أجسامنا بحاجة إلى الطّاقة لكي تقوم بإتمام وظائفها. الآلية الرئيسيّة لإنتاج الطاقة هي عمليّة التنفّس الخلويّ. يعمل في هذه العمليّة محرّك صغير ورائع يسمى "ATP-سينثاز". يوضح الفيديو الذي أمامنا كيفيّة عمل هذا المحرك من أجل توليد الطاقة على شكل جزيئات ATP. الفيديو باللغة الإنجليزيّة، لذلك قمنا بإضافة ترجمة وشرح عن الفيديو في نهاية الصفحة.
ATP هو جزيء غنيّ بالطّاقة، يحتوي على مجموعة من الأدينوساين وثلاث مجموعات من الفوسفور غير العضويّ (Pi) المرتبطة به. يؤدّي التحلّل المائيّ لمجموعة الفوسفور الثالثة إلى إطلاق طاقة تسمح للجسم بتنشيط العديد من الإنزيمات الموجودة فيه. تحدث عمليّة إنتاج ATP في الميتوكوندريا بواسطة إنزيم ATP سينثاز. يقوم هذا الإنزيم بنقل البروتونات من منطقة عالية التركيز إلى منطقة ذات تركيز منخفض من البروتونات، بالتّالي يستغلّ طاقة انحدار التراكيز لإنتاج ATP.
يتركب إنزيم ATP سينثاز من ثلاثة أجزاء رئيسية: محرّك F0 الذي يربط البروتونات، المحور الذي يؤدّي إلى الحركة الدورانيّة، و F1 ATPase الذي يقوم بإنتاج جزيئات ATP من ADP والفوسفور.
في البداية، ترتبط البروتونات من الخارج بالموقع المخصّص للارتباط في المحرّك، ممّا يتسبّب في خضوع المحرّك إلى تغيير هيكليّ يتسبّب في دورانه قليلًا ويكشف عن موقع الارتباط التالي. عندما يقوم البروتون بإنهاء دورة كاملة، يدخل إلى الميتوكوندريا، ممّا يسمح بارتباط بروتون جديد. فعليًّا، يستغلّ المحرّك انحدار تركيزات البروتونات لكي يدور، بحيث يقوم بتحويل الطاقة الكيميائيّة إلى طاقة ميكانيكيّة.
يقوم المحور بوصل المحرّك بـ F1 ويُحوّل الدوران العموديّ إلى دوران أفقيّ. ينقسم دوران F1 إلى عدّة مراحل: اتصال ADP والفوسفور، إغلاقها في خلية صغيرة المساحة مما يجبرها على الارتباط، وإطلاق جزيء ATP الجديد. لا يتمّ تقريبًا إنتاج ATP في الخليّة بصورة تلقائيّة، لذلك هناك حاجة إلى إنزيم لتسريع وتحفيز الإنتاج.
وكأيّ إنزيم آخر في الجسم، سيعمل ATP سينثاز في الاتّجاه المعاكس إذا توفّرت الظروف المناسبة. يعني إذا كانت تركيزات البروتونات و ATP داخل الميتوكوندريا مرتفعة، سوف يدور الإنزيم في الاتّجاه المعاكس، يطلق البروتونات إلى الخارج ويقوم بتفكيك ATP إلى ADP والفوسفور.
يصف الفيديو تجربة مخبريّة قاموا فيها بوصل ليف فلوري صغير الحجم بالمحرّك وقاموا بإضافة ATP إلى المحلول. يمكن ملاحظة بداية دوران الليف بسبب حركة المحرّك الناتجة عن تفكيك ATP.
يُعدّ ATP سينثاز محركًا متكاملًا تقريبًا، حيث تبلغ نجاعته حوالي 97 بالمائة، وهو ما يتجاوز مستوى كفاءة أيّ محرك آخر من صنع الإنسان. يستغل المحرك الطاقة المتاحة لإنتاج الطاقة التي يحتاجها الجسم بتكلفة منخفضة منها - دون فقدانها إلى البيئة تقريبًا.
ملاحظة لمُتصفّحي الموقع
إذا كنتم تعتقدون أنّ التفسيرات المرفقة غير واضحة بما فيه الكفاية، أو إذا كانت لديكم تساؤلات ذات صلة بالموضوع، ندعوكم لكتابة ذلك في المنتدى. سنقوم بالتطرّق إلى ملاحظاتكم. نرحب دائمًا باقتراحات لتحسين الموقع وبالنقد البناء بكلّ سرور.