Cada movimento ou pensamento requer energia do corpo. Essa força é armazenada por todas as células do corpo e a acumula em biomoléculas com a ajuda de ligações macroérgicas. São essas moléculas de bateria que fornecem todos os processos vitais. A constante troca de energia dentro das células determina a própria vida. Quais são essas biomoléculas com ligações macroérgicas, de onde elas vêm e o que acontece com sua energia em cada célula do nosso corpo - isso é discutido no artigo.
Mediadores biológicos
Em qualquer organismo, a energia de um agente gerador de energia para um consumidor de energia biológica não passa diretamente. Quando as ligações intramoleculares dos produtos alimentares são quebradas, a energia potencial dos compostos químicos é liberada, o que excede em muito a capacidade dos sistemas enzimáticos intracelulares de usá-la. É por isso que em sistemas biológicos a liberação de substâncias químicas potenciais ocorre passo a passo com sua transformação gradual em energia e seu acúmulo em compostos e ligações macroérgicas. E são as biomoléculas que são capazes de tal acúmulo de energia que são chamadas de alta energia.
Quais ligações são chamadas de macroérgicas?
O nível de energia livre de 12,5 kJ/mol, que é formado durante a formação ou decaimento de uma ligação química, é considerado normal. Quando, durante a hidrólise de certas substâncias, a energia livre é formada mais de 21 kJ / mol, isso é chamado de ligações macroérgicas. Eles são indicados pelo símbolo til - ~. Em contraste com a físico-química, onde uma ligação macroérgica significa uma ligação covalente de átomos, na biologia elas significam a diferença entre a energia dos agentes iniciais e seus produtos de decaimento. Ou seja, a energia não está localizada em uma ligação química específica dos átomos, mas caracteriza toda a reação. Na bioquímica, eles falam sobre conjugação química e a formação de um composto macroérgico.
Fonte de Bioenergia Universal
Todos os organismos vivos em nosso planeta têm um elemento universal de armazenamento de energia - esta é a ligação macroérgica ATP - ADP - AMP (adenosina tri, di, ácido monofosfórico). Estas são biomoléculas que consistem em uma base de adenina contendo nitrogênio ligada a um carboidrato ribose e resíduos de ácido fosfórico ligados. Sob a ação da água e de uma enzima de restrição, uma molécula de trifosfato de adenosina (C10H16N5 O 13P3) pode se decompor em uma molécula de ácido adenosina difosfórico e ácido ortofosfato. Esta reação é acompanhada pela liberação de energia livre da ordem de 30,5 kJ/mol. Todos os processos vitais em cada célula do nosso corpo ocorrem quando a energia é acumulada em ATP e usada quando é quebrada.ligações entre resíduos de ácido ortofosfórico.
Doador e aceitador
Compostos de alta energia também incluem substâncias com nomes longos que podem formar moléculas de ATP em reações de hidrólise (por exemplo, ácidos pirofosfórico e pirúvico, coenzimas succinil, derivados aminoacílicos de ácidos ribonucleicos). Todos esses compostos contêm átomos de fósforo (P) e enxofre (S), entre os quais existem ligações de alta energia. É a energia que é liberada quando a ligação de alta energia no ATP (doador) é quebrada que é absorvida pela célula durante a síntese de seus próprios compostos orgânicos. E, ao mesmo tempo, as reservas dessas ligações são constantemente reabastecidas com o acúmulo de energia (aceptor) liberada durante a hidrólise das macromoléculas. Em todas as células do corpo humano, esses processos ocorrem nas mitocôndrias, enquanto a duração da existência do ATP é inferior a 1 minuto. Durante o dia, nosso corpo sintetiza cerca de 40 quilos de ATP, que passam por até 3 mil ciclos de decomposição cada. E a qualquer momento, cerca de 250 gramas de ATP estão presentes em nosso corpo.
