ЗАТ АЛМАСУ. АДЕНОЗИНТРИФОСФОР ҚЫШҚЫЛЫ - АТФ

Зат алмасудың атқаратын қызметі. Тірі клетка айналадағы ортадан үнемі заттарды сіңіреді де, оларды сыртқы ортаға қайта шығарып отырады. Мәселен, адам денесіндегі клеткалар сыртқы ортадан оттегі, су, глюкоза, аминқышқылдары, минералды тұздар, витаминдер алады да, сыртқа көмірқышқыл газын, су, мочевина, несеп қышқылын, т. б. шығарады.

Адам клеткасына тән заттар жинап алу тірі организмдердің басқа көптеген клеткаларына: барлық жануарлар клеткасына, кейбір микроорганизмдерге тән қасиет. Жасыл өсімдіктер клеткаларындағы зат алмасу мүлдем басқаша: оларда қоректік заттар көмірқышқыл газы мен су, ал сыртқы ортаға олар оттегін шығарады. Бұршақ тұқымдас өсімдіктердің (сиыржоңышканың, бұршақтың, беденің, сояның) тамырында мекендейтін кейбір бактериялар атмосферадағы азотпен қоректенеді де сыртқы ортағаазот қышқылының тұздарын шығарады. Қоқыс төгілетін ұралар мен батпақты жерде болатын микроорганизмде күкіртсутекпен коректеніп, күкірт бөліп шығарады, топырақ пен су бетін сары өңезбен жабады.

Сөйтіп, әртүрлі организмдер клеткаларының қоректенетін және сыртқы ортаға шығаратын заттары да алуан түрлі болады. Бірақ бәріне ортақ белгілі заңдылық - тіршілік еткен клеткада заттар үнемі - сыртқы ортадан клеткаға, клеткадан сыртқы ортаға қозғалып отырды.

Зат алмасу екі түрлі қызмет атқарады. Оның бірінші қызметі -клетканы құрылыс материалымен қамтамасыз ету.Клеткаға сыртқы ортадан келетін заттардан - аминкышқылдардан, глюкозадан, органикалық қышқылдардан, нуклеотидтерден - клеткада белоктар, көмірсутектер, липидтер, нуклеин қышқылдары үздіксіз синтезделіп отырады. Олардан клетканың денесі және оның мембранасы, органоидтары қалыптасады. Синтез реакциясы әсіресе жаңа өсіп келе жатқан жас клеткаларда белсенді жүреді. Алайда, клетканың тіршілігінде химиялық құрамы көбінесе жаңарып отыратындықтан, өсуі мен дамуы тоқталған клеткаларда да заттар ұдайы синтезделеді. Клетка белоктары молекулаларының «өмірінің ұзақтығы» 2-3 сағаттан бірнеше күнге дейін созылатыны анықталған. Бұдан кейін олар жойылып, жаңадан синтезделген молекулалармен ауыстырылып отырады. Сөйтіп, клетка өзінің қызметін, химиялық құрамын сақтап қалады.

Клетканың құрылысы мен оның кұрамын жаңартуға себепкер болатын реакциялардың жиынтығы пластикалык, алмасу деп аталады (грекше: «пластикос» - жапсырылған, мүсінделген).

Зат алмасуының екінші қызметі -клетканы энергиямен қамтамасыз ету.Кез келген тіршілік әрекеті (қозғалу, заттардың синтезделуі; жылу генерациясы және т. б.) энергия жұмсауды қажет етеді. Клетканы энергиямен қамтамасыз ету үшін сырттан келген заттардың ыдырау нәтижесінде босап шығатын химиялық реакциялардың энергиясы пайдаланылады. Бұл энергия энергияның басқа түрлеріне айналады. Клетканы энергиямен қамтамасыз ететін реакциялардың жиынтығы энергетикалық алмасу деп аталады. Пластикалық және энергетикалық алмасулар өзара үздіксіз байланыста болады. Біріншіден алғанда, пластикалық алмасу реакцияларының бәрі де энергия жұмсауды қажет етеді. Екіншіден, энергетикалық алмасу реакциясы жүзеге асу үшін ферменттер үнемі синтезделіп отыруы керек, өйткені, фермент молекулаларының «тіршілігі ұзаққа» бармайды.

