Аккумулирует энергию в клетке

Содержание
  1. Обеспечение клеток энергией. Источники энергии
  2. Обеспечение клеток энергией: как это происходит?
  3. Строение митохондрии
  4. Клеточное дыхание — основа жизни
  5. Первый этап — подготовительный
  6. Гликолиз
  7. Третий этап — окисление
  8. Разнообразие ферментов митохондрий
  9. Возможны ли другие пути получения энергии?
  10. Космос внутри нас: Электростанция живой клетки
  11. Живая электростанция
  12. Детектив в биохимических тонах
  13. Материализация духов 
  14. Макроэргическая связь и соединения. Какие связи называются макроэргическими?
  15. Биологические посредники
  16. Какие связи называются макроэргическими?
  17. Универсальный биоисточник энергии
  18. Донор и акцептор
  19. Функции высокоэнергетичных биомолекул
  20. Поток энергии и вещества в клетке
  21. Оценка эффективности
  22. Аденилатная система клеток
  23. И немного про энергетические станции
  24. Энергия и АТФ
  25. Энергия человека
  26. Энергетические запасы организма
  27. Что такое АТФ
  28. Формирование АТФ
  29. Коэффициент дыхания

Обеспечение клеток энергией. Источники энергии

Аккумулирует энергию в клетке

Из клеток состоят все живые организмы, кроме вирусов. Они обеспечивают все необходимые для жизни растения или животного процессы. Клетка и сама может быть отдельным организмом. И разве может такая сложная структура жить без энергии? Конечно, нет. Так как же происходит обеспечение клеток энергией? Оно базируется на процессах, которые мы рассмотрим ниже.

Обеспечение клеток энергией: как это происходит?

Немногие клетки получают энергию извне, они вырабатывают ее сами. Эукариотические клетки обладают своеобразными “станциями”. И источником энергии в клетке является митохондрия — органоид, который ее вырабатывает. В нем происходит процесс клеточного дыхания.

За счет него и происходит обеспечение клеток энергией. Однако присутствуют они только у растений, животных и грибов. В клетках бактерий митохондрии отсутствуют. Поэтому у них обеспечение клеток энергией происходит в основном за счет процессов брожения, а не дыхания.

Строение митохондрии

Это двумембранный органоид, который появился в эукариотической клетке в процессе эволюции в результате поглощения ею более мелкой прокариотической клетки. Этим можно объяснить то, что в митохондриях присутствует собственная ДНК и РНК, а также митохондриальные рибосомы, вырабатывающие нужные органоидам белки.

Внутренняя мембрана обладает выростами, которые называются кристы, или гребни. На кристах и происходит процесс клеточного дыхания.

То, что находится внутри двух мембран, называется матрикс. В нем расположены белки, ферменты, необходимые для ускорения химических реакций, а также молекулы РНК, ДНК и рибосомы.

Клеточное дыхание — основа жизни

Оно проходит в три этапа. Давайте рассмотрим каждый из них более подробно.

Первый этап — подготовительный

Во время этой стадии сложные органические соединения расщепляются на более простые. Так, белки распадаются до аминокислот, жиры — до карбоновых кислот и глицерина, нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов, а углеводы — до глюкозы.

Гликолиз

Это бескислородный этап. Он заключается в том, что вещества, полученные во время первого этапа, расщепляются далее. Главные источники энергии, которые использует клетка на данном этапе, — молекулы глюкозы. Каждая из них в процессе гликолиза распадается до двух молекул пирувата.

Это происходит во время десяти последовательных химических реакций. Вследствие первых пяти глюкоза фосфорилируется, а затем расщепляется на две фосфотриозы. При следующих пяти реакциях образуется две молекулы АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты) и две молекулы ПВК (пировиноградной кислоты).

Энергия клетки и запасается именно в виде АТФ.

Весь процесс гликолиза можно упрощенно изобразить таким образом:

2НАД+ 2АДФ + 2Н3РО4 + С6Н12О6 2Н2О + 2НАД.Н2 +2С3Н4О3 + 2АТФ

Таким образом, используя одну молекулу глюкозы, две молекулы АДФ и две фосфорной кислоты, клетка получает две молекулы АТФ (энергия) и две молекулы пировиноградной кислоты, которую она будет использовать на следующем этапе.

