თითოეული ჩვენი მოძრაობა ან აზრი მოითხოვს ენერგიას სხეულისგან. ამ ძალას ინახავს სხეულის ყველა უჯრედი და აგროვებს მას ბიომოლეკულებში მაკროერგიული ბმების დახმარებით. ეს არის ბატარეის მოლეკულები, რომლებიც უზრუნველყოფენ სიცოცხლის ყველა პროცესს. უჯრედებში ენერგიის მუდმივი გაცვლა განსაზღვრავს სიცოცხლეს. რა არის ეს ბიომოლეკულები მაკროერგიული ობლიგაციებით, საიდან მოდის ისინი და რა ემართება მათ ენერგიას ჩვენი სხეულის ყველა უჯრედში - ეს განხილულია სტატიაში.
ბიოლოგიური შუამავლები
ნებისმიერ ორგანიზმში ენერგია ენერგიის წარმომქმნელი აგენტიდან ბიოლოგიურ ენერგიის მომხმარებელზე პირდაპირ არ გადადის. როდესაც საკვები პროდუქტების ინტრამოლეკულური ბმები იშლება, გამოიყოფა ქიმიური ნაერთების პოტენციური ენერგია, რაც ბევრად აღემატება უჯრედშიდა ფერმენტული სისტემების გამოყენების უნარს. სწორედ ამიტომ, ბიოლოგიურ სისტემებში პოტენციური ქიმიკატების გამოყოფა ხდება ეტაპობრივად მათი თანდათანობით გარდაქმნის ენერგიად და მისი დაგროვებით მაკროენერგიულ ნაერთებსა და ობლიგაციებში. და სწორედ ბიომოლეკულებს შეუძლიათ ენერგიის ასეთი დაგროვება, რომლებსაც ეძახიან მაღალი ენერგია.
რა ობლიგაციებს უწოდებენ მაკროერგიულ?
თავისუფალი ენერგიის დონე 12,5 კჯ/მოლი, რომელიც წარმოიქმნება ქიმიური ბმის წარმოქმნის ან დაშლის დროს, ნორმად ითვლება. როდესაც გარკვეული ნივთიერებების ჰიდროლიზის დროს წარმოიქმნება თავისუფალი ენერგია 21 კჯ/მოლზე მეტი, მაშინ ამას მაკროერგიული ბმები ეწოდება. ისინი აღინიშნება ტილდის სიმბოლოთი - ~. ფიზიკური ქიმიისგან განსხვავებით, სადაც მაკროერგიული ბმა ნიშნავს ატომების კოვალენტურ კავშირს, ბიოლოგიაში ისინი ნიშნავს განსხვავებას საწყისი აგენტების ენერგიასა და მათ დაშლის პროდუქტებს შორის. ანუ ენერგია არ არის ლოკალიზებული ატომების კონკრეტულ ქიმიურ ბმაში, არამედ ახასიათებს მთელ რეაქციას. ბიოქიმიაში საუბრობენ ქიმიურ კონიუგაციაზე და მაკროერგიული ნაერთის წარმოქმნაზე.
უნივერსალური ბიო ენერგიის წყარო
ჩვენს პლანეტაზე ყველა ცოცხალ ორგანიზმს აქვს ენერგიის შენახვის ერთი უნივერსალური ელემენტი - ეს არის მაკროერგიული ბმა ATP - ADP - AMP (ადენოზინ ტრი, დი, მონოფოსფორის მჟავა). ეს არის ბიომოლეკულები, რომლებიც შედგება აზოტის შემცველი ადენინის ბაზისგან, რომელიც მიმაგრებულია რიბოზას ნახშირწყალთან და მიმაგრებული ფოსფორმჟავას ნარჩენებით. წყლისა და შემაკავებელი ფერმენტის მოქმედებით, ადენოზინის ტრიფოსფატის მოლეკულა (C10H16N510H16N5
O 13P3) შეიძლება დაიშალა ადენოზინის დიფოსფორმჟავას მოლეკულად და ორთოფოსფატის მჟავად. ამ რეაქციას თან ახლავს 30,5 კჯ/მოლი რიგის თავისუფალი ენერგიის გამოყოფა. ჩვენი სხეულის ყველა უჯრედში ყველა სასიცოცხლო პროცესი ხდება მაშინ, როდესაც ენერგია გროვდება ATP-ში და გამოიყენება მისი დაშლისას.ბმები ორთოფოსფორის მჟავას ნარჩენებს შორის.