Funções das biomoléculas de alta energia
Além da função de doador e aceptor de energia nos processos de decomposição e síntese de compostos macromoleculares, as moléculas de ATP desempenham vários outros papéis muito importantes nas células. A energia de quebra de ligações macroérgicas é utilizada nos processos de geração de calor, trabalho mecânico, acúmulo de eletricidade e luminescência. Ao mesmo tempo, a transformaçãoa energia das ligações químicas em térmicas, elétricas, mecânicas ao mesmo tempo serve como uma etapa de troca de energia com posterior armazenamento de ATP nas mesmas ligações macroenergéticas. Todos esses processos na célula são chamados de trocas plásticas e de energia (diagrama na figura). As moléculas de ATP também atuam como coenzimas, regulando a atividade de certas enzimas. Além disso, o ATP também pode ser um mediador, um agente sinalizador nas sinapses das células nervosas.
O fluxo de energia e matéria na célula
Assim, o ATP na célula ocupa um lugar central e principal na troca de matéria. Existem muitas reações por meio das quais o ATP surge e se decompõe (fosforilação oxidativa e de substrato, hidrólise). As reações bioquímicas da síntese dessas moléculas são reversíveis; sob certas condições, elas são deslocadas nas células na direção da síntese ou decaimento. Os caminhos dessas reações diferem no número de transformações de substâncias, no tipo de processos oxidativos e nas formas de conjugação de reações de fornecimento e consumo de energia. Cada processo tem adaptações claras para o processamento de um determinado tipo de "combustível" e seus limites de eficiência.
Avaliação de desempenho
Os indicadores de eficiência de conversão de energia em biossistemas são pequenos e são estimados em valores padrão do fator de eficiência (a razão entre o trabalho útil gasto no trabalho e a energia total gasta). Mas aqui, para garantir o desempenho das funções biológicas, os custos são muito altos. Por exemplo, um corredor, em termos de unidade de massa, gasta tantoenergia, quanto e um grande transatlântico. Mesmo em repouso, manter a vida de um organismo é um trabalho árduo, e nele são gastos cerca de 8 mil kJ/mol. Ao mesmo tempo, cerca de 1,8 mil kJ/mol são gastos na síntese de proteínas, 1,1 mil kJ/mol no trabalho do coração, mas até 3,8 mil kJ/mol na síntese de ATP.
Sistema de células adenilato
Este é um sistema que inclui a soma de todos os ATP, ADP e AMP de uma célula em um determinado período de tempo. Este valor e a proporção dos componentes determinam o estado de energia da célula. O sistema é avaliado em termos da carga de energia do sistema (a razão de grupos fosfato para o resíduo de adenosina). Se apenas ATP está presente nos compostos macroérgicos da célula - tem o estado de energia mais alto (índice -1), se apenas AMP - o estado mínimo (índice - 0). Em células vivas, geralmente são mantidos indicadores de 0,7-0,9. A estabilidade do estado energético da célula determina a taxa de reações enzimáticas e a manutenção de um nível ideal de atividade vital.
E um pouco sobre centrais elétricas
Como já mencionado, a síntese de ATP ocorre em organelas celulares especializadas - mitocôndrias. E hoje entre os biólogos há disputas sobre a origem dessas estruturas incríveis. As mitocôndrias são as usinas de energia da célula, "combustível" para o qual são proteínas, gorduras, glicogênio e eletricidade - moléculas de ATP, cuja síntese ocorre com a participação do oxigênio. Podemos dizer que respiramos para que as mitocôndrias funcionem. Quanto mais trabalho a fazercélulas, mais energia elas precisam. Leia - ATP, que significa - mitocôndrias.
Por exemplo, um atleta profissional tem cerca de 12% de mitocôndrias em seus músculos esqueléticos, enquanto um leigo não-atlético tem metade disso. Mas no músculo cardíaco, sua taxa é de 25%. Os métodos modernos de treinamento para atletas, especialmente maratonistas, são baseados no MOC (consumo máximo de oxigênio), que depende diretamente do número de mitocôndrias e da capacidade dos músculos de realizar cargas prolongadas. Os principais programas de treinamento para esportes profissionais visam estimular a síntese de mitocôndrias nas células musculares.
