Жасушадағы зат және энергия алмасулар. АТФ және оның атқаратын қызметі

Тірі организмдердің ерекше қасиеті — олар зат алмасуға (метаболизмге) және көптеген әр түрлі химиялық реакцияларға қатысуға кабілетті болады. Сырткы ортамен үнемі зат алмасып отыру — тірі жүйелердің негізгі қасиеттерінің бірі. Жасушаларда биологиялық синтез және ыдырау процестері үздіксіз жүріп отырады. Синтез процесі жалпы анаболизм (Үлгі:Lang-el), ал ыдырау процесі катаболизм (Үлгі:Lang-el) деп аталады.

Синтез — бұл жай заттардың энергия жұмсау аркылы күрделі заттар түзу процесі. Мысалы, аминқышқылдарынан нәруыздар, моносахаридтерден күрделі көмірсулар, нуклеотидтерден нуклеин қышқылдары синтезделеді. Синтезделген заттар өсу процесі кезінде жасуша мен оның органоидтерінің түзілуі үшін және жұмсалған немесе зақымданған молекулаларды қалпына келтіру үшін пайдаланылады.

Ыдырау процесі кезінде күрделі заттардан жай заттар түзіліп, энергия бөлініп шығады. Мысалы, қанттар органикалық қышқыл мен спиртке ыдыраса, органикалық қышкылдар өз кезегінде көмірқышқыл газы мен суға ыдырайды. Зат алмасудың ерекше белгісі сол, мұнда анаболизм және катаболизм процестері бірдей уакытта сыртқы ортамен өзара тура байланыста жүреді.

Пластикалық алмасу

Пластикалық алмасу немесе анаболизм дегеніміз — биологиялық синтез реакцияларының жалпы жиынтығы. Пластикалық алмасуда жасушаға сырттан келіп түсетін заттардан жасушаішілік заттар түзіледі. Пластикалық алмасу реакцияларына мыналар жатады:

• қанттар мен полисахаридтердің синтезі;
• крахмал және целлюлозаның түзілуі;
• глицерин мен май кышқылдарынан майдың, органикалық қышқылдардан аминқышқылының, аминқышкылы мен қанттардан нуклеин кышқылдары азоттық негіздерінің синтезделуі.

Пластикалық алмасудың маңызды формаларының бірі — нәруыз биосинтезін қарастырамыз. Жасушада нәруыздар бүкіл тіршілігінде синтезделеді. Нәруыз биосинтезінде басты релді РНҚ және ДНҚ атқарады, оларға ядро мен рибосома қатысады. Жасуша ядросында және хромосомада нәруыз молекуласындағы аминкыпщылы қосылыстарыньщ орналасу реттілігі туралы ақпарат сақталады. Олар ДНҚ молекуласындагы төрт нуклеотид көмегімен жазылған, олар белгілі бір тәртіп бойынша кезектесіп отырады. Қатар орналасқан үш нуклеотид (триплет) бір аминқышқылын кодтайды, яғни оның нәруыз молекуласындағы орнын анықтайды. Сондықтан әрбір аминқышқылына өздерінің кодтық триплеті немесе кодоны сәйкес келеді.

Нәруыз молекуласындағы аминқышқылдарының орналасу реттілігін анықтайтын ДНҚ молекуласындағы нуклеотидтер қатарьын генетикалық код деп атайды.  Генетикалық код белгілі бір қасиеттерімен сипатталады, ол — оның триплеттілігі мен әмбебаптылығы. Яғни, әрбір аминқышқылына үш нуклеотид реттілігі сөйкес келеді және барлық организмде бірдей аминқышкылдарын соларға сәйкес бірдей триплеттер кодтайды.

Энергетикалық алмасу. Энергетикалық алмасу немесе диссимиляция немесе катаболизм дегеніміз — органикалық косылыстардың (нәруыздар, майлар, көмірсулар) ферментативтік ыдырау реакциялары мен энергияға бай қосылыстардың түзілу реакцияларының жиынтығы. Биосинтез реакциясын энергиямен қамтамасыз ететін әмбебапты қосылыстардың бірі — аденозинтрифосфат қышқылы (АТФ).

Аденозинтрифосфат қышқылы — нуклеотид, ол азоттық негіз — аденин, көмірсу — рибоза және үшфосфор қышқылы калдығынан тұрады.

Фосфор қышқылы қалдығының күшті теріс зарядты екені және олардың үш қалдығын бір-бірімен байланыстыру үшін көп энергия жұмсалатыны белгілі. Сондықтан да бұл байланыстарды макроэнергиялық (энергияға бай) деп атайды. Әрбір осындай байланыс үзілгенде, 32 кДж/моль энергия бөлініп шығады. Ал жай химиялық байланыс үзілген кезде, 12 кДж/моль энергия белінеді. АТФ-тан бір фосфат тобы босап шыкканда, АДФ (аденозиндифосфат), ал тағы бір фосфат тобы босап шыққанда, АМФ (аденозинмонофосфат) түзіледі. АТФ өзінің энергиясымен мынадай әр түрлі тіршілік процестерін жүзеге асырады. Олар: күрделі заттардың биологиялық синтезі; бұлшықет жұмысы; заттардың концентрация градиентіне қарсы тасымалдануы; электр тітіркеністерін еткізу; әр түрлі секреттер; жылу бөліп шығару процестері, т.б.