Пластикалық және энергетикалық алмасу арқылы клетка сыртқы ортамен байланысады. Бұл процестер клетканың тіршілігін сақтаудағы негізгі жағдайы оның өсіп, дамуының және қызметінің қайнар бұлағы болып табылады.

Клетка және сыртқы орта арасында ұдайы заттар мен энергия алмасып отыратындықтан, тірі клегка өз алдына ашық жүйе болып саналады.

Клеткадағы энергетикалық және пластикалық алмасуда АТФ-тің атқаратын ролі. Әрбір клеткада аденозинтрифосфор қышкылы (АТФ) болады. Химиялық кұрылымы жағынан АТФ нуклеотидтерге жатады. Мұнда әрбір нуклеотидтер сияқты азотты негіз (аденин), көмірсутектің (рибоза) және фосфор қышқылының қалдықтары болады. Сонымен қабат АТФ-тің кәдімгі нуклеотидтерден біршама өзгешелігі бар: мұнда фосфор қышқылының екі қалдығы ғана емес, үш қалдығы болады.

Клетка ішіндегі заттардың реакциясы қалыпты жағдайда нейтралды түрге жақын болатыны мәлім. АТФ клеткада қышқыл түрінде емес, тұз күйінде болатыны айқын. Демек, бұл жағдайда ондағы фосфор қалдығында - ОН тобының орнына теріс зарядталған оттегі (-0) атомы болады. Жақын орналасқан аттас зарядтар бірін-бірі тебеді. Сондықтан АТФ-тің молекулалық құрылымы тұрақты болмайды. Арнаулы ферменттердің әсерінен ол гидролизденеді, яғни өзіне су молекуласын қосып алып, ыдырап кетеді:

АТФ + Н₂О->АДФ + Н₃РО₄

Мұнда фосфордың ақырғы қалдығы фосфор қышқылын береді де АТФ АДФ-ке, яғни аденозиндифосфор қышқылына айналады. Бұл реакция энергия (40 кДж/моль) бөле жүреді.

АТФ клеткадағы энергия алмасуында басты роль атқарады. Ол клетка қызметінің кез келген түрін энергиямен тікелей қамтамасыз ететін негізгі көзі болып табылады. Қозғалыс, биосинтез, электр, жарық сәуле генерациясы, т. б. - клетка әрекетінің бәрі де жоғарыда көрсетілген АТФ гидролизінің нәтижесінде бөлініп шыққан энергияның есебінен жүзеге асырылады.

Бірақта, клеткада АТФ-тің қоры мардымсыз болады. Мәселен, бұлшық етте АТФ-тің қоры 20-30 рет жиырылуға ғана жетеді. Ал бұлшықет бірнеше сағат бойы жұмыс істеп мың рет жиырыла алады. Сондықтан да АТФ-тің ыдырауымен қатар ол үнемі синтезделіп отыруы керек. Жұмсалған АТФ-тің орнын толықтыру үшін көмірсутектің, липидтердің, тағы басқа заттардыңыдырау нәтижесінде пайда болған энергия пайдаланылады. Қысқа мерзімде қатты жұмыс істеген кезде, мысалы, жақынға жүгіргенде, бұлшықет тек қана өзіндегі АТФ-тін, ыдырауы есебінен жұмыс істейді. Жүгіруді тоқтатқаннан кейін адам ентігіп қатты демалады, сол кезде көмірсутек, тағы басқа заттар ыдырайды да клеткадағы АТФ қоры қайтадан қалпына келеді.

Сурет - АТФ құрылымы. АТФ-тің АДФ-ке езгеруі (∞ - макроэргиялық байланыс)

Сөйтіп, АТФ - клетканы энергиямен қамтамасыз етудің бірден-бір универсал қайнар бұлағы.

Әдебиет: Жалпы биология. Алматы, 1991. -Б.126-128.