A sejtek energiával való ellátása. Energiaforrások. Az energia ATP formájában raktározódik, amelyet aztán a szervezet anyagszintézisére, hőleadásra, izomösszehúzódásokra stb. használ fel. A hőenergia felhalmozódása

Pontosan hogyan tárolódik az energia ATP(adenozin-trifoszfát), és hogyan adják ki hasznos munkára? Hihetetlenül bonyolultnak tűnik, hogy valamilyen absztrakt energia hirtelen anyaghordozót kap egy molekula formájában, amely az élő sejtek belsejében található, és nem hő formájában szabadulhat fel (ami többé-kevésbé egyértelmű), hanem újabb molekulát hozva létre. A tankönyvszerzők általában arra a mondatra szorítkoznak, hogy „az energia nagy energiájú kötés formájában raktározódik a molekula részei között, és ha ez a kötés megszakad, hasznos munkát végezve adják el”, de ez nem magyaráz semmit.

A legáltalánosabb megfogalmazásban ezek a molekulákkal és energiával végzett manipulációk a következőképpen történnek: először. Vagy kloroplasztiszokban jönnek létre hasonló reakciók láncolatában. Ez elpazarolja a tápanyagok szabályozott elégetésével nyert energiát közvetlenül a mitokondriumban, vagy a napfény fotonjainak energiáját, amely a klorofillmolekulára esik. Ezután az ATP-t a cella azon helyeire szállítják, ahol valamilyen munkát kell végezni. És amikor egy vagy két foszfátcsoport lehasad belőle, energia szabadul fel, ami ezt teszi. Ugyanakkor az ATP két molekulára bomlik: ha csak egy foszfátcsoport hasad le, akkor az ATP ADP(adenozin-DIfoszfát, amely csak a nagyon leváló foszfátcsoport hiányában különbözik az adenozin-TRIfoszfáttól). Ha az ATP egyszerre két foszfátcsoportot ad fel, akkor több energia szabadul fel, és az ATP-ből adenozin-MONOfoszfát marad ( AMF).

Nyilvánvaló, hogy a sejtnek fordított folyamatot kell végrehajtania, az ADP- vagy AMP-molekulákat ATP-vé alakítva, hogy a ciklus megismétlődhessen. De ezek az „üres” molekulák könnyen elúszhatnak az ATP-vé átalakuláshoz hiányzó foszfátok mellett, és soha nem egyesülnek velük, mert egy ilyen asszociációs reakció energetikailag kedvezőtlen.

Hogy mi a kémiai reakció "energia-előnye", nagyon egyszerű megérteni, ha ismeri termodinamika második főtétele: az univerzumban vagy bármely, a többitől elszigetelt rendszerben a rendetlenség csak növekedhet. Vagyis a sejtben rendezett sorrendben ülő, komplexen szervezett molekulák ennek a törvénynek megfelelően csak elpusztulhatnak, kisebb molekulákat képezve vagy akár egyes atomokra bomlanak fel, mert akkor érezhetően kisebb lesz a sorrend. Ennek megértéséhez összehasonlíthat egy összetett molekulát egy Lego-ból összeállított repülőgéppel. Ezután a kis molekulák, amelyekre a komplex felbomlik, ennek a repülőgépnek az egyes alkatrészeihez, az atomokhoz pedig az egyes Lego blokkokhoz kapcsolódnak. Ha egy szépen összeállított síkot nézünk, és összevetjük az alkatrészek összevisszaságával, világossá válik, hogy az összetett molekulák miért tartalmaznak több rendet, mint a kicsik.

Egy ilyen bomlási reakció (molekuláké, nem repülőgépé) energetikailag kedvező lesz, ami azt jelenti, hogy spontán módon lezajlik, és a bomlás során energia szabadul fel. Bár valójában a repülőgép szétválasztása energetikailag előnyös lesz: annak ellenére, hogy maguk az alkatrészek nem válnak el egymástól, és egy gyerek képében külső erőnek, aki ezeket az alkatrészeket valami másra szeretné használni puffan a szétkapcsolásukra, a rendkívül rendezett ételek elfogyasztásából nyert energiát arra fogja fordítani, hogy a gépet kaotikus alkatrészek halomává változtassa. És minél szorosabban tapadnak egymáshoz az alkatrészek, annál több energiát költenek el, beleértve a hő formájában felszabaduló energiát is. A lényeg: egy darab zsemle (energiaforrás) és a gép kaotikus masszává alakul, a gyermek körül a levegőmolekulák felforrósodnak (és ezért véletlenszerűbben mozognak) - nagyobb a káosz, vagyis a sík kettészakadása energetikailag történik. előnyös.

Összegezve a termodinamika második főtételéből következő szabályokat fogalmazhatjuk meg:

1. A rend mennyiségének csökkenésével energia szabadul fel, energetikailag kedvező reakciók lépnek fel

2. A rend mennyiségének növekedésével energia nyelődik el, energiaigényes reakciók mennek végbe

Első pillantásra ez a rendből a káoszba vezető elkerülhetetlen mozgás lehetetlenné teszi a folyamatok visszafordítását, például az egyetlen megtermékenyített petesejtből és az anyatehen által felvett tápanyagmolekulákból való építkezést, ami kétségtelenül egy nagyon rendezett borjú a lerágott fűhöz képest.

De mégis, ez megtörténik, és ennek az az oka, hogy az élő szervezeteknek van egy olyan tulajdonsága, amely lehetővé teszi számukra, hogy támogatják az Univerzum entrópia iránti vágyát, és felépítsék magukat és utódaikat: két reakciót egyesítenek egy folyamatba, amelyek közül az egyik energetikailag kedvező, a másik energiaigényes. Két reakció ilyen kombinációjával biztosítható, hogy az első reakció során felszabaduló energia több mint fedezze a második reakció energiaköltségét. A példában egy repülőgéppel külön-külön szétszedni energiaigényes, és a fiú anyagcseréje által tönkretett zsemle formájában külső energiaforrás nélkül a gép örökké megállná a helyét.

Olyan ez, mint egy szánon lejtőn: először is, az ember, miközben eszik, elraktározza az energiát, amelyet olyan energetikailag kedvező folyamatok eredményeként nyer, amelyek során egy rendkívül rendezett csirke molekulákra és atomokra hasad a testében. Aztán ezt az energiát azzal tölti, hogy felhúzza a szánkót a hegyre. A szán alulról felfelé mozgatása energetikailag kedvezőtlen, így soha nem fognak spontán odagurulni, ehhez valamilyen külső energia kell. És ha a csirkeevésből nyert energia nem elegendő a mászás leküzdéséhez, akkor a „szánon való legurulás a hegyről” nem fog megtörténni.

Ez az energiaigényes reakciók ( energiaigényes reakció ) növeli a sorrend mennyiségét a kapcsolt reakcióban felszabaduló energia elnyelésével. És ezekben a kapcsolt reakciókban az energiafelszabadulás és -felhasználás közötti egyensúlynak mindig pozitívnak kell lennie, vagyis ezek kombinációja növeli a káosz mértékét. Példa a növekedésre entrópia(rendellenesség) ( entrópia['entrəpɪ]) az energiaadó reakció során felszabaduló hő ( energiaellátási reakció): a reagáló molekulákkal szomszédos anyag részecskéi energetikai ütéseket kapnak a reagálóktól, gyorsabban és kaotikusabban mozognak, és ennek és a szomszédos anyagok más molekuláit és atomjait lökdösik.

Ismét visszatérve az élelmiszerből való energiaszerzéshez: egy darab Banoffee Pie sokkal rendezettebb, mint a gyomorba került rágómassza. Ami viszont nagyobb, rendezettebb molekulákból áll, mint amelyekre a belek szétosztják. És ezek viszont eljutnak a test sejtjeibe, ahol az egyes atomok, sőt az elektronok is leszakadnak róluk ... És a káosz növekedésének minden egyes szakaszában egyetlen tortadarabban energia lesz felszabadul, amit a boldog evő szervei és sejtszervei felfognak, elraktározva azt ATP formájában (energia-fogyasztó), lehetővé téve új szükséges molekulák felépítését (energia-fogyasztó) vagy a test felmelegítését (egyben energia- fogyasztó). Ennek eredményeként az "ember - Banoffee Pie - Univerzum" rendszerben kisebb a rend (a torta tönkremenetelének és az azt feldolgozó szervszervek általi hőenergia-felszabadulásnak köszönhetően), de egyetlen emberi testben a boldogság megvan. rendezettebbé válnak (új molekulák, organellum-részek és egész sejtszervek megjelenése miatt).

