Биоэнергетика: различия между версиями

Материал из wiki.otpuskura.ru
Перейти к навигации Перейти к поиску
(Новая страница: «''Данная статья посвящена биологическому исследованию трансформации энергии.'' Райхианс…»)
 
(нет различий)

Текущая версия на 19:22, 29 июня 2020

Данная статья посвящена биологическому исследованию трансформации энергии. Райхианская телесно-ориентированная психотерапия, иногда известная как биоэнергетика, приведена в разделе Биоэнергетический анализ .

Биоэнергетика-это область в биохимии и клеточной биологии, которая касается потока энергии через живые системы. это активная область биологических исследований, которая включает в себя изучение трансформации энергии в живых организмах и изучение тысяч различных клеточных процессов, таких как клеточное дыхание и многие другие метаболические и ферментативные процессы, которые приводят к производству и использованию энергии в таких формах, как молекулы аденозинтрифосфата (АТФ). То есть целью биоэнергетики является описание того, как живые организмы приобретают и преобразуют энергию для выполнения биологической работы. таким образом, изучение метаболических путей имеет важное значение для биоэнергетики.

Обзор[править | править код]

Биоэнергетика-это часть биохимии, связанная с энергией, участвующей в создании и разрушении химических связей в молекулах, обнаруженных в биологических организмах . Он также может быть определен как изучение энергетических отношений и энергетических преобразований и трансдукций в живых организмах. способность использовать энергию из различных метаболических путей является свойством всех живых организмов, которые содержит наука о земле. Рост, развитие, анаболизм и катаболизм являются одними из центральных процессов в изучении биологических организмов, поскольку роль энергии является основополагающей для таких процессов биологические процессы . жизнь зависит от энергетических преобразований ; живые организмы выживают благодаря обмену энергией между живыми тканями/ клетками и внешней средой. Некоторые организмы , такие как автотрофы, могут получать энергию от солнечного света (через фотосинтез ) без необходимости потреблять питательные вещества и расщеплять их. другие организмы, такие как гетеротрофы , должны принимать питательные вещества из пищи, чтобы быть в состоянии поддерживать энергию путем разрушения химических связей в питательных веществах во время метаболических процессов, таких как гликолиз и цикл лимонной кислоты . Что немаловажно, как прямое следствие этого согласно первому закону термодинамики , автотрофы и гетеротрофы участвуют в универсальной метаболической сети—питаясь автотрофами (растениями), гетеротрофы используют энергию, которая изначально трансформировалась растениями в процессе фотосинтеза .

В живом организме химические связи нарушаются и образуются в процессе обмена и преобразования энергии. Энергия доступна для работы (как механическая работа) или для других процессов (как химический синтез и анаболитные процессы в росте), когда слабые скрепления сломленны и сделаны более сильные скрепления. Производство более прочных связей позволяет высвобождать полезную энергию.

Аденозинтрифосфат (АТФ) является основной "энергетической валютой" для организмов; целью метаболических и катаболических процессов является синтез АТФ из доступных исходных материалов (из окружающей среды ) и расщепление АТФ (на аденозиндифосфат ( АДФ) и неорганический фосфат) путем его использования в биологических процессах.[4] в клетке отношение концентраций АТФ к АДФ известно как " энергетический заряд- из той самой камеры. Клетка может использовать этот энергетический заряд для передачи информации о клеточных потребностях; если АТФ больше, чем АДФ доступно, клетка может использовать АТФ для выполнения работы, но если АДФ больше, чем АТФ доступно, клетка должна синтезировать АТФ через окислительное фосфорилирование.

