Ak parafrázujeme známy výraz „pohyb je život“, je jasné, že všetky prejavy živej hmoty – rast, rozmnožovanie, procesy syntézy živín, dýchanie – sú v skutočnosti pohybom atómov a molekuly, ktoré tvoria bunku. Sú tieto procesy možné bez účasti energie? Samozrejme, že nie.
Odkiaľ čerpajú zásoby živé telá, od obrovských organizmov, ako je modrá veľryba alebo sekvojovec americký, až po ultramikroskopické baktérie?
Biochémia našla odpoveď na túto otázku. Kyselina adenozíntrifosforečná je univerzálna látka, ktorú používajú všetci obyvatelia našej planéty. V tomto článku sa budeme zaoberať štruktúrou a funkciami ATP v rôznych skupinách živých organizmov. Okrem toho určíme, ktoré organely sú zodpovedné za jeho syntézu v rastlinných a živočíšnych bunkách.
História objavov
Na začiatku 20. storočia v laboratóriu Harvard Medical School niekoľko vedcov, menovite Subbaris, Loman a Friske, objavilo zlúčeninu blízku štruktúre adenylunukleotid ribonukleovej kyseliny. Neobsahoval však jeden, ale až tri zvyšky fosfátovej kyseliny napojené na monosacharid ribózu. O dve desaťročia neskôr F. Lipman pri štúdiu funkcií ATP potvrdil vedecký predpoklad, že táto zlúčenina nesie energiu. Od tohto momentu mali biochemici skvelú príležitosť podrobne sa zoznámiť so zložitým mechanizmom syntézy tejto látky, ktorá sa vyskytuje v bunke. Neskôr bola objavená kľúčová zlúčenina: enzým – ATP syntáza, ktorá je zodpovedná za tvorbu molekúl kyseliny v mitochondriách. Aby sme určili, akú funkciu plní ATP, zistime, aké procesy prebiehajúce v živých organizmoch nemožno uskutočniť bez účasti tejto látky.
Formy existencie energie v biologických systémoch
Rôzne reakcie vyskytujúce sa v živých organizmoch vyžadujú rôzne druhy energie, ktoré sa môžu navzájom premieňať. Patria sem mechanické procesy (pohyb baktérií a prvokov, kontrakcia myofibríl vo svalovom tkanive), biochemická syntéza. Tento zoznam zahŕňa aj elektrické impulzy, ktoré sú základom excitácie a inhibície, tepelné reakcie, ktoré udržiavajú konštantnú telesnú teplotu u teplokrvných zvierat a ľudí. Žiarivá žiara morského planktónu, niektorých druhov hmyzu a hlbokomorských rýb je tiež typom energie produkovanej živými telami.
Všetky vyššie uvedené javy vyskytujúce sa v biologických systémoch sú nemožné bez molekúl ATP, ktorých funkciou je ukladanieenergie vo forme makroergických väzieb. Vyskytujú sa medzi adenyl nukleozidom a zvyškami kyseliny fosfátovej.
Odkiaľ pochádza bunková energia?
Podľa zákonov termodynamiky dochádza k objaveniu a zániku energie z určitých dôvodov. Rozklad organických zlúčenín tvoriacich potravu: bielkovín, sacharidov a najmä lipidov vedie k uvoľneniu energie. Primárne procesy hydrolýzy prebiehajú v tráviacom trakte, kde sú makromolekuly organických zlúčenín vystavené pôsobeniu enzýmov. Časť prijatej energie sa odvedie vo forme tepla alebo sa využije na udržanie optimálnej teploty vnútorného obsahu článku. Zvyšná časť sa akumuluje vo forme v mitochondriách - elektrárňach bunky. Toto je hlavná funkcia molekuly ATP – poskytovanie a dopĺňanie energetických potrieb tela.