Ha visszatérünk az ATP-molekulához, ennyi termodinamikai kitérő után világossá válik, hogy az energetikailag kedvező reakciókból kapott energiát el kell fordítani, hogy azt alkotórészeiből (kisebb molekulákból) létrehozzuk. Létrehozásának egyik módját részletesen leírják, egy másikat (nagyon hasonlót) alkalmaznak a kloroplasztiszokban, ahol a proton gradiens energiája helyett a Nap által kibocsátott fotonok energiáját használják fel.

A reakcióknak három csoportja van, amelyek ATP-t termelnek (lásd a jobb oldali ábrát):

• a glükóz és a zsírsavak nagy molekulákká történő lebontása a citoplazmában már lehetővé teszi bizonyos mennyiségű ATP kinyerését (kicsi, egy glükózmolekulához ebben a szakaszban csak 2 ATP-molekulát nyerünk). Ennek a szakasznak a fő célja azonban olyan molekulák létrehozása, amelyeket a mitokondriális légzési láncban használnak.
• A Krebs-ciklus előző szakaszában kapott molekulák további hasítása, amely a mitokondriális mátrixban történik, csak egy ATP-molekulát ad, ennek fő célja ugyanaz, mint az előző bekezdésben.
• végül az előző szakaszokban felhalmozott molekulákat a mitokondriumok légzőláncában használják fel az ATP termelésére, és itt nagy mennyiség szabadul fel (erről lentebb).

Ha mindezt részletesebben leírjuk, ugyanazokat a reakciókat az energiatermelés és -ráfordítás szempontjából, akkor ezt kapjuk:

0. Az élelmiszermolekulák óvatosan elégetik (oxidálódnak) a sejt citoplazmájában végbemenő elsődleges hasításban, valamint a „Krebs-ciklusnak” nevezett kémiai reakcióláncban, amely már a mitokondriális mátrixban megy végbe. energiatermelő az előkészítő szakasz része.

Más, már energetikailag kedvezőtlen új molekulák keletkezési reakcióinak ezekkel az energetikailag kedvező reakcióival való konjugáció eredményeként 2 ATP molekula és számos egyéb anyag molekula képződik - energiaigényes az előkészítő szakasz része. Ezek a társképző molekulák nagy energiájú elektronok hordozói, amelyeket a következő szakaszban a mitokondriális légzési láncban használnak fel.

1. A mitokondriumok, baktériumok és egyes archaeák membránján az előző szakaszban (de nem az ATP-ből) nyert molekulákról a protonok és elektronok energiát adó leszakadása következik be. Az elektronok áthaladását a légzési lánc komplexein (a bal oldali diagramon I, III és IV) sárga kanyargós nyilak mutatják, a protonok e komplexeken (és így a belső mitokondriális membránon) való áthaladását piros nyilak.

Miért nem lehet egyszerűen leválasztani az elektronokat a hordozómolekuláról egy erős oxidálószer, az oxigén segítségével, és a felszabaduló energia felhasználható? Miért helyezzük át őket egyik komplexből a másikba, mert végül ugyanahhoz az oxigénhez jutnak? Kiderült, hogy minél nagyobb a különbség az elektronvonzás képességében az elektronátadásban ( redukálószer) és az elektrongyűjtés ( oxidálószer) az elektronátviteli reakcióban részt vevő molekulák, annál több energia szabadul fel a reakció során.

A Krebs-ciklusban képződő elektron- és oxigénhordozó molekulák ezen képességében akkora a különbség, hogy az ilyenkor felszabaduló energia több ATP molekula szintéziséhez is elegendő lenne. De a rendszer energiájának ilyen meredek csökkenése miatt ez a reakció szinte robbanásszerű erővel menne végbe, és szinte az összes energia fel nem fogott hő formájában szabadulna fel, vagyis tulajdonképpen elpazarolna.

Az élő sejtek viszont ezt a reakciót több kis szakaszra osztják, először a gyengén vonzó hordozómolekulákból adják át az elektronokat a légzési lánc valamivel erősebben vonzó első komplexébe, onnan pedig a még valamivel erősebben vonzóba. ubikinon(vagy koenzim Q-10), amelynek feladata, hogy elektronokat vonszoljon a következő, még valamivel erősebben vonzó légzőkomplexumba, amely ebből a meghiúsult robbanásból kapja az energia egy részét, és hagyja, hogy protonokat pumpáljon át a membránon. És így tovább, amíg az elektronok végre nem találkoznak oxigénnel. , vonzódnak hozzá, megragadnak pár protont, és nem alkotnak vízmolekulát. Egy erőteljes reakció ilyen apró lépésekre osztása lehetővé teszi, hogy a hasznos energia közel felét hasznos munkára fordítsák: ebben az esetben az alkotásra. proton elektrokémiai gradiens amelyről a második bekezdésben lesz szó.

Az, hogy az átvitt elektronok energiája pontosan hogyan segíti elő a protonok membránon keresztüli pumpálásának kapcsolt energiaigényes reakcióját, most kezd kiderülni. Valószínűleg egy elektromosan töltött részecske (elektron) jelenléte befolyásolja a membránba ágyazott fehérje azon helyének konfigurációját, ahol az elhelyezkedik: így ez a változás provokálja a proton bevonását a fehérjébe és a fehérjecsatornán való áthaladását. a membránban. Fontos, hogy a nagyenergiájú elektronok hordozómolekuláról való leszakadása és végső oxigénbe történő átvitele eredményeként kapott energia valójában protongradiens formájában tárolódik.

2. A membrán külső oldalán az 1. pontból az események hatására felgyülemlett és a belső oldalra hajló protonok energiája két egyirányú erőből áll:

• elektromos(a protonok pozitív töltése hajlamos a negatív töltések felhalmozódásának helyére a membrán másik oldalán) és
• kémiai(Mint minden más anyag esetében, a protonok egyenletesen próbálnak szétoszlani a térben, és a nagy koncentrációjú helyekről terjednek olyan helyekre, ahol kevés)

A protonok elektromos vonzása a belső membrán negatív töltésű oldalához sokkal erősebb, mint a protonok azon tendenciája, hogy a protonkoncentráció különbsége miatt alacsonyabb koncentrációjú helyre mozduljanak el (ezt a nyilak szélessége jelzi fenti diagram). E hajtóerők együttes energiája olyan nagy, hogy elegendő protonokat mozgatni a membránon belül, és beindítani az ezzel járó energiaigényes reakciót: az ATP létrejöttét ADP-ből és foszfátból.

Vizsgáljuk meg részletesebben, hogy miért kell ehhez energia, és pontosan hogyan alakul át a protonszívás energiája az ATP-molekula két része közötti kémiai kötés energiájává.

Az ADP-molekula (az ábrán jobb oldalon) nem akar újabb foszfátcsoportot szerezni: az oxigénatom, amelyhez ez a csoport kapcsolódhat, ugyanolyan negatív töltésű, mint a foszfát, vagyis taszítják egymást. Általában az ADP nem fog reagálni, kémiailag passzív. A foszfátnak pedig saját oxigénatomja van ahhoz a foszforatomhoz kötve, amely a foszfát és az ADP közötti kötés helyévé válhat az ATP-molekula létrehozásakor, így az sem tud kezdeményezni.

Ezért ezeket a molekulákat egyetlen enzimmel össze kell kötni, ki kell bontani úgy, hogy a köztük lévő kötések és az „extra” atomok meggyengüljenek és megszakadjanak, majd ezeknek a molekuláknak a két kémiailag aktív végét el kell vinni, amelyeken az atomok hiányt és felesleget tapasztalnak. elektronok, egymásnak.

A kölcsönös elérés mezejébe került foszfor (P +) és oxigén (O -) ionokat erős kovalens kötéssel köti össze, mivel együttesen vesznek birtokba egy eredetileg oxigénhez tartozó elektront. Ez a molekulafeldolgozó enzim az ATP szintáz, és energiát kap ahhoz, hogy megváltoztassa mind konfigurációját, mind az ADP és a foszfát kölcsönös elrendezését a rajta áthaladó protonoktól. Energetikailag kedvező, hogy a protonok a membrán ellentétes töltésű oldalára kerüljenek, ahol ráadásul kevés van belőlük, és az egyetlen út az enzimen keresztül halad át, amelynek „rotorján” a protonok egyidejűleg forognak.

Az ATP szintáz szerkezete a jobb oldali diagramon látható. A protonok áthaladása miatt forgó eleme lilával van kiemelve, a lenti mozgóképen pedig forgásának és az ATP molekulák keletkezésének diagramja látható. Az enzim szinte molekuláris motorként működik, forog elektrokémiai a protonok jelenlegi energiája mechanikus energia két fehérjekészlet egymáshoz súrlódása: a forgó "láb" a "gomba sapka" mozdulatlan fehérjéihez súrlódik, míg a "sapka" alegységei megváltoztatják alakjukat. Ez a mechanikai deformáció válik kémiai kötés energiája az ATP szintézisében, amikor az ADP- és foszfátmolekulákat a közöttük lévő kovalens kötés kialakulásához szükséges módon dolgozzák fel és bontják ki.

