Jika kita memparafrasekan ungkapan terkenal "gerakan adalah kehidupan", menjadi jelas bahwa semua manifestasi materi hidup - pertumbuhan, reproduksi, proses sintesis nutrisi, respirasi - sebenarnya adalah pergerakan atom dan molekul yang membentuk sel. Apakah proses ini mungkin tanpa partisipasi energi? Tentu saja tidak.
Di mana makhluk hidup, mulai dari organisme raksasa seperti paus biru atau sequoia Amerika, hingga bakteri ultramikroskopik, menarik persediaan mereka?
Biokimia telah menemukan jawaban untuk pertanyaan ini. Asam trifosfat adenosin adalah zat universal yang digunakan oleh semua penghuni planet kita. Pada artikel ini, kami akan mempertimbangkan struktur dan fungsi ATP dalam berbagai kelompok organisme hidup. Selain itu, kita akan menentukan organel mana yang bertanggung jawab untuk sintesisnya di sel tumbuhan dan hewan.
Riwayat penemuan
Pada awal abad ke-20, di laboratorium Harvard Medical School, beberapa ilmuwan, yaitu Subbaris, Loman dan Friske, menemukan senyawa yang strukturnya mirip dengan adenil.nukleotida asam ribonukleat. Namun, itu tidak mengandung satu, tetapi sebanyak tiga residu asam fosfat yang terhubung ke ribosa monosakarida. Dua dekade kemudian, F. Lipman, mempelajari fungsi ATP, mengkonfirmasi asumsi ilmiah bahwa senyawa ini membawa energi. Sejak saat itu, para ahli biokimia memiliki kesempatan besar untuk mengenal secara rinci mekanisme kompleks sintesis zat ini yang terjadi di dalam sel. Kemudian, senyawa kunci ditemukan: enzim - ATP sintase, yang bertanggung jawab untuk pembentukan molekul asam di mitokondria. Untuk menentukan fungsi apa yang dilakukan ATP, mari kita cari tahu proses apa yang terjadi pada organisme hidup yang tidak dapat dilakukan tanpa partisipasi zat ini.
Bentuk keberadaan energi dalam sistem biologis
Berbagai reaksi yang terjadi pada organisme hidup membutuhkan berbagai jenis energi yang dapat berubah menjadi satu sama lain. Ini termasuk proses mekanis (pergerakan bakteri dan protozoa, kontraksi miofibril di jaringan otot), sintesis biokimia. Daftar ini juga mencakup impuls listrik yang mendasari eksitasi dan penghambatan, reaksi termal yang mempertahankan suhu tubuh konstan pada hewan berdarah panas dan manusia. Cahaya luminescent plankton laut, beberapa serangga dan ikan laut dalam juga merupakan jenis energi yang dihasilkan oleh makhluk hidup.
Semua fenomena di atas yang terjadi dalam sistem biologis tidak mungkin terjadi tanpa molekul ATP, yang fungsinya untuk menyimpanenergi dalam bentuk ikatan makroergik. Mereka terjadi antara adenil nukleosida dan residu asam fosfat.
Dari mana energi seluler berasal?
Menurut hukum termodinamika, munculnya dan hilangnya energi terjadi karena alasan tertentu. Pemecahan senyawa organik yang membentuk makanan: protein, karbohidrat dan terutama lipid mengarah pada pelepasan energi. Proses utama hidrolisis terjadi di saluran pencernaan, di mana makromolekul senyawa organik terkena aksi enzim. Bagian dari energi yang diterima dihamburkan dalam bentuk panas atau digunakan untuk mempertahankan suhu optimal dari isi internal sel. Bagian yang tersisa diakumulasikan dalam bentuk di mitokondria - pembangkit listrik sel. Ini adalah fungsi utama dari molekul ATP - menyediakan dan mengisi kembali kebutuhan energi tubuh.
Apa peran reaksi katabolik
Satuan dasar materi hidup - sel, hanya dapat berfungsi jika energi terus diperbarui dalam siklus hidupnya. Untuk memenuhi kondisi ini dalam metabolisme sel, ada arah yang disebut disimilasi, katabolisme atau metabolisme energi. Dalam tahap bebas oksigen, yang merupakan cara paling sederhana untuk membentuk dan menyimpan energi, dari setiap molekul glukosa, tanpa adanya oksigen, 2 molekul zat padat energi disintesis yang menyediakan fungsi utama ATP dalam sel - memasoknya dengan energi. Sebagian besar reaksi tahap anoksik terjadi di sitoplasma.
Tergantung pada struktur selnya, ia dapat berlangsung dengan berbagai cara, misalnya dalam bentuk glikolisis, alkohol, atau fermentasi asam laktat. Namun, fitur biokimia dari proses metabolisme ini tidak mempengaruhi fungsi ATP dalam sel. Ini bersifat universal: untuk melestarikan cadangan energi sel.
Bagaimana struktur molekul terkait dengan fungsinya
Sebelumnya, kami menetapkan fakta bahwa asam adenosin trifosfat mengandung tiga residu fosfat yang terhubung ke basa nitrat - adenin, dan monosakarida - ribosa. Karena hampir semua reaksi dalam sitoplasma sel dilakukan dalam media berair, molekul asam, di bawah aksi enzim hidrolitik, memutuskan ikatan kovalen untuk membentuk asam adenosin difosfat pertama, dan kemudian AMP. Reaksi kebalikan yang mengarah pada sintesis asam adenosin trifosfat terjadi dengan adanya enzim fosfotransferase. Karena ATP melakukan fungsi sumber universal aktivitas vital seluler, ATP mencakup dua ikatan makroergik. Dengan pecahnya masing-masing berturut-turut, 42 kJ dilepaskan. Sumber daya ini digunakan dalam metabolisme sel, dalam pertumbuhan dan proses reproduksinya.
Nilai ATP sintase
Dalam organel yang penting secara umum - mitokondria, yang terletak di sel tumbuhan dan hewan, terdapat sistem enzimatik - rantai pernapasan. Ini mengandung enzim ATP sintase. Molekul biokatalis yang berbentuk heksamer yang terdiri dari globul-globul protein terendam baik di dalam membran maupun di dalamstroma mitokondria. Karena aktivitas enzim, zat energi sel disintesis dari ADP dan residu asam fosfat anorganik. Molekul ATP yang terbentuk melakukan fungsi mengumpulkan energi yang diperlukan untuk aktivitas vitalnya. Ciri khas biokatalis adalah bahwa ketika ada konsentrasi senyawa energi yang berlebihan, ia berperilaku seperti enzim hidrolitik, memecah molekulnya.
Fitur sintesis asam adenosin trifosfat
Tanaman memiliki fitur metabolisme serius yang membedakan organisme ini secara radikal dari hewan. Ini terkait dengan mode nutrisi autotrofik dan kemampuan untuk memproses fotosintesis. Pembentukan molekul yang mengandung ikatan makroergik terjadi pada tanaman di organel seluler - kloroplas. Enzim ATP sintase yang sudah kita kenal adalah bagian dari tilakoid dan stroma kloroplasnya. Fungsi ATP di dalam sel adalah sebagai penyimpan energi baik pada organisme autotrof maupun heterotrof, termasuk manusia.
Senyawa dengan ikatan makroergik disintesis dalam saprotrof dan heterotrof dalam reaksi fosforilasi oksidatif yang terjadi pada krista mitokondria. Seperti yang Anda lihat, dalam proses evolusi, berbagai kelompok organisme hidup telah membentuk mekanisme sempurna untuk sintesis senyawa seperti ATP, yang fungsinya menyediakan energi bagi sel.