Третий этап — окисление

Данная стадия происходит только при наличии кислорода. Химические реакции этого этапа происходят в митохондриях. Именно это и есть основная часть клеточного дыхания, во время которой высвобождается больше всего энергии.

На этом этапе пировиноградная кислота, вступая в реакцию с кислородом, расщепляется до воды и углекислого газа. Кроме того, при этом образуется 36 молекул АТФ.

Итак, можно сделать вывод, что главные источники энергии в клетке — глюкоза и пировиноградная кислота.

Суммируя все химические реакции и опуская подробности, можно выразить весь процесс клеточного дыхания одним упрощенным уравнением:

6О2 + С6Н12О6 + 38АДФ + 38Н3РО4 6СО2 + 6Н2О + 38АТФ.

Таким образом, в ходе дыхания из одной молекулы глюкозы, шести молекул кислорода, тридцати восьми молекул АДФ и такого же количества фосфорной кислоты клетка получает 38 молекул АТФ, в виде которой и запасается энергия.

Разнообразие ферментов митохондрий

Энергию для жизнедеятельности клетка получает за счет дыхания — окисления глюкозы, а затем пировиноградной кислоты. Все эти химические реакции не могли бы проходить без ферментов — биологических катализаторов.

Давайте рассмотрим те из них, которые находятся в митохондриях — органоидах, отвечающих за клеточное дыхание.

Все они называются оксидоредуктазами, потому что нужны для обеспечения протекания окислительно-восстановительных реакций.

Все оксидоредуктазы можно разделить на две группы:

Дегидрогеназы, в свою очередь, делятся на аэробные и анаэробные. Аэробные содержат в своем составе кофермент рибофлавин, который организм получает из витамина В2. Аэробные дегидрогеназы содержат в качестве коферментов молекулы НАД и НАДФ.

Оксидазы более разнообразны. В первую очередь они делятся на две группы:

  • те, которые содержат медь;
  • те, в составе которых присутствует железо.

К первым относятся полифенолоксидазы, аскорбатоксидаза, ко вторым — каталаза, пероксидаза, цитохромы. Последние, в свою очередь, делятся на четыре группы:

  • цитохромы a;
  • цитохромы b;
  • цитохромы c;
  • цитохромы d.

Цитохромы а содержат в своем составе железоформилпорфирин, цитохромы b — железопротопорфирин, c — замещенный железомезопорфирин, d — железодигидропорфирин.

Возможны ли другие пути получения энергии?

Несмотря на то что большинство клеток получают ее в результате клеточного дыхания, существуют также анаэробные бактерии, для существования которых не нужен кислород. Они вырабатывают необходимую энергию путем брожения.

Это процесс, в ходе которого с помощью ферментов углеводы расщепляются без участия кислорода, вследствие чего клетка и получает энергию. Различают несколько видов брожения в зависимости от конечного продукта химических реакций.

Оно бывает молочнокислое, спиртовое, маслянокислое, ацетон-бутановое, лимоннокислое.

Для примера рассмотрим спиртовое брожение. Его можно выразить вот таким уравнением:

С6Н12О6 С2Н5ОН + 2СО2

То есть одну молекулу глюкозы бактерия расщепляет до одной молекулы этилового спирта и двух молекул оксида (IV) карбона.

Источник: https://FB.ru/article/222487/obespechenie-kletok-energiey-istochniki-energii

Космос внутри нас: Электростанция живой клетки

Аккумулирует энергию в клетке

История науки располагает классическими образцами опытов, простота и наглядность которых разбивала все отрицания скептиков, в полной мере демонстрируя физическую суть явлений. Но, чтобы провести достаточно убедительные опыты по демонстрации выработки клеткой электрической энергии, биохимикам суждено было пройти тернистый путь.

Технология превращения энергии света в электричество никого сегодня не удивляет. Нет ничего сверхъестественного в устройстве фотоэлемента. Но существует естественный фотоэлемент, созданный матушкой-природой.  В нем преобразуют энергию части бактерий под названием родопсин. Данное явление с чистой совестью можно назвать электростанцией живой природы. 

Живая электростанция

Вот вам пример того, что природа намного раньше людей пришла к пониманию широкого спектра возможностей, которые скрывает в себе использование электрической энергии, и применила их для превращения энергии на уровне клеток живых существ и растений.  