Адам және жануарлардың әрбір жасушасындағы АТФ молекуласының орташа саны бір миллиард шамасында екені дәлелденген, олар әр түрлі тіршілік процестеріне жұмсалады. Енді АТФ синтезін жүргізетін маңызды энергетикалық процесті қарастырайық.

Энергетикалық алмасу кезеңдері

Энергетикалық алмасуды, әдетте, үш кезеңге бөледі.

• Бірінші кезең (дайындық кезеңі) — бұл процесс микроорганизмдер мен өсімдіктерде жасушада жүреді, ал жануарларда жасушадан тыс, ас корыту жолы қуысында түзілетін ферменттердің әсерінен жүреді. Бұл кезеңде полимерлердің ірі молекулалары мономерлерге: нәруыздар — аминқышқылдарына, полисахаридтер — қарапайым қанттарға, майлар — май қышқылдары мен глицеринге ыдырайды.

• Екінші кезеңде түзілген кішігірім молекулалар әрі қарай ыдырайды. Бұл кезде энергия бөлінеді және қор ретінде жинақталады. Энергетикалық алмасудың екінші кезеңінің негізгі процестерінің бірі — гликолиз. Гликолиз термині грек тілінен аударғанда, "гликос" — қант, "лизис" — ыдырау деген мағынаны білдіреді. Гликоз немесе анаэробты тыныс алу цитоплазмада оттектін қатысуынсыз жүретін процесс болып табылады. Гликолиз процесінде глюкоза немесе фруктоза екі-үш кеміртекті қосылыска ыдырайды. Содан кейін бұл қосылыстарда ферменттің өсер етуі нөтижесінде биологиялық тотығу процесі жүреді. Ол сутекті никотинамидадениндинуклеотид (НАД) деп аталатын заттың көмегімен тартып алып, НАД-НАДН-қа дейін тотықсызданады. НАДН-та АТФ сияқты биосинтез реакцияларын жүзеге асыруда энергетикалық зат қызметін аткарады. НАДН-тың энергетикалық қүндылығы 3 АТФ-ке тең. Гликолиздің соңғы сатыларында катализдік айналымдар кезінде 2 молекула АТФ түзіледі.

Бір молекула глюкоза ыдырағандағы гликолиздің жалпы энергетикалық тиімділігі 8 молекула АТФ-қа тең (2АТФ+2НАДН). Гликолиздің негізгі ыдырау жолы пирожүзім қышкылы түзілуімен аяқталады (СН3—CO—СООН). Гликолиз нәтижесінде түзілген пирожүзім қышқылының молекулалары организмнің түріне байланысты әрі қарай әр түрлі ашу процестеріне ұшырайды. Ашудың әрбір түрінің ез энергетикалық құндылығы болады. Ашу процесі адамның шаруашылық қызметінде сыра, шарап, қамыр ашытуда, сүт қышқылы өнімдерін, ашыған кырыққабат және бағалы қосылыстар (спирт, сірке қышқылы) өндіруде кеңінен колданылады.

Ашу процестері табиғатта кең таралған. Сондықтан гликолиз оттектің қатысуынсыз (АТФ және НАДН түрінде) энергия алу жолы болып табылады. Атап кететін жайт — гликолиз кезінде қанттар толық ыдырамайды.

• Энергетикалық алмасудың үшінші кезеңі, оттектің белсенді түрде қатысуымен жүреді. Бұл кезең аэробты тыныс алу деп аталады. Үшінші кезеңнің айрықша белгісі — мұнда органикалық заттар көмірқышқылы және суға дейін толық тотығады. Бұл кезде АТФ түрінде көп мөлшерде энергия бөлініп, қорға жинақталады. Мысалы, глюкозаның бір молекуласының гликолиздік ыдырауы нөтижесінде пайда болған пирожүзім қышқылының екі молекуласы тотыққанда, 30 молекула АТФ синтезделеді.

Аэробты тыныс алу ерекше органда — митохондрияда жүреді. Оны жасушаның "энергетикалық станциясы" деп атайды. Митохондриядағы аэробты тыныс алу екі процестен тұрады. Бірінші процесс — оттектің қатысуынсыз жүреді және осы циклді ашқан ағылшын ғалымының құрметіне Кребс циклі деп аталады. Бұл процесте пирожүзім қышқылынан түзілген органикалық қышқылдар бірқатар ферменттер әсерінен өзара бір-біріне айнала отырып, өзара айналымды жүзеге асырады. Кребс циклінде НАД және ФАД-тың (флавинадениндинуклеотид) қатысуымен органикалық қышқылдардың биологиялық тотығуы жүреді.

