Setiap gerakan atau pikiran kita membutuhkan energi dari tubuh. Kekuatan ini disimpan oleh setiap sel tubuh dan terakumulasi dalam biomolekul dengan bantuan ikatan makroergik. Molekul baterai inilah yang menyediakan semua proses kehidupan. Pertukaran energi yang konstan di dalam sel menentukan kehidupan itu sendiri. Apa biomolekul dengan ikatan makroergik ini, dari mana asalnya, dan apa yang terjadi pada energinya di setiap sel tubuh kita - ini dibahas dalam artikel.
Mediator biologis
Dalam organisme apa pun, energi dari agen penghasil energi ke konsumen energi biologis tidak diteruskan secara langsung. Ketika ikatan intramolekul produk makanan rusak, energi potensial senyawa kimia dilepaskan, yang jauh melebihi kemampuan sistem enzimatik intraseluler untuk menggunakannya. Itulah sebabnya dalam sistem biologis pelepasan bahan kimia potensial terjadi secara bertahap dengan transformasi bertahap mereka menjadi energi dan akumulasinya dalam senyawa dan ikatan makroergik. Dan biomolekul inilah yang mampu mengakumulasi energi yang disebut energi tinggi.
Ikatan apa yang disebut makroergik?
Tingkat energi bebas 12,5 kJ/mol, yang terbentuk selama pembentukan atau peluruhan ikatan kimia, dianggap normal. Ketika selama hidrolisis zat tertentu, energi bebas terbentuk lebih dari 21 kJ / mol, maka ini disebut ikatan makroergik. Mereka dilambangkan dengan simbol tilde - ~. Berbeda dengan kimia fisik, di mana ikatan makroergik berarti ikatan kovalen atom, dalam biologi mereka berarti perbedaan antara energi agen awal dan produk peluruhannya. Artinya, energi tidak terlokalisasi dalam ikatan kimia atom tertentu, tetapi mencirikan seluruh reaksi. Dalam biokimia, mereka berbicara tentang konjugasi kimia dan pembentukan senyawa makroergik.
Sumber Energi Bio Universal
Semua organisme hidup di planet kita memiliki satu elemen penyimpanan energi universal - ini adalah ikatan makroergik ATP - ADP - AMP (adenosin tri, di, asam monofosfat). Ini adalah biomolekul yang terdiri dari basa adenin yang mengandung nitrogen yang melekat pada karbohidrat ribosa dan residu asam fosfat yang melekat. Di bawah aksi air dan enzim restriksi, molekul adenosin trifosfat (C10H16N5 O 13P3) dapat terurai menjadi molekul asam adenosin difosfat dan asam ortofosfat. Reaksi ini disertai dengan pelepasan energi bebas dengan orde 30,5 kJ/mol. Semua proses kehidupan di setiap sel tubuh kita terjadi ketika energi terakumulasi dalam ATP dan digunakan ketika rusak.ikatan antara residu asam ortofosfat.
Donor dan akseptor
Senyawa berenergi tinggi juga termasuk zat dengan nama panjang yang dapat membentuk molekul ATP dalam reaksi hidrolisis (misalnya, asam pirofosfat dan piruvat, koenzim suksinil, turunan aminoasil dari asam ribonukleat). Semua senyawa ini mengandung atom fosfor (P) dan belerang (S), di antaranya terdapat ikatan berenergi tinggi. Ini adalah energi yang dilepaskan ketika ikatan energi tinggi di ATP (donor) terputus yang diserap oleh sel selama sintesis senyawa organiknya sendiri. Dan pada saat yang sama, cadangan ikatan ini terus diisi ulang dengan akumulasi energi (akseptor) yang dilepaskan selama hidrolisis makromolekul. Di setiap sel tubuh manusia, proses ini terjadi di mitokondria, sedangkan durasi keberadaan ATP kurang dari 1 menit. Pada siang hari, tubuh kita mensintesis sekitar 40 kilogram ATP, yang masing-masing melewati hingga 3 ribu siklus peluruhan. Dan setiap saat, sekitar 250 gram ATP ada di tubuh kita.