Подписывайтесь на наш аккаунт в INSTAGRAM!

Детектив в биохимических тонах

До настоящего времени ученые не выяснили до конца механизм такой линий связи как энергоснабжение клетки. Давно понятно, что клетка поглощает транспортируемые из внешней среды питательные вещества — субстраты — и окисляет их.

В ходе этого процесса и выделяется определенное количество энергии. На следующем этапе происходит еще целый ряд мало изученных преобразования, в итоге которых возникают молекулы АТФ—аденозинфосфата.

АТФ можно смело назвать универсальной клеточной валютой, унифицированной энергией, которую клетка накапливает, делая «запас» и позже расходует при необходимости.

Все энергетические процессы идут во внутренних мембранах митохондрий (это такие особые образования в клетке). Биохимикам давно известен данный факт. Но каким образом осуществляется трансформация энергии, какие идут сопутствующие процессы, какие неведомые пути и средства использует природа —   ученые пока не знают.

Изначально имела место версия, что транспортером энергии выступает особое вещество сродни теплороду физики XVIII века.

Биохимики создали ряд моделей этого предположительного процесса, стройных и логичных схем, но, к сожалению, не подтвержденных экспериментально.

В итоге биоэнергетика зашла в такой себе тупик, который, по словам великого физика Нильса Бора, представляет плодородную почву для сумасшедших идей.

И одна из таких идей как раз возникла. Английский биохимик П. Митчел выдвинул гипотезу, что в процессе окисления «клеточной еды» мембрана митохондрий заряжается электричеством, а ферменты-окислители при этом выступают в роли своеобразных топливных элементов.

Далее выработанное и накопленное клеткой электричество тратится на синтез молекул АТФ. Гипотеза основывалась лишь на диэлектрических свойствах мембраны, которая обладает большим электрическим сопротивлением и емкостью, представляя, таким образом, классический электрический конденсатор.

Если отталкиваться от мысли о целесообразности природных конструкций, это можно принять в качестве доказательства.

Однако, научный мир на представленные аргументы никак не прореагировал, считая диэлектрические возможности мембран митохондрий банальным совпадением.

В итоге идея Митчела при всей своей логической стройности, что называется, повисла в воздухе и, возможно, ее постигла бы участь множества других непризнанных научных гипотез, если бы не эксперименты ученых — В. Скулачева и Е. Либермана (они сразу после обнародования «электрической теории» стали на ее защиту).

И именно благодаря этим ученым проявились неизвестные до того времени характеристики биоэнергетики клеток. Вроде бы все выглядело очевидными. И не надо быть геним, чтобы спланировать опыт на живой клетке. Дайте ей питание, чтобы запустился процесс окисления.

Установите разницу потенциалов, возникшую на мембране. Теперь, подав на вторую, мембрану, у которой не было питания, аналогичное электрическое поле, надо пронаблюдать — станет ли она синтезировать молекулы АТФ.

Но, к сожалению, опыты такого рода нереальны. В природную мембрану проникнуть невозможно —  она необычайно тонка. Пришлось прорабатывать другие пути.

Подписывайтесь на Эконет в Pinterest!

Сначала ученые В. Окулачев и Е. Либерман доказали, что заданные вещества, которые препятствуют формированию молекул АТФ, одновременно оказывают электрическое действие, снижая сопротивление мембран. Так конденсатор утрачивает свои свойства аккумулировать электроэнергию, и синтез молекул АТФ угнетается в зачатке. Совпадение, — сказали хором противники теории.

Ученые на этом не остановились. Е. Либерман и В. Скулачев, трудясь в своих лабораториях, испытали до 40 соединений различной структуры, имеющих свойство снижать сопротивление синтетических мембран (ученые создали эти искусственные мембраны). Опираясь на результаты, Е. Либерман и В.

Скулачев попытались сделать прогноз, как данные вещества будут воздействовать на функционирование живых митохондрий. 

Величие научной теории в том, как она трактует известные до ее возникновения механизмы, но и в возможности спрогнозировать явления неизвестные и новые. В описываемых опытах совпадение было безупречным.

