hkrati so zaloge teh povezav nenehno polnijo s shranjevanjem energije (akceptor), s hidrolizo makromolekul sprosti. V vsaki celici človeškega telesa se ti procesi pojavljajo v mitohondriji, medtem ko trajanje ATP traja manj kot 1 minuto. Za dan naše telo sintetizira okoli 40 kilogramov ATP, ki prehajajo do 3000 ciklov razpada. In v vsakem trenutku v našem telesu je približno 250 gramov ATP.

Funkcije biomolekul visoke energije

Poleg donorske funkcije in akceptorja energije v procesih razpadanja in sintezi visoko molekularnih spojin, imajo ATP molekule še nekaj pomembnejših vlog v celicah. Energija porušitve makroregičnih vezi se uporablja v procesih proizvodnje toplote, mehanskih del, akumulacije električne energije, luminiscence. Hkrati transformacija energije kemičnih vezi v toplotne, električne, mehanske vezi istočasno služi kot stopnja izmenjave energije s poznejšim shranjevanjem v istih makroenergetskih vezi ATP. Vsi ti procesi v celici imenujemo plastične in energetske izmenjave (diagram na sliki). ATP molekule delujejo tudi kot koencimi, ki uravnavajo delovanje določenih encimov. Poleg tega je lahko ATP tudi mediator, signalni agent v sinapse živčnih celic.

Pretok energije in snovi v celici

Tako ATP v celici zavzema osrednje in glavno mesto pri izmenjavi snovi. Reakcije, s katerimi se ATP pojavlja in razgrajuje, so precej številne (oksidativna fosforilacija in substrat, hidroliza). Biokemične reakcije sinteze teh molekul so reverzibilne, pod določenimi pogoji se v celicah premikajo v smeri sinteze ali razpada. Načini teh reakcij se razlikujejo glede na število transformacij snovi, vrsto oksidacijskih procesov, v metode konjugiranja energetsko dovajanih in energijsko odzivnih reakcij. Vsak proces ima jasne prilagoditve obdelavi določene vrste "goriva" in njenih meja učinkovitosti.

Ocena učinkovitosti

Kazalniki izkoristek pretvorbe energije in so nizke v bioloških sistemih, so ocenjeni glede na standardni učinkovitosti (razmerje med koristno porabljen za to delo na celotno porabo električne energije). Ampak, da bi zagotovili izvajanje bioloških funkcij, so stroški zelo veliki. Na primer, tekač v smislu teže enote porabi toliko energije kot velika oceanska plast. Tudi pri miru je ohranjanje življenja telesa težko delo in porabi okoli 8.000 kJ / mol. Tako je sinteza proteinov porabi približno 1,8 tisoče kJ / mol, na srce - 1.1 tisoč kJ / mol, vendar pri sintezi ATP - 3,8 tysyachikDzh / mol.

Adenilatni sistem celic

To je sistem, ki vključuje vsoto vseh ATP, ADP in AMP v celici v določenem časovnem obdobju. Velikost tega in razmerja komponent določata energijski status celice. Sistem je ovrednoten glede na energijsko polnjenje sistema (razmerje med fosfatnimi skupinami in adenozinskim ostankom). Če v celičnih makroergičnih spojinah predstavlja samo ATP - ima najvišji energetski status (indeks -1), če samo AMP - minimalni status (kazalnik - 0). V živih celicah se običajno vzdržuje 0,7-0,9. Stabilnost energetskega stanja celice določa stopnjo encimskih reakcij in podpira optimalne ravni vitalne aktivnosti.

In malo o elektrarnah

Kot smo že omenili, se sinteza ATP pojavlja v specializiranih organelih celice - mitohondrije. In danes biologi razpravljajo o izvoru teh neverjetnih struktur. Mitohondrije so elektrarne celice, "goriva", za katere so beljakovine, maščobe, glikogen in električna molekula ATP, katere sinteza poteka s sodelovanjem kisika. Lahko rečemo, da dihamo, da delujejo mitohondrije. Več dela, ki jih morajo celice narediti, več energije, ki jo potrebujejo. Preberite - ATP, in posledično - mitohondrije.

Na primer, poklicni športnik v skeletnih mišicah vsebuje približno 12% mitohondrije, medtem ko je pri nesportnemu prebivalstvu polovica toliko. Ampak v srčni mišici je njihova hitrost 25%. Sodobne metode treninga športnikov, zlasti maratoncev, temeljijo na MCP (maksimalna poraba kisika), ki je neposredno odvisna od števila mitohondrije in sposobnosti mišic za dolgoročno breme. Vodilni programi usposabljanja za poklicne športe so namenjeni spodbujanju sinteze mitohondrije v mišičnih celicah.