Fungsi biomolekul energi tinggi
Selain fungsi donor dan akseptor energi dalam proses dekomposisi dan sintesis senyawa makromolekul, molekul ATP memainkan beberapa peran lain yang sangat penting dalam sel. Energi pemutusan ikatan makroergik digunakan dalam proses pembangkitan panas, kerja mekanik, akumulasi listrik, dan pendaran. Pada saat yang sama, transformasienergi ikatan kimia menjadi termal, listrik, mekanik sekaligus berfungsi sebagai tahap pertukaran energi dengan penyimpanan ATP selanjutnya dalam ikatan energi makro yang sama. Semua proses dalam sel ini disebut pertukaran plastis dan energi (diagram pada gambar). Molekul ATP juga bertindak sebagai koenzim, mengatur aktivitas enzim tertentu. Selain itu, ATP juga dapat menjadi mediator, agen pensinyalan di sinapsis sel saraf.
Aliran energi dan materi di dalam sel
Dengan demikian, ATP dalam sel menempati tempat sentral dan utama dalam pertukaran materi. Ada cukup banyak reaksi di mana ATP muncul dan dipecah (fosforilasi oksidatif dan substrat, hidrolisis). Reaksi biokimia dari sintesis molekul-molekul ini bersifat reversibel; dalam kondisi tertentu, mereka digeser dalam sel ke arah sintesis atau peluruhan. Jalur reaksi ini berbeda dalam jumlah transformasi zat, jenis proses oksidatif, dan dalam cara konjugasi reaksi penyediaan energi dan konsumsi energi. Setiap proses memiliki adaptasi yang jelas terhadap pemrosesan jenis "bahan bakar" tertentu dan batas efisiensinya.
Evaluasi kinerja
Indikator efisiensi konversi energi dalam biosistem kecil dan diperkirakan dalam nilai standar faktor efisiensi (rasio kerja berguna yang dihabiskan untuk pekerjaan dengan total energi yang dikeluarkan). Tapi di sini, untuk memastikan kinerja fungsi biologis, biayanya sangat tinggi. Misalnya, seorang pelari, dalam satuan massa, menghabiskan begitu banyakenergi, berapa banyak dan kapal laut besar. Bahkan saat istirahat, mempertahankan kehidupan suatu organisme adalah kerja keras, dan sekitar 8 ribu kJ / mol dihabiskan untuk itu. Pada saat yang sama, sekitar 1,8 ribu kJ / mol dihabiskan untuk sintesis protein, 1,1 ribu kJ / mol untuk kerja jantung, tetapi hingga 3,8 ribu kJ / mol untuk sintesis ATP.
Sistem sel adenilat
Ini adalah sistem yang mencakup jumlah semua ATP, ADP, dan AMP dalam sel dalam periode waktu tertentu. Nilai ini dan rasio komponen menentukan status energi sel. Sistem dievaluasi dalam hal muatan energi sistem (rasio gugus fosfat dengan residu adenosin). Jika hanya ATP yang ada dalam senyawa makroergik sel - ia memiliki status energi tertinggi (indeks -1), jika hanya AMP - status minimum (indeks - 0). Dalam sel hidup, indikator 0,7-0,9 biasanya dipertahankan Stabilitas status energi sel menentukan laju reaksi enzimatik dan pemeliharaan tingkat aktivitas vital yang optimal.
Dan sedikit tentang pembangkit listrik
Seperti yang telah disebutkan, sintesis ATP terjadi di organel sel khusus - mitokondria. Dan hari ini di antara ahli biologi ada perselisihan tentang asal usul struktur yang menakjubkan ini. Mitokondria adalah pembangkit tenaga sel, "bahan bakar" yang protein, lemak, glikogen, dan listrik - molekul ATP, sintesis yang terjadi dengan partisipasi oksigen. Kita dapat mengatakan bahwa kita bernapas agar mitokondria bekerja. Semakin banyak pekerjaan yang harus dilakukansel, semakin banyak energi yang mereka butuhkan. Baca - ATP, yang artinya - mitokondria
Misalnya, seorang atlet profesional memiliki sekitar 12% mitokondria di otot rangka mereka, sedangkan orang awam non-atletik memiliki setengahnya. Tetapi di otot jantung, tingkat mereka adalah 25%. Metode pelatihan modern untuk atlet, terutama pelari maraton, didasarkan pada MOC (konsumsi oksigen maksimum), yang secara langsung tergantung pada jumlah mitokondria dan kemampuan otot untuk melakukan beban yang berkepanjangan. Program pelatihan terkemuka untuk olahraga profesional ditujukan untuk merangsang sintesis mitokondria dalam sel otot.