Но скептики снова не верили. В. Скулачев и Е. Либерман захотели доказать, что в процессе питания митохондрий реально возникает электрическое поле.

Но в конспектах схема опыта была простой, и снова природа отказалась помочь эксперименту.

Идея была такова. Использовать в эксперименте раствор заряженных электрически частиц — ионов и засылать в раствор приготовленный порошок из митохондрий. Если теперь подпитать их привычным для митохондрий веществом, возникнет электрическое поле. Поле должно втянуть внутрь мембран некоторые ионы. Это можно зафиксировать.

Но реальность оказалась не благосклонной к людям науки. Суть в том, что мембраны митохондрий ведут себя специфически и не признают посторонних ионов. Хотя, для ряда ионов мембраны не препятствие. Но пропуском являются не электрические, а именно химические свойства. Сигнал к проникновению идет, когда мембрана распознает химическую особенность нужных ей веществ.

А ионов с такими свойствами в природе не нашлось.

Их изготовить решился Е. Либерман. В итоге в его лаборатории «родились» синтетически созданные, способные проникать сквозь перегородки мембран митохондрии. Как раз коллеги В. Скулачева изготовили и искусственные мембраны, немного толще естественных.

Можно было проводить новый опыт. И он прошел успешно. Ученые все-таки доказали, что митохондрии, приняв «еду», сразу зарядились электрически и вытягивали из раствора ионы. Теперь ученые решили представить более весомые доказательства.

Они приняли решение измерить электрическое поле на самой мембране. 

Материализация духов 

История науки располагает классическими образцами опытов, простота и наглядность которых разбивала все отрицания скептиков, в полной мере демонстрируя физическую суть явлений.

Но, чтобы провести достаточно убедительные опыты, биохимикам суждено было пройти тернистый путь кропотливого труда, когда они смогли нашпиговать ферментами синтетические мембраны, приближающиеся по свойствам к природным.

Тонкая пленка (мембрана) разделяет на два отсека сосуд из стекла. В каждом из отсеков находится раствор электролита, и в каждом из отсеков — электрод, который соединен с клеммой вольтметра.

Электроды должны подать сигнал, что мембрана стала заряженным конденсатором, а химическая энергия окисления трансформировалась в электрическую. Ферменты есть с обеих сторон плоской мембраны. Условия одинаковые.

Крошечные электробатареи, местами вкрапленные в мембрану, разобщены.

Из состояния покоя схему выводит «еда», которая поступает на одну сторону мембраны посредством раствора электролита. Ферменты, находящиеся там, поглощают поданную им аскорбиновую кислоту и немедленно вступают в «работу». Они вырабатывают электроэнергию. Теперь всё стало ясным. Стрелка прибора мгновенно фиксирует, что энергетический процесс начался.

То, что ранее было загадкой биохимии, стало очевидным. Специалист посредством лабораторной пипетки вводит витамин С. «Еда» без промедления поглощается ферментами, возрастает накопление электричества, сохраняемого естественным конденсатором — митохондриальной мембраной.

И стрелка вольтметра приходит в движение, наглядно показывая, как возрастает мембранный потенциал.

Теперь нужна еще одна пипетка. Первая давала ферментам еду, во второй находится яд — раствор цианистого калия. Он может моментально угнетать работу ферментов. И ферменты, до сих пор вырабатывавшие электричество, замирают. Они уже не могут воспринимать аскорбиновую кислоту, их погубили. И стрелка прибора замирает.

Одновременно каплей витамина С «запускаются» ферменты противоположной стороны мембраны, чтобы тоже замереть после принятия яда. Очевидность эксперимента, проделанного для четырех видов ферментов, шокировала специалистов. Очертания концепции стали ясны.

Живая клетка несет две формы энергии — химической в представительстве АТФ и физической, представляемой потенциалом мембраны. В местах мембран митохондрий находятся так называемые «топливные элементы» — электрогенераторы, которые преобразуют энергию окисления в электрическую. Все эти источники тока могут работать одновременно.

И электроэнергия, вырабатываемая любым из источников, используется клеткой по ее по собственному усмотрению. Клетка может осуществлять химическую деятельность, продуцируя молекулы АТФ.

Клетка может работать механически, получая внутрь своей мембраны необходимые вещества. Она может обогреваться, трансформируя выработанное электричество в тепло.

