Եթե վերափոխենք «շարժումը կյանք է» հայտնի արտահայտությունը, ապա պարզ է դառնում, որ կենդանի նյութի բոլոր դրսեւորումները՝ աճը, վերարտադրությունը, սննդանյութերի սինթեզի գործընթացները, շնչառությունը, իրականում ատոմների շարժում են։ և մոլեկուլները, որոնք կազմում են բջիջը: Այս գործընթացները հնարավո՞ր են առանց էներգիայի մասնակցության։ Իհարկե ոչ։
Որտե՞ղ են իրենց պաշարները վերցնում կենդանի մարմինները՝ սկսած հսկա օրգանիզմներից, ինչպիսիք են կապույտ կետը կամ ամերիկյան սեքվոյան, մինչև ուլտրամիկրոսկոպիկ բակտերիաները:
Կենսաքիմիան գտել է այս հարցի պատասխանը։ Ադենոզին տրիֆոսֆորական թթուն ունիվերսալ նյութ է, որն օգտագործվում է մեր մոլորակի բոլոր բնակիչների կողմից: Այս հոդվածում մենք կքննարկենք ATP-ի կառուցվածքը և գործառույթները կենդանի օրգանիզմների տարբեր խմբերում: Բացի այդ, մենք կորոշենք, թե որ օրգանելներն են պատասխանատու բույսերի և կենդանիների բջիջներում դրա սինթեզի համար:
Հայտնաբերման պատմություն
20-րդ դարի սկզբին Հարվարդի բժշկական դպրոցի լաբորատորիայում մի քանի գիտնականներ, մասնավորապես՝ Սուբբարիսը, Լոմանը և Ֆրիսկեն, հայտնաբերեցին ադենիլին կառուցվածքով մոտ միացություն։ռիբոնուկլեինաթթվի նուկլեոտիդ: Այնուամենայնիվ, այն պարունակում էր ոչ թե մեկ, այլ երեք ֆոսֆատաթթվի մնացորդներ՝ կապված մոնոսաքարիդ ռիբոզայի հետ։ Երկու տասնամյակ անց Ֆ. Լիպմանը, ուսումնասիրելով ATP-ի գործառույթները, հաստատեց գիտական ենթադրությունը, որ այս միացությունը էներգիա է կրում։ Այդ պահից կենսաքիմիկոսները մեծ հնարավորություն ունեցան մանրամասն ծանոթանալու այդ նյութի սինթեզի բարդ մեխանիզմին, որը տեղի է ունենում բջջում։ Ավելի ուշ հայտնաբերվեց առանցքային միացություն՝ ֆերմենտ՝ ATP սինթազա, որը պատասխանատու է միտոքոնդրիում թթվային մոլեկուլների առաջացման համար։ Որոշելու համար, թե ինչ ֆունկցիա է կատարում ATP-ն, եկեք պարզենք, թե կենդանի օրգանիզմներում տեղի ունեցող ինչ գործընթացներ չեն կարող իրականացվել առանց այս նյութի մասնակցության։
Էներգիայի գոյության ձևերը կենսաբանական համակարգերում
Կենդանի օրգանիզմներում տեղի ունեցող տարբեր ռեակցիաները պահանջում են տարբեր տեսակի էներգիա, որոնք կարող են փոխակերպվել միմյանց: Դրանք ներառում են մեխանիկական պրոցեսներ (բակտերիաների և նախակենդանիների շարժում, մկանային հյուսվածքի միոֆիբրիլների կծկում), կենսաքիմիական սինթեզ։ Այս ցանկը ներառում է նաև էլեկտրական ազդակներ, որոնք ընկած են գրգռման և արգելակման հիմքում, ջերմային ռեակցիաները, որոնք պահպանում են մարմնի մշտական ջերմաստիճանը տաքարյուն կենդանիների և մարդկանց մոտ: Ծովային պլանկտոնի, որոշ միջատների և խորջրյա ձկների լուսաշող փայլը նույնպես կենդանի մարմինների կողմից արտադրվող էներգիայի տեսակ է:
