Si parafrasegem la coneguda expressió "el moviment és vida", queda clar que totes les manifestacions de la matèria viva -creixement, reproducció, processos de síntesi de nutrients, respiració- són, de fet, el moviment dels àtoms. i les molècules que formen la cèl·lula. Són possibles aquests processos sense la participació de l'energia? Per descomptat que no.
On s'obtenen els cossos vius, des d'organismes gegants com la balena blava o la sequoia americana, fins a bacteris ultramicroscòpics?
La bioquímica ha trobat la resposta a aquesta pregunta. L'àcid adenosina trifosfòric és una substància universal utilitzada per tots els habitants del nostre planeta. En aquest article, considerarem l'estructura i les funcions de l'ATP en diversos grups d'organismes vius. A més, determinarem quins orgànuls són els responsables de la seva síntesi en cèl·lules vegetals i animals.
Historial de descobriments
A principis del segle XX, al laboratori de la Harvard Medical School, diversos científics, a saber, Subbaris, Loman i Friske, van descobrir un compost d'estructura propera a l'adenil.nucleòtid de l'àcid ribonucleic. Tanmateix, contenia no un, sinó fins a tres residus d'àcid fosfat connectats a la ribosa monosacàrid. Dues dècades més tard, F. Lipman, estudiant les funcions de l'ATP, va confirmar la suposició científica que aquest compost porta energia. A partir d'aquell moment, els bioquímics van tenir una gran oportunitat per conèixer en detall el complex mecanisme de síntesi d'aquesta substància que es produeix a la cèl·lula. Més tard, es va descobrir un compost clau: un enzim - ATP sintasa, que és responsable de la formació de molècules d'àcid als mitocondris. Per determinar quina funció realitza l'ATP, anem a esbrinar quins processos ocorren en els organismes vius no es poden dur a terme sense la participació d'aquesta substància.
Formes d'existència d'energia en sistemes biològics
Les reaccions diverses que es produeixen en els organismes vius requereixen diferents tipus d'energia que es poden transformar entre si. Aquests inclouen processos mecànics (moviment de bacteris i protozous, contracció de miofibril·les al teixit muscular), síntesi bioquímica. Aquesta llista també inclou impulsos elèctrics subjacents a l'excitació i la inhibició, reaccions tèrmiques que mantenen una temperatura corporal constant en animals i humans de sang calenta. La resplendor luminescent del plàncton marí, alguns insectes i els peixos d'aigües profundes també és un tipus d'energia produïda pels cossos vius.
Tots els fenòmens anteriors que ocorren en sistemes biològics són impossibles sense molècules d'ATP, les funcions de les quals són emmagatzemarenergia en forma d'enllaços macroèrgics. Es produeixen entre l'adenil nucleòsid i els residus d'àcid fosfat.
D'on prové l'energia cel·lular?
Segons les lleis de la termodinàmica, l'aparició i desaparició de l'energia es produeix per determinades raons. La descomposició dels compostos orgànics que componen els aliments: proteïnes, hidrats de carboni i sobretot lípids comporta l'alliberament d'energia. Els processos primaris d'hidròlisi es produeixen a l'aparell digestiu, on les macromolècules dels compostos orgànics estan exposades a l'acció dels enzims. Part de l'energia rebuda es dissipa en forma de calor o s'utilitza per mantenir la temperatura òptima del contingut intern de la cèl·lula. La part restant s'acumula en forma en mitocondris: les centrals elèctriques de la cèl·lula. Aquesta és la funció principal de la molècula d'ATP: proporcionar i reposar les necessitats energètiques del cos.
Quin és el paper de les reaccions catabòliques
Una unitat elemental de matèria viva, una cèl·lula, només pot funcionar si l'energia s'actualitza constantment en el seu cicle de vida. Per complir aquesta condició en el metabolisme cel·lular, hi ha una direcció anomenada dissimilació, catabolisme o metabolisme energètic. En la seva etapa lliure d'oxigen, que és la forma més senzilla de formar i emmagatzemar energia, a partir de cada molècula de glucosa, en absència d'oxigen, es sintetitzen 2 molècules d'una substància intensiva en energia que proporcionen les principals funcions de l'ATP a la cèl·lula: subministrant-lo amb energia. La majoria de reaccions de l'etapa anòxica es produeixen al citoplasma.
Depenent de l'estructura de la cèl·lula, pot procedir de diverses maneres, per exemple, en forma de glucòlisi, fermentació alcohòlica o àcid làctic. Tanmateix, les característiques bioquímiques d'aquests processos metabòlics no afecten la funció de l'ATP a la cèl·lula. És universal: preservar les reserves energètiques de la cèl·lula.
Com es relaciona l'estructura d'una molècula amb les seves funcions
Abans vam establir el fet que l'àcid adenosina trifosfòric conté tres residus de fosfat connectats a una base de nitrat - adenina i un monosacàrid - ribosa. Com que gairebé totes les reaccions del citoplasma de la cèl·lula es duen a terme en un medi aquós, les molècules d'àcid, sota l'acció d'enzims hidrolítics, trenquen enllaços covalents per formar primer àcid difosfòric d'adenosina, i després AMP. Les reaccions inverses que condueixen a la síntesi d'àcid adenosina trifosfòric es produeixen en presència de l'enzim fosfotransferasa. Com que l'ATP fa la funció d'una font universal d'activitat vital cel·lular, inclou dos enllaços macroèrgics. Amb una ruptura successiva de cadascuna d'elles s'alliberen 42 kJ. Aquest recurs s'utilitza en el metabolisme cel·lular, en els seus processos de creixement i reproducció.
Valor de l'ATP sintasa
En els orgànuls d'importància general, els mitocondris, situats a les cèl·lules vegetals i animals, hi ha un sistema enzimàtic: la cadena respiratòria. Conté l'enzim ATP sintasa. Les molècules del biocatalitzador, que tenen la forma d'un hexàmer format per glòbuls de proteïnes, estan immerses tant a la membrana com aestroma dels mitocondris. A causa de l'activitat de l'enzim, la substància energètica de la cèl·lula es sintetitza a partir d'ADP i residus d'àcid fosfat inorgànic. Les molècules d'ATP formades fan la funció d'acumular l'energia necessària per a la seva activitat vital. Una característica distintiva del biocatalitzador és que quan hi ha una concentració excessiva de compostos energètics, es comporta com un enzim hidrolític, dividint les seves molècules.
Característiques de la síntesi de l'àcid trifosfòric d'adenosina
Les plantes tenen una característica metabòlica greu que distingeix radicalment aquests organismes dels animals. S'associa amb el mode de nutrició autòtrof i la capacitat de processar la fotosíntesi. La formació de molècules que contenen enllaços macroèrgics es produeix a les plantes dels orgànuls cel·lulars: cloroplasts. L'enzim ATP sintasa ja conegut per nos altres forma part dels seus tilacoides i estroma de cloroplasts. Les funcions de l'ATP a la cèl·lula són l'emmagatzematge d'energia tant en organismes autòtrofs com heteròtrofs, inclosos els humans.
Els compostos amb enllaços macroèrgics es sintetitzen en saprotrofs i heteròtrofs en reaccions de fosforilació oxidativa que tenen lloc a les crestes mitocondrials. Com podeu veure, en el procés d'evolució, diversos grups d'organismes vius han format un mecanisme perfecte per a la síntesi d'un compost com l'ATP, les funcions del qual són proporcionar energia a la cèl·lula.