 Главным преимуществом электроэнергии является, что она способна без труда трансформироваться и преобразовываться в другие виды. Видимо, природа об этом знает сама.

У в мире науки гипотеза Митчела получила исчерпывающее практическое подтверждение.

Многие явления и процессы, которые разум человека постигал столетиями, элементарно работают в условиях живой природы. Наглядным примером является выше описанное открытие.

Процесс получения электрической энергии отработан на клеточном уровне и действует идеально.

Но ученые со своим пытливым умом и терпением смогли проникнуть в тайны микромира и наглядно представили вниманию людей секреты процесса, ревниво оберегаемые самой природой.опубликовано econet.ru.

Задайте вопрос по теме статьи здесь

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление – мы вместе изменяем мир! © econet

Источник: https://econet.ru/articles/kosmos-vnutri-nas-elektrostantsiya-zhivoy-kletki

Макроэргическая связь и соединения. Какие связи называются макроэргическими?

Аккумулирует энергию в клетке

Любое наше движение или мысль требуют от организма затрат энергии. Этой силой запасается каждая клетка тела и накапливает ее в биомолекулах с помощью макроэргических связей.

Именно эти молекулы-батарейки обеспечивают все процессы жизнедеятельности. Постоянный обмен энергией внутри клеток обуславливает саму жизнь.

Что представляют собой эти биомолекулы с макроэргическими связями, откуда они берутся, и что происходит с их энергией в каждой клетке нашего тела – об этом речь в статье.

Биологические посредники

В любом организме энергия от энергогенерирующего агента к биологическому потребителю энергии не переходит напрямую.

При разрыве внутримолекулярных связей пищевых продуктов выделяется потенциальная энергия химических соединений, намного превосходящая возможности внутриклеточных ферментативных систем использовать ее.

Именно поэтому в биологических системах освобождение потенциальных химических веществ происходит ступенчато с поэтапным преобразованием их в энергию и накоплением ее в макроэргических соединениях и связях. И именно биомолекулы, которые способны к такой аккумуляции энергии, называют высокоэнергетичными.

Какие связи называются макроэргическими?

Уровень свободной энергии в 12,5 кДж/моль, которая образуется при образовании или распаде химической связи считается нормальной. Когда при гидролизе некоторых веществ происходит образование свободной энергии больше 21 кДж/моль, то это называют связями макроэргическими. Они обозначаются символом «тильда» — ~.

В отличие от физической химии, где под макроэргической связью подразумевается ковалентная связь атомов, в биологии имеют в виду разность между энергией исходных агентов и продуктов их распада. То есть, энергия не локализована в конкретной химической связи атомов, а характеризует всю реакцию.

В биохимии говорят о химическом сопряжении и образовании макроэргического соединения.

Универсальный биоисточник энергии

Все живые организмы на нашей планете имеют один универсальный элемент запасания энергии – это макроэргическая связь АТФ — АДФ – АМФ (аденозин три, ди, монофосфорная кислота). Это биомолекулы, которые состоят из азотосодержащей основы аденина, прикрепленного к углеводу рибоза, и присоединенным остаткам ортофосфорной кислоты.

Под действием воды и фермента рестриктазы молекула аденозинтрифосфорной кислоты (C10H16N5O13P3) может распасться на молекулу аденозиндифосфорной кислоты и ортофосфатную кислоту. Эта реакция сопровождается выделением свободной энергии порядка 30,5 кДж/моль.

Все процессы жизнедеятельности в каждой клетке нашего тела происходят при аккумуляции энергии в АТФ и использовании ее при разрыве связей между остатками ортофосфорной кислоты.

Донор и акцептор

К макроэргическим соединениям относят еще и вещества с длинными названиями, которые могут образовывать молекулы АТФ в реакциях гидролиза (например, пирофосфорная и пировиноградная кислоты, сукцинилкоферменты, аминоацильные производные рибонуклеиновых кислот).

Все эти соединения содержат атомы фосфора (P) и серы (S), между которыми и находятся высокоэнергетические связи. Именно энергия, которая высвобождается при разрыве макроэргической связи в АТФ (донор), поглощается клеткой при синтезе собственных органических соединений.