Бір циклдің жүруі барысында органикалық қышқылдардан төрт сутек (ЗНАДН+ІФАДН) және 2 молекула көмірқышқыл газы CO, бөлініп шығады. Кребс циклі, негізінен, митохондрияның матрикс деп аталатын сұйық фазасында өтеді. Митохондрияда жүретін келесі процесс тотыға фосфорлану деп аталады. НАД және ФАДН кұрамындағы сутек оттектің көмегімен суға дейін тотығады. Бұл процесс кезінде бір молекула НАДН тотықканда 3 молекула АТФ; бір молекула ФАДН тотықканда 2 АТФ синтезделеді.

Ағылшын биохимигі Митчелл АТФ синтезін түсіндіретін хемиосмостық теория ұсынды. Кребс циклі кезінде митохондрия матриксінде көп мөлшерде протондар жиналатыны белгілі. Соның нәтижесінде митохондрияның ішінде үлкен осмостық қысым пайда болады. Нөтижесінде протондар, матрикстен мембрана арқылы күшпен шығарылып, Н+АТФ-синтетаза ферменті бейорганикалық фосфат пен АДФ-тан АТФ-тың синтезделуін жүзеге асырады.

Фотосинтез нөтижесінде Жер атмосферасында молекулалық оттек пайда болғаннан кейін ғана аэробтық тыныс алудың мүмкіншілігі туды. Анаэробтық тыныс алумен (гликолиз) салыстырғанда, аэробтық тыныс алуда жасуша қорға жиналған АТФ макроэргтік энергиямен анағұрлым көп мөлшерде қамтамасыз етіледі.

Энергия алмасудың оттекті сатысында энергия бөлінеді. 1 г молекула глюкоза ыдырағанда 635 000 калория энергия бөлінеді. Энергия ферменттік реакциялардын нәтижесінде бірден емес, аздап, кезең-кезеңде босайды. АТФ-тық өрбір байланысы үзілгенде, 32 кДЖ/моль энергия бөлініп шығады. Ал жай химиялық байланыс үзілген кезде, 12 кДЖ/моль энергия бөлінеді.

Энергетикалық маңыздылығы бар тағы да бір органоид — хлоропласт. Хлоропласт грек тілінен аударғанда "хлорос" — жасыл және "пласт" — пластида деген мағынаны білдіреді. Бұл сопақша пішінді ірі органоид жасыл жапырақтарда болады. Жапырактың жасыл түсті болуы осы хлоропластқа байланысты. Жарық әсерінен хлоропласта төмендегідей маңызды энергетикалық процесс жүреді. Күн сәулесінің энергиясын жасыл пигменттер — хлорофилдер қабылдап алып, соның салдарынан пигменттерден электрондар бөлініп, өздерінің тасымалдану тізбегі арқылы өтіп, төмендегі реакциялар үшін энергия береді:

• 1) фотосинтездік фосфорлану реакциясы (АДФ және фосфор қышқылынан АТФ-тың синтезделуі);
• 2) никотинамидаденин-динуклеотидфосфаттың (НАДФ) НАДФН-қа дейін тотықсыздану реакциясы;
• 3) су фотолизі реакциясы, яғни судың оттек бөліп ыдырауы. Осы реакцияның нөтижесінде жерде оттек пайда болып, тірі организмдердің тез таралуына өсер етті.

Ерекше атап әтетін жайт — жасушаның, энергетикалық органоидтері — хлоропласт және митохондрияның (өздерінің) жеке генетикалық жүйелері болады. Яғни, ДНҚ-сы мен нәруыз синтездеу аппараты болады. Бұл — органоидтердің белгілі бір дәрежеде дербес екендігін көрсетеді.<ref>Сартаев А., Гильманова М. С22 Жалпы биология: Жалпы білім беретін мектептің қоғамдық-гуманитарлық бағытындағы 10-сыныбына арналған оқулық. — Алматы: "Мектеп" баспасы, 2006. ISBN 9965—33—634—2</ref>

Дереккөздер

<references/>

{{#invoke:Message box|ambox}}{{#if:||{{#if:||}}}}

{{#invoke:Message box|ambox}}{{#if:||{{#if:|[[Санат:Еш медиа файлы жоқ мақалалар/{{{1}}}]]|}}}} Зат алмасудың сатылары.. Зат алмасудың алғашқы сатысында-қоректік зат ас қорыту мүшелерінде ферменттердің көмегімен тотыға отырып,ыдырайды. Екінші сатысында—ыдыраудың нәтижесінде пайда болған қарапайым заттар қанға сіңіріліп,организмдегі жасушаларға таралады. Үшінші сатысы-аралық алмасу жасушаларда жүреді. Бұл сатыда организмді жаңартуға қажетті жасушаларды түзетін энергиясы мол құрылыс материалдары синтезделеді.Үлгі:Biosci-stub