0165

9.2.2. Zużytkowanie energii przez komórkę

Energia uzyskana przez komórkę w drodze procesów utleniająco-redukcyjnych bądź fotosyntezy jest przejściowo magazynowana w związkach wysokoenergetycznych (głównie ATP), a następnie wykorzystywana do wykonywania „pracy” właściwej żywej komórce. Pojęcie pracy zostało tu użyte w bardzo szerokim sensie i obejmuje wszystkie przemiany związane z użytkowaniem i oddawaniem nagromadzonej energii.

Zasadniczo wyróżniamy 3 rodzaje pracy jaką wykonują komórki. Są to: a) chemiczna praca biosyntezy, b) praca osmotyczna, czyli praca transportu i c) praca mechaniczna. Zostaną one pokrótce opisane.

Chemiczna praca biosyntezy. Syntezy wielu związków, jakie zachodzą w komórce, są procesami endoergicznymi, wymagającymi dostarczenia swobodnej energii. Przykładem może być synteza wiązania peptydowcgo, dla której zmiana entalpii swobodnej AG'_m wynosi około 4000 kalorii na wiązanie (na 1 mol). Tego samego rzędu są energie syntezy dwuestrowych wiązań w kwasach nukleinowych i glikozydowych wiązań w wielocukrach (tab. 9.1).

Obliczono, że w komórce bakterii Escherichia coli w ciągu sekundy dokonuje się synteza około 10 cząsteczek RNA, 1400 cząsteczek białek, 30 cząsteczek polisacharydów i 12000 cząsteczek lipidów. Ponadto, w ciągu swego 20-minutowego cyklu życia, komórka syntezuje 4 cząsteczki DNA o masie cząsteczkowej 2 x 10⁹. Procesy te wymagają zużycia (hydrolizy) około 2,5 x 10^G cząsteczek ATP.

Warto zauważyć, że w danym momencie w komórce E. coli znajduje się tylko około 1 xl0^B cząsteczek ATP. Widać więc, iż pula tego związku musi się parokrotnie odnawiać w ciągu sekundy. Odbywa się to wskutek tlenowej przemiany glukozy, która jest głównym źródłem energii dla E. coli.

Z przedstawionymi wyżej reakcjami biosyntezy wiąże się zmniejszanie entropii układów. Tworzenie makrocząsteczek o ściśle ustalonej sekwencji z mieszaniny monomerów (aminokwasów, nukleotydów itp.) obniża entropię i wymaga sprzężenia z procesami, które powodują znaczniejsze zwiększenie entropii. Mamy tu więc zależności przebiegające według schematu:

Bodziec termodynamiczny:    Przepływ termodynamiczny:

Potencjał chemiczny ATP    Rozkład (hydroliza) ATP

I

Wtórny bodziec termodynamiczny: Przepływ sprzężony:

Potencjał chemiczny makro-    Biosynteza makrocząsteczek

cząsteczek

To samo odnosi się, oczywiście, do biosyntezy innych składników komórki: lipidów, małocząsteczkowych koenzymów itp.

Praca transportu (praca osmotyczna). Powszechnie znany jest fakt, że żywe komórki mają zdolność wychwytywania ze środowiska składników pokarmowych (nawet jeśli składniki tc występują w niewielkich stężeniach) i nagromadzania ich w swym wnętrzu.

172