Modda va energiya almashinuvining umumiy tavsifi

3. Yuqori energiyali birikmalar. Organizmda energiya almashinuvi moddalar almashinuvi bilan bog’liq ravishda hujayradagi energetik sikllar shaklida o’tadi. Geterotrof hujayralar uchun kimyoviy shaklda qabul qilinadigan erkin energiya manbai sifatida oziqa moddalar, asosan yog’lar va uglevodlar kabi molekulalarning parchalanishi va katabolizmida xizmat qiladi. Bu energiya murakkab biomolekulalarni sintez qilish, hujayraning harakati, tonusini saqlanishi, moddalarni membrana orqali komsentratsiya gradiyentiga qarshi tashilishi, genetik axborotning tashilishi uchun sarflanadi. Hujayrada energiyaning ajratilishi va uni iste’mol qilinishi bilan kechadigan jarayonlarning o’zaro ulanishi yuksak energiyali fosfat birikmalar orqali bajariladi. Bu sistemada markaziy o’rinda adenozintrifosfat – ATF turadi. Hujayrada katabolik jarayonlar natijasida ajraladigan energiyaning bir qismi erkin energiyaning sarflanishini talab qiladigan reaktsiya adenozindifosfat (ADF) va anorganik fosfatdan ATF sintezlanishi uchun ushlab qolinadi. Energiya ATF ning energiyaga boy (makroergik) bog’larida saqlanadi. So’ngra ATF→ADF va anorganik fosfatga parchalanib, o’zidagi energiyaning ko’p qismini energiya talab etiladigan jarayonlarga uzatadi. Demak, ATF energiyani saqlovchi va tashuvchi molekula sifatida hujayra energetikasida o’ziga xos funktsiyani bajaradi.
Fosfat birikmalarning yuksak energiyali va past energiyali turlari tafovut etiladi. Bu ikki guruhga kiradigan birikmalar orasidagi farq faqat fosfat bog’i gidrolizi erkin energiyasining kattaligidadir. Energiyaga boy (makroergik) bog’ to’g’risida gapirilganda uni ayni kimyoviy bog’ni tutuvchi birikmalarning erkin energiyasi bilan ular uzilgandan keyin hosil bo’lgan birikmalar erkin energiyasi orasidagi farq sifatida qaraladi. Faqat gidrolizlanganda sistema erkin energiyasining o’zgarishi(∆G) 21 kJ/mol dan kam bo’lmasa, u makroergik bog’ qatoriga kiradi.
Energiyaga boy birikmalar qatoriga yana boshqa nukleotidtrifosfatlar: UTF, GTF, STF, TTF, kreatinfosfat, pirofosfat, ba’zi tioefirlar (masalan, atsetil-KoA), fosfoenolpiruvat, 1,3-bifosfogliserat, karbomoilfosfat va boshqa bir qator birikmalar kiradi.
ATF standart sharoitda (pH -7,0, harorat 37˚C va ortiqcha magniy ionlari bo’lganda) gidrolizlanganda (ATF + H₂O → ADF + anorganik fosfat) erkin energiyani o’zgarishi (-∆G) 30,4 kJ/mol ga teng. Fiziologik sharoit esa bunday sharoitdan farq qiladi, shuning uchun ∆G 50 ga yaqin bo’ladi.
ATF molekulasida 2 ta fosfat bog’i – oxirgi (terminal) va o’rtadagi pirofosfat bog’lar makroergik, ribozaning 5΄ uglerodi bilan qo’shilgan birinchi bog’ oddiy bog’. Shuning uchun ATF ning fosfat bog’laridan energiya ajralishining ikki usuli mavjud: asosiy usul – oxirgi fosfatning ajralishi (ATF + H₂O → ADF + H₃PO₄) va boshqa usuli ATF dan pirofosfatning ajralishi (ATF + H₂O → AMF + H₄P₂O₇), bu reaktsiyadan hujayra biokimyoviy jarayonlarda kamroq foydalanadi.
Energiyaning biokimyoviy jarayonlarga o’tkazilishi. Hayot faoliyati natijasida hujayraga kiradigan kimyoviy moddalar energiyasining uzluksiz taqsimlanishi amalga oshib turadi. ATF ning maxsus fosfat bog’larida energiyaning to’planishi energiyaning tirik hujayraga o’tkazilishi mexanizmi asosida yotadi. Tirik hujayra – muvozanatlashmagan kimyoviy sistema bo’lib, undagi ATFda to’planadigan kimyoviy energiya oziq moddalarning parchalanishi hisobiga ajralgan energiyadan hosil bo’ladi.
Hujayrada ATF energiyasi o’tkazilishining 3 ta turi mavjud: kimyoviy bog’lar energiyasi, issiqlik energiyasi va ish bajarish uchun sarflanadigan energiya.