Si nous paraphrasons l'expression bien connue "le mouvement c'est la vie", il devient clair que toutes les manifestations de la matière vivante - croissance, reproduction, processus de synthèse des nutriments, respiration - sont, en fait, le mouvement des atomes et les molécules qui composent la cellule. Ces processus sont-ils possibles sans la participation de l'énergie ? Bien sûr que non.
Où les corps vivants, allant des organismes géants tels que la baleine bleue ou le séquoia américain, aux bactéries ultramicroscopiques, puisent-ils leur approvisionnement ?
La biochimie a trouvé la réponse à cette question. L'acide adénosine triphosphorique est une substance universelle utilisée par tous les habitants de notre planète. Dans cet article, nous examinerons la structure et les fonctions de l'ATP dans divers groupes d'organismes vivants. De plus, nous déterminerons quels organites sont responsables de sa synthèse dans les cellules végétales et animales.
Historique de la découverte
Au début du 20ème siècle, dans le laboratoire de la Harvard Medical School, plusieurs scientifiques, à savoir Subbaris, Loman et Friske, ont découvert un composé proche de la structure de l'adénylenucléotide de l'acide ribonucléique. Cependant, il ne contenait pas un, mais jusqu'à trois résidus d'acide phosphate liés au monosaccharide ribose. Deux décennies plus tard, F. Lipman, étudiant les fonctions de l'ATP, a confirmé l'hypothèse scientifique selon laquelle ce composé transporte de l'énergie. À partir de ce moment, les biochimistes ont eu une excellente occasion de se familiariser en détail avec le mécanisme complexe de la synthèse de cette substance qui se produit dans la cellule. Plus tard, un composé clé a été découvert: une enzyme - l'ATP synthase, qui est responsable de la formation de molécules acides dans les mitochondries. Pour déterminer quelle fonction remplit l'ATP, découvrons quels processus se produisant dans les organismes vivants ne peuvent pas être effectués sans la participation de cette substance.
Formes d'existence de l'énergie dans les systèmes biologiques
Les diverses réactions qui se produisent dans les organismes vivants nécessitent différents types d'énergie qui peuvent se transformer les unes dans les autres. Ceux-ci incluent les processus mécaniques (mouvement des bactéries et des protozoaires, contraction des myofibrilles dans le tissu musculaire), la synthèse biochimique. Cette liste comprend également les impulsions électriques qui sous-tendent l'excitation et l'inhibition, les réactions thermiques qui maintiennent une température corporelle constante chez les animaux à sang chaud et les humains. La lueur luminescente du plancton marin, de certains insectes et poissons des grands fonds est également un type d'énergie produite par les corps vivants.
Tous les phénomènes ci-dessus se produisant dans les systèmes biologiques sont impossibles sans les molécules d'ATP, dont les fonctions sont de stockerénergie sous forme de liaisons macroergiques. Ils se produisent entre le nucléoside adénylique et les résidus d'acide phosphate.
D'où vient l'énergie cellulaire ?
Selon les lois de la thermodynamique, l'apparition et la disparition de l'énergie se produisent pour certaines raisons. La dégradation des composés organiques qui composent les aliments: protéines, glucides et surtout lipides conduit à la libération d'énergie. Les principaux processus d'hydrolyse se produisent dans le tube digestif, où les macromolécules de composés organiques sont exposées à l'action des enzymes. Une partie de l'énergie reçue est dissipée sous forme de chaleur ou est utilisée pour maintenir la température optimale du contenu interne de la cellule. La partie restante est accumulée sous forme de mitochondries - les centrales électriques de la cellule. C'est la fonction principale de la molécule d'ATP - fournir et reconstituer les besoins énergétiques du corps.
Quel est le rôle des réactions cataboliques
Une unité élémentaire de matière vivante - une cellule, ne peut fonctionner que si l'énergie est constamment mise à jour au cours de son cycle de vie. Pour remplir cette condition dans le métabolisme cellulaire, il existe une direction appelée dissimilation, catabolisme ou métabolisme énergétique. Dans son stade sans oxygène, qui est le moyen le plus simple de former et de stocker de l'énergie, à partir de chaque molécule de glucose, en l'absence d'oxygène, 2 molécules d'une substance énergivore sont synthétisées qui assurent les principales fonctions de l'ATP dans la cellule - lui fournir de l'énergie. La plupart des réactions de l'étape anoxique se produisent dans le cytoplasme.
Selon la structure de la cellule, elle peut se dérouler de différentes manières, par exemple sous forme de glycolyse, d'alcool ou de fermentation lactique. Cependant, les caractéristiques biochimiques de ces processus métaboliques n'affectent pas la fonction de l'ATP dans la cellule. Elle est universelle: pour préserver les réserves énergétiques de la cellule.
Comment la structure d'une molécule est liée à ses fonctions
Plus tôt, nous avons établi le fait que l'acide adénosine triphosphorique contient trois résidus phosphate reliés à une base nitrate - l'adénine, et à un monosaccharide - le ribose. La quasi-totalité des réactions dans le cytoplasme de la cellule s'effectuant en milieu aqueux, les molécules acides, sous l'action d'enzymes hydrolytiques, rompent les liaisons covalentes pour former d'abord l'acide adénosine diphosphorique, puis l'AMP. Les réactions inverses conduisant à la synthèse de l'acide adénosine triphosphorique se produisent en présence de l'enzyme phosphotransférase. Puisque l'ATP remplit la fonction d'une source universelle d'activité vitale cellulaire, il comprend deux liaisons macroergiques. Avec une rupture successive de chacun d'eux, 42 kJ sont libérés. Cette ressource est utilisée dans le métabolisme cellulaire, dans ses processus de croissance et de reproduction.
Valeur de l'ATP synthase
Dans les organites d'importance générale - les mitochondries, situées dans les cellules végétales et animales, il existe un système enzymatique - la chaîne respiratoire. Il contient l'enzyme ATP synthase. Les molécules du biocatalyseur, qui ont la forme d'un hexamère constitué de globules protéiques, sont immergées à la fois dans la membrane et dansstroma des mitochondries. En raison de l'activité de l'enzyme, la substance énergétique de la cellule est synthétisée à partir d'ADP et de résidus d'acide phosphate inorganique. Les molécules d'ATP formées remplissent la fonction d'accumuler l'énergie nécessaire à son activité vitale. Une caractéristique distinctive du biocatalyseur est que lorsqu'il y a une concentration excessive de composés énergétiques, il se comporte comme une enzyme hydrolytique, divisant leurs molécules.
Caractéristiques de la synthèse de l'acide adénosine triphosphorique
Les plantes ont une caractéristique métabolique sérieuse qui les distingue radicalement des animaux. Il est associé au mode de nutrition autotrophe et à la capacité de traiter la photosynthèse. La formation de molécules contenant des liaisons macroergiques se produit chez les plantes dans les organites cellulaires - les chloroplastes. L'enzyme ATP synthase que nous connaissons déjà fait partie de leurs thylakoïdes et du stroma des chloroplastes. Les fonctions de l'ATP dans la cellule sont le stockage de l'énergie dans les organismes autotrophes et hétérotrophes, y compris les humains.
Les composés avec des liaisons macroergiques sont synthétisés dans les saprotrophes et les hétérotrophes dans les réactions de phosphorylation oxydative qui se déroulent sur les crêtes mitochondriales. Comme vous pouvez le voir, au cours de l'évolution, divers groupes d'organismes vivants ont formé un mécanisme parfait pour la synthèse d'un composé tel que l'ATP, dont les fonctions sont de fournir de l'énergie à la cellule.
