Якщо перефразувати відомий вислів «рух – це життя», стає зрозумілим, що усі прояви живої матерії - зростання, розмноження, процеси синтезу поживних речовин, дихання - є, по суті, рухом атомів і молекул, що входять до складу клітини. Можливі ці процеси без участі енергії? Звичайно, немає. Звідки ж живі тіла, починаючи від гігантських організмів, наприклад, таких як синій кит або американська секвоя, і закінчуючи ультрамикроскопическими бактеріями, черпають її запаси? Біохімія знайшла відповідь на це питання. Аденозинтрифосфорная кислота – ось універсальний речовина, що використовується всіма мешканцями нашої планети. У цій статті ми розглянемо будову і функції АТФ у різних груп живих організмів. Крім цього, визначимо, які органели відповідальні за його синтез в рослинних і тваринних клітинах.

Історія відкриття

На початку ХХ століття в лабораторії Гарвардської медичної школи кілька вчених, а саме Суббарис, Ломан і Фріске, виявили з'єднання, близький за будовою до адениловому нуклеотиду рибонуклеїнових кислот. Однак воно містило не один, а цілих три залишку фосфатної кислоти, з'єднаних з моносахаридом рибозой. Через два десятки років Ф. Ліпман, вивчаючи функції АТФ, підтвердив наукове припущення про те, що дане з'єднання переносить енергію. З цього моменту біохімікам випала прекрасна можливість детально ознайомитися зі складним механізмом синтезу даного речовини, що відбувається в клітці. Надалі було відкрито ключове з'єднання: фермент - АТФ-синтаза, який відповідає за утворення молекул кислоти в мітохондріях. Щоб визначити, яку функцію виконує АТФ, з'ясуємо, які ж процеси, що протікають в живих організми, що не можуть здійснитися без участі цієї речовини.

Форми існування енергії в біологічних системах

Різноманітні реакції, що відбуваються в живих організмах, вимагають різних видів енергії, здатних трансформуватися один в одного. До них належать механічні процеси (рух бактерій і найпростіших, скорочення міофібрил в м'язової тканини), біохімічний синтез. У цей список також входять електричні імпульси, що лежать в основі збудження і гальмування, теплові реакції, підтримують постійну температуру тіла теплокровних тварин і людини. Люмінесцентне свічення морського планктону, деяких комах і глибоководних риб теж відноситься до різновидів енергії, що продукується живими тілами. Всі вище описані явища, що відбуваються в біологічних системах, неможливі без молекул АТФ, функції яких полягають у запасании енергії у вигляді макроергічних зв'язків. Вони виникають між адениловим нуклеозидів і залишками фосфатної кислоти.

Звідки береться клітинна енергія?

Відповідно до законів термодинаміки, поява і зникнення енергії відбувається за певними причин. Розщеплення органічних сполук, які входять в склад їжі: білків, вуглеводів і особливо ліпідів призводить до виділення енергії. Первинні відбуваються процеси гідролізу в травному тракті, де макромолекули органічних сполук, що піддаються дії ферментів. Частину отриманої енергії розсіюється у вигляді тепла, або йде на підтримання оптимальної температури внутрішнього вмісту клітини. Залишилася ж частина акумулюється у вигляді у мітохондріях – силових станціях клітини. Це і є основна функція молекули АТФ – забезпечення і поповнення енергетичних потреб організму.

Яка роль катаболічних реакцій

Елементарна одиниця живої матерії – клітина, може функціонувати лише за умови постійного поновлення енергії в її життєвому циклі. Для виконання цієї умови у клітинному метаболізмі існує напрямок, названий диссимиляцией, або катаболізмом енергетичним обміном. В його безкисневій етапі, є найпростішим способом освіти і запасания енергії, з кожної молекули глюкози, за умови відсутності кисню, синтезується 2 молекули енергоємного речовини, що забезпечує головні функції АТФ у клітині – постачання енергією. Більшість реакцій бескислородного етапу відбувається в цитоплазмі. В залежності від того, яке будова клітини, він може відбуватися різними шляхами, наприклад, у вигляді гліколізу, спиртового або молочнокислого бродіння. Однак біохімічні особливості цих метаболічних процесів не впливають на те, яку функцію виконує АТФ у клітині. Вона універсальна: зберегти енергетичні запаси клітини.

Як будова молекули пов'язано з її функціями

Раніше ми встановили той факт, що у складі аденозинтрифосфорної кислоти знаходиться три фосфатних залишків, сполучених з нітратним підставою – аденином, і моносахаридом – рибозой. Так як практично всі реакції в цитоплазмі клітини здійснюються у водному середовищі, молекули кислоти під дією гідролітичних ферментів розривають ковалентні зв'язку з утворенням спочатку аденозиндифосфорной кислоти, а потім АМФ. Зворотні реакції, що приводять до синтезу аденозинтрифосфорної кислоти, відбуваються в присутності ферменту фосфотрансферази. Так як АТФ виконує функцію універсального джерела клітинної життєдіяльності, в неї входять дві макроергічні зв'язки. При послідовному розрив кожної з них виділяється по 42 кДж. Цей ресурс використовується у метаболізмі клітини, в її ростових і репродуктивних процесах.

Значення АТФ-синтаз

В органелах загального значення - мітохондріях, що знаходяться в рослинних і тваринних клітинах, розташована ферментативна система - дихальна ланцюг. Вона містить ензим – АТФ-синтазу. Молекули біокаталізатора, мають вигляд гексамера, що складається з глобул протеїну, занурені в мембрану, так і в строму мітохондрії. Завдяки активності ферменту, з АДФ і залишків неорганічної фосфатної кислоти відбувається синтез енергетичного речовини клітини. Утворилися молекули АТФ виконують функцію акумулювання енергії, необхідної для її життєдіяльності. Відмінною рисою біокаталізатора є те, що при надмірній концентрації енергетичних з'єднань він веде себе як гідролітичні фермент, розщеплюючи їх молекули.

Особливості синтезу аденозинтрифосфорної кислоти

Рослини мають серйозну особливість обміну речовин, кардинально відрізняє ці організми від тварин. Вона пов'язана з автотрофним способом живлення і здатністю до процесу фотосинтезу. Освіта молекул, що містять макроергічні зв'язки, відбувається у рослин в клітинних органоидах – хлоропластах. Вже відомий нам фермент АТФ-синтаза входить у них до складу тилакоидов і строми хлоропластів. Функції АТФ у клітині – це запасання енергії як у автотрофних, так і гетеротрофних організмів, у тому числі людини. З'єднання з макроергічними зв'язками синтезуються у сапротрофов і гетеротрофов в реакціях окисного фосфорилювання, що проходять на кристах мітохондрій. Як бачимо, в процесі еволюції у різних груп живих організмів сформувався досконалий механізм синтезу такого з'єднання, як АТФ, функції якого полягають у забезпеченні клітини енергією.