И в то же время запасы этих связей постоянно пополняются при аккумулировании энергии (акцептор), выделяющейся при гидролизе макромолекул. В каждой клетке человеческого организма эти процессы происходят в митохондриях, при этом продолжительность существования АТФ меньше 1 минуты.

За сутки наш организм синтезирует порядка 40 килограммов АТФ, которые проходят до 3 тысяч циклов распада каждая. А в каждый отдельно взятый момент в нашем организме присутствует порядка 250 грамм АТФ.

Функции высокоэнергетичных биомолекул

Кроме функции донора и акцептора энергии при процессах распада и синтеза высокомолекулярных соединений, молекулы АТФ играют еще несколько очень важных ролей в клетках. Энергия разрыва макроэргических связей используется в процессах теплообразования, механической работы, накопления электричества, свечения.

При этом преобразование энергии химических связей в тепловую, электрическую, механическую одновременно служит и этапом энергетического обмена с последующим запасанием в тех же макроэнергетических связях АТФ. Все эти процессы в клетке называются пластическим и энергетическим обменами (схема на рисунке). Молекулы АТФ выступают еще и в роли коферментов, регулируя активность некоторых ферментов.

Кроме того, АТФ может быть и медиатором, сигнальным агентом в синапсах нервных клеток.

Поток энергии и вещества в клетке

Таким образом, АТФ в клетке занимает центральное и главное место в обмене материи. Реакций, посредством которых возникает и распадается АТФ, довольно много (фосфорилирование окислительное и субстратное, гидролиз).

Биохимические реакции синтеза этих молекул обратимы, при определенных условиях они в клетках смещаются в сторону синтеза или распада. Пути этих реакций отличаются по количеству превращений веществ, типу окислительных процессов, по способам сопряжения энергоподающих и энергопотребляющих реакций.

Каждый процесс имеет четкие приспособления к обработке конкретного вида «топлива» и свои пределы эффективности.

Оценка эффективности

Показатели эффективности преобразования энергии в биосистемах невелики и оцениваются в стандартных величинах коэффициента полезного действия (отношения полезной, потраченной на выполнение работы, к общей затраченной энергии). Но вот, на обеспечение выполнения биологических функций, затраты необходимы очень большие.

Например, бегун, в пересчете на единицу массы, тратит столько энергии, сколько и большой океанский лайнер. Даже в состоянии покоя поддержание жизни организма – это тяжелая работа, и на нее тратится порядка 8 тысяч кДж/моль.

При этом на синтез белков расходуется около 1,8 тысячи кДж/моль, на работу сердца – 1,1 тысячи кДж/моль, а вот на синтез АТФ – до 3,8 тысячикДж/моль.

Аденилатная система клеток

Это система, которая включает сумму всех АТФ, АДФ и АМФ в клетке в конкретный период времени. Величину эту и соотношение компонентов определяет энергетический статус клетки. Оценивается система по показателю энергетического заряда системы (отношение фосфатных групп к остатку аденозина).

Если в клетке макроэргические соединения представлены только АТФ – она имеет наивысший энергетический статус (показатель -1), если только АМФ – минимальный статус (показатель — 0). В живых клетках, обычно, поддерживаются показатели 0,7-0,9.

Стабильность энергетического статуса клетки определяет скорость ферментативных реакций и поддержку оптимального уровня жизнедеятельности.

И немного про энергетические станции

Как уже говорилось, синтез АТФ происходит в специализированных органеллах клетки – митохондриях. И сегодня в среде биологов ведутся споры по поводу происхождения этих удивительных структур.

Митохондрии – это электростанции клетки, «топливом» для которых являются белки, жиры, гликоген, а электричеством – молекулы АТФ, синтез которых проходит при участии кислорода. Можно сказать, что мы дышим, чтобы митохондрии работали.

Чем большую работу должны выполнять клетки, тем больше им необходимо энергии. Читай – АТФ, а значит – митохондрий.

Например, у профессионального спортсмена в скелетных мышцах содержится порядка 12% митохондрий, а у неспортивного обывателя их вполовину меньше. А вот в сердечной мышце их показатель – 25%.

Современные методики тренировок спортсменов, особенно марафонцев, основан на показателях МКП (максимального потребления кислорода), который напрямую зависит от количества митохондрий и способности мышц выполнять длительные нагрузки.

