Legătură și conexiuni macroergice. Ce link-uri se numesc macroergice?

Orice miscare sau gandire necesita energie din corp. Această forță stochează fiecare celulă a corpului și o acumulează în biomolecule cu ajutorul legăturilor macroergice. Acestea sunt aceste molecule de baterii care asigură toate procesele de viață. Schimbul constant de energie din celule duce la viata in sine. Care sunt aceste biomolecule cu legături macroergice, de unde provin acestea și ce se întâmplă cu energia lor în fiecare celulă a corpului nostru - acesta este subiectul articolului.

Mediatori biologici

În orice organism, energia de la agentul generatoare de energie la consumatorul biologic de energie nu trece direct. Atunci când legăturile intramoleculare ale produselor alimentare sunt rupte, energia potențială a compușilor chimici este eliberată, depășind cu mult capacitatea sistemelor enzimatice intracelulare de a le folosi. De aceea, în sistemele biologice, eliberarea unor substanțe chimice potențiale se produce treptat, cu o conversie pe etape a acestora în energie și acumularea lor în compuși și legături macroergice. Și sunt biomolecule care sunt capabile de o astfel de acumulare de energie, numită energie înaltă.

Ce link-uri se numesc macroergice?

Nivelul de energie liberă de 12,5 kJ / mol, care se formează în timpul formării sau descompunerii legăturii chimice, este considerat normal. Când hidroliza unor substanțe conduce la formarea unei energii libere mai mare de 21 kJ / mol, aceasta se numește legături macroergice. Ele sunt indicate de simbolul "tilde" - ~. Spre deosebire de chimia fizică, unde legătura cationică a atomilor este înțeleasă printr-o legătură macroergică, în biologie înțelegem diferența dintre energia agenților inițiali și produsele degradării lor. Aceasta înseamnă că energia nu este localizată într-o legătură chimică specifică a atomilor, ci caracterizează întreaga reacție. În biochimie vorbesc despre conjugarea chimică și despre formarea unui compus macroergic.

Sursă bio de energie universală

Toate organismele vii de pe planeta noastră au un element universal de stocare a energiei - o legătură de mare energie de ATP - ADP - AMP (adenozin trei, DJ, acid monofosfat). Acest biomolecule, care constau din baze care conțin azot adenin atașat la un riboza, un carbohidrat, și asociat resturile de acid fosforic. Sub acțiunea apei și a enzimei de restricție, adenozin trifosfatul (C.₁₀H₁₆N₅O₁₃P₃) se poate deforma într-o moleculă de acid adenozin difosfat și acid ortofosfat. Această reacție este însoțită de eliberarea energiei libere de ordinul a 30,5 kJ / mol. Toate procesele de activitate vitala in fiecare celula a corpului nostru apar atunci cand energia este stocata in ATP si folosita atunci cand se rup legaturile dintre resturile de acid ortofosforic.

Donator și acceptor

Prin compuși includ, de asemenea, bogate în substanțe cu nume lungi care se pot forma molecule de ATP în reacțiile de hidroliză (de exemplu, acid pirofosforic și piruvic, suktsinilkofermenty, derivați aminoacil ai acizilor ribonucleic). Toți acești compuși conțin atomi de fosfor (P) și sulf (S), între care se află legături de înaltă energie. Această energie care este eliberat pe obligațiuni de energie ruptură în ATP (donor) este absorbit de către celulă în sinteza compușilor organici proprii. În același timp, stocurile de aceste link-uri sunt în mod constant completate cu stocare a energiei (acceptor), eliberat prin hidroliza macromolecule. În fiecare celulă a corpului uman, aceste procese au loc în mitocondrii, în care durata existenței ATP mai puțin de 1 minut. Într-o zi corpul nostru sintetizează aproximativ 40 de kilograme de ATP, care trec până la 3000 de cicluri de decădere fiecare. Și în fiecare moment al corpului nostru există aproximativ 250 de grame de ATP.

