2.2.5. Розпад органічних молекул здійснюється в результаті послідовних ферментативних реакцій [10]

Хоча енергетично найбільш вигідною формою існування вуглецю є С02, а водню - Н20, живий організм не звертається в дим з тієї ж причини, по якій книга у вашій руці не спалахує полум'ям, і організм, і книга суть метастабільний енергетичний стан речовини (мал. 2-15), яка потребує енергії активації для переходження в стабільнішу форму. У випадку з книгою енергія активації може бути отримана від засвіченого сірника. Для живої клітини той же кінцевий результат може досягатися не таким радикальним і руйнівним способом. Високоспецифічні білкові каталізатори, або ферменти, з'єднуються з біологічними молекулами таким чином, що знижують енергію активації.

Клітини отримують необхідну енергію в результаті "згорання" глюкози тільки тому, що вони "спалюють" її в дуже складних і тонко контрольованих процесах. Синтетичні, або анаболічні, хімічні реакції, що обумовлюють впорядкованість біологічних систем, тісно пов'язані з реакціями розпаду (катаболічними реакціями)

що поставляють енергію. Принципова відмінність між зв'язаною і незв'язаною катаболічними реакціями добре ілюструється механічною аналогією. На мал. 2-17 енергетично вигідна хімічна реакція показана на прикладі падіння булижників з кручі. Кінетична енергія булижників, що падають, як правило, цілком перетвориться в тепло при ударі їх об землю (мал. 2-17, А). Проте при продуманому підході частину кінетичної енергії можна використовувати для приведення в рух лопатевого колеса, що піднімає відро з водою (мал. 2-17, Б). Як видно з цього малюнка, булижники досягають землі, лише провертаючи колесо Отже, мимовільна реакція - падіння булижника - безпосередньо пов'язана з немимовільною реакцією - підйомом відра з водою. Оскільки частина енергії тепер витрачається на виконання роботи (Б), булижники досягають землі з меншою швидкістю, чим у випадку А. і. отже, менша частина енергії втрачається у вигляді тепла.Ферменти в клітині грають ту ж роль, що і лопатеве колесо в нашому прикладі, і зв'язують мимовільне окислення поживних речовин з реакціями, в яких утворюється нуклеотидтрифосфат ATP. Енергію, запасену в піднятому на деяку висоту відрі з водою (рис 2-17), можна невеликими порціями витрачати на приведення в рух найрізноманітніших гідравлічних машин (мал. 2-17, В); так само і енергія, закумульована в ATP, - цій універсальній енергетичній валюті. - може використовуватися для забезпечення безлічі різних хімічних реакцій, необхідних клітині.2.2.7. Гідроліз АТР забезпечує впорядкованість в клітині [12]Яким чином АТР виконує роль переносника хімічної енергії? У умовах, існуючих в нормі в цитоплазмі, гідроліз АТР із звільненням неорганічного фосфату (Pi) здійснюється дуже легко і супроводжується виділенням великої кількості біологічно корисній енергії (разд. 2.4.1). Хімічна група, сполучена з молекулою АТР таким реакционноспособной зв'язком, легко переходить на іншу молекулу, тому можна вважати, що кінцевий фосфат АТР знаходиться в активованому стані. Зв'язки, що піддаються розриву в подібних реакціях гідролізу, іноді називають високоенергетичними зв'язками. Істотно важливо, що при гідролізі у водних розчинах утворюються дві молекули, що мають значно менші енергії (ADP і Pi); самі ж ковалентні зв'язки ніяких специфічних особливостей не мають.

Інші хімічні реакції можуть протікати за рахунок енергії, що виділяється при гідролізі АТР, за умови, що вони так чи інакше зв'язані з цим процесом. Серед багатьох сотень реакцій, що запускаються гідролізом АТР, слід зазначити реакції синтезу біологічних молекул, активний гранспорт через клітинні мембрани, а гакже реакції, обусловливаюшие генерування механічних сил клітин і здатність до руху. Процеси цих трьох типів грають вирішальну роль у впорядкованості біологічних систем. Макромолекули, що утворюються в біосинтетичних реакціях, переносять інформацію, каталізують специфічні реакції і організовуються у виключно впорядковані структури як в клітині, так і в позаклітинному просторі. Пов'язані з мембраною насоси підтримують специфічний склад внутрішньоклітинного середовища і сприяють передачі внутрішньоклітинних і міжклітинних сигналів. Нарешті, наявність механічних сил і здатності до руху робить можливою самоорганізацію цитоплазматичного вмісту клітини, а також дозволяє самим клітинам перемішатися і групуватися з утворенням спеціалізованих тканин.Висновок

Живі клітини вкрай впорядковані, причому підтримка впорядкованості потрібна їм для зростання і виживання З термодинамічної точки зору це можливо лише завдяки постійному введенню енергії, частина якої виділяється клітинами в довкілля у вигляді тепла. Взагалі кажучи, первинним джерелом енергії є електромагнітне випромінювання Сонця; у фотосинтезуючих організмах, таких, як зелені рослини, під його дією утворюються органічні молекули Тварини отримують нер ию ахватывая ці органічні молекули і окислюючи їх у ряді ферментативних реакцій, зв'язаних з освітою А ТР. A TP є універсальною енергетичною валютою для усіх клітин, і гідроліз цього з'єднання, зв'язаний з іншими реакціями, запускає множину енергетично невигідних процесів, забезпечуючи таким чином створення впорядкованості