Minden ATP-szintáz másodpercenként akár 100 ATP-molekulát is képes szintetizálni, és minden egyes szintetizált ATP-molekula esetében körülbelül három protonnak kell áthaladnia a szintetázon. A sejtekben szintetizálódó ATP nagy része így képződik, és csak kis része a mitokondriumon kívül zajló élelmiszermolekulák elsődleges feldolgozásának eredménye.

Egy adott pillanatban körülbelül egymilliárd ATP-molekula található egy tipikus élő sejtben. Sok sejtben mindezt az ATP-t 1-2 percenként kicserélik (vagyis felhasználják és újrateremtik). Az átlagember nyugalmi állapotban 24 óránként körülbelül a saját tömegével megegyező tömegű ATP-t használ fel.

Általában a glükóz vagy zsírsavak szén-dioxiddá és vízzé történő oxidációja során felszabaduló energia közel felét felfogják és felhasználják az ADP-ből és foszfátokból történő ATP-képződés energetikailag kedvezőtlen reakciójához. Az 50%-os hatásfok nem rossz, például egy autómotor az üzemanyagban található energia mindössze 20%-át fordítja hasznos munkára. Ugyanakkor a maradék energia mindkét esetben hő formájában eloszlik, és ahogy egyes autók, úgy az állatok is folyamatosan ezt a felesleget (bár persze nem teljesen) a test felmelegítésére fordítják. Az itt említett reakciók során egy glükózmolekula, fokozatosan szén-dioxiddá és vízzé bomlik, 30 ATP-molekulával látja el a sejtet.

Tehát, hogy honnan származik az energia, és hogyan tárolódik pontosan az ATP-ben, többé-kevésbé minden világos. Meg kell érteni hogyan adják ki pontosan a tárolt energiát és mi történik ilyenkor molekuláris-atomi szinten.

Az ADP és a foszfát között létrejövő kovalens kötést nevezzük nagy energia két okból:

• Amikor lebomlik, sok energia szabadul fel.
• az e kötés létrejöttében részt vevő (vagyis az oxigén- és foszforatomok körül keringő elektronok, amelyek között ez a kötés létrejön) nagyenergiájúak, azaz „magas” pályán állnak az atommagok körül. Energetikailag pedig előnyös lenne alacsonyabb szintre ugrani, felszabadítva a felesleges energiát, de amíg éppen ezen a helyen vannak, az oxigén- és foszforatomokat együtt tartják, addig nem tudnak „ugrani”.

Az elektronoknak ez a vágya, hogy egy kényelmesebb kisenergiájú pályára essenek, biztosítja mind a nagyenergiájú kötés könnyű tönkretételét, mind a foton formájában felszabaduló energiát (amely az elektromágneses kölcsönhatás hordozója). Attól függően, hogy az összeomló ATP-molekulát mely molekulák helyettesítik enzimekkel, melyik molekula fogja elnyelni az elektron által kibocsátott fotont, az események különböző változatai történhetnek. De minden alkalommal a nagyenergiájú kötés formájában tárolt energiát a sejt bizonyos szükségleteire fordítjuk:

1. forgatókönyv: a foszfát átvihető egy másik anyag molekulájába. Ebben az esetben a nagy energiájú elektronok új kötést alkotnak, már a foszfát és a befogadó molekula szélső atomja között. Az ilyen reakció végbemenetelének feltétele az energetikai haszna: ebben az új kötésben az elektronnak valamivel kevesebb energiával kell rendelkeznie, mint amikor az ATP-molekula része volt, és az energia egy részét foton formájában kifelé bocsátja ki.

Egy ilyen reakció célja a befogadó molekula aktiválása (a bal oldali diagramon ez látható BAN BEN-OH): a foszfát hozzáadása előtt passzív volt, és nem tudott reagálni egy másik passzív molekulával DE, de most egy energiatartalék tulajdonosa egy nagy energiájú elektron formájában, ami azt jelenti, hogy elköltheti valahol. Például egy molekulát magához kötni DE, amely a fülekkel való ilyen csel (vagyis a kötőelektron nagy energiája) nélkül nem köthető. A foszfát ezután leválik, miután elvégezte a feladatát.

Ez egy reakcióláncot eredményez:

1. ATP+ passzív molekula BAN BEN ➡️ ADP+ aktív molekula a kapcsolódó foszfát miatt V-R

2. aktivált molekula V-R+ passzív molekula DE➡️kapcsolt molekulák A-B+ leválasztott foszfát ( R)

Mindkét reakció energetikailag kedvező: mindegyikben egy-egy nagy energiájú kötőelektron vesz részt, amely az egyik kötés felbomlása és egy másik kialakulása esetén fotonkibocsátás formájában energiájának egy részét elveszíti. E reakciók eredményeként két passzív molekula kapcsolódik egymáshoz. Ha figyelembe vesszük ezen molekulák közvetlen összekapcsolásának reakcióját (passzív molekula BAN BEN+ passzív molekula DE➡️kapcsolt molekulák A-B), akkor kiderül, hogy energetikailag költséges, és nem valósulhat meg. A sejtek "megteszik a lehetetlent" azáltal, hogy ezt a reakciót párosítják az ATP energetikailag kedvező ADP-re és foszfátra történő felhasadásával a fent leírt két reakció során. A hasadás két szakaszban megy végbe, amelyek mindegyikében a kötő elektron energiájának egy részét hasznos munkára fordítják, nevezetesen a szükséges kötések létrehozására két molekula között, amelyekből a harmadikat kapják ( A-B) szükséges a sejt működéséhez.

2. forgatókönyv: A foszfát egyidejűleg leválasztható az ATP molekuláról, és a felszabaduló energiát az enzim vagy a működő fehérje felfogja és hasznos munkára fordítja.

Hogyan lehet elkapni valamit, ami olyan észrevehetetlen, mint az elektromágneses tér elhanyagolható perturbációja abban a pillanatban, amikor egy elektron alacsonyabb pályára esik? Nagyon egyszerűen: más elektronok segítségével és olyan atomok segítségével, amelyek képesek elnyelni az elektron által kibocsátott fotont.

A molekulákat alkotó atomokat erős láncokba és gyűrűkbe tartják össze (ilyen lánc a jobb oldali képen egy kibontott fehérje). És ezeknek a molekuláknak különálló részeit gyengébb elektromágneses kölcsönhatások (például hidrogénkötések vagy van der Waals-erők) vonzzák egymáshoz, ami lehetővé teszi, hogy összetett szerkezetekké alakuljanak. Az atomok ezen konfigurációinak némelyike ​​nagyon stabil, és az elektromágneses tér semmilyen zavarása nem rázza meg őket.. nem ráz.. általában stabilak. És néhány meglehetősen mozgékony, és egy enyhe elektromágneses rúgás elég ahhoz, hogy megváltoztassa a konfigurációját (általában ezek nem kovalens kötések). És éppen ilyen rúgást ad nekik az elektromágneses tér éppen érkező fotonhordozója, amelyet egy elektron bocsát ki, amely a foszfát leválasztásakor egy alacsonyabb pályára került.

A fehérjék konfigurációjában az ATP-molekulák lebomlása következtében bekövetkező változások felelősek a sejtben előforduló legcsodálatosabb eseményekért. Bizonyára egy fehérjemolekulát bemutató videóba akadt az, akit a sejtfolyamatok legalább „nézzétek meg az animációjukat a youtube-on” szintjén kinezin, szó szerint sétálva, lábait átrendezve, a sejtváz fonala mentén, magával húzva a hozzá kapcsolódó terhet.

Ezt a lépést a foszfát ATP-ből való leválasztása biztosítja, és a következőképpen:

kinezin ( kinezin) egy speciális fehérjetípusra utal, amely hajlamos spontán megváltoztatni konformáció(az atomok kölcsönös helyzete a molekulában). Egyedül hagyva véletlenszerűen vált át az 1-es konformációból, amelyben egy "lábbal" kapcsolódik az aktin filamentumhoz ( aktin filamentum) - a legvékonyabb szálképző citoszkeleton sejtek ( citoszkeleton), a 2. konformációba, ezzel egy lépést előre és két „lábra” állva. A 2-es konformációból egyenlő valószínűséggel jut át ​​a 3-as konformációba (hátsó lábát az elülsőhöz erősíti) és vissza az 1-es konformációba. Ezért a kinezin nem mozog semmilyen irányba, egyszerűen céltalanul bolyong.