Funcțiile biomoleculelor cu energie înaltă

Pe lângă funcția donator și acceptorul de energie în procesele de dezintegrare și sinteza compușilor cu înaltă moleculară, moleculele ATP joacă un rol mai important în celule. Energia ruperii legăturilor macroergice este utilizată în procesele de generare a căldurii, lucrări mecanice, acumulare de energie electrică, luminiscență. În același timp, transformarea energiei legăturilor chimice în legături termice, electrice și mecanice servește simultan ca o etapă a schimbului de energie cu stocare ulterioară în aceleași legături macroenergie ale ATP. Toate aceste procese din celulă se numesc schimburi de plastic și energie (diagrama din figură). Moleculele ATP acționează și ca coenzime, care reglează activitatea anumitor enzime. În plus, ATP poate fi, de asemenea, un mediator, un agent de semnalizare în sinapsele celulelor nervoase.

Fluxul de energie și materie în celulă

Astfel, ATP-ul într-o celulă ocupă un loc central și principal în schimbul de materie. Reacțiile prin care ATP apare și se dezintegrează sunt destul de numeroase (fosforilarea oxidativă și substrat, hidroliză). Reacțiile biochimice ale sintezei acestor molecule sunt reversibile, în anumite condiții se schimbă în celule spre sinteză sau dezintegrare. Modalitățile acestor reacții diferă în ceea ce privește numărul de transformări ale substanțelor, tipul de procese de oxidare, metodele de conjugare a reacțiilor consumatoare de energie și a consumului de energie. Fiecare proces are adaptări clare la prelucrarea unui anumit tip de "combustibil" și la limitele sale de eficiență.

Evaluarea eficacității

Indicatori de eficiență de conversie a energiei și sunt scăzute în sistemele biologice sunt evaluate în termeni de eficiență standard (raportul dintre util petrecut pe a face munca la energia totală consumată). Dar, pentru a asigura performanța funcțiilor biologice, costurile sunt foarte mari. De exemplu, un alergător, în ceea ce privește greutatea unității, cheltuiește cât mai multă energie ca o linie mare de ocean. Chiar și în repaus pentru a menține viața corpului - este munca grea, si a petrecut aproximativ 8000 kJ / mol. Astfel, sinteza proteinelor consumate aproximativ 1,8 mii kJ / mol, pe inima - 1,1 mii kJ / mol, dar în sinteza ATP - 3.8 tysyachikDzh / mol.

Sistemul de celule adenylate

Acesta este un sistem care include suma tuturor ATP, ADP și AMP într-o celulă într-o anumită perioadă de timp. Mărimea acestui raport și a componentelor determină starea energetică a celulei. Sistemul este evaluat pe baza încărcării energetice a sistemului (raportul dintre grupările fosfatice și restul de adenozină). Dacă în compușii macroergici celulari sunt reprezentați doar de ATP - are cea mai mare stare energetică (indice -1), dacă numai AMP - starea minimă (indicator - 0). În celulele vii, se menține de obicei 0,7-0,9. Stabilitatea stării energetice a celulei determină rata reacțiilor enzimatice și susținerea nivelurilor optime ale activității vitale.

Și puțin despre centralele electrice

După cum sa menționat deja, sinteza ATP are loc în organele de specialitate ale celulei - mitocondriile. Și astăzi biologi se certa despre originea acestor structuri uimitoare. Mitocondriile - o celulă de putere, „combustibil“, care sunt proteine, grăsimi, glicogen și electricitate - molecule de sinteză ATP, care are loc la participarea oxigenului. Putem spune că respiram că mitocondria funcționează. Cu cât mai multă activitate trebuie să facă celulele, cu atât mai multă energie are nevoie. Citiți - ATP și, prin urmare, mitocondriile.

De exemplu, un atlet profesionist din mușchii scheletici conține circa 12% din mitocondrii, în timp ce într-un locuitor nesportiv este de jumătate din numărul acestora. Dar în muschiul inimii, rata lor este de 25%. Metodele moderne de pregătire a sportivilor, în special a alergătorilor de maraton, se bazează pe MCP (consumul maxim de oxigen), care depinde direct de numărul de mitocondrii și de capacitatea mușchilor de a efectua sarcini pe termen lung. Programele de formare principală pentru sporturile profesionale vizează stimularea sintezei mitocondriilor în celulele musculare.