Cada nostre moviment o pensament requereix energia del cos. Aquesta força és emmagatzemada per cada cèl·lula del cos i l'acumula en biomolècules amb l'ajuda d'enllaços macroèrgics. Són aquestes molècules de la bateria les que proporcionen tots els processos de vida. L'intercanvi constant d'energia dins de les cèl·lules determina la vida mateixa. Quines són aquestes biomolècules amb enllaços macroèrgics, d'on provenen i què passa amb la seva energia a cada cèl·lula del nostre cos; això es parla a l'article.
Mediadors biològics
En qualsevol organisme, l'energia d'un agent generador d'energia a un consumidor d'energia biològica no passa directament. Quan es trenquen els enllaços intramoleculars dels productes alimentaris, s'allibera l'energia potencial dels compostos químics, que supera amb escreix la capacitat dels sistemes enzimàtics intracel·lulars per utilitzar-la. És per això que en els sistemes biològics l'alliberament de productes químics potencials es produeix gradualment amb la seva transformació gradual en energia i la seva acumulació en compostos i enllaços macroèrgics. I són les biomolècules que són capaços d'acumular aquesta energia les que s'anomenen d' alta energia.
Quins enllaços s'anomenen macroèrgics?
El nivell d'energia lliure de 12,5 kJ/mol, que es forma durant la formació o la desintegració d'un enllaç químic, es considera normal. Quan, durant la hidròlisi de determinades substàncies, l'energia lliure es forma més de 21 kJ / mol, això s'anomena enllaços macroèrgics. Es denoten amb el símbol de til - ~. A diferència de la química física, on un enllaç macroèrgic significa un enllaç covalent d'àtoms, en biologia signifiquen la diferència entre l'energia dels agents inicials i els seus productes de desintegració. És a dir, l'energia no es localitza en un enllaç químic específic dels àtoms, sinó que caracteritza tota la reacció. En bioquímica, parlen de la conjugació química i la formació d'un compost macroèrgic.
Font d'energia biològica universal
Tots els organismes vius del nostre planeta tenen un element universal d'emmagatzematge d'energia: aquest és l'enllaç macroèrgic ATP - ADP - AMP (adenosina tri, di, àcid monofosfòric). Es tracta de biomolècules que consisteixen en una base adenina que conté nitrogen unida a un hidrat de carboni de ribosa i residus d'àcid fosfòric units. Sota l'acció de l'aigua i un enzim de restricció, una molècula de trifosfat d'adenosina (C10H16N5 O 13P3) es pot descompondre en una molècula d'àcid difosfòric d'adenosina i àcid ortofosfat. Aquesta reacció va acompanyada de l'alliberament d'energia lliure de l'ordre de 30,5 kJ/mol. Tots els processos vitals de cada cèl·lula del nostre cos es produeixen quan l'energia s'acumula en ATP i s'utilitza quan es trenca.enllaços entre els residus d'àcid ortofosfòric.
Donant i acceptant
Els compostos d' alta energia també inclouen substàncies amb noms llargs que poden formar molècules d'ATP en reaccions d'hidròlisi (per exemple, àcids pirofosfòrics i pirúvics, coenzims succinil, derivats aminoacils dels àcids ribonucleics). Tots aquests compostos contenen àtoms de fòsfor (P) i sofre (S), entre els quals hi ha enllaços d' alta energia. És l'energia que s'allibera quan es trenca l'enllaç d' alta energia de l'ATP (donant) que és absorbida per la cèl·lula durant la síntesi dels seus propis compostos orgànics. I al mateix temps, les reserves d'aquests enllaços es reomplen constantment amb l'acumulació d'energia (acceptor) alliberada durant la hidròlisi de les macromolècules. A totes les cèl·lules del cos humà, aquests processos es produeixen als mitocondris, mentre que la durada de l'existència d'ATP és inferior a 1 minut. Durant el dia, el nostre cos sintetitza uns 40 quilos d'ATP, que pateixen fins a 3 mil cicles de descomposició cadascun. I en un moment donat, al nostre cos hi ha uns 250 grams d'ATP.