De minden megváltozik, amint egyesül egy ATP-molekulával. A bal oldali diagramon látható, hogy az 1-es konformációban lévő kinezinhez ATP hozzáadásával annak térbeli helyzete megváltozik, és átmegy a 2-es konformációba. Ennek oka az ATP és a kinezinmolekulák egymásra gyakorolt ​​kölcsönös elektromágneses hatása. . Ez a reakció visszafordítható, mert nem költenek el energiát, és ha az ATP leválik a kinezinről, egyszerűen felemeli a „lábát”, a helyén marad, és várja a következő ATP-molekulát.

De ha elhúzódik, akkor ezeknek a molekuláknak a kölcsönös vonzása következtében az ATP-n belüli foszfátot tartó kötés megsemmisül. Az egyidejűleg felszabaduló energia, valamint az ATP két molekulára bomlása (amelyek elektromágneses mezőivel már másképp hatnak a kinezin atomokra) oda vezet, hogy a kinezin konformációja megváltozik: „húzza a hátsó lábát ”. Még egy lépést kell tenni előre, ami akkor történik, amikor az ADP és a foszfát leválik, visszaállítva a kinezint az eredeti konformációjába 1.

Az ATP hidrolízis hatására a kinezin jobbra mozdult el, és amint csatlakozik hozzá a következő molekula, újabb pár lépést tesz meg, felhasználva a benne tárolt energiát.

Fontos, hogy a kinezin, amely a 3-as konformációban van, hozzákapcsolt ADP-vel és foszfáttal, ne tudjon visszalépni a 2-es konformációba. Ezt a hőszabályozás második törvényének való megfelelés ugyanaz az elve magyarázza: a „kinezin + ATP” rendszer átmenete a 2-es konformációból a 3-as konformációba energia felszabadulásával jár, ami azt jelenti, hogy a fordított átmenet energia- fogyasztó. Ahhoz, hogy ez megtörténjen, valahonnan energiát kell vennie, hogy az ADP-t foszfáttal kombinálja, és ebben a helyzetben nincs honnan venni. Ezért az ATP-hez kapcsolódó kinezin csak egy irányban nyitott, ami lehetővé teszi, hogy hasznos munkát végezzen, ha valamit a sejt egyik végéből a másikba húz. A kinezin például részt vesz az osztódó sejt kromoszómáinak széthúzásában mitózis(az eukarióta sejtek osztódási folyamata). Izomfehérje miozin aktinszálak mentén fut, izomösszehúzódást okozva.

Ez a mozgás nagyon gyors: néhány motor(a sejtmobilitás különféle formáiért felelős) a génreplikációban részt vevő fehérjék másodpercenként több ezer nukleotid sebességgel rohannak végig a DNS-szálon.

Mind átmennek hidrolízis ATP (a molekula megsemmisítése a vízmolekulából vett atomok hozzáadásával a bomlásból származó kisebb molekulákhoz. A hidrolízis az ATP és az ADP interkonverzióját ábrázoló diagram jobb oldalán látható). Vagy hidrolízissel GTP, amely csak abban különbözik az ATP-től, hogy tartalmaz egy másik nukleotidot (guanint).

3. forgatókönyv: ha egyszerre két foszfátcsoportot távolítunk el az ATP-ből vagy más hasonló, egy nukleotidot tartalmazó molekulából, az még nagyobb energiafelszabaduláshoz vezet, mint ha csak egy foszfátot távolítunk el. Egy ilyen erőteljes felszabadulás lehetővé teszi a DNS és RNS molekulák erős cukor-foszfát gerincének létrehozását:

1. ahhoz, hogy a nukleotidok kapcsolódhassanak az épülő DNS- vagy RNS-lánchoz, két foszfátmolekula összekapcsolásával kell aktiválni őket. Ez egy energiaigényes reakció, amelyet sejtenzimek hajtanak végre.

2. a DNS- vagy RNS-polimeráz enzim (az alábbi diagramon nem látható) egy aktivált nukleotidot (a GTP látható az ábrán) kapcsol az építés alatt álló polinukleotidhoz, és katalizálja két foszfátcsoport hasítását. A felszabaduló energiát az egyik nukleotid foszfátcsoportja és egy másik ribózcsoportja közötti kötés létrehozására használják fel. Az így létrejövő kötések nem nagy energiájúak, ami azt jelenti, hogy nem könnyű tönkretenni őket, ami a sejt örökletes információit tartalmazó vagy továbbító molekula felépítésénél előny.

A természetben csak energetikailag kedvező reakciók jöhetnek létre spontán módon, ami a termodinamika második főtételének köszönhető.

Ennek ellenére az élő sejtek képesek két reakciót kombinálni, amelyek közül az egyik valamivel több energiát ad, mint amennyit a második elnyel, és így energiaigényes reakciókat hajtanak végre. Az energiaigényes reakciók célja nagyobb molekulák, sejtszervecskék és egész sejtek, szövetek, szervek és többsejtű élőlények létrehozása egyedi molekulákból és atomokból, valamint energia tárolása az anyagcseréjükhöz.

Az energiatárolás a szerves molekulák szabályozott és fokozatos elpusztítása (energiatermelő folyamat), energiahordozó molekulák létrehozásával párosulva (energia-fogyasztó folyamat) révén valósul meg. A fotoszintetikus szervezetek a klorofill által ily módon megfogott napfotonok energiáját tárolják.

A molekulák-energiahordozók két csoportra oszthatók: az energiát nagy energiájú kötés formájában tárolják, vagy egy hozzákapcsolódó nagyenergiájú elektron formájában. Az első csoportban azonban a nagy energiát ugyanaz a nagy energiájú elektron szolgáltatja, így azt mondhatjuk, hogy az energia a magas szintre hajtott elektronokban raktározódik, amelyek különböző molekulák részei.

Az így tárolt energia kétféleképpen is leadásra kerül: a nagyenergiájú kötés tönkretételével vagy a nagyenergiájú elektronok átvitelével, hogy fokozatosan csökkentsék az energiájukat. Mindkét esetben az energia emisszió formájában szabadul fel egy elektron által, amely egy elektromágneses mező (foton) és hő egy részecskehordozójának alacsonyabb energiaszintjére megy át. Ezt a fotont úgy rögzítik, hogy hasznos munkát végezzenek (az első esetben az anyagcseréhez szükséges molekula kialakulása, a második esetben a protonok pumpálása a mitokondriális membránon keresztül)

A proton gradiens formájában tárolt energiát az ATP szintézisére, valamint más sejtfolyamatokra használják fel, amelyek túlmutatnak e fejezet keretein (szerintem senki nem fog megsértődni, tekintettel a méretére). A szintetizált ATP-t pedig az előző bekezdésben leírtak szerint használjuk.

"Az ember kémiai haláláról is beszélhetünk, ha a pszichés energiakészlet kimerül.

Feltámadásról akkor beszélhetünk, amikor elkezdődik a pszichés energia feltöltődése".

Mi az a pszichés energia? Ez az éltető energia, amelytől az ember léte függ. Nincs Pszichikus Energia (továbbiakban PE) – nincs élet, jön a fizikai bomlás, a betegség és a halál. Van testnevelés – van egy élet tele kreatív felfutással, egészséggel és boldogsággal.

PE szinonimák: kegyelem, prána, kínai Qi energia, Hermész tüze, Kundalini, a Szentháromság napjának tüzes nyelvei, Bulwer-Lytton Vrilje, Killy szabad energiája, Mesmer folyadék, Reichenbach Od, Zoroaster élő tüze, Hellének Sophia , a hinduk Saraswati és még sokan mások.

A PE hanyatlásának jelei: mentális és fizikai fáradtság, álmosság, amorf tudat, és súlyos esetekben - hányinger.

PE dagály jelei: öröm és optimizmus, kreatív tevékenység, teljesítményvágy és gyümölcsöző tevékenység.

Hét módja a PE megtakarításának

1. AURA. Amikor reggel elhagyja otthonát, mentálisan körvonalazzon maga körül egy kinyújtott könyök távolságában egy csirketojás alakú energiahéjat úgy, hogy teste ennek az auratojásnak a közepén legyen. Így megerősíted az aurád védőhálózatát, amely megvédi testnevelésedet a nem kívánt behatolásoktól.

2. VÁMPIROK. Próbálja meg elkerülni a kommunikációt a kihalt, felhős, elmozduló tekintetű emberekkel - ezek energiavámpírok, amelyek kommunikációja után éles fáradtság lép fel. Az ember kinézetét nem lehet meghamisítani. A szem a legmegbízhatóbb mutatója a PE jelenlétének emberben. Azok, akiknek nincs saját testalkatuk, gyakran energiavámpírokká válnak, és megpróbálják (gyakran öntudatlanul) ellopni azt azáltal, hogy egyszerűen megközelítik a donor auráját.

