Ako parafraziramo poznati izraz "kretanje je život", postaje jasno da su sve manifestacije žive tvari - rast, razmnožavanje, procesi sinteze hranjivih tvari, disanje - zapravo kretanje atoma i molekule koje čine stanicu. Jesu li ti procesi mogući bez sudjelovanja energije? Naravno da ne.
Odakle živa tijela, u rasponu od divovskih organizama poput plavog kita ili američke sekvoje, do ultramikroskopskih bakterija, crpe svoje zalihe?
Biokemija je pronašla odgovor na ovo pitanje. Adenozin trifosforna kiselina je univerzalna tvar koju koriste svi stanovnici našeg planeta. U ovom članku razmotrit ćemo strukturu i funkcije ATP-a u različitim skupinama živih organizama. Osim toga, utvrdit ćemo koje su organele odgovorne za njegovu sintezu u biljnim i životinjskim stanicama.
Povijest otkrića
Početkom 20. stoljeća, u laboratoriju Harvardske medicinske škole, nekoliko znanstvenika, naime Subbaris, Loman i Friske, otkrili su spoj blizak strukturi adenilunukleotid ribonukleinske kiseline. Međutim, nije sadržavao jedan, već čak tri ostatka fosfatne kiseline vezana za monosaharid ribozu. Dva desetljeća kasnije, F. Lipman, proučavajući funkcije ATP-a, potvrdio je znanstvenu pretpostavku da ovaj spoj nosi energiju. Od tog trenutka biokemičari su imali izvrsnu priliku detaljno se upoznati sa složenim mehanizmom sinteze ove tvari koja se događa u stanici. Kasnije je otkriven ključni spoj: enzim - ATP sintaza, koji je odgovoran za stvaranje molekula kiseline u mitohondrijima. Da bismo utvrdili koju funkciju ATP obavlja, otkrijmo koji se procesi koji se odvijaju u živim organizmima ne mogu odvijati bez sudjelovanja ove tvari.
Oblici postojanja energije u biološkim sustavima
Različite reakcije koje se javljaju u živim organizmima zahtijevaju različite vrste energije koje se mogu transformirati jedna u drugu. To uključuje mehaničke procese (kretanje bakterija i protozoa, kontrakciju miofibrila u mišićnom tkivu), biokemijsku sintezu. Ovaj popis također uključuje električne impulse koji su u osnovi ekscitacije i inhibicije, toplinske reakcije koje održavaju stalnu tjelesnu temperaturu kod toplokrvnih životinja i ljudi. Luminiscentni sjaj morskog planktona, nekih insekata i dubokomorskih riba također je vrsta energije koju proizvode živa tijela.
Sve gore navedene pojave koje se javljaju u biološkim sustavima nemoguće su bez ATP molekula, čija je funkcija pohranjivanjeenergije u obliku makroergijskih veza. Javljaju se između adenil nukleozida i ostataka fosfatne kiseline.
Odakle dolazi stanična energija?
Prema zakonima termodinamike, do pojave i nestanka energije dolazi iz određenih razloga. Razgradnja organskih spojeva koji čine hranu: proteina, ugljikohidrata i posebno lipida dovodi do oslobađanja energije. Primarni procesi hidrolize odvijaju se u probavnom traktu, gdje su makromolekule organskih spojeva izložene djelovanju enzima. Dio primljene energije raspršuje se u obliku topline ili se koristi za održavanje optimalne temperature unutarnjeg sadržaja ćelije. Preostali dio se akumulira u obliku u mitohondrijima - elektranama stanice. Ovo je glavna funkcija ATP molekule - osiguravanje i nadopunjavanje energetskih potreba tijela.
Koja je uloga kataboličkih reakcija
Elementarna jedinica žive tvari - stanica, može funkcionirati samo ako se energija stalno ažurira u svom životnom ciklusu. Za ispunjenje ovog uvjeta u staničnom metabolizmu postoji smjer koji se naziva disimilacija, katabolizam ili energetski metabolizam. U fazi bez kisika, što je najjednostavniji način stvaranja i skladištenja energije, iz svake molekule glukoze, u nedostatku kisika, sintetiziraju se 2 molekule energetski intenzivne tvari koje osiguravaju glavne funkcije ATP-a u stanici - opskrbljujući ga energijom. Većina reakcija anoksičnog stupnja događa se u citoplazmi.
Ovisno o strukturi stanice, može se odvijati na različite načine, na primjer, u obliku glikolize, fermentacije alkohola ili mliječne kiseline. Međutim, biokemijske značajke ovih metaboličkih procesa ne utječu na funkciju ATP-a u stanici. Univerzalno je: sačuvati energetske rezerve stanice.
Kako je struktura molekule povezana s njezinim funkcijama
Ranije smo utvrdili da adenozin trifosforna kiselina sadrži tri fosfatna ostatka povezana s nitratnom bazom - adeninom, i monosaharidom - ribozom. Budući da se gotovo sve reakcije u citoplazmi stanice odvijaju u vodenom mediju, molekule kiseline pod djelovanjem hidrolitičkih enzima razbijaju kovalentne veze da bi se tvorila prvo adenozin difosforna kiselina, a zatim AMP. Obrnute reakcije koje dovode do sinteze adenozin trifosforne kiseline javljaju se u prisutnosti enzima fosfotransferaze. Budući da ATP obavlja funkciju univerzalnog izvora stanične vitalne aktivnosti, uključuje dvije makroergijske veze. Uz uzastopno pucanje svakog od njih, oslobađa se 42 kJ. Ovaj se resurs koristi u metabolizmu stanica, u njihovom rastu i reproduktivnim procesima.
Vrijednost ATP sintaze
U organelama općeg značaja - mitohondrijima, smještenim u biljnim i životinjskim stanicama, nalazi se enzimski sustav - respiratorni lanac. Sadrži enzim ATP sintazu. Molekule biokatalizatora, koje imaju oblik heksamera koji se sastoji od proteinskih globula, uronjene su i u membranu i ustroma mitohondrija. Zbog aktivnosti enzima energetska tvar stanice se sintetizira iz ADP-a i ostataka anorganske fosfatne kiseline. Formirane molekule ATP-a obavljaju funkciju akumulacije energije potrebne za njegovu vitalnu aktivnost. Posebna značajka biokatalizatora je da kada postoji prekomjerna koncentracija energetskih spojeva, on se ponaša poput hidrolitičkog enzima, cijepajući njihove molekule.
Značajke sinteze adenozin trifosforne kiseline
Biljke imaju ozbiljnu metaboličku značajku koja radikalno razlikuje ove organizme od životinja. Povezan je s autotrofnim načinom prehrane i sposobnošću obrade fotosinteze. Stvaranje molekula koje sadrže makroergijske veze događa se u biljkama u staničnim organelama – kloroplastima. Već nam poznat enzim ATP sintaza dio je njihovih tilakoida i strome kloroplasta. Funkcije ATP-a u stanici su skladištenje energije u autotrofnim i heterotrofnim organizmima, uključujući ljude.
Spojevi s makroergijskim vezama sintetiziraju se u saprotrofima i heterotrofima u reakcijama oksidativne fosforilacije koje se odvijaju na mitohondrijskim kristama. Kao što možete vidjeti, u procesu evolucije, različite skupine živih organizama stvorile su savršen mehanizam za sintezu takvog spoja kao što je ATP, čija je funkcija opskrbiti stanicu energijom.