Funcions de les biomolècules d' alta energia
A més de la funció del donant i acceptor d'energia en els processos de descomposició i síntesi de compostos macromoleculars, les molècules d'ATP tenen altres papers molt importants a les cèl·lules. L'energia de trencament d'enllaços macroèrgics s'utilitza en els processos de generació de calor, treball mecànic, acumulació d'electricitat i luminescència. Al mateix temps, la transformaciól'energia dels enllaços químics en tèrmica, elèctrica i mecànica alhora serveix com a etapa d'intercanvi d'energia amb el posterior emmagatzematge d'ATP en els mateixos enllaços macroenergètics. Tots aquests processos a la cèl·lula s'anomenen intercanvis plàstics i energètics (diagrama de la figura). Les molècules d'ATP també actuen com a coenzims, regulant l'activitat de certs enzims. A més, l'ATP també pot ser un mediador, un agent de senyalització a les sinapsis de les cèl·lules nervioses.
El flux d'energia i matèria a la cèl·lula
Així, l'ATP a la cèl·lula ocupa un lloc central i principal en l'intercanvi de matèria. Hi ha un munt de reaccions per mitjà de les quals sorgeix i es descompon l'ATP (fosforilació oxidativa i del substrat, hidròlisi). Les reaccions bioquímiques de la síntesi d'aquestes molècules són reversibles; en determinades condicions, es desplacen a les cèl·lules en la direcció de la síntesi o la desintegració. Els camins d'aquestes reaccions es diferencien pel nombre de transformacions de les substàncies, el tipus de processos oxidatius i les formes de conjugació de les reaccions de subministrament i consum d'energia. Cada procés té clares adaptacions al processament d'un tipus concret de "combustible" i els seus límits d'eficiència.
Avaluació del rendiment
Els indicadors de l'eficiència de la conversió d'energia en els biosistemes són petits i s'estimen en valors estàndard del factor d'eficiència (la relació entre el treball útil gastat en el treball i l'energia total gastada). Però aquí, per garantir el rendiment de les funcions biològiques, els costos són molt elevats. Per exemple, un corredor, en termes d'unitat de massa, gasta moltenergia, quant i un gran transatlàntic. Fins i tot en repòs, mantenir la vida d'un organisme és un treball dur i es gasten uns 8 mil kJ / mol. Al mateix temps, es gasten uns 1,8 mil kJ/mol en la síntesi de proteïnes, 1,1 mil kJ/mol en el treball del cor, però fins a 3,8 mil kJ/mol en la síntesi d'ATP.
Sistema cel·lular d'adenilat
Aquest és un sistema que inclou la suma de tot l'ATP, l'ADP i l'AMP d'una cel·la en un període de temps específic. Aquest valor i la relació de components determinen l'estat energètic de la cèl·lula. El sistema s'avalua en funció de la càrrega energètica del sistema (la relació dels grups fosfat al residu d'adenosina). Si només hi ha ATP als compostos macroèrgics cel·lulars, té l'estat energètic més alt (índex -1), si només AMP - l'estat mínim (índex - 0). A les cèl·lules vives, normalment es mantenen indicadors de 0,7-0,9. L'estabilitat de l'estat energètic de la cèl·lula determina la velocitat de les reaccions enzimàtiques i el manteniment d'un nivell òptim d'activitat vital.
I una mica sobre les centrals elèctriques
Com ja s'ha esmentat, la síntesi d'ATP es produeix en orgànuls cel·lulars especialitzats: els mitocondris. I avui entre els biòlegs hi ha disputes sobre l'origen d'aquestes sorprenents estructures. Els mitocondris són les centrals elèctriques de la cèl·lula, "combustible" per a les quals hi ha proteïnes, greixos, glucogen i electricitat: molècules d'ATP, la síntesi de les quals té lloc amb la participació de l'oxigen. Podem dir que respirem per tal que els mitocondris funcionin. Com més feina per ferles cèl·lules, més energia necessiten. Llegir - ATP, que significa - mitocondris.
Per exemple, un esportista professional té aproximadament un 12% de mitocondris en els seus músculs esquelètics, mentre que un profà no esportiu en té la meitat. Però al múscul cardíac, la seva taxa és del 25%. Els mètodes d'entrenament moderns per als atletes, especialment els corredors de marató, es basen en el MOC (consum màxim d'oxigen), que depèn directament del nombre de mitocondris i de la capacitat dels músculs per realitzar càrregues prolongades. Els programes d'entrenament líders per a esports professionals tenen com a objectiu estimular la síntesi de mitocondris a les cèl·lules musculars.