Բոլոր վերը նշված երևույթները, որոնք տեղի են ունենում կենսաբանական համակարգերում, անհնար են առանց ATP մոլեկուլների, որոնց գործառույթներն են կուտակելէներգիա՝ մակրոէերգիկ կապերի տեսքով։ Դրանք առաջանում են ադենիլ նուկլեոզիդի և ֆոսֆատաթթվի մնացորդների միջև։
Որտեղի՞ց է գալիս բջջային էներգիան:
Ըստ թերմոդինամիկայի օրենքների՝ էներգիայի առաջացումը և անհետացումը տեղի է ունենում որոշակի պատճառներով։ Սնունդը կազմող օրգանական միացությունների՝ սպիտակուցների, ածխաջրերի և հատկապես լիպիդների քայքայումը հանգեցնում է էներգիայի արտազատմանը: Հիդրոլիզի առաջնային գործընթացները տեղի են ունենում մարսողական տրակտում, որտեղ օրգանական միացությունների մակրոմոլեկուլները ենթարկվում են ֆերմենտների ազդեցությանը: Ստացված էներգիայի մի մասը ցրվում է ջերմության տեսքով կամ օգտագործվում է բջջի ներքին պարունակության օպտիմալ ջերմաստիճանը պահպանելու համար։ Մնացած մասը ձևով կուտակվում է միտոքոնդրիումներում՝ բջջի էլեկտրակայաններում: Սա ATP մոլեկուլի հիմնական գործառույթն է՝ ապահովելով և համալրելով մարմնի էներգիայի կարիքները:
Ո՞րն է կատաբոլիկ ռեակցիաների դերը
Կենդանի նյութի տարրական միավորը՝ բջիջը, կարող է գործել միայն այն դեպքում, եթե էներգիան անընդհատ թարմացվի իր կյանքի ցիկլում: Բջջային նյութափոխանակության մեջ այս պայմանը կատարելու համար կա մի ուղղություն, որը կոչվում է դիսիմիլացիա, կատաբոլիզմ կամ էներգետիկ նյութափոխանակություն: Իր առանց թթվածնի փուլում, որը էներգիա ձևավորելու և պահելու ամենապարզ միջոցն է, գլյուկոզայի յուրաքանչյուր մոլեկուլից թթվածնի բացակայության դեպքում սինթեզվում են էներգատար նյութի 2 մոլեկուլ, որոնք ապահովում են բջջում ATP-ի հիմնական գործառույթները. նրան էներգիա մատակարարելով։ Անօքսիկ փուլի ռեակցիաների մեծ մասը տեղի է ունենում ցիտոպլազմայում:
Կախված բջջի կառուցվածքից՝ այն կարող է ընթանալ տարբեր ձևերով, օրինակ՝ գլիկոլիզի, ալկոհոլի կամ կաթնաթթվային խմորման տեսքով։ Այնուամենայնիվ, այս նյութափոխանակության գործընթացների կենսաքիմիական առանձնահատկությունները չեն ազդում բջիջում ATP-ի գործառույթի վրա: Այն ունիվերսալ է՝ պահպանել բջջի էներգիայի պաշարները։
Ինչպե՞ս է մոլեկուլի կառուցվածքը կապված նրա ֆունկցիաների հետ