Aká je úloha katabolických reakcií
Základná jednotka živej hmoty – bunka, môže fungovať len vtedy, ak sa energia vo svojom životnom cykle neustále aktualizuje. Na splnenie tejto podmienky v bunkovom metabolizme existuje smer nazývaný disimilácia, katabolizmus alebo energetický metabolizmus. V bezkyslíkatom štádiu, čo je najjednoduchší spôsob tvorby a skladovania energie, sa z každej molekuly glukózy v neprítomnosti kyslíka syntetizujú 2 molekuly energeticky náročnej látky, ktorá zabezpečuje hlavné funkcie ATP v bunke - dodáva mu energiu. Väčšina reakcií anoxického kroku prebieha v cytoplazme.
V závislosti od štruktúry bunky môže prebiehať rôznymi spôsobmi, napríklad vo forme glykolýzy, alkoholovej alebo mliečnej fermentácie. Biochemické vlastnosti týchto metabolických procesov však neovplyvňujú funkciu ATP v bunke. Je univerzálny: na zachovanie energetických zásob bunky.
Ako súvisí štruktúra molekuly s jej funkciami
Predtým sme zistili, že kyselina adenozíntrifosforečná obsahuje tri fosfátové zvyšky spojené s dusičnanovou bázou - adenín a monosacharid - ribózu. Pretože takmer všetky reakcie v cytoplazme bunky prebiehajú vo vodnom prostredí, molekuly kyseliny pôsobením hydrolytických enzýmov rozbijú kovalentné väzby za vzniku najskôr kyseliny adenozíndifosforečnej a potom AMP. Reverzné reakcie vedúce k syntéze kyseliny adenozíntrifosforečnej prebiehajú v prítomnosti enzýmu fosfotransferázy. Keďže ATP plní funkciu univerzálneho zdroja bunkovej vitálnej aktivity, zahŕňa dve makroergické väzby. Pri postupnom pretrhnutí každého z nich sa uvoľní 42 kJ. Tento zdroj sa využíva v bunkovom metabolizme, pri jej raste a reprodukčných procesoch.
Hodnota ATP syntázy
V organelách všeobecného významu - mitochondriách, umiestnených v rastlinných a živočíšnych bunkách, sa nachádza enzymatický systém - dýchací reťazec. Obsahuje enzým ATP syntázu. Molekuly biokatalyzátora, ktoré majú formu hexaméru pozostávajúceho z proteínových guľôčok, sú ponorené do membrány aj dostróma mitochondrií. V dôsledku aktivity enzýmu sa energetická látka bunky syntetizuje z ADP a zvyškov anorganickej kyseliny fosfátovej. Vytvorené molekuly ATP vykonávajú funkciu akumulácie energie potrebnej pre jeho životne dôležitú činnosť. Charakteristickým rysom biokatalyzátora je, že pri nadmernej koncentrácii energetických zlúčenín sa správa ako hydrolytický enzým, ktorý štiepi ich molekuly.
Vlastnosti syntézy kyseliny adenozíntrifosforečnej
Rastliny majú vážnu metabolickú vlastnosť, ktorá radikálne odlišuje tieto organizmy od zvierat. Je spojená s autotrofným spôsobom výživy a schopnosťou spracovať fotosyntézu. K tvorbe molekúl obsahujúcich makroergické väzby dochádza v rastlinách v bunkových organelách – chloroplastoch. Nám už známy enzým ATP syntáza je súčasťou ich tylakoidov a strómy chloroplastov. Funkciou ATP v bunke je ukladanie energie v autotrofných aj heterotrofných organizmoch vrátane ľudí.
Zlúčeniny s makroergickými väzbami sa syntetizujú v saprotrofoch a heterotrofoch v oxidatívnych fosforylačných reakciách prebiehajúcich na mitochondriálnych kôrach. Ako môžete vidieť, v procese evolúcie rôzne skupiny živých organizmov vytvorili dokonalý mechanizmus na syntézu takej zlúčeniny ako je ATP, ktorej funkciou je poskytnúť bunke energiu.
