Energia unei celule vii
La început a început
Recent, V.P. Skulachev, membru titular al Academiei Ruse de Științe, președinte al Societății Române de Biochimie, a propus un sistem interesant de vederi asupra originii și evoluției mecanismelor de stocare a energiei biologice. În opinia lui, totul a început cu ATP. În acele vremuri îndepărtate, când viața tocmai a apărut pe Pământ, principala sursă de energie pentru reacțiile biochimice primare era lumina ultravioletă. A fost atunci, chiar înainte de formarea celulelor vii, sub acțiunea luminii ultraviolete, alături de alte nucleotide primare, a apărut adenina, apoi adenozin mono- și adenozin difosfați. Apoi, sub influența aceluiași ultraviolet din adenozin difosfat și etil monofosfat, au apărut ATP și o serie de coenzime care au putut să primească energie din adenina excitată de ultraviolete și să o folosească pentru a desfășura reacții chimice consumatoare de energie (de exemplu, reducerea substanţelor simple ale mediului la compuşi complecşi ai celulei primare).
Apariția în procesul de evoluție a enzimelor cu molecule înalte, cu selectivitatea lor uriașă în raport cu substraturile, și a fosfolipidelor - substanțe unice care pot forma în mod spontan cel mai subțire film impermeabil la proteine și carbohidrați și se pot plia în bule mici separate din acest film, a culminat. în faptul că celulele primare stăpânesc mecanismul de pompare activă a protonilor în mediul extern datorită energiei ATP cu ajutorul unei proteine speciale încorporate în membrana celulară. Se poate presupune că odată cu formarea H + -ATPazei, formarea celulei primare, care a folosit lumina ultravioletă ca sursă de energie pentru viață, a fost finalizată.
Următorul pas fundamental în evoluție a fost înlocuirea luminii ultraviolete cu lumină vizibilă - mai puțin periculoasă și care trece liber prin stratul de ozon care se formează treptat în atmosferă.strat. Cu toate acestea, noua fotosinteză a folosit încă ATP: această descoperire evolutivă a luat cu fermitate locul „monedei energetice convertibile” în metabolismul celular.
Cea mai importantă „descoperire” a fost făcută de cianobacteriile: acum aproximativ 3 miliarde de ani au dobândit capacitatea de a folosi nu hidrogenul sulfurat (precum bacteriile violete) ca donor de electroni, ci apa omniprezentă.
Un produs secundar al fotosintezei în cianobacterii și plante este oxigenul molecular. Creșterea concentrației sale în atmosferă a dus la apariția unor enzime speciale în celulele vii care îndepărtează acest agent oxidant puternic, care este periculos pentru viață. În cursul evoluției, microorganismele aerobe au învățat să beneficieze de acest proces: au creat un lanț respirator de transport de electroni asociat cu pomparea protonilor, iar principiul structurii și funcționării lanțului respirator a repetat practic lanțul fotosintetic.
Odată cu apariția celulelor eucariote organizate complex care alcătuiesc corpurile plantelor și animalelor, cianobacteriile au devenit „substațiile energetice” ale celulelor vegetale (s-au transformat în cloroplaste). Celulele animale, la rândul lor, au „capturat” bacterii aerobe, transformându-le în mitocondrii – „substații energetice” de alt tip.
Aceasta este imaginea cu mai multe fațete a funcționării și evoluției sistemelor de conversie a energiei de către celulele vii, care s-a dezvoltat în cursul cercetărilor asupra diferitelor organisme. În prezent, structura majorității proteinelor care transformă energia și aranjarea lor reciprocă în membranele biologice au fost studiate în detaliu. Se obțin idei de bază despre căile mișcării electronilor prin complexe moleculare. Acum este necesar să înțelegem cum, la nivelul unui organism multicelular complex (de exemplu, o persoană), precizia este controlatăfuncționarea transformatoarelor de energie moleculară și modul în care este controlată intensitatea sistemelor de alimentare cu energie. Pentru a face acest lucru, va fi necesar să se analizeze cu atenție o cantitate imensă de informații biologice moleculare, împreună cu rezultatele decodării secvențelor genetice, date citologice și biofizice. Dezvoltarea cu succes a ideilor în domeniul energiei sistemelor vii este extrem de importantă pentru ca omul să-și înțeleagă locul său în Univers.