Жизнь и энергия... Оба понятия взаимосвязаны, все проявления жизнедеятельности организмов на планете Земля энергозависимы. Повороты стеблей и цветов растений вслед за движением Солнца, биение человеческого сердца, взмахи крыльев птиц - это требует затрат энергии. Внутри микроскопической клетки тоже все наполнено движением: по часовой стрелке передвигается ее жидкое содержимое, тысячи молекул поступают в клеточные органоиды, осуществляя реакции обмена веществ.
Для жизненных проявлений необходима энергия, она имеет форму особого вещества - аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). В нашей работе мы ответим на следующие вопросы: каково строение энергетического вещества? Какую функцию выполняет молекула АТФ в клетке? Описание роли аденозинтрифосфорной кислоты вы также найдете в нашей статье.
Из каких источников в организм поступает энергия?
Из внешней среды в биологические системы энергия может поступать по-разному. Например, благодаря окислению питательных веществ, входящих в состав пищи. В результате химических процессов, относящихся к диссимиляции, выделяется определенная порция энергии. Так, окисление 1 г жира дает 38,9 кДж энергии. Таким способом получают энергию животные, грибы, человек, а молекулы АТФ в клетке выполняют функцию энергетической валюты. Без пищи, служащей источником их активности, такие организмы просто погибли бы. Растения самостоятельно могут образовывать для себя пищу из углекислоты и воды, применяя световое излучение в качестве источника энергии. Синтезированная в их клетках глюкоза используется в качестве пищевого продукта для самого растения. Окисление ее 1 г дает 17,2 кДж энергии, что и объясняет, какую роль выполняют молекулы АТФ - они являются аккумуляторами клеточной энергии.
Куда расходуется аденозинтрифосфорная кислота
Новорожденные детеныши млекопитающих быстро начинают расти и развиваться при условии достаточно калорийного питания. Материнское молоко обеспечивает их организм всеми полезными веществами. Они перерабатываются в процессе диссимиляции, а выделившаяся энергия запасается в виде молекул АТФ. Рост организма – это синтез соединений, присущих только ему и обеспечивающих деление клеток. Оно и лежит в основе ростовых процессов.
Молекулы АТФ выполняют в клетке функцию энергообеспечения, потому что условием проведения подобных реакций является наличие энергии, которая и будет затрачиваться на реакции ассимиляции. Оба типа реакций: синтез пластических соединений, обеспечивающий ростовые процессы и расщепление питательных веществ, дающих для них энергию, взаимосвязаны. Эта связь называется энергетическим спряжением. Она и определяет, какую функцию в клетке выполняет молекула АТФ.
Каким должно быть универсальное энергетическое вещество?
Посредник, который клетка будет использовать как источник энергии, должен иметь определенную специфику своего состава и пространственной конфигурации молекулы. Такое вещество не должно иметь большую массу и размеры и быть достаточно мобильным. Устойчивость и стабильность его молекулы – еще одно требование, выполнение которого обеспечит способность соединения к накоплению и сохранению. Все названные критерии выполняются частицами аденозинтрифосфорной кислоты, поэтому в клетке молекулы АТФ выполняют функцию энергосбережения.
Особенности химического строения
Азотсодержащее основание – аденин, соединенный с пентозой (рибозой и тремя остатками ортофосфатной кислоты) – таков состав молекулы аденозинтрифосфорной кислоты. В водной среде, содержащей определенный фермент, она может отщеплять один или два кислотных остатка, превращаясь в аденозиндифосфорную и аденозинмонофосфорную кислоту. Эти реакции происходят в момент использования клеткой энергии, необходимой, например, для ее деления, роста, анаболических процессов.
Молекулы АТФ выполняют в клетке функцию обеспечения энергией двигательных процессов и транспорта соединений через мембрану. Движение частиц веществ, органоидов, трепетание жгутиков или ресничек и некоторые другие явления клеточной жизнедеятельности невозможны без особых моторных пептидов. К ним относится, например, миозин. Это мышечный белок, имеющий сложное строение. Он расщепляет аденозинтрифосфорную кислоту, осуществляя координацию мышечных сокращений. Приведенный факт показывает, какую функцию в клетке выполняет молекула АТФ.
Перенос соединений через клеточные мембраны
Клетки являются не только сложно организованными, но еще и открытыми биологическими системами. Это значит, что между ними и внешней средой происходит непрерывный обмен ионами или молекулами различных соединений. Важнейшим условием жизнедеятельности клетки является разность концентрации веществ между нею и межклеточной жидкостью. Молекулы АТФ выполняют в клетке функцию субстрата для различных транспортных пептидов, например таких как натрий-калиевый насос.
Активный транспорт
Это перенос частиц сквозь мембраны клеток при условии, что этот процесс происходит против градиента концентрации. Располагаясь в мембране животной клетки, протеин выводит из клетки три иона натрия и транспортирует в нее два катиона калия. На эту работу натрий-калиевый насос расходует одну молекулу энергетического вещества. В этом случае соединения перемещаются из участка с низкой концентрацией в область его высокой концентрации.
Таким образом, активный транспорт веществ, идущий с участием АТФ, способствует взаимосвязи клеток с внешней средой. Поэтому определение в молекулярной биологии, какую роль выполняют молекулы АТФ, звучит следующим образом: аденозинтрифосфорная кислота служит важнейшим энергетическим посредником, используемым живыми организмами для обеспечения всех проявлений своей жизнедеятельности.