Ведущие тренировочные программы для профессионального спорта направлены на стимуляцию синтеза митохондрий в клетках мышц.

Источник: https://News4Auto.ru/makroergicheskaia-sviaz-i-soedineniia-kakie-sviazi-nazyvautsia-makroergicheskimi/

Энергия и АТФ

Аккумулирует энергию в клетке

Почти все физиологические процессы в организме требуют энергии для их реализации. Питательные вещества являются составляющими энергии и периодически требуются организму. По причинам их дефицита организм эволюционно научился их удерживать и сохранять на какое-то время.

Энергия человека

Многие вещества, всасываемые в пищеварительной системе, не подвергаются окислению, а накапливаются путем повторного синтеза высокомолекулярных соединений – гликогена и триацилглицеринов, которые служат резервом энергии организма. Хранение энергии в форме макромолекулярных соединений является огромным преимуществом, поскольку они не участвуют в клеточном метаболизме и мало влияют на осмолярность клеток, то есть являются энергетическим резервом.

Энергетические запасы организма

Углеводы хранятся в форме гликогена. Гликоген в организме составляет менее 1% от общего запаса энергии. Гликогенные отложения находятся в печени и мышцах. Гликоген в печени может поступать в другие ткани (нервы, мышцы, эритроциты) путем гликогенолиза и выделения образующейся глюкозы в кровь.

Гликоген, имеющийся в мышцах, может использоваться только ими, потому что, в отличие от печени, фермент глюкозо-6-фосфатазы, который дефосфорилирует глюкозу, не присутствует в мышцах. Только дефосфорилированная глюкоза может проникать через клеточную мембрану и попадать в кровоток.

Запасы углеводов могут обеспечить метаболические потребности организма менее чем на два дня, а глюкоза во внеклеточной жидкости – всего на один час.

Жир хранится в форме триацилглицеролов. Они представляют 75% энергетического резерва организма. Триацилглицеролы имеют высокую теплообразующую способность (39 кДж / г) и требуют очень небольшого количества дополнительной воды для хранения.

По этой причине они являются очень эффективным хранилищем энергии. Триацилглицеролы хранятся в основном в подкожной жировой ткани, в небольших количествах в мышцах и во внутренних органах.

Сохраненные триацилглицеролы в жировой ткани у людей с нормальной массой тела могут удовлетворить потребности в энергии в течение 2 месяцев при полном голодании.

В организме человека большое количество белка. Тем не менее, только половина из него может быть мобилизована в качестве источника энергии, что составляет 25% от общего объема хранения энергии.

Использование белков в качестве основного источника энергии в течение длительного периода времени невозможно, поскольку они играют жизненно важную структурную и функциональную роль.

Это последние запасы, которые будут использованы только в крайнем случае при длительном голодании.

Энергия требуется для синтеза высокомолекулярных соединений для энергетических депо. В живых организмах постоянно происходят химические процессы, что приводит к уменьшению свободной энергии. По этой причине они не могут существовать, если они не снабжены энергией из внешней среды.

Животные организмы получают эту энергию, как было отмечено выше, потребляя питательные вещества – углеводы, жиры и белки. В рациональной диете 55-60% энергии обеспечивается углеводами, 25-30% жирами и 10-15% белками.

При переваривании разных питательных веществ выделяется разное количество энергии:

  • 39 кДж 1 г жира;
  • 17,2 кДж 1 г углеводов;
  • 17,2 кДж 1 г белка.

Часть энергии, синтезируемой при расщеплении питательных веществ, выделяется в виде тепла, что важно для поддержания температуры тела. Другая часть используется для синтеза макроэнергетических соединений, из которых энергия выделяется контролируемым образом. Основным макроэргическим соединением, используемым в организме, является аденозинтрифосфат (АТФ).

Что такое АТФ

АТФ является источником энергии для реализации биологических процессов во время сокращения мышц, что позволяет осуществить активный транспорт элементов через клеточные мембраны и синтез питательных веществ.

Часто применяется в качестве пищевой добавки для увеличения мышечной энергии. При необходимости он разрушает свою молекулу и использует энергию, содержащуюся в ее связях.