Живые организмы производят АТФ из источников энергии, главным образом солнечного света или О2 , [10] главным образом через окислительное фосфорилирование . Терминальные фосфатные связи АТФ относительно слабы по сравнению с более сильными связями, образующимися при гидролизе АТФ (расщепление водой) до аденозиндифосфата и неорганического фосфата. Здесь именно термодинамически благоприятная свободная энергия гидролиза приводит к выделению энергии; фосфоангидридная связь между концевой фосфатной группой и остальной молекулой АТФ сама по себе не содержит этой энергии. Запас АТФ организма используется в качестве аккумулятора для хранения энергии в клетках. использование химической энергии от такой перестройки молекулярных связей приводит к усилению биологических процессов в каждом биологическом организме.

Живые организмы получают энергию из органических и неорганических материалов, т. е. АТФ можно синтезировать из различных биохимических предшественников. Например, литотрофы могут окислять минералы , такие как нитриты или формы серы, такие как элементарная сера , сульфиты и сероводород для получения АТФ. В процессе фотосинтеза автотрофы производят АТФ, используя световую энергию, тогда как гетеротрофы должны потреблять органические соединения , главным образом углеводы , жиры и белки . Количество энергии, фактически получаемой организмом, ниже, чем количество, выделяемое при сжигании пищи; есть потери в пищеварении, метаболизме и термогенезе .

Экологические материалы, которые организм поглощает, как правило, сочетаются с кислородом для высвобождения энергии, хотя некоторые из них также могут быть анаэробно окислены различными организмами. Связи, удерживающие молекулы питательных веществ вместе, и в частности связи, удерживающие молекулы свободного кислорода вместе, относительно слабы по сравнению с химическими связями, удерживающими углекислый газ и воду вместе. использование этих материалов является одной из форм медленного горения потому что питательные вещества реагируют с кислородом (материалы окисляются достаточно медленно, чтобы организмы фактически не производили огонь). Окисление высвобождает энергию, потому что образуются более прочные связи (связи в воде и углекислом газе). Эта чистая энергия может эволюционировать как тепло, которое может быть использовано организмом для других целей, таких как разрыв других связей, чтобы сделать химию, необходимую для выживания.

Типы реакций[править | править код]

  • Экзергическая реакция-это спонтанная химическая реакция, которая высвобождает энергию. он термодинамически благоприятен, индексируется отрицательным значением δg ( свободная энергия Гиббса ). В течение реакции необходимо вводить энергию, и эта энергия активации приводит реагенты из стабильного состояния в высокоэнергетически неустойчивое переходное состояние в более стабильное состояние, которое является более низким по энергии (см.: координата реакции ). Реагентами обычно являются сложные молекулы, которые разбиваются на более простые продукты. Вся реакция обычно катаболическая . высвобождение энергии (в частности, Свободная энергия Гиббса) отрицательна (т. е. δg
  • Эндергоническая реакция-это анаболическая химическая реакция, которая потребляет энергию.[3] это противоположность эксергической реакции. Он имеет положительное значение δg, например потому, что Δh > 0, что означает, что требуется больше энергии для разрыва связей реагента, чем энергии предложения продуктов, т. е. продукты имеют более слабые связи, чем реагенты. Таким образом, эндергонические реакции термодинамически неблагоприятны и не будут происходить сами по себе при постоянной температуре. Дополнительно, endergonic реакции обычно анаболитны .

Свободная энергия, полученная или потерянная (Δ G ) в реакции, может быть рассчитана следующим образом: Δ G = Δ H-T Δ S где ∆ G-изменение свободной энергии Гиббса, ∆ H-изменение энтальпии, T-температура (в кельвинах) и ∆ S-изменение энтропии. Примеры основных биоэнергетических процессов

