Макроенергична връзка и връзки. Какви връзки се наричат ​​макроргични?

Всяко движение или мисъл изисква енергия от тялото. Тази сила съхранява всяка клетка на тялото и я натрупва в биомолекули с помощта на макроенергични връзки. Това са тези молекули на батерията, които осигуряват всички жизнени процеси. Постоянният обмен на енергия в клетките води до самия живот. Какви са тези биомолекули с макроенергични връзки, откъде идват и какво се случва с тяхната енергия във всяка клетка на нашето тяло - това е темата на статията.

Биологични медиатори

Във всеки организъм енергията от енергийно-генериращия агент до биологичния потребител на енергия не преминава директно. Когато вътремолекулните връзки на хранителните продукти са счупени, потенциалната енергия на химичните съединения се освобождава, далеч надвишава капацитета на вътреклетъчните ензимни системи да я използват. Ето защо в биологичните системи отделянето на потенциални химични вещества се осъществява постепенно, с поетапно преобразуване на енергията и нейното натрупване в макроенергични съединения и връзки. И това са биомолекули, които са способни на такова енергийно натрупване, наречено висока енергия.

Какви връзки се наричат ​​макроргични?

Нивото на свободна енергия от 12,5 kJ / mol, което се формира по време на образуването или разрушаването на химичната връзка, се счита за нормално. Когато хидролизата на някои вещества води до образуване на свободна енергия над 21 kJ / mol, това се нарича макроенергични връзки. Те са обозначени със символа "tilda" - ~. За разлика от физическата химия, където катионната връзка на атомите се разбира от макроенергична връзка, в биологията имаме предвид разликата между енергията на първоначалните агенти и продуктите от тяхното разпадане. Тоест, енергията не се локализира в специфична химическа връзка на атоми, а характеризира цялата реакция. В биохимията те говорят за химическо свързване и образуване на макроенергично съединение.

Универсален източник на био енергия

Всички живи организми на нашата планета имат един универсален елемент на съхранение на енергия - макроенергична връзка на АТР-АМР-АМР (аденозин три, ди, монофосфорна киселина). Това са биомолекули, които се състоят от съдържаща азот аденинова основа, прикрепена към рибозов въглеводород и прикрепени остатъци от ортофосфорна киселина. Под действието на водата и рестрикционния ензим, аденозинтрифосфатът (С.₁₀Н₁₆N₅О₁₃P₃) може да се разпадне в молекула на аденозин дифосфатната киселина и ортофосфатна киселина. Тази реакция се придружава от освобождаване на свободна енергия от порядъка на 30,5 kJ / mol. Всички процеси на жизненоважна активност във всяка клетка на нашето тяло се появяват, когато енергията се съхранява в АТР и се използва при скъсване на връзките между остатъците на ортофосфорната киселина.

Донор и акцептор

С богати съединения включват също вещества с дълги имена, които могат да образуват ATP молекули в реакции на хидролиза (например, пирофосфорна киселина и пирогроздена, suktsinilkofermenty, аминоацил производни на рибонуклеинови киселини). Всички тези съединения съдържат атоми на фосфор (Р) и сяра (S), между които са високоенергийни връзки. Това е енергията, освободена от разпадането на високоенергийната връзка в АТР (донора), която се абсорбира от клетката при синтезиране на нейните собствени органични съединения. В същото време, запасите на тези връзки са постоянно се допълва с акумулиране на енергия (акцептор), освободен при хидролиза на макромолекули. Във всяка клетка на човешкото тяло тези процеси протичат в митохондриите, докато продължителността на АТР е по-малко от 1 минута. За един ден тялото ни синтезира около 40 килограма ATP, които преминават до 3000 цикъла на разпад всеки. И всеки момент в тялото ни има около 250 грама ATP.

Функции на високоенергийни биомолекули

В допълнение към донорната функция и енергийния акцептор в процесите на разпад и синтеза на високомолекулни съединения, молекулите на АТР играят още няколко важни роли в клетките. Енергията от разкъсване на макроенергичните връзки се използва в процесите на генериране на топлина, механична работа, натрупване на електроенергия, луминисценция. В същото време трансформацията на енергията на химичните връзки в термични, електрически, механични връзки едновременно служи като етап на енергиен обмен с последващо съхранение в същите макроенергийни връзки на АТР. Всички тези процеси в клетката се наричат ​​пластмасови и енергийни обмени (диаграмата на фигурата). АТР молекулите също действат като коензими, регулиращи активността на определени ензими. В допълнение, АТР може също да бъде медиатор, сигнален агент в синапсите на нервните клетки.

Потокът на енергия и материя в клетката

По този начин АТР в клетката заема централно и основно място в обмена на материя. Реакциите, при които АТР възниква и се разпадат, са многобройни (окислително фосфорилиране и субстрат, хидролиза). Биохимичните реакции на синтеза на тези молекули са обратими, при определени условия те се преместват в клетките към синтез или гниене. Начините на тези реакции се различават в броя на трансформациите на веществата, вида на окислителните процеси, в методите на конюгиране на енергозахранващите и енергоемките реакции. Всеки процес има ясни адаптации към обработката на определен тип "гориво" и границите на ефективност.

Оценка на ефективността

Индикаторите на ефективността на преобразуване на енергията в биосистемите са малки и се оценяват в стандартни стойности на коефициента на ефективност (съотношението на полезните, изразходвани за работата, към общата изразходвана енергия). Но, за да се гарантира изпълнението на биологичните функции, разходите са много големи. Например, бегач, по отношение на единица тегло, изразходва толкова енергия, колкото голяма океанска подложка. Дори и в покой, поддържането на живота на тялото е тежка работа и прекарва около 8 000 kJ / mol. В същото време синтезата на протеините консумира около 1,8 хил. КД / мол, за работата на сърцето - 1,1 хил. Кг / мол, а за синтеза на АТР - до 3,8 хил. М / мол.

Аденилатна система от клетки

Това е система, която включва сумата от всички ATP, ADP и AMP в клетка за определен период от време. Степента на това и съотношението на компонентите определят енергийното състояние на клетката. Системата се оценява въз основа на енергийния заряд на системата (съотношението на фосфатните групи към аденозиновия остатък). Ако в клетката макроенергичните съединения се представят само чрез АТР - то има най-високо енергийно състояние (индекс -1), ако само AMP - минималният статус (индикатор - 0). В живите клетки обикновено се поддържат 0.7-0.9. Стабилността на енергийното състояние на клетката определя скоростта на ензимните реакции и поддържането на оптимални нива на жизненоважна активност.

И малко по отношение на електроцентралите

Както вече беше споменато, синтезата на АТР се извършва в специализирани органели на клетката - митохондрии. И днес биолозите се аргументират за произхода на тези невероятни структури. Митохондриите са електроцентралите на една клетка, "горивото", за което са протеини, мазнини, гликоген и електричество - молекулите на АТР, чийто синтез се извършва с участието на кислород. Можем да кажем, че дишаме, че митохондриите работят. Колкото повече работа клетките трябва да направят, толкова повече енергия от тях се нуждаят. Прочетете - ATP и оттам - митохондриите.

Например, професионален спортист в скелетните мускули съдържа около 12% от митохондриите, докато в неспортсменски жител те са половината от тях. Но в сърдечния мускул, техният процент е 25%. Съвременните методи за обучение на спортисти, особено на маратонки, се основават на MCP (максимална консумация на кислород), която зависи пряко от броя на митохондриите и способността на мускулите да извършват дългосрочно натоварване. Водещите програми за обучение за професионални спортове са насочени към стимулиране на синтезата на митохондриите в мускулните клетки.