დონორი და მიმღები
მაღალენერგეტიკული ნაერთები ასევე შეიცავს ნივთიერებებს გრძელი სახელებით, რომლებსაც შეუძლიათ შექმნან ATP მოლეკულები ჰიდროლიზის რეაქციებში (მაგალითად, პიროფოსფორის და პირუვინის მჟავები, სუქცინილის კოენზიმები, რიბონუკლეინის მჟავების ამინოაცილის წარმოებულები). ყველა ეს ნაერთი შეიცავს ფოსფორის (P) და გოგირდის (S) ატომებს, რომელთა შორის არის მაღალი ენერგეტიკული ბმები. ეს არის ენერგია, რომელიც გამოიყოფა ATP-ში (დონორი) მაღალი ენერგეტიკული ბმის გაწყვეტისას, რომელიც შეიწოვება უჯრედის მიერ საკუთარი ორგანული ნაერთების სინთეზის დროს. და ამავდროულად, ამ ობლიგაციების რეზერვები მუდმივად ივსება მაკრომოლეკულების ჰიდროლიზის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის (აქცეპტორის) დაგროვებით. ადამიანის სხეულის ყველა უჯრედში ეს პროცესები მიტოქონდრიაში მიმდინარეობს, ატფ-ის არსებობის ხანგრძლივობა კი 1 წუთზე ნაკლებია. დღის განმავლობაში ჩვენი ორგანიზმი ასინთეზებს დაახლოებით 40 კილოგრამი ატფ-ს, რომელიც გადის 3 ათასამდე დაშლის ციკლს თითოეულში. და ნებისმიერ მომენტში, დაახლოებით 250 გრამი ATP იმყოფება ჩვენს ორგანიზმში.
მაღალი ენერგიის ბიომოლეკულების ფუნქციები
გარდა ენერგიის დონორისა და მიმღების ფუნქციისა მაკრომოლეკულური ნაერთების დაშლისა და სინთეზის პროცესში, ATP მოლეკულები ასრულებენ რამდენიმე სხვა ძალიან მნიშვნელოვან როლს უჯრედებში. მაკროერგიული ობლიგაციების გაწყვეტის ენერგია გამოიყენება სითბოს წარმოქმნის, მექანიკური მუშაობის, ელექტროენერგიის დაგროვებისა და ლუმინესცენციის პროცესებში. ამავე დროს, ტრანსფორმაციაქიმიური ობლიგაციების ენერგია თერმულ, ელექტრულ, მექანიკურ, ამავე დროს ემსახურება როგორც ენერგიის გაცვლის ეტაპს ATP-ის შემდგომი შენახვით იმავე მაკროენერგეტიკულ ობლიგაციებში. უჯრედში ყველა ამ პროცესს ეწოდება პლასტიკური და ენერგიის გაცვლა (დიაგრამა სურათზე). ATP მოლეკულები ასევე მოქმედებენ როგორც კოენზიმები, რომლებიც არეგულირებენ გარკვეული ფერმენტების აქტივობას. გარდა ამისა, ATP ასევე შეიძლება იყოს შუამავალი, სასიგნალო აგენტი ნერვული უჯრედების სინაფსებში.
ენერგიის და მატერიის ნაკადი უჯრედში
ამგვარად, ATP უჯრედში იკავებს ცენტრალურ და მთავარ ადგილს მატერიის გაცვლაში. საკმაოდ ბევრია რეაქცია, რომლის საშუალებითაც წარმოიქმნება და იშლება ATP (ჟანგვითი და სუბსტრატის ფოსფორილირება, ჰიდროლიზი). ამ მოლეკულების სინთეზის ბიოქიმიური რეაქციები შექცევადია, გარკვეულ პირობებში ისინი უჯრედებში გადაადგილდებიან სინთეზის ან დაშლის მიმართულებით. ამ რეაქციების ბილიკები განსხვავდება ნივთიერებების გარდაქმნების რაოდენობით, ჟანგვითი პროცესების ტიპით და ენერგიის მომწოდებელი და ენერგიის დამხარჯავი რეაქციების კონიუგაციის გზებით. თითოეულ პროცესს აქვს მკაფიო ადაპტაცია კონკრეტული ტიპის „საწვავის“დამუშავებასთან და მისი ეფექტურობის ლიმიტებთან.