3. TÖMEG. Tömegközlekedési eszközökön vagy hasonló zsúfolt helyen diszkréten végezzen gyors felmérést a közelben tartózkodókról. Ha valamelyikük enyhe elutasítást vált ki, akkor menj el tőle egy másik helyre. Amikor az emberi aurák érintkeznek, a PE-d mágnesesen áramlik egy másik aurába, és egy másik aura PE-je a tiédbe áramlik, és nincs mód ennek az energiacserének megakadályozására - ez egy szilárd törvény.

4. KEZEK. Nyilvános helyeken próbálja meg elkerülni a puszta kézzel való közvetlen érintkezést gyakran használt tárgyakkal és dolgokkal, például kilincsekkel, korlátokkal, bevásárlókocsi fogantyúival stb. Ha lehetséges, akkor a téli szezonban ne vegye le a kesztyűt, és ne vásároljon vékonyat, például gyereket. Ha nincs mód a puszta kézzel való közvetlen érintkezés elkerülésére, keressen egy olyan helyet, amelyet a legkevésbé használnak. Az emberi kéz erős PE-áramlást sugároz. Az ember minden érintéssel telíti testnevelésével azokat a tárgyakat, amelyeket a kéz megérintett. Legyen figyelmes a régi, ismeretlen dolgokra. Negatív PE töltést hordozhatnak magukban, amivel érintkezésből sok PE-t kell költenie annak semlegesítésére.

5. IRRITÁCIÓ. Mindenképpen kerülje az irritációt, ami különösen zavaró lehet tömegközlekedésben, üzletekben, nagy forgalomnál az úton autóvezetés közben, otthon stb. A mentális irritáció negatív PE-t generál, ami tönkreteszi a pozitív PE-t.

6. INTIM. Éljen mérsékelt intim életet, mert az ondófolyadék szaporodása nagy mennyiségű PE fogyasztást igényel.

7. ÁLLATOK. Ne tartson otthon állatokat, hogy a testápolója ne szivárogjon hozzájuk. Az állatoknak, mint minden élőlénynek, megvan a maguk aurája saját testalkattal, ami sokkal alacsonyabb minőségű, mint az ember testalkata. Amikor egy személy és egy állat aurája érintkezik, ugyanaz a PE-csere megy végbe, mint az emberek között. Ne telítse az auráját az alsóbbrendű állati PE-vel.

Hét módszer a PE fokozására

1. LEVEGŐ. Lélegezzen természetesebb, tiszta levegőt. A prána, a szoláris PE feloldódik benne. Az egymillió fő feletti nagyvárosokban nem tiszta a levegő, ezért próbálj meg gyakrabban kimenni a természetbe, vagy akár elköltözni a városból vagy egy kisvárosba.

2. TÉR. A határtalan univerzális kiterjedések tele vannak kozmikus éltető energiával, amely az emberi testalkathoz hasonló. Csak gondolatban kell felhívni, onnan húzni. Nézz a csillagos égre, és képzeld el, hogy ez egy energiaóceán, melynek megérintésével könnyedén erősítheted életenergiádat.

3. BARÁT. Légy barátságos mindenkivel körülötted. Ne kívánj kárt senkinek, még az ellenségeidnek sem. A kedvesség és a barátságos hozzáállás nemcsak pozitív PE sugárzást vált ki aurájában, hanem az emberekben is kiváltja az aurájuk azonos válaszrezgéseit. A barátságos emberek pozitív testnevelést cserélnek másokkal egyszerűen azért, mert ugyanazt a pozitív testnevelést idézik elő más emberekben.

4. SZÍV. Az ember testnevelésének fő uralkodója a szíve. A szívedre hallgass, ne az eszedre. A racionális agyat gyakran megtévesztik az élethelyzet helyes megítélésében, és néha zsákutcába vezet. A szívet soha nem csalják meg, és sokkal többet tud, mint amennyit az elme el tud képzelni. Hallgass szíved hangjára csendben és csendben. Megmondja, hogyan kövesd az élet útját, hogy annak végén elmondhasd, boldog életet éltél.

6. ZÖLDSÉGEK ÉS GYÜMÖLCSÖK. Fogyasszunk nyers zöldséget és gyümölcsöt – ezek tele vannak napenergia-lerakódásokkal. Próbáljon meg nem enni sült ételeket. a túlfőtt vaj mérgeket bocsát ki, amelyek megölik a testet. Ne egyen húst, tele van betegséget okozó bomlási folyadékok láthatatlan energiájával, amely közvetlenül az állat halála után kezdődik. Még a legfrissebb hús is tele van nem csak alacsony állati PE-vel, hanem energiamikrobákkal is, amelyek elfogyasztása során a szervezet sok PE-t költ semlegesítésükre. A hüvelyesek könnyen helyettesíthetik a húskészítményeket.

7. ÁLOM Lefekvés előtt ne aggódj, és még inkább ne esküdj a családodra. Lehetőleg ne nézzen negatív és bűnöző tévéműsorokat, amelyek rossz érzelmeket váltanak ki. Érdemes megnézni egy jó filmet, olvasni egy jó könyvet, vagy nyugodt zenét hallgatni. Lefekvés előtt zuhanyozz le, hogy ne csak a testedet tisztítsd meg az izzadságlerakódásoktól, hanem ami még fontosabb, hogy kimosd az aurából a nap folyamán felgyülemlett energiát. A tiszta víz képes megtisztítani a PE-t. Miután tiszta testben, nyugodt, békés lélekkel elaludt, testnevelése a tér tiszta rétegeibe rohan, ahol megerősítést és táplálékot kap. Reggel lendületet és erőt fog érezni ahhoz, hogy méltósággal élje meg a következő napot.

energiacsere- ez az összetett szerves vegyületek szakaszonkénti lebontása, energia felszabadulásával, amely az ATP-molekulák makroerg kötéseiben raktározódik, majd felhasználja a sejtélet folyamatában, beleértve a bioszintézist is, pl. műanyag csere.

Az aerob szervezetek termelik:

1. Előkészítő- biopolimerek monomerekké hasítása.
2. anoxikus A glikolízis a glükóz lebontása piroszőlősavvá.
3. Oxigén- a piroszőlősavat szén-dioxiddá és vízzé hasítja.

Előkészületi szakasz

Az energia-anyagcsere előkészítő szakaszában a táplálékkal bevitt szerves vegyületek egyszerűbb, általában monomerekké bomlanak le. Tehát a szénhidrátok cukrokká bomlanak, beleértve a glükózt is; fehérjék - aminosavakhoz; zsírok - glicerinre és zsírsavakra.

Bár energia szabadul fel, az nem raktározódik az ATP-ben, ezért később nem használható fel. Az energia hő formájában disszipálódik.

A polimerek lebomlása többsejtű komplex állatokban az emésztőrendszerben megy végbe, a mirigyek által itt kiválasztott enzimek hatására. Ezután a képződött monomerek főként a belekben szívódnak fel a vérbe. A tápanyagok a vérben a sejteken keresztül szállítódnak.

Azonban nem minden anyag bomlik le monomerekre az emésztőrendszerben. Sokak hasadása közvetlenül a sejtekben, azok lizoszómáiban történik. Az egysejtű szervezetekben a felszívódott anyagok az emésztőüregekbe jutnak, ahol megemésztik őket.

A keletkező monomerek energia- és műanyagcserére egyaránt felhasználhatók. Az első esetben felhasadnak, a második esetben pedig maguk a sejtek összetevőit szintetizálják belőlük.

Az energiaanyagcsere anoxikus szakasza

Az oxigénmentes szakasz a sejtek citoplazmájában megy végbe, és aerob szervezetek esetében csak glikolízis - a glükóz enzimatikus, többlépcsős oxidációja és vörösborsósavvá történő lebontása, amelyet piruvátnak is neveznek.

A glükózmolekula hat szénatomot tartalmaz. A glikolízis során két piruvát molekulára bomlik, amely három szénatomot tartalmaz. Ebben az esetben a hidrogénatomok egy része leválik, amelyek átkerülnek a NAD koenzimbe, amely viszont részt vesz az oxigén fázisban.

A glikolízis során felszabaduló energia egy része ATP-molekulákban raktározódik. Glükózmolekulánként csak két ATP-molekula szintetizálódik.

A piruvátban maradó, NAD-ban tárolt energiát az energia-anyagcsere következő szakaszában tovább vonják ki az aerobokból.

Anaerob körülmények között, amikor a sejtlégzés oxigénstádiuma hiányzik, a piruvát tejsavvá „semlegesül”, vagy fermentáción megy keresztül. Ebben az esetben az energia nem tárolódik. Így itt csak a nem hatékony glikolízis biztosítja a hasznos energiatermelést.

oxigén szakasz

Az oxigén lépés a mitokondriumokban történik. Két alszakasza van: a Krebs-ciklus és az oxidatív foszforiláció. A sejtekbe jutó oxigén csak a másodikban kerül felhasználásra. A Krebs-ciklus szén-dioxidot termel és bocsát ki.

Krebs ciklus a mitokondriumok mátrixában játszódik le, számos enzim végzi. Nem magát a piroszőlősav molekulát (vagy zsírsavat, aminosavat), hanem a koenzim-A segítségével leválasztott acetilcsoportot kapja, amely az előbbi piruvát két szénatomját tartalmazza. A többlépcsős Krebs-ciklus során az acetilcsoport két CO 2 molekulára és hidrogénatomra bomlik. A hidrogén egyesül a NAD-dal és a FAD-dal. Megtörténik a GDP molekula szintézise is, ami később az ATP szintéziséhez vezet.

Glükózmolekulánként két Krebs-ciklus van, amely két piruvátot termel. Így két ATP-molekula keletkezik. Ha az energiaanyagcsere itt véget ér, akkor egy glükózmolekula teljes lebomlása 4 ATP-molekulát adna (kettőt glikolízisből).

Oxidatív foszforiláció a cristae - a mitokondriumok belső membránjának kinövésein fordul elő. Enzimekből és koenzimekből álló szállítószalag biztosítja, amely az úgynevezett légzési láncot alkotja, amely az ATP-szintetáz enzimmel végződik.

A hidrogén és az elektronok a légzési láncon keresztül jutnak el a NAD és FAD koenzimekből. Az átvitel úgy történik, hogy a hidrogén protonok a belső mitokondriális membrán külső oldalán halmozódnak fel, és a lánc utolsó enzimei csak elektronokat adnak át.

Végül az elektronok a membrán belsejében elhelyezkedő oxigénmolekulákba kerülnek, aminek következtében negatív töltésűek lesznek. Az elektromos potenciálgradiens kritikus szintje fellép, ami a protonok mozgásához vezet az ATP-szintetáz csatornáin keresztül. A hidrogén-protonok mozgási energiáját ATP-molekulák szintetizálására használják fel, maguk a protonok pedig oxigénanionokkal egyesülve vízmolekulákat képeznek.

A légzési lánc működésének energiakibocsátása ATP molekulákban kifejezve nagy, és összesen 32-34 ATP molekula között mozog egy kezdeti glükózmolekulánként.

Kövér fák bőséges növekedése,
amelyek a kopár homokon gyökereznek
jóváhagyta a sajátját, ezt egyértelműen kijelenti
zsíros zsírlapok a levegőből
elnyel...
M. V. Lomonoszov

Hogyan tárolódik az energia egy sejtben? Mi az anyagcsere? Mi a glikolízis, fermentáció és sejtlégzés folyamatainak lényege? Milyen folyamatok játszódnak le a fotoszintézis világos és sötét fázisában? Hogyan függenek össze az energia és a képlékeny csere folyamatai? Mi a kemoszintézis?

Óra-előadás

Az élőlények egyik alapvető tulajdonsága, hogy az egyik energiafajtát egy másikká alakítják át (a sugárzási energiát kémiai kötések energiájává, a kémiai energiát mechanikai energiává stb.). Itt részletesen megvizsgáljuk, hogyan valósulnak meg ezek a folyamatok az élő szervezetekben.

ATP – A SEJTT FŐ ENERGIAVORDOZÓJA. A sejtek létfontosságú tevékenységének bármely megnyilvánulásának megvalósításához energiára van szükség. Az autotróf szervezetek a fotoszintézis reakciói során a Naptól kapnak kezdeti energiát, míg a heterotróf szervezetek az élelmiszerből származó szerves vegyületeket használják energiaforrásként. Az energiát a sejtek a molekulák kémiai kötéseiben tárolják ATP (adenozin-trifoszfát), amelyek három foszfátcsoportból, egy cukormaradékból (ribóz) és egy nitrogéntartalmú bázismaradékból (adenin) álló nukleotidok (52. ábra).

Rizs. 52. ATP molekula

A foszfátmaradékok közötti kötést makroergikusnak nevezik, mivel felszakadásakor nagy mennyiségű energia szabadul fel. Normális esetben a sejt energiát von ki az ATP-ből úgy, hogy csak a terminális foszfátcsoportot távolítja el. Ebben az esetben ADP (adenozin-difoszfát), foszforsav képződik, és 40 kJ / mol szabadul fel:

Az ATP-molekulák a sejt univerzális energiaalku chip szerepét töltik be. Egy energiaigényes folyamat helyszínére szállítják őket, legyen szó szerves vegyületek enzimatikus szintéziséről, fehérjék munkájáról - molekuláris motorokról vagy membrántranszport fehérjékről stb. Az ATP molekulák fordított szintézise foszfát kapcsolásával történik. csoport az ADP-hez energiaelnyeléssel. A reakciók során a sejt ATP formájában tárolja az energiát energiaanyagcsere. Szoros kapcsolatban áll vele műanyag csere amely során a sejt a működéséhez szükséges szerves vegyületeket termeli.

A SEJTEBEN ANYAGCSERE ÉS ENERGIA (ANYAGCSERE). Anyagcsere - a képlékeny és energia-anyagcsere összes reakciójának összessége, amelyek összekapcsolódnak. A sejtekben folyamatosan zajlik a szénhidrátok, zsírok, fehérjék, nukleinsavak szintézise. A vegyületek szintézise mindig energiafelhasználással, azaz az ATP nélkülözhetetlen részvételével jár. Az ATP képződésének energiaforrásai a sejtbe belépő fehérjék, zsírok és szénhidrátok enzimatikus reakciói. Ez a folyamat energia szabadul fel, amely az ATP-ben raktározódik. A glükóz oxidációja kiemelt szerepet játszik a sejtenergia-anyagcserében. A glükózmolekulák egymást követő átalakulásokon mennek keresztül.

Az első szakasz, az ún glikolízis, a sejtek citoplazmájában játszódik, és nem igényel oxigént. Az egymást követő enzimek reakciói eredményeként a glükóz két piroszőlősav-molekulára bomlik. Ebben az esetben két ATP-molekula fogyaszt el, és az oxidáció során felszabaduló energia négy ATP-molekula kialakításához elegendő. Ennek eredményeként a glikolízis energiahozama kicsi, és két ATP-molekulát tesz ki:

C 6 H1 2 0 6 → 2C 3 H 4 0 3 + 4H + + 2ATP

Anaerob körülmények között (oxigén hiányában) további átalakulások társulhatnak különféle típusokkal erjesztés.

Mindenki tudja tejsavas erjesztés(tejsavanyodás), ami a tejsavas gombák és baktériumok aktivitása miatt következik be. Mechanizmusában hasonló a glikolízishez, csak itt a végtermék a tejsav. Ez a fajta glükózoxidáció az oxigénhiányos sejtekben, például a keményen dolgozó izmokban fordul elő. Kémiában közel áll a tejsavas és alkoholos erjesztéshez. A különbség az, hogy az alkoholos erjedés termékei az etil-alkohol és a szén-dioxid.

A következő szakaszt, amelynek során a piroszőlősav szén-dioxiddá és vízzé oxidálódik, az ún sejtlégzés. A légzéssel kapcsolatos reakciók a növényi és állati sejtek mitokondriumaiban játszódnak le, és csak oxigén jelenlétében. Ez egy sor kémiai átalakulás a végtermék - szén-dioxid - képződése előtt. Ennek a folyamatnak a különböző szakaszaiban a kiindulási anyag oxidációjának közbenső termékei képződnek a hidrogénatomok eltávolításával. Ilyenkor energia szabadul fel, ami az ATP kémiai kötéseiben "megőrződik", és vízmolekulák képződnek. Világossá válik, hogy az oxigénre éppen az elszakadt hidrogénatomok megkötéséhez van szükség. A kémiai átalakulásoknak ez a sorozata meglehetősen összetett, és a mitokondriumok belső membránjainak, enzimek és hordozófehérjék részvételével történik.

A sejtlégzésnek nagyon nagy a hatékonysága. 30 ATP-molekula szintézise zajlik, a glikolízis során további két molekula, valamint hat ATP-molekula képződik - a glikolízis termékeinek a mitokondriális membránokon történő átalakulása következtében. Összességében egy glükózmolekula oxidációja következtében 38 ATP-molekula képződik:

C 6 H 12 O 6 + 6H 2 0 → 6CO 2 + 6H 2 O + 38 ATP

A mitokondriumokban nemcsak a cukrok, hanem a fehérjék és lipidek oxidációjának végső szakaszai is végbemennek. Ezeket az anyagokat a sejtek használják fel, főleg akkor, amikor a szénhidrátellátás véget ér. Először is zsírt fogyasztanak, amelynek oxidációja során sokkal több energia szabadul fel, mint azonos mennyiségű szénhidrátból és fehérjéből. Ezért az állatok zsírja az energiaforrások fő "stratégiai tartaléka". A növényekben a keményítő energiatartalék szerepét tölti be. Tároláskor lényegesen több helyet foglal, mint egy energia-egyenértéknyi zsír. A növények számára ez nem akadály, mivel mozdulatlanok és nem hordoznak magukon tartalékokat, mint az állatok. A szénhidrátokból sokkal gyorsabban nyerhet energiát, mint a zsírokból. A fehérjék számos fontos funkciót látnak el a szervezetben, ezért csak akkor vesznek részt az energia-anyagcserében, ha a cukrok és zsírok forrásai kimerülnek, például a hosszan tartó éhezés során.

FOTOSZINTÉZIS. Fotoszintézis- olyan folyamat, amelynek során a napfény energiája szerves vegyületek kémiai kötéseinek energiájává alakul. A növényi sejtekben a fotoszintézishez kapcsolódó folyamatok a kloroplasztiszokban játszódnak le. Ennek az organellumnak a belsejében membránrendszerek találhatók, amelyekbe pigmentek vannak beágyazva, amelyek rögzítik a Nap sugárzó energiáját. A fotoszintézis fő pigmentje a klorofill, amely elsősorban a kék és lila, valamint a spektrum vörös sugarait nyeli el. A zöld fény visszaverődik, így maga a klorofill és az azt tartalmazó növényi részek zöldnek tűnnek.

A fotoszintézisnek két fázisa van: fényÉs sötét(53. ábra). A sugárzási energia tényleges befogása és átalakítása a fényfázisban történik. A fénykvantumok elnyelésekor a klorofill gerjesztett állapotba kerül és elektrondonorrá válik. Elektronai az elektrontranszport lánc mentén kerülnek át egyik fehérjekomplexből a másikba. Ennek a láncnak a fehérjéi a pigmentekhez hasonlóan a kloroplasztiszok belső membránján koncentrálódnak. Amikor egy elektron áthalad a hordozóláncon, energiát veszít, amelyet az ATP szintézisére használnak fel. A fény által gerjesztett elektronok egy részét az NDP (nikotinamid-adenin-dinukleotifoszfát) vagy NADPH csökkentésére használják.

Rizs. 53. A fotoszintézis világos és sötét fázisainak reakcióinak termékei

A napfény hatására a kloroplasztiszokban a vízmolekulák hasadása is megtörténik - fotolízis; ebben az esetben elektronok keletkeznek, amelyek klorofillal kompenzálják veszteségüket; Az oxigén melléktermékként képződik:

Így a fényfázis funkcionális jelentése az ATP és NADP·H szintézisében rejlik, a fényenergia kémiai energiává alakításával.

A fotoszintézis sötét fázisa nem igényel fényt. Az itt lezajló folyamatok lényege, hogy a könnyű fázisban nyert ATP és NADP·H molekulákat egy sor kémiai reakcióban hasznosítják, amelyek szénhidrát formájában „megkötik” a CO2-t. A sötét fázis minden reakciója a kloroplasztiszokon belül megy végbe, a szén-dioxid „rögzülése” során felszabaduló ADP és NADP pedig ismét a világos fázis reakcióiban kerül felhasználásra az ATP és a NADP H szintézisére.

A teljes fotoszintézis egyenlet a következő:

A MŰANYAG- ÉS ENERGIACSERE FOLYAMATOK KAPCSOLATA ÉS EGYSÉGE. Az ATP szintézis folyamatai a citoplazmában (glikolízis), a mitokondriumokban (sejtlégzés) és a kloroplasztiszokban (fotoszintézis) játszódnak le. A folyamatok során végbemenő összes reakció energiacsere reakció. Az ATP formájában tárolt energia a képlékeny csere reakcióiban kerül felhasználásra a sejt életéhez szükséges fehérjék, zsírok, szénhidrátok és nukleinsavak előállítására. Vegyük észre, hogy a fotoszintézis sötét fázisa reakciólánc, képlékeny csere, a világos fázis pedig energia.

Az energia- és képlékenycsere folyamatainak kapcsolatát és egységét jól szemlélteti a következő egyenlet:

Ezt az egyenletet balról jobbra olvasva megkapjuk azt a folyamatot, amelyben a glükóz szén-dioxiddá és vízzé oxidálódik a glikolízis és a sejtlégzés során, ami az ATP (energia-anyagcsere) szintéziséhez kapcsolódik. Ha jobbról balra olvassa, akkor leírást kap a fotoszintézis sötét fázisának reakcióiról, amikor a glükózt vízből és szén-dioxidból szintetizálják az ATP (plasztikus anyagcsere) részvételével.

KEMOSZINTÉZIS. A fotoautotrófokon kívül bizonyos baktériumok (hidrogén-, nitrifikáló-, kénbaktériumok stb.) is képesek szervetlen anyagokból szerves anyagokat szintetizálni. Ezt a szintézist a szervetlen anyagok oxidációja során felszabaduló energia miatt végzik. Ezeket kemoautotrófoknak nevezik. Ezek a kemoszintetikus baktériumok fontos szerepet játszanak a bioszférában. Például a nitrifikáló baktériumok a növények számára hozzáférhetetlen ammóniumsókat salétromsavsókká alakítják, amelyeket jól felszívnak.

A sejtek anyagcseréje energia- és képlékeny anyagcsere reakciókból áll. Az energia-anyagcsere során makroerg kémiai kötésekkel rendelkező szerves vegyületek - ATP - képződése következik be. Az ehhez szükséges energia a szerves vegyületek oxidációjából származik anaerob (glikolízis, fermentáció) és aerob (sejtlégzés) reakciók során; a napsugárzásból, melynek energiája a fényfázisban elnyelődik (fotoszintézis); szervetlen vegyületek oxidációjából (kemoszintézis). Az ATP energiáját a sejt számára szükséges szerves vegyületek szintézisére fordítják a képlékeny cserereakciók során, amelyek magukban foglalják a fotoszintézis sötét fázisának reakcióit is.

• Mi a különbség a műanyag és az energia anyagcsere között?
• Hogyan alakul át a napfény energiája a fotoszintézis fényfázisává? Milyen folyamatok játszódnak le a fotoszintézis sötét fázisában?
• Miért nevezik a fotoszintézist a bolygó-kozmikus kölcsönhatás tükröződési folyamatának?

Az elfogyasztott táplálékból energia termelődik, amely szervezetünk bármely funkciójának megvalósításához szükséges - a járástól és a beszédkészségtől az emésztésig és a légzésig. De miért panaszkodunk gyakran energiahiányról, ingerlékenységről vagy letargiáról? A válasz abban rejlik, hogy milyen ételek alkotják napi étrendünket.

Energiatermelés

Szervezetünknek a víz és a levegő mellett folyamatosan szüksége van a rendszeres táplálék-beáramlásra, amely biztosítja a mozgáshoz, légzéshez, hőszabályozáshoz, szívműködéshez, vérkeringéshez és agyműködéshez szükséges energiatartalékokat. Feltűnő, hogy agyunk még nyugalomban is felhasználja az elfogyasztott élelmiszerekből raktározott energia mintegy 50%-át, és az energiafogyasztás drámaian megnő intenzív agyi tevékenység során, például vizsgák során. Hogyan alakul az élelmiszer energiává?

Az emésztés folyamata, amelyet részletesebben a megfelelő részben (-79) ismertetünk, a táplálékot egyedi glükózmolekulákra bontja, amelyek aztán a bélfalon keresztül a véráramba kerülnek. A vérárammal a glükóz a májba kerül, ahol kiszűrik és tartalékban tárolják. Az agyalapi mirigy (az agyban található endokrin mirigy) jelzi a hasnyálmirigynek és a pajzsmirigynek, hogy olyan hormonokat bocsássanak ki, amelyek hatására a máj a felhalmozódott glükózt a véráramba bocsátja, majd a vér eljuttatja azt azokhoz a szervekhez és izmokhoz, amelyeknek szükségük van rá.

A kívánt szervhez eljutva a glükózmolekulák behatolnak a sejtekbe, ahol a sejtek által felhasználható energiaforrássá alakulnak. Így a szervek folyamatos energiával való ellátásának folyamata a vér glükóz szintjétől függ.

A szervezet energiatartalékainak növelése érdekében bizonyos típusú élelmiszereket kell fogyasztanunk, különösen azokat, amelyek fokozzák az anyagcserét és fenntartják a szükséges energiaszintet. Hogy megértse, hogyan történik mindez, fontolja meg a következő kérdéseket:

Hogyan alakul az élelmiszer energiává?

Testünkben minden sejt tartalmaz mitokondriumokat. Itt az élelmiszertermékeket alkotó összetevők egy sor kémiai átalakuláson mennek keresztül, aminek eredményeként energia képződik. Ebben az esetben minden cella egy miniatűr erőmű. Érdekes módon az egyes sejtekben lévő mitokondriumok száma az energiaszükséglettől függ. Rendszeres testmozgással növekszik, hogy több legyen a szükséges energiatermelés. Ezzel szemben az ülő életmód az energiatermelés csökkenéséhez, és ennek megfelelően a mitokondriumok számának csökkenéséhez vezet. Különböző tápanyagokra van szükség az energiává való átalakuláshoz, amelyek mindegyike hozzájárul az energiatermelési folyamat különböző lépéseihez (lásd Energia élelmiszerek). Ezért az elfogyasztott élelmiszernek nemcsak kielégítőnek kell lennie, hanem tartalmaznia kell az energiatermeléshez szükséges összes tápanyagot: szénhidrátot, fehérjét és zsírt.

NAGYON FONTOS AZ ÉLELMISZEREK KORLÁTOZÁSA AZ ÉTRENDÉBEN, AMELYEK ENERGIÁT VESZnek, VAGY AKADÁLJÁK A KIALAKULÁSÁT. MINDEN ILYEN TERMÉK AZ ADRENALIN HORMON KISZABADULÁSÁT STIMULÁLJA.

Fontos, hogy a szervezet megfelelően működjön a vér állandó glükózszintjének fenntartásához (lásd: A normál vércukorszint fenntartása, - 46). Ebből a célból kívánatos előnyben részesíteni az alacsony glikémiás indexű ételeket. Azzal, hogy minden étkezéshez vagy uzsonnához adunk fehérjét és rostokat, hozzájárulunk a szükséges energia felhalmozódásához.

Szénhidrát és glükóz

Az élelmiszerből nyert energia inkább szénhidrátokból származik, mint fehérjékből vagy zsírokból. A szénhidrátok könnyebben alakulnak glükózzá, ezért a szervezet számára a legkényelmesebb energiaforrások.

A glükóz azonnal felhasználható energiaszükségletre, vagy tartalékban tárolható a májban és az izmokban. Glikogén formájában raktározódik, amely szükség esetén könnyen újra átalakul azzá. A küzdj vagy menekülj szindrómában (lásd) glikogén szabadul fel a véráramba, hogy a szervezetet további energiával látja el. A glikogént oldható formában tárolják.

A fehérjéknek kiegyensúlyozottnak kell lenniük szénhidrátokkal

Bár mindenkinek szüksége van szénhidrátokra és fehérjékre, ezek aránya az egyéni igények és szokások függvényében változhat. Az optimális arányt egyénileg, próbálkozással és hibával választjuk ki, de a 43. oldalon lévő táblázatban szereplő adatok alapján vezérelhető.

Legyen óvatos a fehérjékkel. Mindig adjunk hozzá kiváló minőségű összetett szénhidrátokat, például sűrű zöldségeket vagy gabonaféléket. A fehérjetartalmú élelmiszerek túlsúlya a szervezet belső környezetének savasodásához vezet, miközben enyhén lúgosnak kell lennie. A belső önszabályozó rendszer lehetővé teszi a szervezet számára, hogy a kalcium csontokból történő felszabadításával visszatérjen lúgos állapotba. Végső soron ez megzavarhatja a csontok szerkezetét, ami csontritkuláshoz vezethet, amelyben gyakran előfordulnak törések.

A glükózt tartalmazó egészségügyi italok és rágcsálnivalók gyors energialöketet adnak, de a hatás rövid ideig tart. Ráadásul a szervezet által felhalmozott energiatartalékok kimerülésével jár. Sportolás közben rengeteg energiát költesz, így előttük „tankolhatsz” szójatúróval friss bogyós gyümölcsökkel.

Jó étel, jó hangulat

Próbálja meg kissé növelni a fehérjebevitelt, miközben csökkenti a szénhidrátot, vagy fordítva, amíg meg nem találja az optimális energiaszintet.

Energiaszükséglet az élet során

Az élet különböző szakaszaiban felmerül bennünk a további energiaigény. Gyermekkorban például energiára van szükség a növekedéshez és a tanuláshoz, serdülőkorban pedig a pubertás alatti hormonális és fizikai változások biztosításához. Terhesség alatt mind az anyában, mind a magzatban megnövekszik az energiaigény, stressz esetén pedig a felesleges energia elköltődik az élet során. Ezenkívül az aktív életmódot folytató személynek több energiára van szüksége, mint a hétköznapi embereknek.

Energiatolvajok

Nagyon fontos, hogy korlátozzuk az étrendben azon termékek mennyiségét, amelyek energiát vonnak el vagy megakadályozzák annak kialakulását. Ezek az ételek közé tartozik az alkohol, a tea, a kávé és a szénsavas italok, valamint a sütemények, kekszek és édességek. Minden ilyen termék serkenti az adrenalin hormon felszabadulását, amely a mellékvesékben képződik. Az adrenalin a leggyorsabban az úgynevezett „harcolj vagy menekülj” szindrómában termelődik, amikor valami fenyeget bennünket. Az adrenalin felszabadulása cselekvésre mozgósítja a szervezetet. A szív gyorsabban kezd verni, a tüdő több levegőt vesz fel, a máj több glükózt bocsát ki a vérbe, és a vér oda zúdul, ahol a legnagyobb szükség van rá – például a lábakra. A folyamatosan megnövekedett adrenalintermelés, különösen megfelelő táplálkozás mellett, tartós fáradtságérzethez vezethet.

A stresszt az egyik energiapazarlónak is tekintik, mivel a stressz a májból és az izmokból felszabadítja a raktározott glükózt, ami rövid távú energiakitöréshez vezet, amelyet hosszú távú fáradtság követ.

Energia és érzelmek

A küzdj vagy menekülj szindróma esetén a glikogén (raktározott szénhidrátok) a májból a véráramba kerül, ami a vércukorszint emelkedéséhez vezet. Ennek fényében a hosszan tartó stresszes állapot súlyosan befolyásolhatja a vércukorszintet. A koffein és a nikotin hasonló hatást fejt ki; utóbbiak elősegítik két hormon, a kortizon és az adrenalin szekrécióját, amelyek zavarják az emésztést, és a májban tárolt glikogén felszabadulását idézik elő.

Energiában gazdag élelmiszer

Energia tekintetében a leggazdagabbak a B-vitamin komplexet tartalmazó élelmiszerek: B1, B2, B3, B5, B6, B12, B9 (folsav) és biotin. Mindegyik bőségesen megtalálható a kölesben, hajdinában, rozsban, quinoában (nyugaton nagyon népszerű dél-amerikai gabona), kukoricában és árpában. A csírázó szemekben az energiaérték a sokszorosára nő - a csírák tápértékét a növekedést serkentő enzimek növelik. A friss fűszernövényekben is sok B-vitamin található.

A szervezet energiája szempontjából fontos a C-vitamin is, amely a gyümölcsökben (például narancs) és a zöldségekben (burgonya, paprika) van jelen; magnézium, amely bővelkedik zöldekben, diófélékben és magvakban; cink (tojássárgája, hal, napraforgómag); vas (gabona, tökmag, lencse); réz (brazil dióhéj, zab, lazac, gomba), valamint Q10 koenzim, amely a marhahúsban, szardíniában, spenótban és földimogyoróban található.

A normál vércukorszint fenntartása

Milyen gyakran kellett reggel rossz hangulatban ébrednie, letargikusnak, túlterheltnek érezte magát, és azt tapasztalta, hogy sürgősen aludnia kell még egy-két órát? És úgy tűnik, az élet nem öröm. Vagy talán délig tartó nyavalygás után azon tűnődsz, vajon sikerül-e ebédelni. Még rosszabb, amikor a fáradtság úrrá lesz rajtad ebéd után, a munkanap vége felé, és fogalmad sincs, hogyan juthatsz haza. És akkor vacsorát kell főzni. És akkor - egyél. És nem kérdezed meg magadtól: „Uram, hová tűntek az utolsó erők?”

Az állandó fáradtságot és energiahiányt különböző okok okozhatják, de leggyakrabban a helytelen táplálkozás és/vagy a rendszertelen étkezés, valamint a „kitartást” segítő stimulánsokkal való visszaélés következménye.

A depresszió, az ingerlékenység és a hangulati ingadozások, valamint a premenstruációs szindróma, a dührohamok, a szorongás és az idegesség az energiatermelés kiegyensúlyozatlanságából, az alultápláltságból és a gyakori divatos diétákból eredhetnek.

Ha képet kaptunk arról, hogyan és miből képződik a testünkben az energia, rövid időn belül növelhetjük energiánkat, ami nemcsak a hatékonyság és a jó hangulat fenntartását teszi lehetővé egész nap, hanem egészséges mélységet is biztosít. éjszaka aludni.