Ավելի վաղ մենք հաստատել ենք այն փաստը, որ ադենոզինտրիֆոսֆորական թթուն պարունակում է երեք ֆոսֆատ մնացորդներ՝ կապված նիտրատային բազայի հետ՝ ադենին, և մոնոսաքարիդ՝ ռիբոզա: Քանի որ բջջի ցիտոպլազմում գրեթե բոլոր ռեակցիաները կատարվում են ջրային միջավայրում, թթվային մոլեկուլները, հիդրոլիտիկ ֆերմենտների ազդեցության տակ, կոտրում են կովալենտային կապերը՝ ձևավորելով նախ ադենոզին դիֆոսֆորական թթու, իսկ հետո՝ AMP: Հակադարձ ռեակցիաները, որոնք հանգեցնում են ադենոզին տրիֆոսֆորաթթվի սինթեզին, տեղի են ունենում ֆոսֆոտրանսֆերազ ֆերմենտի առկայության դեպքում: Քանի որ ATP-ն կատարում է բջջային կենսագործունեության ունիվերսալ աղբյուրի գործառույթը, այն ներառում է երկու մակրոէերգիկ կապ: Նրանցից յուրաքանչյուրի հաջորդական ճեղքումով արձակվում է 42 կՋ։ Այս ռեսուրսն օգտագործվում է բջիջների նյութափոխանակության, դրա աճի և վերարտադրողական պրոցեսների մեջ։
ATP սինթազայի արժեքը
Ընդհանուր նշանակության օրգանելներում՝ միտոքոնդրիումներում, որոնք տեղակայված են բույսերի և կենդանական բջիջներում, գոյություն ունի ֆերմենտային համակարգ՝ շնչառական շղթա։ Այն պարունակում է ATP սինթազ ֆերմենտ: Կենսական կատալիզատորի մոլեկուլները, որոնք ունեն սպիտակուցային գնդիկներից բաղկացած վեցամերի ձև, ընկղմված են ինչպես թաղանթում, այնպես էլմիտոքոնդրիաների ստրոմա. Ֆերմենտի ակտիվության շնորհիվ բջջի էներգետիկ նյութը սինթեզվում է ADP-ից և անօրգանական ֆոսֆատաթթվի մնացորդներից։ Ձևավորված ATP մոլեկուլները կատարում են նրա կենսագործունեության համար անհրաժեշտ էներգիայի կուտակման գործառույթը։ Կենսական կատալիզատորի տարբերակիչ առանձնահատկությունն այն է, որ երբ առկա է էներգիայի միացությունների չափազանց մեծ կոնցենտրացիան, այն իրեն պահում է հիդրոլիտիկ ֆերմենտի պես՝ պառակտելով դրանց մոլեկուլները:
Ադենոզինտրիֆոսֆորաթթվի սինթեզի առանձնահատկությունները
Բույսերն ունեն նյութափոխանակության լուրջ հատկություն, որն արմատապես տարբերում է այս օրգանիզմներին կենդանիներից: Այն կապված է սնուցման ավտոտրոֆ ռեժիմի և ֆոտոսինթեզի մշակման ունակության հետ: Մակրոէերգիկ կապեր պարունակող մոլեկուլների առաջացումը տեղի է ունենում բույսերում բջջային օրգանելներում՝ քլորոպլաստներում: Մեզ արդեն հայտնի ATP սինթազ ֆերմենտը նրանց թիլաոիդների և քլորոպլաստների ստրոմայի մի մասն է: Բջջում ATP-ի գործառույթներն են էներգիայի կուտակումն ինչպես ավտոտրոֆ, այնպես էլ հետերոտրոֆ օրգանիզմներում, ներառյալ մարդկանց:
Մակրոէերգիկ կապերով միացությունները սինթեզվում են սապրոտրոֆներում և հետերոտրոֆներում՝ միտոքոնդրիալ կրիստաների վրա տեղի ունեցող օքսիդատիվ ֆոսֆորիլացման ռեակցիաներում: Ինչպես տեսնում եք, էվոլյուցիայի գործընթացում կենդանի օրգանիզմների տարբեր խմբեր ձևավորել են այնպիսի միացության սինթեզի կատարյալ մեխանիզմ, ինչպիսին է ATP-ն, որի գործառույթներն են բջիջին էներգիայով ապահովելը։