შესრულების შეფასება
ბიოსისტემებში ენერგიის გარდაქმნის ეფექტურობის ინდიკატორები მცირეა და შეფასებულია ეფექტურობის ფაქტორის სტანდარტულ მნიშვნელობებში (სამუშაოზე დახარჯული სასარგებლო სამუშაოს თანაფარდობა მთლიან დახარჯულ ენერგიასთან). მაგრამ აქ, ბიოლოგიური ფუნქციების შესრულების უზრუნველსაყოფად, ხარჯები ძალიან მაღალია. მაგალითად, მორბენალი, მასის ერთეულის მიხედვით, ამდენს ხარჯავსენერგია, რამდენი და დიდი ოკეანის ლაინერი. დასვენების დროსაც კი, ორგანიზმის სიცოცხლის შენარჩუნება მძიმე სამუშაოა და მასზე იხარჯება დაახლოებით 8 ათასი კჯ/მოლი. ამავდროულად, დაახლოებით 1,8 ათასი კჯ/მოლი იხარჯება ცილის სინთეზზე, 1,1 ათასი კჯ/მოლი გულის მუშაობაზე, მაგრამ 3,8 ათას კჯ/მოლ-მდე ATP სინთეზზე.
ადენილატის უჯრედოვანი სისტემა
ეს არის სისტემა, რომელიც მოიცავს ყველა ATP, ADP და AMP-ის ჯამს უჯრედში დროის კონკრეტულ პერიოდში. ეს მნიშვნელობა და კომპონენტების თანაფარდობა განსაზღვრავს უჯრედის ენერგეტიკულ სტატუსს. სისტემა ფასდება სისტემის ენერგეტიკული მუხტის მიხედვით (ფოსფატის ჯგუფების თანაფარდობა ადენოზინის ნარჩენებთან). თუ უჯრედის მაკროერგიულ ნაერთებში მხოლოდ ATP არის წარმოდგენილი - მას აქვს უმაღლესი ენერგეტიკული სტატუსი (ინდექსი -1), თუ მხოლოდ AMP - მინიმალური სტატუსი (ინდექსი - 0). ცოცხალ უჯრედებში ჩვეულებრივ შენარჩუნებულია 0,7-0,9 მაჩვენებლები.უჯრედის ენერგეტიკული სტატუსის სტაბილურობა განსაზღვრავს ფერმენტული რეაქციების სიჩქარეს და სასიცოცხლო აქტივობის ოპტიმალური დონის შენარჩუნებას.
და ცოტა ელექტროსადგურების შესახებ
როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ATP სინთეზი ხდება სპეციალიზებულ უჯრედულ ორგანელებში - მიტოქონდრიებში. და დღეს ბიოლოგებს შორის არის კამათი ამ საოცარი სტრუქტურების წარმოშობის შესახებ. მიტოქონდრია არის უჯრედის ელექტროსადგურები, რომლის „საწვავი“არის ცილები, ცხიმები, გლიკოგენი და ელექტროენერგია - ATP მოლეკულები, რომელთა სინთეზი ხდება ჟანგბადის მონაწილეობით. შეიძლება ითქვას, რომ ჩვენ ვსუნთქავთ იმისთვის, რომ მიტოქონდრიებმა იმუშაონ. რაც მეტი სამუშაოა გასაკეთებელიუჯრედებს მით მეტი ენერგია სჭირდებათ. წაიკითხეთ - ATP, რაც ნიშნავს - მიტოქონდრია.
მაგალითად, პროფესიონალ სპორტსმენს აქვს დაახლოებით 12% მიტოქონდრია ჩონჩხის კუნთებში, ხოლო არასპორტსმენი ერისკაცს აქვს ნახევარი. მაგრამ გულის კუნთში მათი მაჩვენებელი 25%-ია. სპორტსმენების ვარჯიშის თანამედროვე მეთოდები, განსაკუთრებით მარათონის მორბენალებისთვის, დაფუძნებულია MOC-ზე (ჟანგბადის მაქსიმალური მოხმარება), რაც პირდაპირ დამოკიდებულია მიტოქონდრიების რაოდენობაზე და კუნთების უნარზე, შეასრულონ ხანგრძლივი დატვირთვები. პროფესიონალური სპორტის წამყვანი სასწავლო პროგრამები მიზნად ისახავს კუნთების უჯრედებში მიტოქონდრიების სინთეზის სტიმულირებას.
