Se parafrasiamo la nota espressione "il movimento è vita", diventa chiaro che tutte le manifestazioni della materia vivente - crescita, riproduzione, processi di sintesi dei nutrienti, respirazione - sono, infatti, il movimento degli atomi e le molecole che compongono la cellula. Questi processi sono possibili senza la partecipazione dell'energia? Certo che no.
Da dove traggono i loro rifornimenti i corpi viventi, dagli organismi giganti come la balenottera azzurra o la sequoia americana, ai batteri ultramicroscopici?
La biochimica ha trovato la risposta a questa domanda. L'acido adenosina trifosforico è una sostanza universale utilizzata da tutti gli abitanti del nostro pianeta. In questo articolo considereremo la struttura e le funzioni dell'ATP in vari gruppi di organismi viventi. Inoltre, determineremo quali organelli sono responsabili della sua sintesi nelle cellule vegetali e animali.
Cronologia delle scoperte
All'inizio del 20° secolo, nel laboratorio della Harvard Medical School, diversi scienziati, vale a dire Subbaris, Loman e Friske, scoprirono un composto simile nella struttura all'adeniliconucleotide dell'acido ribonucleico. Tuttavia, conteneva non uno, ma ben tre residui di acido fosfato collegati al monosaccaride ribosio. Due decenni dopo, F. Lipman, studiando le funzioni dell'ATP, confermò l'ipotesi scientifica che questo composto trasporta energia. Da quel momento in poi, i biochimici hanno avuto una grande opportunità per conoscere in dettaglio il complesso meccanismo di sintesi di questa sostanza che si verifica nella cellula. Successivamente è stato scoperto un composto chiave: un enzima, l'ATP sintasi, responsabile della formazione di molecole acide nei mitocondri. Per determinare quale funzione svolge l'ATP, scopriamo quali processi che si verificano negli organismi viventi non possono essere eseguiti senza la partecipazione di questa sostanza.
Forme di esistenza dell'energia nei sistemi biologici
Le diverse reazioni che si verificano negli organismi viventi richiedono diversi tipi di energia che possono trasformarsi l'uno nell' altro. Questi includono processi meccanici (movimento di batteri e protozoi, contrazione delle miofibrille nel tessuto muscolare), sintesi biochimica. Questo elenco include anche impulsi elettrici che sono alla base dell'eccitazione e dell'inibizione, reazioni termiche che mantengono una temperatura corporea costante negli animali a sangue caldo e negli esseri umani. Anche il bagliore luminescente del plancton marino, di alcuni insetti e dei pesci di acque profonde è un tipo di energia prodotta dai corpi viventi.
Tutti i suddetti fenomeni che si verificano nei sistemi biologici sono impossibili senza le molecole di ATP, le cui funzioni sono di immagazzinareenergia sotto forma di legami macroergici. Si verificano tra il nucleoside adenile e i residui di acido fosfato.
Da dove viene l'energia cellulare?
Secondo le leggi della termodinamica, l'apparizione e la scomparsa dell'energia si verificano per determinati motivi. La scomposizione dei composti organici che compongono gli alimenti: proteine, carboidrati e soprattutto lipidi porta al rilascio di energia. I processi primari di idrolisi si verificano nel tubo digerente, dove le macromolecole dei composti organici sono esposte all'azione degli enzimi. Parte dell'energia ricevuta viene dissipata sotto forma di calore o utilizzata per mantenere la temperatura ottimale del contenuto interno della cella. La parte rimanente viene accumulata nella forma nei mitocondri: le centrali elettriche della cellula. Questa è la funzione principale della molecola di ATP: fornire e ricostituire il fabbisogno energetico del corpo.
Qual è il ruolo delle reazioni cataboliche
Un'unità elementare di materia vivente - una cellula, può funzionare solo se l'energia è costantemente aggiornata nel suo ciclo vitale. Per soddisfare questa condizione nel metabolismo cellulare, esiste una direzione chiamata dissimilazione, catabolismo o metabolismo energetico. Nella sua fase priva di ossigeno, che è il modo più semplice per formare e immagazzinare energia, da ogni molecola di glucosio, in assenza di ossigeno, vengono sintetizzate 2 molecole di una sostanza ad alta intensità energetica che svolgono le principali funzioni dell'ATP nella cellula - fornendogli energia. La maggior parte delle reazioni della fase anossica si verificano nel citoplasma.
A seconda della struttura della cellula, può procedere in vari modi, ad esempio sotto forma di glicolisi, fermentazione alcolica o lattica. Tuttavia, le caratteristiche biochimiche di questi processi metabolici non influenzano la funzione dell'ATP nella cellula. È universale: preservare le riserve di energia della cellula.
Come la struttura di una molecola è correlata alle sue funzioni
In precedenza, abbiamo stabilito il fatto che l'acido adenosina trifosforico contiene tre residui di fosfato collegati a una base nitrato - l'adenina e un monosaccaride - il ribosio. Poiché quasi tutte le reazioni nel citoplasma della cellula vengono eseguite in un mezzo acquoso, le molecole acide, sotto l'azione degli enzimi idrolitici, rompono i legami covalenti per formare prima l'acido adenosina difosforico e poi l'AMP. Le reazioni inverse che portano alla sintesi dell'acido adenosina trifosforico si verificano in presenza dell'enzima fosfotransferasi. Poiché l'ATP svolge la funzione di fonte universale di attività vitale cellulare, include due legami macroergici. Con una successiva rottura di ciascuno di essi, vengono rilasciati 42 kJ. Questa risorsa viene utilizzata nel metabolismo cellulare, nei suoi processi di crescita e riproduzione.
Valore della sintasi ATP
Negli organelli di importanza generale - i mitocondri, situati nelle cellule vegetali e animali, è presente un sistema enzimatico - la catena respiratoria. Contiene l'enzima ATP sintasi. Le molecole del biocatalizzatore, che hanno la forma di un esamero costituito da globuli proteici, sono immerse sia nella membrana che instroma dei mitocondri. A causa dell'attività dell'enzima, la sostanza energetica della cellula viene sintetizzata dall'ADP e dai residui dell'acido fosfato inorganico. Le molecole di ATP formate svolgono la funzione di accumulare l'energia necessaria alla sua attività vitale. Una caratteristica distintiva del biocatalizzatore è che quando c'è un'eccessiva concentrazione di composti energetici, si comporta come un enzima idrolitico, scindendo le loro molecole.
Caratteristiche della sintesi dell'acido adenosina trifosforico
Le piante hanno una seria caratteristica metabolica che distingue radicalmente questi organismi dagli animali. È associato alla modalità di nutrizione autotrofica e alla capacità di elaborare la fotosintesi. La formazione di molecole contenenti legami macroergici si verifica nelle piante negli organelli cellulari - cloroplasti. L'enzima ATP sintasi a noi già noto fa parte dei loro tilacoidi e dello stroma dei cloroplasti. Le funzioni dell'ATP nella cellula sono l'immagazzinamento di energia negli organismi sia autotrofi che eterotrofi, inclusi gli esseri umani.
I composti con legami macroergici sono sintetizzati nei saprofiti e negli eterotrofi nelle reazioni di fosforilazione ossidativa che avvengono sulle creste mitocondriali. Come puoi vedere, nel processo di evoluzione, vari gruppi di organismi viventi hanno formato un meccanismo perfetto per la sintesi di un composto come l'ATP, le cui funzioni sono fornire energia alla cellula.