  • Гликолиз - это процесс расщепления глюкозы на пируват, в результате которого образуется две молекулы АТФ (на 1 молекулу глюкозы). когда клетка имеет более высокую концентрацию АТФ, чем АДФ (т. е. имеет высокий энергетический заряд), клетка не может подвергаться гликолизу, высвобождая энергию из доступной глюкозы для выполнения биологической работы. Пируват является одним из продуктов гликолиза,и может быть перемещен в другие метаболические пути (глюконеогенез и т. д.) по мере необходимости в камере. Дополнительно, гликолиз производит уменьшая эквиваленты в форме НАДН (никотинамидадениндинуклеотид), который в конечном счете будет использоваться для передачи электронов в транспортную цепь электронов .
  • Глюконеогенез является противоположностью гликолиза; когда энергетический заряд клетки низок (концентрация АДФ выше, чем у АТФ), клетка должна синтезировать глюкозу из углеродсодержащих биомолекул, таких как белки, аминокислоты, жиры, пируват и т. д. например, белки могут быть расщеплены на аминокислоты, и эти более простые углеродные скелеты используются для построения/ синтеза глюкозы.
  • Цикл лимонной кислоты-это процесс клеточного дыхания , в котором ацетильный кофермент А , синтезированный из пируватдегидрогеназы, сначала реагирует с оксалоацетатом для получения цитрата . остальные восемь реакций производят другие углеродсодержащие метаболиты. Эти метаболиты последовательно окисляются, и свободная энергия окисления сохраняется в виде восстановленных коферментов FADH 2 и NADH . эти восстановленные электронные носители затем могут быть повторно окислены, когда они передают электроны в транспортную цепь электронов .
  • Кетоз-это метаболический процесс, при котором кетоновые тела используются клеткой для получения энергии (вместо использования глюкозы). Клетки часто обращаются к кетозу как источнику энергии, когда уровень глюкозы низок; например, во время голодания.
  • Окислительное фосфорилирование-это процесс, в котором энергия, накопленная в относительно слабых двойных связях O2 , высвобождается контролируемым образом в цепи переноса электронов . Восстановительные эквиваленты , такие как NADPH, FADH 2 и NADH, могут быть использованы для передачи электронов в ряд окислительно-восстановительных реакций, которые происходят в цепных комплексах переноса электронов. эти окислительно-восстановительные реакции протекают в ферментных комплексах, расположенных внутри митохондриальной мембраны. Эти окислительно-восстановительные реакции переносят электроны "вниз" по цепи переноса электронов, которая связана с протонной движущей силой. Эта разница в концентрации протонов между митохондриальной матрицей и внутренним мембранным пространством используется для обеспечения синтеза АТФ с помощью АТФ-синтазы .
  • Фотосинтез, другой важный биоэнергетический процесс, является метаболическим путем, используемым растениями, в котором солнечная энергия используется для синтеза глюкозы из углекислого газа и воды. Эта реакция протекает в хлоропласте . После того как глюкоза синтезирована, клетка завода может пройти фотофосфорилирование для произведения АТП.

Cotransport[править | править код]

В августе 1960 года Роберт К. Крейн впервые представил свое открытие натрий-глюкозного котранспорта как механизма кишечного всасывания глюкозы. Открытие Cotransport Крейном было первым когда-либо предложенным соединением потоков в биологии и было самым важным событием, касающимся поглощения углеводов в 20-м веке.

Хемиосмотическая теория[править | править код]

Одним из главных триумфов биоэнергетики является хемиосмотическая теория Питера Д. Митчелла о том, как протоны в водном растворе функционируют в производстве АТФ в клеточных органеллах, таких как митохондрии . эта работа принесла Митчеллу Нобелевскую премию по химии 1978 года . Другие клеточные источники АТФ, такие как гликолиз, были поняты первыми, но такие процессы для прямого связывания активности фермента с производством АТФ не являются главным источником полезной химической энергии в большинстве клеток. Хемиосмотическое соединение-это основной процесс производства энергии в большинстве клеток, который используется в хлоропластах и нескольких других клетках. одноклеточные организмы в дополнение к митохондриям.

Энергетический баланс[править | править код]

Энергетический гомеостаз - это гомеостатическое управление энергетическим балансом – разницей между энергией, получаемой при потреблении пищи и расходе энергии-в живых системах.

Смотрите также[править | править код]

Чтение[править | править код]

/archive.org/details/bioenergeticsmol0000lehn

Пруф[править | править код]