АТФ также оказывает значительный положительный эффект вне самой клетки, улучшая кровоток, расширяя кровеносные сосуды и подавляя боль.

Формирование АТФ

В цитоплазме клеток есть небольшой запас АТФ, который может удовлетворить энергию и потребности всего на 1 минуту. Следовательно, АТФ непрерывно повторно синтезируется.

За день генерируется и потребляется около 63 килограммов АТФ.

Это макроэргическое соединение может быть синтезировано двумя способами – анаэробным в цитоплазме и аэробным в митохондриях.

Углеводы являются единственными питательными веществами, которые могут поставлять энергию через анаэробные пути. Процесс анаэробного переваривания глюкозы называется гликолизом.

Он происходит быстро, но связан с синтезом небольшого количества молекул АТФ – 2 АТФ на молекулу глюкозы.

Следовательно, анаэробный синтез АТФ не может быть основным способом удовлетворения энергетических потребностей клеток.

Исключением являются эритроциты, быстро сокращающиеся мышечные волокна и клетки почечного мозгового вещества. Все остальные клетки поставляют энергию путем окисления питательных веществ в митохондриях.

Таким образом, большая часть высвобождаемой энергии используется для синтеза АТФ через процессы окислительного фосфорилирования. Аэробный метаболизм гораздо более эффективен, чем анаэробный, поскольку большая часть химической энергии хранится в форме макроэнергетических соединений.

Окисление одной молекулы глюкозы аэробным путем до CO 2 и H 2 O приводит к высвобождению 36 или 38 молекул АТФ, а окисление одной молекулы пальмитиновой кислоты высвобождает 129 молекул АТФ.

Скорость, с которой АТФ образуется в результате окислительного фосфорилирования, зависит от нескольких факторов:

  • скорость истощения АТФ – когда скорость истощения АТФ клетки высока, ее образование также осуществляется с высокой скоростью из-за увеличения количества АТФ;
  • снабжение клеток кислородом и окислительными субстратами (глюкоза, жирные кислоты, лактат, аминокислоты) – это зависит от активности дыхательной, сердечно-сосудистой, пищеварительной и эндокринной систем.

Коэффициент дыхания

При окислении питательных веществ кислород расходуется и образуется углекислый газ. Коэффициент дыхания определяется соотношением между образовавшейся двуокисью углерода и используемым кислородом. Коэффициент дыхания для углеводов равен 1, для жиров 0,7 и для белков 0,8-0,85.

Низкое значение коэффициента дыхания для жиров позволяет использовать их для питания пациентов с нарушенной дыхательной функцией. Увеличение количества жира приведет к снижению производства углекислого газа при том же объеме используемого кислорода. Это снизит требования к вентиляции легких.

Частота дыхания не идентична отношению объема дыхания.

Коэффициент дыхательного объема (КДО) – это отношение объема выдыхаемого углекислого газа к объему кислорода, потребляемого в течение определенного периода времени.

КДО зависит от типа окисленных питательных веществ и процессов, в которых образуется углекислый газ и расходуется кислород.

По этим причинам при тяжелой физической работе и в течение периода восстановления после этого КДО имеет значения, отличные от коэффициента дыхания.

Энергетический эквивалент кислорода (ЭЭК) характеризуется количеством энергии, выделяемой при потреблении 1 литра кислорода. Для трех типов питательных веществ ЭЭК имеет следующие значения:

  • углеводы – 21,1 кДж / л;
  • белки – 20 кДж / л;
  • жир – 19,6 кДж / л;

Различное значение ЭЭK каждого из трех типов питательных веществ реализуется только в определенных обстоятельствах.

Углеводы являются основным источником энергии при максимальной энергозатратности, потому что они анаэробно перевариваются, быстро доставляют энергию и имеют самое высокое значение ЭЭК.

Жиры являются подходящим источником энергии для длительных нагрузок без ограничения подачи кислорода для их окисления, потому что они выделяют наибольшее количество энергии во время окисления и имеют самый низкий ЭЭК.

Хранение энергии в форме макромолекулярных соединений является огромным преимуществом, поскольку они не участвуют в клеточном метаболизме и мало влияют на осмолярность клеток, то есть являются энергетическим резервом

Источник: http://medicine-simply.ru/just-medicine/energiya-i-atf

Ваше здоровье
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: